Java编程电子学习系统中的自适应导航支持外文翻译资料

Java编程电子学习系统中的自适应导航支持

摘要：快速增长的互动问题，可供学生在中等学习课程的问题，个性化指导的问题，把电子学习的研究人员的议事日程。没有适当的指导，学生经常选择过于简单或过于复杂的问题，结束无聊或气馁。本文探讨了一种被称为自适应导航支持的个性化制导技术。我们开发了JavaGuide，assystem，该系统指导学生在Java编程课程中提出适当的问题，并研究了个性化指导在为期三学期的课堂学习中的效果。本研究的结果证实了适应性导航支持的教育和动机效果。

关键词：自适应注释，自适应导航支持，电子学习，Java编程，个性化指导

1. 引言

现代电子学习课程的开发人员努力为学生提供更具互动性和吸引力的内容，而不仅仅是一组简单的静态页面。最常见的是，他们选择用各种各样的交互式问题来增强课程内容，从简单的问题到编程练习(Brusilovsky amp; Higgins 2005;(Douce et al. 2005)，主机E-Learning系统可以对其进行自动评估。众所周知，交互式问题在电子学习环境中既有趣又有用。在自我评估模式中，他们允许学生检查他们的理解和发现知识差距。在评估模式中，教师可以控制学生的学习，并保证他们的进步。所有主要的课程管理系统都提供了交互创作的工具自动评估问题。此外，一系列专门的创作和交付工具允许课程创建者包括更复杂的问题和问题。因此，现在参加高级电子学习课程的学生可以接触到大量的问题和问题，包括评估和自我评估。

虽然大量的问题可以让学生检查他们学习的各个方面，但这种好处可能不会完全实现，除非它能像一个熟练的人类导师那样，在正确的时间引导学生回答正确的问题。没有正确的指导，学生经常选择太简单或太复杂的问题，结果，变得无聊或气馁。不幸的是，这个指导问题的“一刀切”的解决方案(例如按照固定的顺序排列问题)不起作用，因为学生通常有不同的入门知识和学习速度。为了解决这一问题，应该根据学生的知识现状提供适应性的指导。个性化指导最流行的两种方法是自适应问题的产生(Koffman amp; Perry 1976;Fischer amp; Steinmetz 2000;Kumar 2005 b;Myller 2006)和适应性问题选择(Mayo amp; Mitrovich 2000;Mitrovic amp; Martin 2004;Kumar 2006;Ullrich et al. 2009);这两种方法都能让学生专注于最困难的问题。这两种方法的消极方面是它们的限制性:它们为学生做出适应性选择，使他们在选择过程中没有自由。这种策略的一个潜在的副作用是，学生无法改变错误的问题选择，如果学生的模型是错误的，就可能发生这种情况。在我们过去的作品中(Brusilovsky amp; Pesin 199)我们探索了一种限制较少的自适应制导策略——自适应导航支持来选择问题。自适应导航支持通过改变问题链接的外观来引导学生找到最合适的问题。这种方法依赖于系统的人工智能(AI)与学生自己的智能之间的协同，往往能带来更好的结果和更高的满意度。自我评价语境下的个性化指导评价(Brusilovsky amp; Pesin 1994;Brusilovsky amp; Sos- novsky 2005b)证明了该技术确实能够帮助学生在正确的时间得到正确的问题，极大地增加了学生正确回答问题的机会。此外，我们还发现，提供自适应导航支持极大地提高了学生积极使用教育软件的比例、工作量和使用系统的频率(Brusi- lovsky et al. 2006)。

