基本知识组件与知识链及其在ICAI中应用

论文摘要

知识空间理论提供了一种基于认知科学领域的、描述给定知识域结构的方法。知识空间理论的研究目的是能够在任何学科的学习和运用过程中为人类的知识建模。本文研究一种新的基于知识点的知识空间理论,对这种知识空间的构造进行剖析,并以ICAI作为其应用目标。具体通过知识空间的创建,运用诸如集合理论、组合等数学工具,应用交互式计算机尽可能快而准确地对学习者的学习状态进行评价和反馈,实现对学习者的学习路径的指导和控制,以达到学习的目标。当前的知识空间理论是基于问题的,即用问题来表示知识,例如,测定学习者对知识的掌握程度是通过学生对问题的回答情况来判定。将知识表述成问题的形式只是知识的一种表示方法,然而实际教学情况及其教材编排,是将知识划分成知识点的形式进行传授。于是,针对前面的不足,并结合实际,研究一种基于知识点的知识空间具有通用性。在基于知识点的知识空间理论中,根据知识点之间的内在和外在联系,形成知识点关系网络图。然后分别从横向和纵向研究知识点网络图,得到知识组件和知识链——在知识点与知识空间之间搭建的一种作为中间状态的成分。知识组件是采用横向的方法将知识点网络图划分成块,这种块状结构能够体现知识的结构和学生的学习进展情况。基本知识组件是具有一定特性的知识组件,本文中给出了基本知识组件的划分方法。知识链是根据知识点关系网络图中的结构和学习的先后次序形成的纵向结构,提出知识链簇、支撑集和被支撑集等概念,并得出他们与知识点网络图之间的相互推导关系。探讨以基本知识组件为中间层搭建的知识空间,并在此基础上,以《几何原本》中的平面几何部分内容为实例,验证所得的研究结果,从而为智能计算机辅助教学系统的开发提供了方法和依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国外知识空间理论的研究现状
• 1.2.1 理论进展
• 1.2.2 应用情况
• 1.3 国内知识空间理论的研究现状
• 1.3.1 理论进展
• 1.3.2 应用情况
• 1.4 本文的研究内容和主要结果
• 1.5 本文的组织
• 第二章 知识空间理论
• 2.1 原始知识空间理论
• 2.1.1 知识结构和知识空间
• 2.1.2 猜测关系
• 2.1.3 知识状态
• 2.1.4 学习路径
• 2.2 超文本状态空间学习模型
• 2.3 扩展知识空间理论
• 2.4 知识空间理论在本文的作用
• 2.5 本章小结
• 第三章 知识点与基本知识组件
• 3.1 知识点与知识点网络图
• 3.2 知识点之间的关系
• 3.2.1 组织关系（Buildup Relation, BR）
• 3.2.2 支撑关系（Underlay Relation, UR）
• 3.2.3 倒退关系（Reverse Relation）
• 3.3 基本知识组件
• 3.3.1 基本知识组件的来源
• 3.3.2 基本知识组件的概念
• 3.3.3 基本知识组件的作用
• 3.4 知识组件与知识空间
• 3.4.1 知识组件（Knowledge Component）
• 3.4.2 知识空间（knowledge space）
• 3.5 基本知识组件的划分
• 3.5.1 基本知识组件的划分规则
• 3.5.2 基本知识组件生成算法的正确性证明
• 3.5.3 算法性能分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 知识链
• 4.1 知识链及其相关概念
• 4.1.1 知识链的引入
• 4.1.2 知识链的相关概念
• 4.2 知识链之间的关系
• 4.2.1 交点及其类型
• 4.2.2 知识链之间的关系
• 4.3 知识链簇
• 4.3.1 知识链簇的概念
• 4.3.2 最小知识链簇
• 4.4 知识点之间的连通性和相关性
• 4.4.1 连通性（connectivity）
• 4.4.2 相关性（relativity）
• 4.4.3 连通性的判定
• 4.5 支撑集和被支撑集
• 4.6 知识链与知识组件之间的关系
• 4.6.1 关系的定义
• 4.6.2 关系具体意义及知识链的作用
• 4.7 本章小结
• 第五章 基本知识组件与知识链在ICAI 中的应用
• 5.1 《几何原本》
• 5.2 知识点网络图
• 5.2.1 知识点的组织关系图
• 5.2.2 知识点的支撑关系图
• 5.3 基本知识组件
• 5.4 知识链
• 5.5 本章小结
• 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间发表论文目录
• 附录 B《几何原本》中部分知识点