課題介紹一定位和設(shè)想

1、課題介紹：一）課題定位和設(shè)想本課題的定位：探索將智能感知技術(shù)應(yīng)用到中小學(xué)作業(yè)減負(fù)中，并依托具有大規(guī)模網(wǎng)上中小學(xué)生用戶的“一起作業(yè)網(wǎng)”開(kāi)展實(shí)踐探索。本課題以個(gè)性化學(xué)習(xí)理論為依據(jù)，利用云計(jì)算和大數(shù)據(jù)背景下的智能感知技術(shù)，從知識(shí)水平和情感狀態(tài)兩個(gè)維度對(duì)學(xué)生完成作業(yè)過(guò)的學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行感知，自適應(yīng)地調(diào)整每個(gè)學(xué)生的作業(yè)內(nèi)容和作業(yè)數(shù)量，構(gòu)建一個(gè)能夠幫助學(xué)生輕松愉快地完成家庭作業(yè)的個(gè)性化作業(yè)，提高中小學(xué)生的“作業(yè)質(zhì)量”與“學(xué)習(xí)效果”，進(jìn)而促進(jìn)“減負(fù)增效”，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)和情感的同步發(fā)展。有關(guān)作業(yè)和作業(yè)系統(tǒng)的研究發(fā)展現(xiàn)狀表明：作業(yè)的數(shù)量和難度需要和學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)、知識(shí)水平和學(xué)習(xí)情感相適應(yīng)，個(gè)性化的作業(yè)是提高作業(yè)效率

2、、實(shí)現(xiàn)“減負(fù)增效”的關(guān)鍵，而這一特點(diǎn)在現(xiàn)有的作業(yè)系統(tǒng)中并沒(méi)有得到很好的體現(xiàn)。為了獲得愉悅的作業(yè)體驗(yàn)和滿意的作業(yè)效果，監(jiān)測(cè)和調(diào)控作業(yè)中學(xué)生的學(xué)習(xí)情感是一種行之有效的方法。個(gè)性化作業(yè)內(nèi)容設(shè)計(jì)的依據(jù)是學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握的情況，這需要能夠感知和測(cè)量學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和水平。建立一個(gè)這樣的測(cè)量系統(tǒng)，其指導(dǎo)理論主要有兩種：經(jīng)典測(cè)量理論（CTT，Classical Test Theory）和項(xiàng)目反應(yīng)理論（IRT，Item Response Theory）。經(jīng)典測(cè)量理論依據(jù)的是線性數(shù)學(xué)模型，該模型在樣本依賴、分?jǐn)?shù)等值等方面存在性的概率模型，克服了經(jīng)典測(cè)量理論的上述缺陷。項(xiàng)目反應(yīng)理論采用了非線與經(jīng)典測(cè)量理論不同，項(xiàng)目反

3、應(yīng)理論不是用平均分、標(biāo)準(zhǔn)差、通過(guò)率等統(tǒng)計(jì)量來(lái)刻畫測(cè)驗(yàn)結(jié)果，而是通過(guò)題目特征曲線的特征參數(shù)來(lái)刻畫一個(gè)測(cè)驗(yàn)。IRT 基于潛在特質(zhì)假設(shè)，即假設(shè)被試對(duì)于測(cè)量的反應(yīng)是受某種心理特質(zhì)的支配，首先要對(duì)這種特質(zhì)進(jìn)行界定，然后估計(jì)出被試的這種特質(zhì)的分?jǐn)?shù)，并根據(jù)該分?jǐn)?shù)的高低來(lái)和解釋被試對(duì)于項(xiàng)目或測(cè)驗(yàn)的反應(yīng)。項(xiàng)目反應(yīng)理論的最大優(yōu)點(diǎn)是項(xiàng)目參數(shù)的估計(jì)與被測(cè)試的樣本無(wú)關(guān)。它是以受測(cè)者回答問(wèn)題的情況，經(jīng)題目特征函數(shù)的運(yùn)算，推測(cè)受測(cè)者的認(rèn)知水平和能力。目前，IRT 的理論模型已經(jīng)較為完善，研究多偏向于 IRT 在能力測(cè)量中的數(shù)據(jù)處理技術(shù)和應(yīng)用模式。CAT（Computerizeptive Testing）是 IRT 應(yīng)用的一