虽然我们过去的研究显示了使用自适应导航支持来引导学生找到正确的问题的几个好处，但是还有一些问题没有得到解答。首先，我们研究中使用的测验问题相对简单。因此，还不清楚自适应导航支持的好处仅限于简单的问题，还是这种技术可以成功地引导学生回答更广泛的问题:从相对简单的问题到非常困难的问题。其次，由于我们课堂研究的对象相对较少，我们无法单独评估自适应导航支持技术对较强和较弱的学生的影响，这是AI在教育领域的一个典型研究问题(Mitrovic 2007)。已知一些国家创新可能特别有利于较强或较弱的学生，而其他提供平等的支持，两组，但早期的研究还没有探索这方面的自适应导航支持技术。

本文的工作试图探索自评估问题的自适应导航支持，以超越原来狭窄的范围，即在更大的类和更广泛的问题困难范围。为了实现这种扩展，我们将研究转移到Java编程语言的一个新的、更复杂的领域，Java编程语言现在是大多数入门编程类的首选语言。为了形成我们研究的基础，我们开发了QuizJET (Java评估工具包)，这是一个用于编写、交付和评估Java参数化问题的系统(Hsiao et al. 2008)。一个可靠的评估已经证明QuizJETs的问题对教育是有益的:我们发现QuizJET学生的学习质量和工作量与他们的表现之间存在显著的关系。通过使用该系统，学生们能够提高他们的每周课堂测验成绩。我们还发现他们在QuizJET考试中的成绩(正确答案的百分比)与期末考试成绩呈正相关。

一旦确认了QuizJET问题的效果，我们就开发了JavaGuide系统，利用自适应导航支持，引导学生选择最合适的QuizJET问题。适应性导航支持的效果在一个为期3个学期的课堂研究中进行了评估，该研究特别试图评估适应性导航支持对不同复杂问题的学生工作的影响，以及该技术对较弱和较强的学生的影响。

本文的其余部分介绍了我们对这项工作的看法。在简要概述相关工作之后，我们将详细介绍QuizJET和JavaGuide的实现，解释自适应导航支持的本质，并报告课堂研究的结果。最后，我们对研究结果进行了总结和简要讨论。

1. 相关工作
   1. 电子学习中的参数化问题

参数化问题和练习是电子学习领域中一个活跃的研究领域(Brusilovsky amp; Sosnovsky 2005a)。该技术允许从内容作者创建的相对较少的模板中获得许多客观问题。使用随机生成的参数，每个问题模板都能够生成许多相似但又足够不同的问题。证明了许多项目如卡帕(Kashy et al . 1997), WebAssign (Titus et al . 1998), EEAP282 (Merat amp;钟1997),Mallard(Graham et al . 1997年)和COMBA (Sitthisak et al . 2008),参数化问题可以有效地使用在许多领域允许增加评估项的数量,减少编辑的努力,减少作弊。虽然参数化问题主要用于“基于公式”的问题，但我们可以举出几个在编程领域的电子学习系统中应用参数化问题生成的项目(Krishna amp; Kumar 2001;Kumar,2000年,2005年;Koffman amp; Perry 1976;Martin amp; Mitrovic 2002)。在其他关于参数化问题生成的工作中，我们的方法可以被认为是相对简单和直接的。我们的目标不是改进问题的生成，而是实现一个实用的、健壮的解决方案，它可以极大地减少为编程教学创建大量问题集所需的编写工作。

2.2 E-Learning中的自适应导航支持

自适应导航支持是一组旨在帮助用户在超文本和超媒体环境中定位相关信息的技术(Brusilovsky 2001)。通过自适应地改变每个浏览页面上链接的外观，如直接引导、自适应排序、自适应链接隐藏和删除、自适应链接注释等方法，支持基于浏览器的个性化信息访问。电子学习以其不断适应学生知识水平的需要，是自适应导航支持最活跃的应用领域之一。在电子学习环境中，这些技术展示了它们支持更快地实现用户目标、减少导航开销和增加用户满意度的能力(Brusilovsky amp; Eklund 1998;Davidovic等人，2003;Olston amp; Chi 2003;Kavcic 2004)。然而，大多数在电子学习中应用这些技术的系统，以及大多数的评估研究，只关注于引导学生选择正确的文本内容，如概念介绍或解释。在这种情况下，无论是内容的复杂性，还是学生的学习成功都无法可靠地衡量。相比之下，我们的工作提供了一个应用自适应导航支持来指导学生最合适的问题和问题的极少数例子之一。我们相信，这样的环境提供了一个机会，以增加自适应导航支持的影响，并允许更好地评估这种影响。

