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1、河北经贸大学毕业论文石家庄职工大学毕业论文个性化推荐教学辅助系统-推荐子系统的设计与实现专业名称：计算机信息管理班 级： 09级 学生姓名： 指导老师： 完成时间： 2011-3-14 2石家庄职工大学毕业论文摘 要当前个性化推荐技术是以用户为中心，能在一定程度上满足用户的个性化需求。而传统的教学辅助系统没有充分考虑用户的个性化需求，造成了不符合用户需求、学习效果不明显等诸多问题。个性化推荐教学辅助系统将个性化推荐技术引入到教学辅助系统中，可以满足用户的个性化需求。个性化推荐教学辅助系统（Personalized Recommendation Teaching Assistant System
2、，PRTAS）的核心是个性化推荐子系统（Personalized Recommendation Subsystem，PRS）。通过个性化推荐子系统的推理推荐，使个性化推荐教学辅助系统能够根据不同的用户需求，做出相应的反应，从而给出满足用户需求的推荐结果。本文首先介绍了目前国内外的个性化推荐教学辅助系统的发展概况，阐述了个性化推荐子系统所用到的理论基础；然后对个性化推荐子系统进行了详细的需求分析和设计。当用户登录到个性化推荐教学辅助系统时，系统能够从用户案例库中获取该用户的个性化案例信息，然后通过用户案例、模式案例以及相似用户案例等多重案例信息的综合加权分析，得出一个符合用户需求的推荐结果。个性
3、化推荐教学辅助系统的推荐主要针对的是教学资源，在本文中主要指知识点和试题，而这两类资源的推荐方式又有很大差别，本文详细介绍了针对知识点和试题的不同推荐方式，并设计和实现了相关算法。最后对本文的工作进行了总结。关键字 个性化推荐；教学辅助；自适应测试；在线学习；案例目 录1 绪论11.1 论文研究背景和现状11.2 本文的主要内容及论文的结构12 个性化推荐教学辅助系统（PRTAS）概述32.1 概述32.2 计算机教学辅助系统（CAI）概述32.3 计算机自适应考试（CAT）概述52.3.1 计算机自适应考试（CAT）的产生和发展52.3.2 项目反映理论（IRT）的概念模型62.3.3 试题
4、选择72.3.4 用户能力估计82.4 个性化推荐系统概述92.4.1 个性化推荐系统研究现状92.4.2 基于案例推理的个性化推荐技术103 个性化推荐子系统（PRTAS-PRS）的需求分析113.1 PRTAS的整体需求分析113.2 个性化推荐子系统PRS的需求分析113.2.1 知识点检索的流程分析123.2.2 测试的流程分析123.3 各种推荐影响因子133.4 策略组合推荐分析154 个性化推荐子系统（PRTAS-PRS）的设计164.1 PRTAS的设计原则164.2 PRTAS的总体模块设计164.3 PRTAS-PRS的体系结构174.4 PRTAS-PRS的各种推荐策略的
5、设计194.4.1 基于用户案例库的推荐策略194.4.2 基于相似用户案例库的推荐策略204.4.3 基于模式案例库的推荐策略204.5 PRTAS-PRS的推荐算法设计214.5.1 知识点推荐的算法设计214.5.2 试题推荐的算法设计224.5.3 用户能力在线计算的算法设计244.5.4 在线判分的算法设计244.6 数据库设计255 个性化推荐子系统（PRTAS-PRS）的实现285.1 PRTAS-PRS知识点推荐的实现285.1.1 知识点浏览功能的实现285.1.2 知识点推荐功能的实现285.2 PRTAS-PRS试题推荐的实现295.2.1 试题推荐功能的实现295.2.