4、個(gè)重要領(lǐng)域，CAT 是一種量裁性（tailoring）的測(cè)量，它根據(jù)每個(gè)學(xué)生的實(shí)際能力定制測(cè)驗(yàn)內(nèi)容，首先通過(guò)初始題目對(duì)學(xué)生能力進(jìn)行初步估計(jì)，然后通過(guò)滿足當(dāng)前知識(shí)點(diǎn)測(cè)量要求的選題算法，從題庫(kù)中選取與學(xué)生能力水平最接近的題目繼續(xù)進(jìn)的能力值為止。量，直到能夠準(zhǔn)確地標(biāo)定學(xué)生在當(dāng)前所測(cè)知識(shí)技能方面如果在學(xué)生完成作業(yè)過(guò)，融入這種對(duì)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)和水平的自動(dòng)測(cè)量和感知技術(shù)，就能夠做到為每一個(gè)學(xué)生定制適合他自己的個(gè)性化作業(yè)。基于 IRT 的自適應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)可以為定制每個(gè)學(xué)生的作業(yè)內(nèi)容和作業(yè)數(shù)量提供依據(jù)，為構(gòu)建一個(gè)能夠自動(dòng)提供個(gè)性化的作業(yè)內(nèi)容設(shè)計(jì)、自動(dòng)確定合理的作業(yè)數(shù)量的作業(yè)提供一種有效方法。二） 選題的價(jià)值和意義

5、從學(xué)習(xí)理論來(lái)看，學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)過(guò)程可分為：選擇、維持、應(yīng)用四個(gè)階段。學(xué)生在領(lǐng)會(huì)知識(shí)之后，要維持和應(yīng)用知識(shí)，作業(yè)是一種有效途徑。從教學(xué)角度來(lái)看，作業(yè)不僅是教學(xué)過(guò)對(duì)教學(xué)效果的必要反饋形式，而且設(shè)計(jì)作業(yè)是課堂教學(xué)的延續(xù)與發(fā)展。學(xué)生在作業(yè)過(guò)受到學(xué)習(xí)目標(biāo)、周圍學(xué)習(xí)環(huán)境等多方面影響、呈現(xiàn)出多樣化特性。不同的學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握快慢、扎實(shí)程度受到學(xué)生性格特征、學(xué)習(xí)方法、情感狀態(tài)等多方面影響。本課題的選題意義在于探索在云計(jì)算和大數(shù)據(jù)背景下，利用智能感知技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)中小學(xué)生作業(yè)“減負(fù)增效”的方案。課題將基于云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)分析技術(shù)應(yīng)用到學(xué)生完成作業(yè)的學(xué)習(xí)活動(dòng)中，在作業(yè)過(guò)智能感知學(xué)生來(lái)的知識(shí)結(jié)構(gòu)、水平及情感狀態(tài)，

6、自適應(yīng)地調(diào)整每個(gè)學(xué)生的作業(yè)內(nèi)容和數(shù)量，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的作業(yè)推送。本課題研究成果的應(yīng)用推廣將為緩解當(dāng)前中小學(xué)生作業(yè)負(fù)擔(dān)繁重，作業(yè)效率偏索。問(wèn)題提供一種新的實(shí)踐探三） 主要研究?jī)?nèi)容、思路方法及創(chuàng)新點(diǎn)1. 研究目標(biāo)本課題研究目標(biāo)：以個(gè)性化學(xué)習(xí)理論為依據(jù)，以云計(jì)算和大數(shù)據(jù)背景下的智能感知技術(shù)為手段，動(dòng)態(tài)感知學(xué)生在完成作業(yè)過(guò)的知識(shí)結(jié)構(gòu)、水平及情感狀態(tài)，構(gòu)建一個(gè)能自適應(yīng)地調(diào)整每個(gè)學(xué)生的作業(yè)內(nèi)容、數(shù)量及頻率的個(gè)性化質(zhì)量”與“學(xué)習(xí)效果”，促進(jìn)“減負(fù)增效”。作業(yè)云計(jì)算，改善中小學(xué)生的“作業(yè)2. 主要研究?jī)?nèi)容本課題的任務(wù)：研究基于智能感知技術(shù)的中小學(xué)生個(gè)性化作業(yè)云計(jì)算1） 中小學(xué)生個(gè)性化作業(yè)云計(jì)算中的智能感知研究學(xué)生

