基于大数据的交互式个性化教学环境构建方法研究

We are building a learning society as "everyone study, anywhere study and anytime study". Towards crowd study needs and realizing "personalization" and "interaction" instruction process, it is an important mission in education fields to build a new generation instruction environment which provides ubiquitous instruction space, supports diversified interactional instruction, and satisfies the different needs of learners. By taking advantages of emerging ICT (Information and Communication Technology) techniques such as Big data, Internet of Things and Artificial Intelligence, this application will study big data driven construction methods for new instructional environments, which is the recent hot topic in international and domestic educational IT technology field. This application will study intelligent management techniques for multiple source and heterogeneous instructional spaces, design and adaptive optimization techniques for diversified instructional interaction programs, personalized accurate instruction techniques in multi-agent instructional environments, to solve the scientific problems of the fusion mechanism of multiple source and heterogeneous instructional spaces, the instructional interaction program generation on heterogeneous instructional networks, the adaptive optimization for instructional process in large-scale status spaces, to make innovations on fundamental principles, running mechanism and implementation techniques, finally to develop a new intelligent instructional environments, which integrates physical spaces and virtual spaces, to support ubiquitous, interactional and personalized learning. A prototype system called i3Class will be developed on the Tianhe II super-computer and will be put into applications with current E-Learning systems and MOOC systems.

我们正在建设“人人皆学、处处能学、时时可学”的学习型社会。面向“大众化”学习需求，构建泛在化教学空间，支持多元化交互教学，满足学习者的差异性需求，实现“个性化”和“交互化”教学过程，建设新一代教学环境，是当前教育领域面临的重大任务。基于大数据、物联网、人工智能等现代ICT技术，研究大数据驱动下的新一代教学环境的构建方法，是当前国内外教育信息技术领域的研究热点。本申请针对多源异构教学空间融合机制、异构教学网络下的交互设计、海量状态空间下的教学过程自适应优化等科学问题，重点研究多源异构教学空间的智能化管理、多元化教学交互设计与自适应优化、多主体下个性化精准导学等关键技术，在基本原理、运行机制和实现技术等方面实现创新。实现一个融合物理空间和虚拟空间为一体的，支持泛在性、交互式和个性化学习的新一代智能教学环境，在天河二号平台上开发原型系统i3Class，并开展典型的示范应用。

本项目面向泛在化、个性化和交互化的教学环境要求，坚持“科教融合”理念，结合新时代下人才培养战略，重点研究了大数据驱动下的新一代教学环境构建理论与方法。项目在复杂教学空间的智能管理、多元化教学交互设计与优化和个性化精准导学技术等方向上取得了创新性研究成果。在天河二号开展了一系列原型开发，并在多家单位进行了典型示范应用。结合项目研究成果，参与建设了辽宁省职业教育精品在线开放课程平台，该平台基于云桌面技术，提供个性化教学环境，目前为全省职业学校提供349门省级课程。本项目将知识追踪和资源推荐技术应用于实践教学，开发了新一代的智能化实训管理平台，并面向社会推广应用。自2021年起，每年有10余所学校、超过6000学员使用。这些应用取得了良好的经济效益和社会效益。基于项目研究成果，本项目组成员获得省部级科技奖2项（中国电子学会科技进步一等奖和广东省科技进步一等奖），省部级教学成果奖3项（辽宁省教学成果一等奖、辽宁省教学成果二等奖和辽宁省研究生教学成果二等奖），还获批辽宁省首届优秀研究生导师团队。此外，本项目还在图神经网络、凸优化方法、分布式系统等问题上进行了探索性研究，这些前沿研究既是本项目研究内容的丰富和加强，同时为后续的智能教育的更深入研究与应用打下了坚实的基础。.通过4年的研究，本项目在国内外会议和期刊上发表论文86篇，其中CCF A类国际会议/期刊22篇，B类国际会议/期刊13篇；申请发明专利12项；出版专著1部。项目组成员在大型学术会议上做特邀报告16次。项目在执行期内培养了16名博士研究生、62名硕士研究生，其中毕业博士7人，毕业硕士56人。组织国内学术会议6次，38人次参加16个国际会议宣读或展示论文/海报，332人次线上/线下参加各类国内学术会议。.本项目在理论研究、推广应用和人才培养等方面均取得了显著成效，达到了申请书中研究目标的要求。相关研究成果有望在我国智慧教育领域得到广泛应用，在科教兴国战略中发挥重要的作用。