6、2 试题在线判分功能的实现305.3 PRTAS-PRS系统的开发及运行环境315.3.1 系统的开发环境315.3.2 系统的运行环境316 结束语32致谢33参考文献34附录36421 绪论1.1 论文研究背景和现状随着Internet的发展与普及，我国教育改革的不断深化，素质教育和科教兴国战略的提出和实施，WEB不仅成为人们获取信息的主要来源，而且也正成为日益盛行的网上教育的核心。当前在线学习和自测试系统已经很普遍，但这些平台往往以系统自身为中心，并没有充分考虑到用户的个性化需求，造成了题目和用户能力不符，交互性差，学习效果不明显等诸多问题。正如苏联当代著名的教育实践家和教育理论家瓦阿苏
7、霍姆林斯基所说，“每一个孩子都是独一无二的” 5。开发个性化的教学辅助系统势在必行，构建个性化的教学辅助系统才能实现真正意义上的个性化现代远程教育，保证远程教育的教学质量。个性化推荐教学辅助系统将个性化推荐技术引入到教学辅助系统中，从而可以针对每一个使用本系统学习的用户因材施教，提供最符合用户需求的资源。个性化推荐教学辅助系统的核心是个性化推荐子系统，该子系统针对用户对教学资源的需求进行分析推荐。教学资源包括了知识点和试题，系统通过分析用户的兴趣和能力，向用户展示最相关的知识点和最合适的试题。本系统在用户数据越丰富时，越能表现出它的优势。因为用户数据越丰富，越能够精确的对用户进行建模，分析用户
8、的能力和兴趣。该系统能有效的做到“因材施教”这一理念，并包含有在线实时判分，将用户提交的试题答案实时地判断正误，将教师从繁重的批改试卷中解脱出来。该论文分析了个性化推荐子系统的需求，完成了针对知识点和试题的不同推荐方式的设计，并给出了关键模块的实现。1.2 本文的主要内容及论文的结构本论文主要阐述了个性化推荐教学辅助系统-个性化推荐子系统的相关理论和实现方法。论文第二章中介绍了个性化推荐的基本原理和关键技术，在第三章和第四章中对个性化推荐子系统进行了详细的需求分析和设计，然后在第五章中说明了个性化推荐子系统主要功能的实现，最后第六章对本文的工作进行了概括性的论述。2 个性化推荐教学辅助系统（P
9、RTAS）概述2.1 概述个性化推荐教学辅助系统以教学辅助系统为背景，引入了个性化推荐技术，使得教学辅助系统能够根据不同的用户，推出更加个性化和人性化的结果，使用户能够通过本系统，更加高效的学习。计算机教学辅助系统，跨越了时间和空间的障碍，使得任何时间任何地点，用户都可以通过Internet来学习。但学习的过程中，用户需要进行练习和测试，因此本文在计算机教学辅助系统中引入了计算机自适应测试技术，来达到测试用户水平的目的，计算机自适应技术可以根据用户的作答，实时地计算用户的当前能力，根据当前能力，推出不同的测试题让用户作答，通过一轮一轮的测试，最终得出用户的真实能力。针对知识点检索和试题推荐，本
10、文又引入了基于案例推理的个性化推荐技术，它可以通过以往的用户案例、模式案例以及计算出的相似用户案例来达到推荐的目的。个性化推荐技术的引入，使得原本呆板的教学辅助系统有了生机，它可以针对不同的用户，推荐不同的教学资源，更适应用户的需求，使用户更加能够高效率的学习。综上所述，个性化推荐教学辅助系统的核心是个性化推荐子系统，个性化推荐子系统使用了基于案例推理的个性化推荐方式，向用户推荐符合用户兴趣和能力的个性化的教学资源。其中针对测试时试题的推荐，又使用了计算机自适应测试技术，使得测试更加精确。2.2 计算机教学辅助系统（CAI）概述网络技术发展到今天，尤其是随着国际互联网的不断推广和应用，网络越来
