[發(fā)明專利]一種基于單詞認(rèn)知狀態(tài)模型適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710028410.0
• 申請(qǐng)日: 2017-01-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106897950B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余勝泉;汪丹;王琦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F16/242
• 分類號(hào): G06F16/242;G06F16/2455;G06F16/22;G06F16/33;G06F16/68;G06F16/78;G06F16/903;G06Q50/20;G10L15/26;G10L25/51
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

1.一種基于單詞認(rèn)知狀態(tài)模型適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)，其特征在于：包括移動(dòng)終端、計(jì)算機(jī)端和服務(wù)器端；所述系統(tǒng)包括領(lǐng)域知識(shí)與拓展資源模塊、認(rèn)知目標(biāo)導(dǎo)入模塊、認(rèn)知狀態(tài)分析模塊、適應(yīng)性學(xué)習(xí)模塊和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，其中，領(lǐng)域知識(shí)與拓展資源模塊、認(rèn)知目標(biāo)導(dǎo)入模塊運(yùn)行在計(jì)算機(jī)端，認(rèn)知狀態(tài)分析模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)模塊運(yùn)行在服務(wù)器端，適應(yīng)性學(xué)習(xí)模塊運(yùn)行在服務(wù)器端和移動(dòng)終端；計(jì)算機(jī)端通過(guò)運(yùn)行領(lǐng)域知識(shí)和拓展資源模塊、認(rèn)知目標(biāo)導(dǎo)入模塊，將學(xué)習(xí)資源進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，并輸入到服務(wù)器端；移動(dòng)終端為學(xué)習(xí)者呈現(xiàn)學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)活動(dòng)，并采集學(xué)習(xí)者交互數(shù)據(jù)，輸入到服務(wù)器端；服務(wù)器端接收計(jì)算機(jī)端和移動(dòng)終端輸入的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)者交互數(shù)據(jù)，通過(guò)認(rèn)知狀態(tài)分析模塊計(jì)算學(xué)習(xí)者認(rèn)知狀態(tài)，進(jìn)而調(diào)用適應(yīng)性學(xué)習(xí)模塊的推薦引擎，聚合適應(yīng)性的學(xué)習(xí)資源，并通過(guò)移動(dòng)終端呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者；其中：

領(lǐng)域知識(shí)與拓展資源模塊，運(yùn)行在計(jì)算機(jī)端，實(shí)現(xiàn)將領(lǐng)域知識(shí)和拓展資源結(jié)構(gòu)化表征并上傳到服務(wù)器端的功能；通過(guò)計(jì)算機(jī)端的數(shù)據(jù)導(dǎo)入接口，將結(jié)構(gòu)化的領(lǐng)域知識(shí)和拓展資源，上傳并保存至服務(wù)器端，以供適應(yīng)性學(xué)習(xí)模塊調(diào)用；所述領(lǐng)域知識(shí)是指學(xué)習(xí)者需要掌握的單詞的音、形、義和用法方面的知識(shí)；對(duì)應(yīng)于每個(gè)單詞，領(lǐng)域知識(shí)包括單詞拼寫、單詞發(fā)音音標(biāo)、單詞發(fā)音音頻、單詞的詞性和相應(yīng)的中文含義、單詞的用法及其相應(yīng)的經(jīng)典例句；所述單詞的詞性和單詞的用法與單詞均是多對(duì)一的關(guān)系，即每個(gè)單詞可能對(duì)應(yīng)多種詞性