第9卷第1期 智能系统学报 Vol.9 No.1 2014年2月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Feb.2014 D0:10.3969/j.issn.1673-4785.201304024 网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/doi/10.3969/j.issn.1673-4785.201304024.html 上下文感知驱动的自适应个性化学习及交互 蒋艳荣，李卫华，杨劲涛 (广东工业大学计算机学院，广东广州510006) 摘要：根据不同的学习上下文环境提供合适的学习内容、方式和交互，并在上下文发生变化时进行适应性的调整， 是智能教学系统近年来的研究难点之一。为此，提出一种上下文感知驱动的具有适应性的个性化学习及交互方法。 首先讨论上下文及其对学习与交互过程的作用和影响机制。然后提出一种以知识图为中心的个性化学习，介绍了 学习图的生成算法和操作算子、基于知识图的自适应学习导航及符合用户个性特点和需要的学习序列生成方法。 最后对交互行为进行分类，讨论交互行为的实现。原型系统的应用结果验证了所提方法的可行性和有效性，在适应 性和个性化学习方面能够较好地满足用户的学习需求。 关键词：上下文感知计算：个性化学习：适应性；交互：智能教学系统 中图分类号：TP391文献标志码：A文章编号：1673-4785(2014)01-0060-09 中文引用格式：蒋艳荣，李卫华，杨劲涛.上下文感知驱动的自适应个性化学习及交互[J].智能系统学报，2014,9(1)：60-68. 英文引用格式：JIANG Yanrong,LI Weihua,YANG Jintao..Adaptive and personalized learning and interaction driven by context- aware computing[J].CAAI Transactions on Intelligent Systems,2014,9(1):60-68. Adaptive and personalized learning and interaction driven by context-aware computing JIANG Yanrong,LI Weihua,YANG Jintao (School of Computer,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510006,China) Abstract:Providing appropriate learning contents,learning style and interaction according to the learning contextu- al environment and adjusting according to its variety are some of the difficulties of the intelligent tutoring system (ITS).Hence an approach to adaptive and personalized learning and interaction driven by context-aware computing is proposed.First,the context and its influence on learning and interaction are discussed.Then an approach to per- sonalized learning centering on the knowledge association map is introduced,including the creation algorithm and operators of the map,the adaptive learning navigation algorithm based on the learning map and the appropriate cur- riculum sequencing generation in accordance with the user's personality characteristics and needs are described in detail.The interaction behaviors are classified and how to realize the interaction behaviors is discussed.Finally,we implemented the proposal in a prototype of the learning system,and the application results indicate its feasibility and effectiveness. Keywords:context-aware computing;personalized learning;adaptability;interaction;intelligent tutoring system 近年来，随着人工智能、认知心理学、计算机科有个性化和适应性，以及良好的人机交互方面，仍然 学等学科在远程智能教育领域的应用及快速发展， 存在着巨大的挑战0，而这对于提高TS的智能性 智能教学系统(intelligent tutoring system,ITS)在知 和应用性极为关键。 识表示、学生模型、教学策略和系统架构等方面取得 与传统的教学系统相比，新一代的远程智能教 了较大的进展)。尽管如此，在如何使得TS更具 育系统（侧重于用户学习，以下简称学习系统），例 如AES[、AWBES]等，更多地强调适应性和个性 收稿日期：2013-04-14.网络出版日期：2014-02-20. 基金项目：国家自然科学基金资助项目(61142012,61171141)：广东 化，要求能够根据学生的学习水平、个人偏好等学习 省科技计划资助项目(2012B010600014.2012B010500025): 广东省创新方法与决策管理系统重点实验室开放课题 特点，调整学习内容和学习方式，以适应每位学生的 (2011A060901001-13B). 通信作者：蒋艳荣.E-mail:yrjiang@(ut.cdu.cm 特点。个性化在提高学生的学习效率和效果方第 ９ 卷第 １ 期 智 能 系 统 学 报 Ｖｏｌ．９ №．１ ２０１４ 年 ２ 月 ＣＡＡＩ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｆｅｂ． ２０１４ ＤＯＩ：１０．３９６９ ／ ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３⁃４７８５．２０１３０４０２４ 网络出版地址：ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ ／ ｋｃｍｓ／ ｄｏｉ ／ １０．３９６９ ／ ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３⁃４７８５．２０１３０４０２４．ｈｔｍｌ 上下文感知驱动的自适应个性化学习及交互 蒋艳荣，李卫华，杨劲涛 （广东工业大学 计算机学院， 广东 广州 ５１０００６） 摘 要：根据不同的学习上下文环境提供合适的学习内容、方式和交互， 并在上下文发生变化时进行适应性的调整， 是智能教学系统近年来的研究难点之一。 为此，提出一种上下文感知驱动的具有适应性的个性化学习及交互方法。 首先讨论上下文及其对学习与交互过程的作用和影响机制。 然后提出一种以知识图为中心的个性化学习，介绍了 学习图的生成算法和操作算子、基于知识图的自适应学习导航及符合用户个性特点和需要的学习序列生成方法。 最后对交互行为进行分类，讨论交互行为的实现。 原型系统的应用结果验证了所提方法的可行性和有效性，在适应 性和个性化学习方面能够较好地满足用户的学习需求。 关键词：上下文感知计算；个性化学习；适应性；交互；智能教学系统 中图分类号：ＴＰ３９１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３⁃４７８５（２０１４）０１⁃００６０⁃０９ 中文引用格式：蒋艳荣，李卫华，杨劲涛．