近年来,伴随着大数据技术和人工智能技术的崛起,AI+教育已经成为学术界和产业界共同关注的热点。作为一种能够根据学习者特征提供个性化学习内容的教育产品,智能学习系统被认为是实现教育智能化的重要途经,其需要解决的核心问题之一是如何科学地对学习者的学习状态进行定性定量的评价。本文基于控制科学理论,通过将学习过程看作是带有输入输出变量的动态系统,构建了学习过程的数学模型。该模型将学习者的学习动机力作为系统输入,学习者获取的知识和能力作为输出,共包括三个组成部分:知识空间模型、能力空间模型和过程动力学模型。知识空间模型主要从层级结构和知识量两个方面对学习过程中的学科知识对象进行结构化和定量化描述。能力空间模型是一个包括上层学科能力层和底层思维能力层的两层结构化模型,用于描述学习过程中的能力输出部分。过程动力学模型将学习过程看作是学习者的学习动力克服学习者自身的惯性、自身遗忘因子以及知识对象的阻尼等因素做功的过程,通过微分方程的方式来描述学习者获取知识和能力的动态过程。同时,基于上述模型,本文从教师和学生两者角度出发,设计并开发了可以辅助课堂教学的智能学习系统,不仅完成了知识地图的可视化,系统形象地描述了专业知识的关联结构,还能够实现学习者在线学习与测试,采集学习数据、教师管理等功能。最后,通过教学实践研究获取学习者的学习数据,对学习过程模型中的知识量、遗忘因子、学习惯性、知识点阻尼等参数进行了辨识,初步验证了所提知识空间模型和过程动力学模型,结果表明模型能够实现对学生学习过程的模型化和参数化描述。