CN114036444A - 一种基于大数据的互动性数字教材*** - Google Patents

一种基于大数据的互动性数字教材*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于大数据的互动性数字教材***，包括元数据库、互动显示模块、编辑模块、数据分析模块和检索模块，所述元数据库用于存储教材的单元内容，所述编辑模块用于获取单元内容构成一个基础教材，所述互动显示模块用于显示所述基础教材，当用户学习完一个单元内容后，所述互动显示模块会显示若干个关联单元内容，所述关联单元内容由所述数据分析模块及所述检索模块基于内容属性在所述元数据库中搜索得到；本***中用户最终学习的教材为基于所述基础教材扩展的具有个人特征的特有数字教材，使教材不再千篇一律，具有互动性和个性化。

Description

一种基于大数据的互动性数字教材***
技术领域
本公开大体上涉及数字教育领域，且更明确地说涉及一种基于大数据的互动性数字教材***。
背景技术
数字教材相比于实体教材，由于不需要消耗纸墨等实体资源，具有非常强的灵活性，为了充分发挥其灵活性，需要一种智能化的教材编纂和使用***，使学生能够在使用教材时能够进行互动，从而生成具有个性化的特有教材；
现在已经开发出了很多教材***，经过我们大量的检索与参考，发现现有的教材***有如公开号为KR101128400B1，KR1020100123466A、CN105824978B和KR1020120110816A所公开的***，其使用过程包括：创建通用知识元素数据,建立通用元数据库；创建内容编辑模块；创建动态模拟模块；创建文件格式转换模块；创建合成模块；最后创建远程协同模块,用于远程反馈,协同更新,云存取及用户认证。该教材虽然具有四维效果，具有较强的观赏性，但是不能根据用户的不同特点对教材进行变动，互动内容处于预先设置的范围内，没有将数字教材的灵活性充分发挥。
发明内容
本发明的目的在于，针对所存在的不足，提出了一种基于大数据的互动性数字教材***，
本发明采用如下技术方案：
一种基于大数据的互动性数字教材***，包括元数据库、互动显示模块、编辑模块、数据分析模块和检索模块，所述元数据库用于存储单元内容，所述检索模块用于在所述元数据库中搜索需要的单元内容，所述编辑模块用于将单元内容构成基础教材，所述互动显示模块用于显示所述基础教材并在与用户互动过程中添加关联单元内容供用户选择，所述数据分析模块基于用户对关联单元内容的历史选择记录输出个人特征，并由所述检索模块基于个人特征在所述元数据库中搜索出关联单元内容；
当用户在所述互动显示模块上完成一个单元内容的学习后，所述互动显示模块会显示三个区域，第一区域内放置供选择的关联单元内容，第二区域内用于放置已选择的关联单元内容的链接，所述第三区域用于放置基础教材中下一个单元内容的链接；
所述单元内容具有属性标签，所述属性标签的种类共有n个，所述数据分析模块根据用户选择的关联单元内容的属性标签生成一个个人特征，所述个人特征为一个具有n维的向量
Figure 893742DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 376676DEST_PATH_IMAGE002
为向量中的第i个元素；
所述检索模块根据所述向量
Figure 927875DEST_PATH_IMAGE003
和已学习的单元内容的最小分类类别在所述元数据库中搜索关联单元内容，所述检索模块先根据最小分类类别在所述元数据库中缩小检索范围，并在检索范围内对每个单元内容计算其关联匹配度P：
Figure 41324DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，n0为该单元内容拥有的属性标签数量，r为存在系数，当该单元内容存在对应的属性标签时，r的值为1，当该单元内容不存在对应的属性标签时，r的值为0；
所述检索模块基于关联匹配度选择合适的关联单元内容显示在所述第一区域中；
进一步的，用户点击第二区域内的链接并学习完关联单元内容后，所述第一区域内会更新新的关联单元内容，所述第二区域内会删除学习完的关联单元内容链接并保留已有的其余关联单元内容链接，所述第三区域内的单元内容链接保持不变；
进一步的，用户点击第三区域内的链接并学习完对应的单元内容后，所述第一区域内会更新新的关联单元内容，所述第二区域内会删除所有的关联单元内容链接，所述第三区域内会放置基础教材中下一个新的单元内容链接；
进一步的，所述第一区域中显示的关联单元内容分为高关联度的关联单元内容，中关联度的关联单元内容和低关联度的关联单元内容，这三类关联单元内容的数量比为
Figure 294451DEST_PATH_IMAGE005
；
进一步的，所述中关联度的关联单元内容中最大的关联匹配度小于高关联度的关联单元内容的平均关联匹配度的三分之二，所述低关联度的关联单元内容中最大的关联匹配度小于中关联度的关联单元内容的平均关联匹配度的三分之一。
本发明所取得的有益效果是：
