浅谈在线教育系统学习路线模块的设计与实现

　　开放存取是基于自由、开放与共享的理念，依托网络技术的一种全新的学术出版和信息交流模式，其在多个领域掀起了各种形式的开放存取运动。在线学习系统就是在此思想的推动下，伴随网络技术的成熟发展出的新的教学管理形式。并且伴随着现代社会对高层次人才的需求和生存竞争的逐渐加大，提高教育质量将是高等教育发展的核心目标。在线学习系统的建设水平也早已成为衡量现代大学建设的重要指标。
　　现有的在线学习系统集成了网络共享教学资源、教学资源管理、视频课程和师生交互等多功能功能为一体。在国外已经设计实现了众多虚拟学习环境模型，例如E - learning，并且在实际使用中不断改进。它们应用简便并具有很多教学工具，在很大程度上适应了教师与学生在实际教学中的需求。如允许发布教学大纲，更新布告栏，进行课程预设，通过搜索引擎对现有资料进行查找，提供丰富的参考教材、传统教材和多媒体资料，并可以进行简单的编辑，内置博客等新兴的展示交流工具，以及在线交流、留言板和论坛等即时交互工具，以方便教师和学生进行及时的交流。另外，还有练习模块，作业模块，下载模块等教学辅助模块的支持。国内著名高校如北京大学、清华大学、上海复旦大学、浙江大学、武汉大学等高校早已相继成立了大学课程中心。通过调查研究和使用实践证明，大学课程中心能够为课程建设提供必要的技术支持。
　　但是现有这些在线学习系统都忽略一个问题:他们全部既没有预设的学习路线功能，也没有针对特殊使用者的个性化学习路线，可以使使用者按照学习路线中的课程设置进行学习。比如当一名使用者申请某门课程的学习时，现有的在线学习系统不会提示使用者学习这门课程之前必须具备的知识和应具有的能力，导致课程的申请者申请课程之后发现无法继续学习所选的课程。因为现实中申请者必须按照既定的课程顺序进行学习，在前导课程得到及格的成绩时才能学习当前选择的课程。
　　而在线学习系统预设学习路线并修改学习路线模块可以解决上述问题。首先分析课程与课程之间的关系，例如得到学习某门课程的前导课程和后续课程，将这样的关系写入数据库表中，通过程序生成预设的学习路线，当使用者选择学习某门课程时，使用者会清楚的得到学习这门课程所必需学习过的前导课列表，如果使用者前导课列表全部标记为完成，则可以学习所选课程; 否则将不能学习。其次如果前导课程是多门课程的情况出现则需并行学习多门前导课。第三如果前导课还存在没有完成的前导课，则一直找到第一门课程从头开始学习。第四为保证系统的灵活性，管理者也可以针对特殊使用者提出的需求修改预设的学习路线。并且上述方法还有另外一项重要的作用，由于在线学习的特殊性，教师无法有效监督网络另外一端使用者的学习情况，而学习路线的预设功能则能为监督学生学习起到很大的作用。
　　文章以辽东学院课程中心为例主要讲述在线学习系统学习路线预设与修改等技术，并对其中的关键技术的实现做了详细的叙述。预设学习路线功能可以弥补学习者盲目选择课程的缺陷，并且在一定程度上监督学习者的学习进度，在一定程度上完善了在线学习系统。在线学习系统的设计事先做了充足的准备，收集大量专业的人才培养计划，根据人才培养计划进行了课程关系的分析，发现其中存在串行路线、并行路线和混合路线，分别建立数据模型。根据上述数据模型建立了学习路线预设框架模型，将其加入到课程中心，大大提高了学校的教学管理效率。
　　1 现状分析
　　1. 1 数据表的分析
　　对于在线学习系统的学习路线预设模块需要以下两个功能: 学习路线预设功能和对预设的学习路线按照特殊用户的要求进行修改的功能。
　　一般来说在线学习系统的学习路线预设就是设置课程和课程之间的关系，也就是各门课程之间前导和后续的关系，是由授课者( 通常是一个人或者一个部门) 决定的，然后将其写入授课计划以便执行。对于学习路线的预设是，首先根据授课计划将每个学生的学习路线归纳成一个实体，然后通过二维关系描述。其次根据事先的授课计划将课程归纳成一个二维关系。两个二维关系通过关键字约束，某学习者选择学习当前课程，程序会通过约束关键字中所选当前课程的前导课号和完成状态，如果前导课程已经被标记为完成状态则可以学习当前课程，否则先学习前导课。对于修改预设的学习路线功能则可通过管理员强行修改二维关系表实现。
　　1. 2 课程关系类型的分析
　　根据学习常识某一门课程一定不是孤立的，一定会存在前导和后续课程。如果某门课程的前导课程只有一门课程的情况出现，那么学习者只需学完这一门前导课程就可以向后学习自己所需的课程;但是大多数情况是某门课程的前导课程是大于一门课程的情况，对于这种情况经过分析会出现三种常见的状态，分别总结为串行学习路线、并行学习路线及混合学习路线。串行学习类型的学习路线链条来说，某一门课程的直接前导课程只有一门，但该前导课还存在自身的直接前导课程，如果学生希望学习课程D，只有先学习课程A，然后学习课程B，然后学习课程C，最终才能学习所选择的课程D。
