摘要：本文介紹了個性化學(xué)習(xí)資源推薦的研究背景和意義，說明了傳統(tǒng)教育存在的問題，闡述了協(xié)同過濾推薦技術(shù)原理、方法及在教育中的應(yīng)用，并通過實驗分析，發(fā)現(xiàn)基于該算法的個性化學(xué)習(xí)資源推薦能夠有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：個性化；協(xié)同過濾；用戶偏好；精準(zhǔn)推薦；學(xué)習(xí)效率

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2018）20-0107-03

引言

豐富的網(wǎng)絡(luò)資源方便用戶通過檢索從海量資源中尋找目標(biāo)資源，它已成為人們獲取目標(biāo)資源的主要方式。但網(wǎng)絡(luò)資源呈現(xiàn)爆炸式增長[1]，給用戶帶來便利的同時也產(chǎn)生了一系列問題。例如，在面對大量的學(xué)習(xí)資料時，學(xué)習(xí)者找到符合自身需求的學(xué)習(xí)資源存在著一定的困難[2]，即使找到目標(biāo)資源，該資源也不一定是適合自身學(xué)習(xí)的資源。如何將海量的學(xué)習(xí)資源推薦給學(xué)習(xí)者是傳統(tǒng)教育目前面臨的挑戰(zhàn)。

個性化學(xué)習(xí)是通過對大量的學(xué)生學(xué)習(xí)日志數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、挖掘，并對挖掘的結(jié)果進(jìn)行推薦，根據(jù)學(xué)習(xí)者的基礎(chǔ)知識掌握情況、興趣愛好、學(xué)習(xí)能力等特征來設(shè)計用于支持教學(xué)的個性化學(xué)習(xí)模式，為學(xué)習(xí)者提供個性化學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)路徑。[3][4]近年來，教育技術(shù)領(lǐng)域?qū)＜覍?shù)據(jù)挖掘技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用做了相關(guān)研究，并期望通過推薦算法實現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)個性化，減少學(xué)生學(xué)習(xí)的重復(fù)性，提高學(xué)習(xí)效率。例如，楊麗麗[5]提出個性化推薦算法可以幫助學(xué)生迅速找到自己偏好的學(xué)習(xí)資源。劉靜等[6]提出個性化服務(wù)可以關(guān)注每位學(xué)生的不同學(xué)習(xí)需求，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。潘志宏等[7]提出挖掘用戶的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)能夠制訂更加科學(xué)的學(xué)習(xí)計劃。

協(xié)同過濾推薦技術(shù)在教育中的應(yīng)用

協(xié)同過濾推薦方法的主要思路是利用已有用戶群過去的行為，分析預(yù)測未來有哪些用戶對該類物品感興趣。一般來說，協(xié)同過濾推薦分為三種類型，分別是基于用戶（user-based）的協(xié)同過濾、基于項目（item-based）的協(xié)同過濾、基于模型（model-based）的協(xié)同過濾。基于用戶的協(xié)同過濾技術(shù)的實現(xiàn)主要包含三個步驟，分別是找到和目標(biāo)用戶興趣相似的用戶集合，利用Pearson相關(guān)系數(shù)、余弦相似度、Jaccard等方法計算物品之間的相似度，可以通過采用TOP-N方式篩選出目標(biāo)用戶最近鄰，或者通過設(shè)定閾值的方式篩選目標(biāo)用戶最近鄰。該算法處理流程如下頁圖1所示。

傳統(tǒng)的教育是通過給定的課本內(nèi)容按部就班地完成學(xué)習(xí)任務(wù)，對于沒有該課程基礎(chǔ)知識的學(xué)生來說課程內(nèi)容的設(shè)置可以參考通用課程設(shè)計來逐步完成基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)任務(wù)。但對有一定基礎(chǔ)的學(xué)生來說，如能夠掌握信息技術(shù)課程中字處理內(nèi)容的字號設(shè)置、字體設(shè)置、頁面設(shè)置等基本知識，就可以不需要完全按照大綱的要求來完成學(xué)習(xí)任務(wù)的課程學(xué)習(xí)。因為該類學(xué)生掌握知識的水平程度有較大的差異，如果按部就班地完成學(xué)習(xí)任務(wù)就可能會重復(fù)學(xué)習(xí)已經(jīng)掌握的內(nèi)容，浪費(fèi)了大量的寶貴的學(xué)習(xí)時間，不利于學(xué)習(xí)效率的提高，會影響個性化學(xué)習(xí)。因此，在學(xué)習(xí)中加入該推薦系統(tǒng)能夠?qū)W(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行個性化引導(dǎo)，充分利用學(xué)生的學(xué)習(xí)時間。

為了達(dá)到個性化學(xué)習(xí)推薦的目的，可將學(xué)生分為兩類，對沒有基礎(chǔ)的學(xué)生按照課程大綱要求，有序完成知識學(xué)習(xí)，通過基礎(chǔ)知識的掌握能夠更加全面地了解所學(xué)的內(nèi)容。圖2所示為無課程基礎(chǔ)知識學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。

