[发明专利]一种基于单词认知状态模型适应性学习系统及方法

摘要

本发明涉及一种基于单词认知状态模型适应性学习系统及方法，系统包括移动终端、计算机终端和服务器端；所述系统包括领域知识与拓展资源模块、认知目标导入模块、认知状态分析模块、适应性学习模块、后台数据库；所述方法其特征在于实现以下步骤：领域知识与拓展资源结构化、认知目标导入和学习活动设计、单词学习和闯关、学习者认知状态分析、适应性内容推荐；本发明适用于学习英语的学生，可以分析学习者的交互数据、评估学习者认知状态，并以此为基础为学习者单词学习提供契合其认知状态、能力的精准推荐，最小化已掌握或过难词汇带来的认知负荷，从而减轻学习负担，提高学习效率。

主权项

一种基于单词认知状态模型适应性学习系统，其特征在于：包括移动终端、计算机终端和服务器端；所述系统包括领域知识与拓展资源模块、认知目标导入模块、认知状态分析模块、适应性学习模块和后台数据库，其中，领域知识与拓展资源模块、认知目标导入模块运行在计算机端，认知状态分析模块和数据库模块运行在服务器端，适应性学习模块运行在服务器端和移动终端；计算机端通过运行领域知识和拓展资源模块、认知目标导入模块，将学习资源进行结构化处理，并输入到服务器端；移动终端为学习者呈现学习资源和学习活动，并采集学习者交互数据，输入到服务器端；服务器端接收计算机端和移动终端输入的学习资源和学习者交互数据，通过认知状态分析模块计算学习者认知状态，进而调用适应性学习模块的推荐引擎，聚合适应性的学习资源，并通过移动终端呈现给学习者；其中：领域知识与拓展资源模块，运行在计算机端，实现将领域知识和拓展资源结构化表征并上传到服务器端的功能；通过计算机端的数据导入接口，将结构化的领域知识和拓展资源，上传并保存至服务器端，以供适应性学习模块调用；所述领域知识是指学习者需要掌握的单词的音、形、义和用法方面的知识；对应于每个单词，领域知识包括单词拼写、单词发音音标、单词发音音频、单词的词性和相应的中文含义、单词的用法及其相应的经典例句；所述单词的词性和单词的用法与单词均是多对一的关系，即每个单词可能对应多种词性、含义和用法；所述单词的用法包含单词的常用搭配和常用词组；所述单词的经典例句，摘自于中小学课本以及各种经典英文文献；所述拓展资源分为两部分：辅助学习资源和拓展学习资源，其中辅助学习资源包括能够表现单词的图片、单词的单复数和时态变形案例、单词的同义词和反义词案例、单词发音讲解微课、音标发音讲解微课和单词词义及用法讲解微课，用于辅助学习者达到认知目标，而拓展学习资源包括拓展阅读材料和影视视频片段，主要为高阶认知目标的达成和需要复习巩固的学习者提供；认知目标导入模块，运行在计算机端，将所述领域知识与拓展资源模块上传到服务器端的结构化数据与单词的认知目标关联，并为每个单词关于不同的认知目标设置学习活动及其评价方案；所述单词的认知目标是依据基础教育英语新课程标准，从听、说、读、写四项语言技能角度进行描述，从而形成了关于听的认知目标、关于说的认知目标、关于读的认知目标、关于写的认知目标，所述每项目标对应相应的学习活动包括关于听的认知目标对应的学习活动、关于说的认知目标对应的学习活动、关于读的认知目标对应的学习活动、关于写的认知目标对应的学习活动；通过计算机端提供的界面，按照课标要求，首先将单词关联到某个年级，然后选择该年级的学习者应掌握的一条或多条词义及用法，并设置学习者对指定学习内容的认知目标，同时为每个单词对应的每项认知目标设置相应的学习活动；新课标中每个阶段要求掌握的单词范围存在交叉，但同一单词在不同阶段所要求掌握的程度不同，所以每个单词可以关联多个年级，即不同年级的学生可能都在学习该单词，但需要达到的认知目标有所不同；通过将单词与年级、认知目标进行关联，为适应性学习模块计算不同年级学习者应学单词集和每个单词应达到的认知目标提供依据；通过设置相应的学习活动，为适应性学习模块提供适应