本***中的教材由基础教材和互动性内容组合而成，基础教材确保了需要学习的必要内容，而互动性内容会根据用户的不同特点而不同，使最终的教材具有个性化，而基础教材和互动新内容的来源均保存在元数据库中，元数据库基于互联网的海量数据特征能够提供丰富的内容，为基础教材的编纂和互动新内容的生成提供了便捷性，本***中的数据分析模块会基于用户的历史选择从所述元数据中选择出合适的内容，充分利用了大数据的个性化针对特点。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明整体结构框架示意图。
图2为本发明编辑模块编纂基础教材示意图。
图3为本发明基础教材链状结构示意图。
图4为本发明最终教材的树状结构示意图。
图5为本发明个人特征的向量计算流程示意图。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
实施例一。
本实施例提供了一种基于大数据的互动性数字教材***，结合图1，包括元数据库、互动显示模块、编辑模块、数据分析模块和检索模块，所述元数据库用于存储单元内容，所述检索模块用于在所述元数据库中搜索需要的单元内容，所述编辑模块用于将单元内容构成基础教材，所述互动显示模块用于显示所述基础教材并在与用户互动过程中添加关联单元内容供用户选择，所述数据分析模块基于用户对关联单元内容的历史选择记录输出个人特征，并由所述检索模块基于个人特征在所述元数据库中搜索出关联单元内容；
当用户在所述互动显示模块上完成一个单元内容的学习后，所述互动显示模块会显示三个区域，第一区域内放置供选择的关联单元内容，第二区域内用于放置已选择的关联单元内容的链接，所述第三区域用于放置基础教材中下一个单元内容的链接；
所述单元内容具有属性标签，所述属性标签的种类共有n个，所述数据分析模块根据用户选择的关联单元内容的属性标签生成一个个人特征，所述个人特征为一个具有n维的向量
Figure 299185DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 157419DEST_PATH_IMAGE002
为向量中的第i个元素；
所述检索模块根据所述向量
Figure 707349DEST_PATH_IMAGE006
和已学习的单元内容的最小分类类别在所述元数据库中搜索关联单元内容，所述检索模块先根据最小分类类别在所述元数据库中缩小检索范围，并在检索范围内对每个单元内容计算其关联匹配度P：
Figure 198505DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，n0为该单元内容拥有的属性标签数量，r为存在系数，当该单元内容存在对应的属性标签时，r的值为1，当该单元内容不存在对应的属性标签时，r的值为0；
所述检索模块基于关联匹配度选择合适的关联单元内容显示在所述第一区域中；
用户点击第二区域内的链接并学习完关联单元内容后，所述第一区域内会更新新的关联单元内容，所述第二区域内会删除学习完的关联单元内容链接并保留已有的其余关联单元内容链接，所述第三区域内的单元内容链接保持不变；
用户点击第三区域内的链接并学习完对应的单元内容后，所述第一区域内会更新新的关联单元内容，所述第二区域内会删除所有的关联单元内容链接，所述第三区域内会放置基础教材中下一个新的单元内容链接；
所述第一区域中显示的关联单元内容分为高关联度的关联单元内容，中关联度的关联单元内容和低关联度的关联单元内容，这三类关联单元内容的数量比为
Figure 23241DEST_PATH_IMAGE005
；
所述中关联度的关联单元内容中最大的关联匹配度小于高关联度的关联单元内容的平均关联匹配度的三分之二，所述低关联度的关联单元内容中最大的关联匹配度小于中关联度的关联单元内容的平均关联匹配度的三分之一。
实施例二。
本实施例包含了实施例一的全部内容，提供了一种基于大数据的互动性数字教材***，包括元数据库、互动显示模块、编辑模块、数据分析模块和检索模块，所述元数据库用于存储教材的单元内容，所述编辑模块用于获取单元内容构成一个基础教材，所述互动显示模块用于显示所述基础教材，当用户学习完一个单元内容后，所述互动显示模块会显示若干个关联单元内容，所述关联单元内容由所述数据分析模块根据用户的学习历史数据处理得到内容属性，并由所述检索模块基于内容属性在所述元数据库中搜索得到，用户可以在所述互动显示模块中选择一个关联单元内容进行学习，也可以直接选择基础教材中的下一个单元内容进行学习，用户最终学习的教材为基于所述基础教材扩展的具有个人特征的特有数字教材；
所述元数据库中的单元内容会根据内容的不同以包括但不限于图片、文字、语音、视频等形式进行存储和显示，每个单元内容根据内容所属类别进行分类，同时根据单元内容的特点设置有属性标签，所述属性标签用于表示单元内容具有的特点；
结合图2，教师用户具有所述编辑模块的使用权限，通过所述编辑模块获取一个教材链，所述教材链包括若干个单元框，每个单元框用于存储元数据库中的单元内容，所述单元框按序进行连接，所述编辑模块还包括一个搜索框和一个素材框，所述搜索框用于输入需要的单元内容的类别，所述搜索框与所述检索模块逻辑相连，所述检索模块会依据搜索框中的类别从所述元数据库获取到若干对应的单元内容并放入所述素材框中，教师用户能够在所述素材框中查看每个单元内容的完整信息，并选择合适的单元内容放入所述单元框中，当所述教材链的最后一个单元框内放入一个单元内容后，所述教材链会自动生成一个新的单元框，所述素材框中设有一个结束标志，当将一个结束标志放入一个单元框后，该单元框后面的所有单元框会取消，所述编辑模块会依据教材链中的单元内容及顺序生成一个基础教材；