7、知識(shí)及情感的感知和調(diào)控模型，涉及以下：智能感知技術(shù)：學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)感知、學(xué)生學(xué)習(xí)情感狀態(tài)感知學(xué)習(xí)分析技術(shù)：學(xué)生知識(shí)水平分析、學(xué)生學(xué)習(xí)情感轉(zhuǎn)換分析社會(huì)化交互技術(shù)：與學(xué)生進(jìn)行社會(huì)互（包括社交化交互與化交互教學(xué)設(shè)計(jì)）2） “基于智能感知技術(shù)的中小學(xué)生個(gè)性化作業(yè)云計(jì)算”的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)將以“一起作業(yè)網(wǎng)”為依托，將智能感知技術(shù)集成到一起作業(yè)網(wǎng)現(xiàn)有的作業(yè)平臺(tái)中?！耙黄鹱鳂I(yè)網(wǎng)”是一個(gè)致力于為中小學(xué)生提供基于互聯(lián)網(wǎng)的作業(yè)練習(xí)和能力，為教師、學(xué)生和家長(zhǎng)提供有價(jià)值的個(gè)性化互動(dòng)教學(xué)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以學(xué)生為主體，以海量題庫(kù)為支撐，融合個(gè)性化、社交化等交互識(shí)結(jié)構(gòu)與知識(shí)水平的測(cè)量和分析，進(jìn)行個(gè)性化作業(yè)定制和，通過(guò)

8、對(duì)學(xué)生作業(yè)過(guò)的知，避免題海戰(zhàn)術(shù)；通過(guò)對(duì)學(xué)生化交互，提高學(xué)生完成作業(yè)在作業(yè)過(guò)的情感狀態(tài)變化進(jìn)行感知，動(dòng)態(tài)嵌入社會(huì)化及的情感體驗(yàn)與學(xué)習(xí)。3. 基本觀點(diǎn)本研究的基本觀點(diǎn)：將以智能感知和交互為的 IT 新技術(shù)應(yīng)用到中小學(xué)作業(yè)系統(tǒng)中，對(duì)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)、知識(shí)水平及學(xué)習(xí)情感進(jìn)行感知分析，形成智能化和個(gè)性化的作業(yè)平臺(tái)，可以有效幫助中小學(xué)生實(shí)現(xiàn)作業(yè)的“減負(fù)增效”。4. 研究思路本研究從知識(shí)結(jié)構(gòu)及水平、學(xué)習(xí)情感兩大維度，采用 IRT 感知計(jì)算、基于視覺(jué)及文本的學(xué)習(xí)情感感知計(jì)算技術(shù)，對(duì)學(xué)生作業(yè)過(guò)的學(xué)習(xí)及情感狀態(tài)進(jìn)行感知分析，自適應(yīng)生成難度、數(shù)量及頻率與學(xué)習(xí)狀態(tài)相適應(yīng)的個(gè)性化作業(yè)，在社會(huì)化與狀態(tài)相適應(yīng)的教學(xué)交互。如下

9、圖所示：化情境中形成與學(xué)生學(xué)習(xí)5. 研究方法和技術(shù)課題采用了文獻(xiàn)調(diào)研、數(shù)據(jù)建模、統(tǒng)計(jì)分析、系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)()、實(shí)踐驗(yàn)證等研究方法。研究涵蓋三個(gè)方“基于智能感知技術(shù)的中小學(xué)生個(gè)性化作業(yè)云計(jì)算”的面：（1）智能感知學(xué)生在作業(yè)過(guò)的知識(shí)及情感狀態(tài)；（2）基于知識(shí)結(jié)構(gòu)與水平的分析及情感狀態(tài)分析，自適應(yīng)生成難度、數(shù)量與學(xué)習(xí)狀態(tài)相匹配的個(gè)性化作業(yè)；（3）在社會(huì)化、游戲化作業(yè)情境中建立個(gè)性化教學(xué)交互。6. 創(chuàng)新之處知識(shí)和情感是學(xué)生發(fā)展的兩個(gè)重要方面，本研究從學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)及水平、學(xué)習(xí)情感的智能感知出發(fā)，自動(dòng)構(gòu)建個(gè)性化的作業(yè)模式，減輕學(xué)生的作業(yè)負(fù)擔(dān)，促進(jìn)學(xué)習(xí)效率，使學(xué)生在化、社交化的個(gè)性化作業(yè)系統(tǒng)中始終保持學(xué)習(xí)的