上下文感知驱动的自适应个性化学习及交互［Ｊ］． 智能系统学报， ２０１４， ９（１）： ６０⁃６８． 英文引用格式：ＪＩＡＮＧ Ｙａｎｒｏｎｇ， ＬＩ Ｗｅｉｈｕａ， ＹＡＮＧ Ｊｉｎｔａｏ． Ａｄａｐｔｉｖｅ ａｎｄ ｐｅｒｓｏｎａｌｉｚｅｄ ｌｅａｒｎｉｎｇ ａｎｄ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｄｒｉｖｅｎ ｂｙ ｃｏｎｔｅｘｔ⁃ ａｗａｒｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ［Ｊ］． ＣＡＡＩ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ， ２０１４， ９（１）： ６０⁃６８． Ａｄａｐｔｉｖｅ ａｎｄ ｐｅｒｓｏｎａｌｉｚｅｄ ｌｅａｒｎｉｎｇ ａｎｄ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｄｒｉｖｅｎ ｂｙ ｃｏｎｔｅｘｔ⁃ａｗａｒｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ＪＩＡＮＧ Ｙａｎｒｏｎｇ， ＬＩ Ｗｅｉｈｕａ， ＹＡＮＧ Ｊｉｎｔａｏ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０００６， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｌｅａｒｎｉｎｇ ｃｏｎｔｅｎｔｓ， ｌｅａｒｎｉｎｇ ｓｔｙｌｅ ａｎｄ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｌｅａｒｎｉｎｇ ｃｏｎｔｅｘｔｕ⁃ ａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｉｔｓ ｖａｒｉｅｔｙ ａｒｅ ｓｏｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｔｕｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ （ＩＴＳ）． Ｈｅｎｃｅ ａｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ａｄａｐｔｉｖｅ ａｎｄ ｐｅｒｓｏｎａｌｉｚｅｄ ｌｅａｒｎｉｎｇ ａｎｄ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｄｒｉｖｅｎ ｂｙ ｃｏｎｔｅｘｔ⁃ａｗａｒｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｆｉｒｓｔ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｘｔ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｌｅａｒｎｉｎｇ ａｎｄ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｔｈｅｎ ａｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｐｅｒ⁃ ｓｏｎａｌｉｚｅｄ ｌｅａｒｎｉｎｇ ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｍａｐ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｃｒｅａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｏｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｐ， ｔｈｅ ａｄａｐｔｉｖｅ ｌｅａｒｎｉｎｇ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｌｅａｒｎｉｎｇ ｍａｐ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｃｕｒ⁃ ｒｉｃｕｌｕｍ ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｕｓｅｒ＇ｓ ｐｅｒｓｏｎａｌｉｔｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｎｅｅｄｓ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ． Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ａｒｅ ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ ａｎｄ ｈｏｗ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｆｉｎａｌｌｙ， ｗｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓａｌ ｉｎ ａ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅａｒｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ， ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｉｔｓ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｅｘｔ⁃ａｗａｒｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ； ｐｅｒｓｏｎａｌｉｚｅｄ ｌｅａｒｎｉｎｇ； ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ； ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ； ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｔｕｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ 收稿日期：２０１３⁃０４⁃１４． 网络出版日期：２０１４⁃０２⁃２０． 基金项目：国家自然科学基金资助项目（ ６１１４２０１２，６１１７１１４１）； 广东 省科技计划资助项目（２０１２Ｂ０１０６０００１４，２０１２Ｂ０１０５０００２５）； 广东省创新方法与决策管理系统重点实验室开放课题 （２０１１Ａ０６０９０１００１⁃１３Ｂ）． 通信作者：蒋艳荣． Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｙｒｊｉａｎｇ＠ ｇｄｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ． 近年来， 随着人工智能、认知心理学、计算机科 学等学科在远程智能教育领域的应用及快速发展， 智能教学系统（ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｔｕｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ， ＩＴＳ）在知 识表示、学生模型、教学策略和系统架构等方面取得 了较大的进展［１］ 。 尽管如此，在如何使得 ＩＴＳ 更具 有个性化和适应性，以及良好的人机交互方面，仍然 存在着巨大的挑战［１］ ，而这对于提高 ＩＴＳ 的智能性 和应用性极为关键． 与传统的教学系统相比，新一代的远程智能教 育系统（侧重于用户学习，以下简称学习系统），例 如 ＡＩＥＳ ［２］ 、ＡＷＢＥＳ ［３］等，更多地强调适应性和个性 化，要求能够根据学生的学习水平、个人偏好等学习 特点，调整学习内容和学习方式，以适应每位学生的 特点［４］ 。 个性化在提高学生的学习效率和效果方