性的学习活动打好基础；通过设置学习活动及其评价方案，为认知状态分析模块提供数据分析依据；认知状态分析模块，运行在服务器端，通过采集和分析适应性学习模块中用户与系统的交互数据，得出每个用户的认知状态，并将此认知状态提交给适应性学习模块，以供适应性学习模块基于用户的认知状态生成适应性的学习内容；所述认知状态是以用户个体的认知目标为参照，用户实际达到的认知目标的集合，如果用户甲的认知目标集合是Ω＝{A1能够根据听到的词识别或指认图片和实物，B2能够模仿例句，运用单词造句，C2能看图识词，D1能根据图片、词语或例句的提示，写出单词}，当前的认知状态是认知目标集合的一个子集，而当前的目标认知状态是认知目标集合与认知状态集合的差集；根据用户认知状态集合的分布和学习单词先理解后运用的渐进式规律，又将用户的认知状态分为“输入型”和“输出型”：若用户只在听和读这两项技能的目标达标，则认为用户属于“输入型”或者“理解型”；若用户不仅在听和读的目标达标，而且对说和写这两项技能的目标达标，则认为用户属于“输出型”或者“运用型”；所述用户与系统的交互数据，主要来源于用户浏览单词学习内容的行为数据和用户活动交互数据；通过采集用户在不同类型的学习活动中的交互数据，根据所述认知目标导入模块为每项认知目标设计的学习活动评价方案，分析用户是否达到每个活动对应的认知目标，若达到对应认知目标，则将该认知目标项加入到用户的认知状态集合；适应性学习模块，运行在服务器端和移动终端，通过接收认知状态分析模块发送的用户认知状态数据，实时跟踪学习者认知状态，以及认知目标导入模块提供的学习者所在年级应当达到的认知目标，基于认知状态和学习阶段，调用服务器端的推荐引擎，适应性地调整单词学习序列、单词学习内容和学习活动，并将适应性的单词学习序列、学习内容和学习活动呈现在移动终端，供学习者学习；同时，移动终端采集用户与系统的交互数据，传送给认知状态分析模块，并接收从认知状态分析模块返回的用户认知状态数据，发送给推荐引擎，实现实时推荐；所述适应性调整单词学习序列、单词学习内容和学习活动，一方面提取学习者基本信息中的年级信息，自动聚合该年级关联的单词及其认知目标，为不同年级的学习者选择适合的学习内容和学习目标；另一方面，根据学习者当前的学习阶段，提供动态的单词学习序列、学习内容和学习活动；所述单词学习序列是指使学习者以“学习+闯关”形式完成单词学习；所述闯关是指学习者参与适应性的学习活动，所述适应性的学习活动是指学习者应达标而未达标的认知目标对应学习活动；十个单词为一个关卡，起初每个关卡中单词以及单词出现的顺序为随机排列，在学习过程中根据每个单词的达标情况，调整每个关卡的单词序列，将上一关中未达标的单词加入到下一个关卡反复学习，推荐适应性的辅助资源，再次闯关后更新认知状态；所述每个单词的学习阶段包括未开始学习阶段、未闯关阶段、输入型目标未达标阶段、输入型阶段、输出型阶段；后台数据库，包括数据表和实体，其中数据表包括单词表、单词词义表、音标表、认知目标表、单词‑认知目标表、用户表、单词认知状态表、单词闯关记录表、拓展资源表；其中单词表存储id、单词拼写、单词音标、单词发音音频、单词发音讲解音/视频、核心音节音频id；单词词义表存储id、单词id、词性、词义、用法、例句、例句解析音频；音标表id、存储音标、发音讲解音频；认知目标表存储id、类型编号、目标内容；单词‑认知目标表存储id、单词id、词义id、年级、认知目标集合；用户表存储id、用户名、年级；用户‑单词认知状态表存储id、用户id、单词id、单词认知目标id、达标项、学习阶段；用户‑单词闯关记录表存储id、用户id、关卡编号、闯关单词ids、创建时间；拓展资源表存储id、资源类型、单词id、资源内容/地址；拓展资源推荐记录表，存储id、用户id、拓展资源id、推荐时间；后台数据库为认知目标导入模块、认知状态分析模块、适应性学习模块提供数据的调用。