、含義和用法；所述單詞的用法包含單詞的常用搭配和常用詞組；所述單詞的經(jīng)典例句，摘自于中小學(xué)課本以及各種經(jīng)典英文文獻(xiàn)；所述拓展資源分為兩部分：輔助學(xué)習(xí)資源和拓展學(xué)習(xí)資源，其中輔助學(xué)習(xí)資源包括能夠表現(xiàn)單詞的圖片、單詞的單復(fù)數(shù)和時(shí)態(tài)變形案例、單詞的同義詞和反義詞案例、單詞發(fā)音講解微課、音標(biāo)發(fā)音講解微課和單詞詞義及用法講解微課，用于輔助學(xué)習(xí)者達(dá)到認(rèn)知目標(biāo)，而拓展學(xué)習(xí)資源包括拓展閱讀材料和影視視頻片段，主要為高階認(rèn)知目標(biāo)的達(dá)成和需要復(fù)習(xí)鞏固的學(xué)習(xí)者提供；

認(rèn)知目標(biāo)導(dǎo)入模塊，運(yùn)行在計(jì)算機(jī)端，將所述領(lǐng)域知識(shí)與拓展資源模塊上傳到服務(wù)器端的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與單詞的認(rèn)知目標(biāo)關(guān)聯(lián)，并為每個(gè)單詞關(guān)于不同的認(rèn)知目標(biāo)設(shè)置學(xué)習(xí)活動(dòng)及其評(píng)價(jià)方案；所述單詞的認(rèn)知目標(biāo)是依據(jù)基礎(chǔ)教育英語(yǔ)新課程標(biāo)準(zhǔn)，從聽(tīng)、說(shuō)、讀、寫四項(xiàng)語(yǔ)言技能角度進(jìn)行描述，從而形成了關(guān)于聽(tīng)的認(rèn)知目標(biāo)、關(guān)于說(shuō)的認(rèn)知目標(biāo)、關(guān)于讀的認(rèn)知目標(biāo)、關(guān)于寫的認(rèn)知目標(biāo)，所述每項(xiàng)目標(biāo)對(duì)應(yīng)相應(yīng)的學(xué)習(xí)活動(dòng)包括關(guān)于聽(tīng)的認(rèn)知目標(biāo)對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)活動(dòng)、關(guān)于說(shuō)的認(rèn)知目標(biāo)對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)活動(dòng)、關(guān)于讀的認(rèn)知目標(biāo)對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)活動(dòng)、關(guān)于寫的認(rèn)知目標(biāo)對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)活動(dòng)；通過(guò)計(jì)算機(jī)端提供的界面，按照課標(biāo)要求，首先將單詞關(guān)聯(lián)到某個(gè)年級(jí)，然后選擇該年級(jí)的學(xué)習(xí)者應(yīng)掌握的一條或多條詞義及用法，并設(shè)置學(xué)習(xí)者對(duì)指定學(xué)習(xí)內(nèi)容的認(rèn)知目標(biāo)，同時(shí)為每個(gè)單詞對(duì)應(yīng)的每項(xiàng)認(rèn)知目標(biāo)設(shè)置相應(yīng)的學(xué)習(xí)活動(dòng)；新課標(biāo)中每個(gè)階段要求掌握的單詞范圍存在交叉，但同一單詞在不同階段所要求掌握的程度不同，所以每個(gè)單詞可以關(guān)聯(lián)多個(gè)年級(jí)，即不同年級(jí)的學(xué)生可能都在學(xué)習(xí)該單詞，但需要達(dá)到的認(rèn)知目標(biāo)有所不同；通過(guò)將單詞與年級(jí)、認(rèn)知目標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，為適應(yīng)性學(xué)習(xí)模塊計(jì)算不同年級(jí)學(xué)習(xí)者應(yīng)學(xué)單詞集和每個(gè)單詞應(yīng)達(dá)到的認(rèn)知目標(biāo)提供依據(jù)；通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的學(xué)習(xí)活動(dòng)，為適應(yīng)性學(xué)習(xí)模塊提供適應(yīng)性的學(xué)習(xí)活動(dòng)打好基礎(chǔ)；通過(guò)設(shè)置學(xué)習(xí)活動(dòng)及其評(píng)價(jià)方案，為認(rèn)知狀態(tài)分析模塊提供數(shù)據(jù)分析依據(jù)；