2.3 QuizJET: Java的参数化问题

QuizJET系统的设计目的是支持基于web的Java编程语言参数化问题的编写、交付和评估。QuizJET可用于评估和自我评估学生对Java主题的广泛知识，从语言基础到高级概念，如多态性、继承和异常。

在计算任务类型的分类中，QuizJET生成的问题属于预测任务组(Bower 2008)。这些任务在各种计算相关课程中越来越受欢迎(Malmietal.2005;Kumar 2005;2006万立升)。在很大程度上，QuizJET生成的任务的性质遵循了之前在QuizPACK中探索过的方法(Brusilovsky amp; Sosnovsky 2005a)。然而，从C到Java领域的转换允许QuizJET生成更复杂的问题，这对我们的研究非常重要。

表1比较了针对C语言和Java入门编程课程而开发的QuizPACK和QuizJET问题集。问题的复杂性是由问题中涉及的概念的数量来衡量的。对于C，这个数的范围是从1到19;对于Java，它在4到297之间。如表所示，C语言编程问题的复杂性范围相对较小，大多数都是这样问题属于容易回答的那一组。相反，Java包含了更广泛的复杂性，在不同级别之间有更广泛的问题分布。

表1 编程语言C和Java问题的复杂性

2.4 QuizJET学生界面

一个典型的QuizJET问题由一个小型Java程序组成。当问题提交给学生时，程序文本中的一个(或多个)数值用一个随机参数实例化。因此，学生可以用不同的参数值和不同的正确答案多次访问同一个问题。为了回答一个问题，学生需要检查程序代码并解决后续的任务。这个任务有两种形式:“指定变量的最终值是多少?”或“什么将被程序打印到标准输出?”

一个选项卡界面设计已经实现，允许问题由几个类组成。包含主函数的驱动程序类总是出现在第一个问题的入口点上。第一个选项卡还包括问题任务和学生输入的字段。在学生的答案被评估之后，系统的反馈也会出现在第一个选项卡中。一个QuizJET问题示例如图1所示。通过点击不同的标签，学生可以在不同的课程之间切换，以访问程序的完整代码。

一旦学生输入一个答案并点击“提交”按钮，QuizJET就会报告评估结果和正确答案(图2)。无论结果是否正确，学生都可以点击“重试”按钮，用不同的值评估相同的问题生成的参数。这个选项为学生提供了一个掌握特定主题的机会。

2.5 QuizJET架构

QuizJET是ADAPTarchitecture的一个组成部分，主要用于分布式适配和用户建模。它遵守用户认证、报告用户交互和适应的adaptprotocols。可以使用ADAPTHTTP参数来扩展QuizJET问题的url，以通知系统当前用户、组和会话。在验证学生的答案后，QuizJET还会生成一个学习事件事务，其中包含用户、问题、交互结果等信息。事务被发送到用户建模服务器，计算学生的知识并将其报告给感兴趣的系统(Brusilovsky et al. 2005)。该体系结构支持QuizJET与增值适配服务的轻松集成。

每个QuizJET问题都可以通过一个唯一的URL访问。一旦一个问题启动，QuizJET服务器就会生成一个问题并将其发送到学生的浏览器中。当学生提交解决方案时，QuizJET会执行问题代码来生成正确的答案，并与用户的输入进行比较，然后给出反馈。

2.6 QuizJET问题编写

QuizJET提供了一个基于表单的在线创作界面，用于开发新的测验和问题。图3演示了QuizJET问题的处理过程创作。问题模板表单要求作者指定几个问题参数。作者必

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