11、越深刻地影响着工业、商业、金融、教育、军事等社会的各个层而和领域，不断地、潜移默化地改变着人们的生活方式。计算机网络的迅速发展使之很快运用于教育领域，网络教学应运而生，它为学生的学习创建了广阔自由的环境，提供了丰富的资源，拓延了教学时空的纬度。第一个计算机辅助教学系统与1959年产生，由美国的IBM公司研制开发成功。在我国，由于历史的原因，CAI的开展要推迟到80年代初期。计算机辅助教学（Computer Assisted Instruction，CAI）思想来源于美国心里学家锡德尼.普莱希（Sidney Presscy）的“教学机器”和美国心理学家斯金纳（B.F.Skinner）“程序教学”
12、两个概念，它的发展和普及都深受计算机科技的影响。在计算机辅助教学的发展史上有两个重要的系统对后来的计算机辅助教学发展起到了重要作用。一个是PLATO系统，由六十年代伊里诺斯大学的计算机工程师和教育工作者共同研制而成；另一个是1972年Mitre公司与德克萨斯大学、杨伯翰大学合作开发的TICCIT系统。此两大系统所强调的是与传统教学手段不同的互动性及学习者控制的思想，充分表现了CAI的基本精神，是CAI发展史上的重要典范6。计算机辅助教学系统CAI具有以下特点6: 资源的共享性网络资源共享包含了网络环境资源、网络信息资源、网络人力资源的共享。其中网络信息资源是核心，它是一种以电子网络为存储载体和
13、传播媒体的数字化信息资源，具有取之不尽、用之不竭的非凡特性。 信息的时效性CAI软件在网络环境中，可以通过网络在极短的时间内获得所需的信息，如教材、参考资料等。 访问的便捷性它不受时间和空间的限制，学生可以按自己的时间表，随时随地进行学习。 媒体的多样性它能提供多种文本、动画、声音、影视等教学手段和方法以适应不同学生的学习要求。 课堂的虚拟性借助计算机的虚拟技术，直观地演示教学内容中的假设、推理，以及模拟教学实验环境，让学生进行“实际”的实验操作，培养学生的动手能力。 使用的交互性学生和教师，可以快速的相互双向交流信息，教师通过计算机网络向学生教授课程内容;师生间通过网络进行讨论、答疑;利用题
14、库巩固和提高所学知识;教师通过网络批改作业及试卷等。 学习者的独特性学生可以根据自己的实际情况按照自己进程安排学习计划，教师可对学生的学习情况和特点进行归纳、总结，以便进一步改进教学方法和教学内容。基于上述的诸多优势，越来越多的高校为了适应教学改革，创造自己独特的办学风格，大多采用网络通用的教学辅助平台。以此来提高本身的教学质量和水平。2.3 计算机自适应考试（CAT）概述作为教学辅助系统，用户不仅要能够在线学习系统中提供的各种知识，而且需要能够在线进行练习，加强对知识点的掌握程度，并在线测试自己能力和学习进度。计算机自适应考试（Computerized Adaptive Testing，CA
15、T）7可以用来针对不同能力的用户进行不同的测试，从而检测出用户的真实水平。将计算机自适应测试技术整合到教学辅助系统中，在国内尚不多见，但理论上是可行的。通过计算机自适应测试技术，可以针对不同能力的用户给出不同的测试题，使用户不会因为题太难而无从下手，也不会使用户因为题太简单而粗心大意，大大提高了考试的效率和可信度。2.3.1 计算机自适应考试（CAT）的产生和发展考试作为衡量个人某种能力和水平的工具，是学习型社会中确保教育质量的重要衡量标准，并深入到社会的各个方面。计算机自适应考试CAT随着计算机技术的发展和个性化学习的需求而得到越来越多的关注13。CAT这一概念由美国教育测量学家劳德于1971年首先提出，是建构在20世纪50年代发展起来的现代测验理论项目反应理论(Item Response Theory，IRT) 13基础上的一种考试方式。CAT的基本思想是:计算机先通过一些试探性试题来初步估计考生的