10、熱情與愉悅感，引導(dǎo)學(xué)生知識(shí)和情感同步發(fā)展。本研究具有如下面的創(chuàng)新：1） 構(gòu)建“基于知識(shí)維度感知的個(gè)性化作業(yè)內(nèi)容引擎”應(yīng)用面向知識(shí)維度的感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化作業(yè)中的內(nèi)容自適應(yīng)，將基于 IRT 的智能感知技術(shù)內(nèi)置到學(xué)生作業(yè)內(nèi)容、作業(yè)數(shù)量的自動(dòng)定制和推送過(guò)，形成適應(yīng)于學(xué)生知識(shí)掌握程度的個(gè)性化作業(yè)策略，降低學(xué)生的作業(yè)負(fù)擔(dān)，提高作業(yè)的效率。2） 構(gòu)建“基于情感維度感知的個(gè)性化作業(yè)交互引擎”應(yīng)用面向情感維度的感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)作業(yè)過(guò)的學(xué)習(xí)情感調(diào)節(jié)，引進(jìn)情感狀態(tài)的感知分析，及時(shí)學(xué)生在完成作業(yè)過(guò)的情感狀態(tài)的轉(zhuǎn)化，根據(jù)學(xué)生的情感狀態(tài)及時(shí)與學(xué)生進(jìn)行社會(huì)化交互化交整學(xué)生作業(yè)的節(jié)奏，保持學(xué)生在完成作業(yè)過(guò)的熱情與愉悅度。3）

11、構(gòu)建“基于智能感知技術(shù)的中小學(xué)生個(gè)性化作業(yè)云計(jì)算”將個(gè)性化作業(yè)系統(tǒng)的內(nèi)容引擎和交互引擎引入到作業(yè)中，研制開(kāi)發(fā)“基于智能感知技術(shù)的中小學(xué)生個(gè)性化作業(yè)云計(jì)算”，為學(xué)生、教師、家長(zhǎng)建立一個(gè)以作業(yè)為內(nèi)容的學(xué)習(xí)、互動(dòng)和交流的。四） 完成本課題研究的時(shí)間保證、資料設(shè)備等科研條件本課題組具有一支由高校教師、企業(yè)組成的研究隊(duì)伍，具備實(shí)力強(qiáng)大的技術(shù)研究能力和開(kāi)發(fā)能力、條件良好的高校研究環(huán)境和科研。學(xué)校館的數(shù)字資源提供了Nature、IEEE/IEectronic Library、ACM Digital Library、SpringerLink、Elsevier 等國(guó)際頂級(jí)全文數(shù)據(jù)庫(kù)；學(xué)校高性能科學(xué)計(jì)算機(jī)中心擁有

12、Altix 3700Bx2 高性能計(jì)算服務(wù)器（128 顆el Itanium-2 CPU，256G 內(nèi)存）、TP9500 磁盤陣列（容量 20T）、2 套DELL 計(jì)算集群等豐富的計(jì)算資源，可以為大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘提供計(jì)算。本課題的合作企業(yè)合煦信息科技開(kāi)發(fā)運(yùn)營(yíng)的“一起作業(yè)網(wǎng)”為課題研究提供了良好的中小學(xué)生用戶基礎(chǔ)和實(shí)踐探索條件。一起作業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)來(lái)自各大知名互聯(lián)網(wǎng)和教育公司，既有多年從事互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究和服務(wù)的，也有在傳統(tǒng)行業(yè)拼搏成長(zhǎng)起來(lái)的青年俊杰，實(shí)現(xiàn)了老中青結(jié)合，跨學(xué)科專業(yè)人才結(jié)合和多年教育背景和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合。項(xiàng)目采用敏捷項(xiàng)目管理實(shí)踐，以迭代的、增量的交付用戶價(jià)值，最大限度地保證產(chǎn)品朝著符合教育互聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展快速發(fā)展。目前系統(tǒng)架構(gòu)能承受百萬(wàn)學(xué)生做作業(yè)。一起作業(yè)的移動(dòng)端提供了全的支撐，目前已有多款產(chǎn)品上線運(yùn)