基于知识能力认知诊断模型的个性化学习系统的设计与实现

摘要

知识能力认知诊断模型在学术研究中已被证实对个性化学习是非常有效的，但是实际教学中存在客观的局限性，因为教师没有足够的精力对每位学生的知识状态进行分析和评估。而随着大数据时代的来临和互联网在教育领域应用的不断深入，借助计算机来服务于教育已成为个性化学习领域的研究热点。 通过对国内外研究现状的调研，发现目前在线的个性化学习系统把焦点都聚集在对学习者的学习风格的研究上，大部分都是通过分析学习者的学习行为和兴趣偏好，把类似的学习者进行聚类分组，然后针对性的推送合适的学习资源，以期达到个性化学习的目的。这种方式只是理论上的个性化，实际中的应用效果并不是很理想。因为不同学习者的基础是不同的，在没有对学习者的知识状态进行诊断，不了解学习者当前的知识结构和能力水平的情况下，盲目的推送学习资源，其有效性是没有保证的。针对上述问题，本文设计了基于知识能力认知诊断模型的个性化学习系统，旨在探索出能够有效实现在线个性化学习的方法。 本文在对知识能力认知诊断模型（DINA模型）和个性化学习领域内的研究现状进行了调研的基础上，结合了一线教学的实际情况，提出了一种能够诊断学习者知识状态，较好的实现在线个性化学习的方案。首先，通过对传统的DINA模型和改进版R-DINA（Revised Deterministic Inputs,Noisy“and”Gate）模型的研究，本文提出了优化后的知识能力认知诊断模型，较好的解决了存在的问题，并设计了实验，验证了知识能力认知诊断模型的有效性。然后，本文详细的阐述了结合知识能力认知诊断模型诊断出学习者的知识状态和认知缺陷的整个过程，并针对性的给出了补救建议，充分验证了知识能力认知诊断模型的实际应用价值。最后，本文将知识能力认知诊断模型与互联网相结合，设计并实现了个性化学习系统。通过对系统的需求分析、结构设计、业务流程、模块实现和性能测试的一连串介绍，表明了系统已经达到了预期的效果。 通过实证研究，发现基于知识能力认知诊断模型的个性化学习系统能够很好的诊断出学习者的知识结构和能力水平，并针对学习者存在的缺陷，针对性的提出补救建议，真正实现了因材施教，做到了个性化学习。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容

1.4论文的组织结构

第2章 理论基础综述

2.1项目反应理论

2.1.1 项目反应理论的概念

2.1.2 项目反应理论的模型

2.1.3 项目反应理论的优缺点

2.2 认知诊断理论

2.2.1 认知诊断相关概念

2.2.2 认知诊断模型

2.3认知诊断指导个性化学习

2.3.1 认知诊断在个性化学习中的意义

2.3.2 认知诊断指导个性化学习的过程

第3章 基于知识能力认知诊断模型的个性化学习方式构建

3.1知识能力认知诊断模型的优化

3.1.1 传统DINA模型

3.1.2 改进版R-DINA模型

3.1.3 提出优化版知识能力认知诊断模型

3.2知识能力认知诊断模型参数估计

3.2.1 E-M算法估计知识能力认知诊断参数

3.2.2 知识能力认知诊断参数估计具体步骤

3.3使用知识能力认知诊断模型估计被试知识状态

3.3.1 建立认知属性框架

3.3.2 根据层级关系建立邻接矩阵

3.3.3 通过扩张算法得出理想掌握模式并建立Q矩阵

3.3.4 被试项目反应矩阵

3.3.5 项目参数估计

3.3.6 诊断被试知识状态

3.4本章小结

第4章 系统的需求分析与设计

4.1系统需求分析

4.1.1 系统总体业务流程

4.1.2 分角色业务流程

4.1.3 系统开发环境

4.2系统功能及界面设计

4.2.1 系统架构

4.2.2 系统的功能

4.2.3 系统业务用例

4.2.4 功能模块详细设计

4.3数据库的设计

4.3.1 数据库概念设计

4.3.2 数据库逻辑设计

4.3.3 数据库物理设计

4.4本章小结

第5章 系统的实现与测试

5.1系统的实现

5.1.1 组织架构管理模块的实现

5.1.2 知识框架管理模块的实现

5.1.3 测验试卷管理模块的实现

5.1.4 诊断管理模块实现

5.2系统的测试

5.2.1 测试内容

5.2.2 测试结论

5.3本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

附录

致谢