学生用户具有所述互动显示模块的使用权限，通过将所述编辑模块生成的基础教材放入所述互动显示模块进行学习，所述互动学习模块按照所述基础教材中单元内容的顺序进行显示，且每次只能显示一个单元内容，当完成一个单元内容的学习后，所述互动显示模块会显示三个区域，第一区域内放置有若干个关联单元内容，第二区域内用于放置学生用户感兴趣的关联单元内容的链接，所述第三区域用于放置基础教材中下一个单元内容的链接，所述第二区域的链接通过学生用户将所述第一区域内的关联单元内容拖入到第二区域内生成，所述第三区域的链接由所述互动显示模块根据基础教材自动生成；
学生用户通过点击所述第二区域或第三区域中的链接学习对应的单元内容，若学生用户点击第二区域内的链接并学习完关联单元内容后，所述第一区域内会更新新的关联单元内容，所述第二区域内会删除学习完的关联单元内容链接并保留已有的其余关联单元内容链接，所述第三区域内的单元内容链接保持不变，若学生用户点击第三区域内的链接并学习完对应的单元内容后，所述第一区域内会更新新的关联单元内容，所述第二区域内会删除所有的关联单元内容链接，所述第三区域内会放置基础教材中下一个新的单元内容链接；
结合图3和图4，所述基础教材为链状结构，而学生用户最终学习的教材为树状结构；
当学生用户学习完一个教材后，其所学习的关联单元内容会被记录在数据分析模块中的个人历史数据中，所述数据分析模块根据个人历史数据中关联单元内容的属性标签处理得到个人特征，学生用户学习完一个单元内容后的第一区域内的关联单元内容由所述检索模块依据个人特征在所述元数据库中搜索得到；
结合图5，所述属性标签的种类共有n个，所述个人历史数据中每一类属性标签的关联单元内容个数记为
Figure 735982DEST_PATH_IMAGE007
，个人特征为一个具有n维的向量
Figure 706081DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 137063DEST_PATH_IMAGE002
为向量中的第i个元素，向量通过下述步骤处理得到：
S1、将数列{
Figure 234332DEST_PATH_IMAGE007
}从大到小排列，得到{
Figure 349049DEST_PATH_IMAGE008
}，下标{ci}为{1，2，3，...，n}的一种排序；
S2、计算关联单元内容的属性标签总个数
Figure 506361DEST_PATH_IMAGE009
：
Figure 424639DEST_PATH_IMAGE010
；
S3、将数列{
Figure 794440DEST_PATH_IMAGE008
}分成三段子数列:
Figure 262199DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 121571DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure 12298DEST_PATH_IMAGE013
，j和k满足下述关系式：
Figure 716949DEST_PATH_IMAGE014
；
Figure 258788DEST_PATH_IMAGE015
；
其中，
Figure 757903DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 431198DEST_PATH_IMAGE017
为两个系数，其大小满足
Figure 939540DEST_PATH_IMAGE018
；
S4、分别计算三个子数列的和：
Figure 883357DEST_PATH_IMAGE020
；
Figure 553372DEST_PATH_IMAGE022
；
Figure 402380DEST_PATH_IMAGE024
；
S5、计算向量
Figure 432521DEST_PATH_IMAGE025
中的元素：
Figure 745691DEST_PATH_IMAGE027
；
Figure 586608DEST_PATH_IMAGE029
；
Figure 890288DEST_PATH_IMAGE031
；
S6、将向量
Figure 888504DEST_PATH_IMAGE025
归一化：
Figure 790601DEST_PATH_IMAGE033
；
所述检索模块根据向量
Figure 956746DEST_PATH_IMAGE006
在所述元数据库中搜索关联单元内容；
所述检索模块先根据已学习的单元内容的类别在所述元数据库中缩小检索范围，并在检索范围内对每个单元内容计算其关联匹配度P：