對有知識基礎(chǔ)的學(xué)生來說，首先通過問卷調(diào)查、交流等形式了解學(xué)生對該課程內(nèi)容的掌握情況，計算該學(xué)生學(xué)習(xí)特征，并與推薦系統(tǒng)中數(shù)據(jù)進(jìn)行比對找到與該學(xué)生學(xué)習(xí)行為類似的學(xué)生學(xué)習(xí)計劃推薦給他。[8]通過捕獲學(xué)生學(xué)習(xí)行為，將該行為提取并進(jìn)行協(xié)同過濾推薦算法計算，計算出學(xué)生學(xué)習(xí)模型，將預(yù)測資源再反饋給學(xué)生，在一個閉環(huán)的環(huán)境中將推薦的知識發(fā)送給需要學(xué)習(xí)的學(xué)生，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率（如圖3）。

用戶偏好即用戶對物品的選擇具有一定的傾向性。本文通過累加的方式對用戶的偏好進(jìn)行計算，根據(jù)用戶查看物品的次數(shù)來決定，查看次數(shù)越多則表明用戶越需要該方面的資料，反之則是用戶對該方面的資料需求不大。

協(xié)同過濾（Collaborative Filtering）推薦算法是個性化推薦技術(shù)使用最廣泛的一種技術(shù)，它能夠有效解決信息過載問題。[9]在本文中，筆者利用用戶對學(xué)習(xí)資源的偏好以及用戶之間潛在的關(guān)系偏好，結(jié)合學(xué)習(xí)資源實現(xiàn)個性化推薦。

基于用戶偏好協(xié)同過濾算法的個性化學(xué)習(xí)資源推薦

推薦學(xué)習(xí)資源質(zhì)量越高則表明個性化學(xué)習(xí)資源的推薦技術(shù)做得越好，本文提出了基于用戶偏好協(xié)同過濾算法的個性化學(xué)習(xí)資源推薦，算法實現(xiàn)流程如圖4所示。

從圖4可以看出，本方法需要解決的關(guān)鍵問題有：①用戶偏好融合到學(xué)生-內(nèi)容評分矩陣中。②利用皮爾卡森計算學(xué)生之間的相似度。

筆者用U={u1，u2，…，un}表示用戶集合，用Pro={p1，p2，…，pn}代表產(chǎn)品集合，用R代表評分項ri，j的n*m評分矩陣，i屬于1到n，j屬于1到m，分值定義從1（非常不喜歡）到5（非常喜歡）。給定矩陣R，學(xué)生a和學(xué)生b相似度計算simp（a，b），計算a與b之間的相似度。例如，給出評分?jǐn)?shù)矩陣R：

利用如下公式，Pearson相關(guān)系數(shù)計算學(xué)生之間的相似集，并進(jìn)行推薦。

效果分析

為了驗證本文實驗方法的有效性，本研究以通識課程信息技術(shù)588名學(xué)生學(xué)習(xí)為例，通過學(xué)習(xí)課程資源并進(jìn)行實例驗證。實驗選取488名學(xué)生數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，100名學(xué)生數(shù)據(jù)作為測試集（其中A班50名，B班50名學(xué)生），A班按照原計劃開班學(xué)習(xí)，B班在基于用戶偏好協(xié)同過濾算法的個性化學(xué)習(xí)資源推薦系統(tǒng)中學(xué)習(xí)，并對A、B兩個班學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行了挖掘分析。

如圖5所示，橫坐標(biāo)表示周次，縱坐標(biāo)表示以小時為單位的學(xué)習(xí)時長。

通過分析發(fā)現(xiàn)，在傳統(tǒng)教育模式下學(xué)習(xí)時間相對較長，而在個性化學(xué)習(xí)資源推薦系統(tǒng)中學(xué)習(xí)時長相對較短。此外，筆者對A、B兩個班級學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行了對比分析。橫坐標(biāo)表示周次，縱坐標(biāo)表示百分制考評成績，如圖6所示。

分析可以看出，在基于用戶偏好協(xié)同過濾算法的個性化學(xué)習(xí)資源推薦下B班學(xué)生的學(xué)習(xí)效果較好，總體學(xué)習(xí)水平保持一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。而A班學(xué)生從第3周開始，因課程內(nèi)容難度加大，出現(xiàn)學(xué)習(xí)效果下降。通過對學(xué)生的了解，B班學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗效果更好，利用較短的時間取得較高的學(xué)習(xí)成果。

結(jié)語

個性化學(xué)習(xí)資源的推薦是一個重要的功能，對提高學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)興趣、促進(jìn)學(xué)習(xí)資源充分被利用等有著積極的作用，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價值。本文對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)特征做了分析，形成基于用戶偏好協(xié)同過濾算法的個性化學(xué)習(xí)資源推薦，從而提升學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)資源的合理利用，增加學(xué)習(xí)的趣味，推動教學(xué)方式的變革。[10]

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作者簡介：張迪（1990—），男，碩士，主要研究方向為數(shù)據(jù)挖掘、推薦算法、個性化學(xué)習(xí)、計算機(jī)教育。姜久雷（1972—），男，通訊作者，教授，博士，主要研究方向為服務(wù)計算、數(shù)據(jù)挖掘、推薦算法、業(yè)務(wù)流程建模、軟件工程。