　　并行学习类型的学习路线链条来说，某一门课程的直接前导课程不只有一门，学生如果希望学习课程C，但是课程C 具有课程A 和课程B 两门并行的前导课，那么学生只能同时选择学习课程A 和课程B，完成后才能向后进行课程C 的学习。
　　混合学习路线来说，有时某门课程的前导课在学习链条的某一节点可能是并行学习的情况，有的时候可能是串行学习的情况，对于不同的情况可以分别进行串行学习路线、并行学习路线进行学习。
　　2 学习路线设计
　　2. 1 学习路线类型的判断
　　在所有课程的信息都确定填入前面所述的二维关系中后，当学习着选择某课程时便会进入预先设定好的学习路线，该路线首先判断当前课程的前导课程数量，如果不大于1，则可以学习该课程的唯一门前导课或者直接学习该课程; 如果大于1，则判断该课程的直接前导课程数量，如果不大于1 则进入串行学习路线，如果大于1 则进入并行学习路线，过程如图4 所示:
　　2. 2 串并行学习路线的设计
　　在学习着选择课程，并且进行了学习路线类型的判断之后，学习者要按照预设的学习路线进行学习，为了简化串行学习路线和并行学习路线设计流程图。如串行学习所描述的那样，当学习着选择学习课程A 时，必须先学习课程B 和课程C。在学习课程B 和课程C 时需要经过和课程A 相同的判断过程。经过类型判断得到课程A 的前导课程数量大于1，并且又判断出课程A 的直接前导课程为1门即课程B，不是并行学习路线，所以就要先学习课程B。课程B 所经过的判断流程和课程A 一致，发现还有课程C 需要学习，还要进行课程C 的学习。如果系统判断未学习完成，就继续学习课程C，当课程C 学习完成就可以沿着串行学习路线学习课程B，然后是课程A。以此类推即为串行学习路线。
　　2. 3 修改预设学习路线的设计
　　如前所述得到预设学习路线的方法和学习路线类型判断及如何在类型判断后按照学习路线学习的方法，但是学习路线的预设又不是死板的、一成不变的，在设计中具有按照学习者的合理意愿进行学习路线修改的功能: 先由希望修改学习路线的学习者通过发送信息的方式发送修改学习路线的申请到任课教师，任课教师不具备修改学习路线的权利，所以任课教师再通过课程中心内信息的方式发送给管理员，管理员审核通过并备案后授权教师修改相关学生的学习路线，以达到因材施教的目的。学习路线预设与修改如图7 所示:
　　3 功能测试
　　对于预设学习路线和修改学习路线功能的测试是在辽东学院课程中心这个在线学习系统上进行的，辽东学院课程中心是辽东学院自主开发的在线学习系统，其运行基于辽东学院校园网。参与测试的学习者人数达到2 300 人，课程数量5 门。共生成参与测试的学习路线实例11 500 个，其中预设串行学习路线2 300 个，预设并行学习路线2 300个，预设混合学习路线2 300 个，将前导课完成状态标记为完成状态的学习路线2 300 个，修改预设学习路线2 300 个。全部的预设学习路线都能按照设计的要求约束学习者沿路线进行学习，修改学习路线功能也能够按照学习者的要求在管理员的权限下进行合理修改。
　　预设学习路线和修改预设学习路线模块在辽东学院课程中心和校园网上可以顺畅的运行，但是随着学习者的增多，会产生越来越多的学习路线实例，这将产生大量的数据冗余，要求数据库服务器的数据存储、吞吐能力强，提高了教学成本和管理难度，这些都是今后需要进一步改进的地方。
　　4 总结与展望
　　随着时代的发展，在线学习成为当今重要的学习方式之一，也产生了很多在线学习系统，但是目前的在线学习系统都没有预设学习路线和修改学习路线这个功能，无法监督学习者的学习状态，不方便教学管理。文章以辽东学院课程中心为例主要讲述在线学习系统预设学习路线模块的课程关系的分析、数据库表的建立、学习路线预设与修改等技术，建立串行学习路线预、并行学习路线预设和混合学习路线预设框架模型，并对其中的关键技术的实现做了详细的叙述，希望能为开发者提供一个实用模型，并且希望对其他应用的建设有一定的借鉴作用。
　　对于大量学习者的学习路线实例产生的数据冗余问题，功能开发者已经找到应对的思路和方法。可以参考目前流行的个性化推荐方法，例如基于关联规则的推荐、基于内容的推荐、协同过滤推荐，根据学习者以往的选课信息，在线学习系统自动的将学习者可以进行学习的课程推荐给学习者实现智能预设。由于现实条件约束在这个版本的学习路线预设中无法体现，但是在接下来的学习路线预设版本中会加入这个功能。