Figure 311504DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，n0为该单元内容拥有的属性标签数量，r为存在系数，当该单元内容存在对应的属性标签时，r的值为1，当该单元内容不存在对应的属性标签时，r的值为0；
所述第一区域中放置的关联单元内容的数量为m，并根据关联程度的高低分成三类，分别为高关联度的关联单元内容，中关联度的关联单元内容和低关联度的关联单元内容，这三类关联单元内容的数量比为
Figure 981651DEST_PATH_IMAGE005
，且
Figure 738255DEST_PATH_IMAGE034
，本实施例中
Figure 888351DEST_PATH_IMAGE005
为6:3:1；
所述检索模块根据关联匹配度从高到低获取
Figure 120618DEST_PATH_IMAGE035
个单元内容作为高关联度的关联单元内容，并计算这些关联单元内容的平均关联匹配度P1，所述检索模块在关联匹配度小于
Figure 889729DEST_PATH_IMAGE036
的单元内容中根据关联匹配度从高到低获取
Figure 500839DEST_PATH_IMAGE037
个单元内容作为中关联度的关联单元内容，并计算这些关联单元内容的平均关联匹配度P2，所述检索模块在关联匹配度小于
Figure 464247DEST_PATH_IMAGE038
的单元内容中根据关联匹配度从高到低获取
Figure 731280DEST_PATH_IMAGE039
个单元内容作为低关联度的关联单元内容，所述检索模块将这m个关联单元内容发送至互动显示模块的第一区域中显示。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内，此外，随着技术发展其中的元素可以更新的。

Claims (5)

1.一种基于大数据的互动性数字教材***，其特征在于，包括元数据库、互动显示模块、编辑模块、数据分析模块和检索模块，所述元数据库用于存储单元内容，所述检索模块用于在所述元数据库中搜索需要的单元内容，所述编辑模块用于将单元内容构成基础教材，所述互动显示模块用于显示所述基础教材并在与用户互动过程中添加关联单元内容供用户选择，所述数据分析模块基于用户对关联单元内容的历史选择记录输出个人特征，并由所述检索模块基于个人特征在所述元数据库中搜索出关联单元内容；
当用户在所述互动显示模块上完成一个单元内容的学习后，所述互动显示模块会显示三个区域，第一区域内放置供选择的关联单元内容，第二区域内用于放置已选择的关联单元内容的链接，第三区域用于放置基础教材中下一个单元内容的链接；
所述单元内容具有属性标签，所述属性标签的种类共有n个，所述数据分析模块根据用户选择的关联单元内容的属性标签生成一个个人特征，所述个人特征为一个具有n维的向量
Figure 860304DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 570771DEST_PATH_IMAGE002
为向量中的第i个元素；
所述检索模块根据所述向量
Figure 314736DEST_PATH_IMAGE003
和已学习的单元内容的最小分类类别在所述元数据库中搜索关联单元内容，所述检索模块先根据最小分类类别在所述元数据库中缩小检索范围，并在检索范围内对每个单元内容计算其关联匹配度P：
Figure 676316DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，n0为该单元内容拥有的属性标签数量，r为存在系数，当该单元内容存在对应的属性标签时，r的值为1，当该单元内容不存在对应的属性标签时，r的值为0；
所述检索模块基于关联匹配度选择合适的关联单元内容显示在所述第一区域中。
2.如权利要求1所述的一种基于大数据的互动性数字教材***，其特征在于，用户点击第二区域内的链接并学习完关联单元内容后，所述第一区域内会更新新的关联单元内容，所述第二区域内会删除学习完的关联单元内容链接并保留已有的其余关联单元内容链接，所述第三区域内的单元内容链接保持不变。
3.如权利要求2所述的一种基于大数据的互动性数字教材***，其特征在于，用户点击第三区域内的链接并学习完对应的单元内容后，所述第一区域内会更新新的关联单元内容，所述第二区域内会删除所有的关联单元内容链接，所述第三区域内会放置基础教材中下一个新的单元内容链接。
4.如权利要求3所述的一种基于大数据的互动性数字教材***，其特征在于，所述第一区域中显示的关联单元内容分为高关联度的关联单元内容，中关联度的关联单元内容和低关联度的关联单元内容，这三类关联单元内容的数量比为
Figure 480324DEST_PATH_IMAGE005
。
5.如权利要求4所述的一种基于大数据的互动性数字教材***，其特征在于，所述中关联度的关联单元内容中最大的关联匹配度小于高关联度的关联单元内容的平均关联匹配度的三分之二，所述低关联度的关联单元内容中最大的关联匹配度小于中关联度的关联单元内容的平均关联匹配度的三分之一。
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