認(rèn)知狀態(tài)分析模塊，運(yùn)行在服務(wù)器端，通過(guò)采集和分析適應(yīng)性學(xué)習(xí)模塊中用戶與系統(tǒng)的交互數(shù)據(jù)，得出每個(gè)用戶的認(rèn)知狀態(tài)，并將此認(rèn)知狀態(tài)提交給適應(yīng)性學(xué)習(xí)模塊，以供適應(yīng)性學(xué)習(xí)模塊基于用戶的認(rèn)知狀態(tài)生成適應(yīng)性的學(xué)習(xí)內(nèi)容；所述認(rèn)知狀態(tài)是以用戶個(gè)體的認(rèn)知目標(biāo)為參照，用戶實(shí)際達(dá)到的認(rèn)知目標(biāo)的集合，如果用戶甲的認(rèn)知目標(biāo)集合是Ω＝{A1能夠根據(jù)聽(tīng)到的詞識(shí)別或指認(rèn)圖片和實(shí)物，B2能夠模仿例句，運(yùn)用單詞造句，C2能看圖識(shí)詞，D1能根據(jù)圖片、詞語(yǔ)或例句的提示，寫出單詞}，當(dāng)前的認(rèn)知狀態(tài)是認(rèn)知目標(biāo)集合的一個(gè)子集，而當(dāng)前的目標(biāo)認(rèn)知狀態(tài)是認(rèn)知目標(biāo)集合與認(rèn)知狀態(tài)集合的差集；根據(jù)用戶認(rèn)知狀態(tài)集合的分布和學(xué)習(xí)單詞先理解后運(yùn)用的漸進(jìn)式規(guī)律，又將用戶的認(rèn)知狀態(tài)分為“輸入型”和“輸出型”：若用戶只在聽(tīng)和讀這兩項(xiàng)技能的目標(biāo)達(dá)標(biāo)，則認(rèn)為用戶屬于“輸入型”或者“理解型”；若用戶不僅在聽(tīng)和讀的目標(biāo)達(dá)標(biāo)，而且對(duì)說(shuō)和寫這兩項(xiàng)技能的目標(biāo)達(dá)標(biāo)，則認(rèn)為用戶屬于“輸出型”或者“運(yùn)用型”；所述用戶與系統(tǒng)的交互數(shù)據(jù)，主要來(lái)源于用戶瀏覽單詞學(xué)習(xí)內(nèi)容的行為數(shù)據(jù)和用戶活動(dòng)交互數(shù)據(jù)；通過(guò)采集用戶在不同類型的學(xué)習(xí)活動(dòng)中的交互數(shù)據(jù)，根據(jù)所述認(rèn)知目標(biāo)導(dǎo)入模塊為每項(xiàng)認(rèn)知目標(biāo)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)活動(dòng)評(píng)價(jià)方案，分析用戶是否達(dá)到每個(gè)活動(dòng)對(duì)應(yīng)的認(rèn)知目標(biāo)，若達(dá)到對(duì)應(yīng)認(rèn)知目標(biāo)，則將該認(rèn)知目標(biāo)項(xiàng)加入到用戶的認(rèn)知狀態(tài)集合；

適應(yīng)性學(xué)習(xí)模塊，運(yùn)行在服務(wù)器端和移動(dòng)終端，通過(guò)接收認(rèn)知狀態(tài)分析模塊發(fā)送的用戶認(rèn)知狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)跟蹤學(xué)習(xí)者認(rèn)知狀態(tài)，以及認(rèn)知目標(biāo)導(dǎo)入模塊提供的學(xué)習(xí)者所在年級(jí)應(yīng)當(dāng)達(dá)到的認(rèn)知目標(biāo)，基于認(rèn)知狀態(tài)和學(xué)習(xí)階段，調(diào)用服務(wù)器端的推薦引擎，適應(yīng)性地調(diào)整單詞學(xué)習(xí)序列、單詞學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)活動(dòng)，并將適應(yīng)性的單詞學(xué)習(xí)序列、學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)活動(dòng)呈現(xiàn)在移動(dòng)終端，供學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)；同時(shí)，移動(dòng)終端采集用戶與系統(tǒng)的交互數(shù)據(jù)，傳送給認(rèn)知狀態(tài)分析模塊，并接收從認(rèn)知狀態(tài)分析模塊返回的用戶認(rèn)知狀態(tài)數(shù)據(jù)，發(fā)送給推薦引擎，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)推薦；所述適應(yīng)性調(diào)整單詞學(xué)習(xí)序列、單詞學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)活動(dòng)，一方面提取學(xué)習(xí)者基本信息中的年級(jí)信息，自動(dòng)聚合該年級(jí)關(guān)聯(lián)的單詞及其認(rèn)知目標(biāo)，為不同年級(jí)的學(xué)習(xí)者選擇適合的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)目標(biāo)；另一方面，根據(jù)學(xué)習(xí)者當(dāng)前的學(xué)習(xí)階段，提供動(dòng)態(tài)的單詞學(xué)習(xí)序列、學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)活動(dòng)；所述單詞學(xué)習(xí)序列是指使學(xué)習(xí)者以“學(xué)習(xí)+闖關(guān)”形式完成單詞學(xué)習(xí)；所述闖關(guān)是指學(xué)習(xí)者參與適應(yīng)性的學(xué)習(xí)活動(dòng)，所述適應(yīng)性的學(xué)習(xí)活動(dòng)是指學(xué)習(xí)者應(yīng)達(dá)標(biāo)而未達(dá)標(biāo)的認(rèn)知目標(biāo)對(duì)應(yīng)學(xué)習(xí)活動(dòng)；十個(gè)單詞為一個(gè)關(guān)卡，起初每個(gè)關(guān)卡中單詞以及單詞出現(xiàn)的順序?yàn)殡S機(jī)排列，在學(xué)習(xí)過(guò)程中根據(jù)每個(gè)單詞的達(dá)標(biāo)情況，調(diào)整每個(gè)關(guān)卡的單詞序列，將上一關(guān)中未達(dá)標(biāo)的單詞加入到下一個(gè)關(guān)卡反復(fù)學(xué)習(xí)，推薦適應(yīng)性的輔助資源，再次闖關(guān)后更新認(rèn)知狀態(tài)；所述每個(gè)單詞的學(xué)習(xí)階段包括未開(kāi)始學(xué)習(xí)階段、未闖關(guān)階段、輸入型目標(biāo)未達(dá)標(biāo)階段、輸入型階段、輸出型階段；

后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，包括數(shù)據(jù)表和實(shí)體，其中數(shù)據(jù)表包括單詞表、單詞詞義表、音標(biāo)表、認(rèn)知目標(biāo)表、單詞-認(rèn)知目標(biāo)表、用戶表、單詞認(rèn)知狀態(tài)表、單詞闖關(guān)記錄表、拓展資源表；其中單詞表存儲(chǔ)id、單詞拼寫、單詞音標(biāo)、單詞發(fā)音音頻、單詞發(fā)音講解音/視頻、核心音節(jié)音頻id；單詞詞義表存儲(chǔ)id、單詞id、詞性、詞義、用法、例句、例句解析音頻；音標(biāo)表id存儲(chǔ)音標(biāo)、發(fā)音講解音頻；認(rèn)知目標(biāo)表存儲(chǔ)id、類型編號(hào)、目標(biāo)內(nèi)容；單詞-認(rèn)知目標(biāo)表存儲(chǔ)id、單詞id、詞義id、年級(jí)、認(rèn)知目標(biāo)集合；用戶表存儲(chǔ)id、用戶名、年級(jí)；單詞認(rèn)知狀態(tài)表存儲(chǔ)id、用戶id、單詞id、單詞認(rèn)知目標(biāo)id、達(dá)標(biāo)項(xiàng)、學(xué)習(xí)階段；單詞闖關(guān)記錄表存儲(chǔ)id、用戶id、關(guān)卡編號(hào)、闖關(guān)單詞ids、創(chuàng)建時(shí)間；拓展資源表存儲(chǔ)id、資源類型、單詞id、資源內(nèi)容/地址；拓展資源推薦記錄表存儲(chǔ)id、用戶id、拓展資源id、推薦時(shí)間；后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)為認(rèn)知目標(biāo)導(dǎo)入模塊、認(rèn)知狀態(tài)分析模塊、適應(yīng)性學(xué)習(xí)模塊提供數(shù)據(jù)的調(diào)用。