數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用研究m

洪建峰

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)的普及，遠(yuǎn)程教育作為一種新興的教育手段和教育方式正迅猛發(fā)展，全國廣播電視大學(xué)系統(tǒng)、開放大學(xué)系統(tǒng)、各高校網(wǎng)絡(luò)學(xué)院等，都在大力發(fā)展遠(yuǎn)程教育。遠(yuǎn)程教育是隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新型的教學(xué)形式。它與傳統(tǒng)教育的不同之處在于：人們可以不受時間和空間的限制，隨時隨地進(jìn)行交互式的學(xué)習(xí)活動，獲取優(yōu)秀的教學(xué)資源，打破了傳統(tǒng)教育的時空限制，為學(xué)生提供了新的學(xué)習(xí)空間和時間，新的教學(xué)形式有利于學(xué)習(xí)者自學(xué)能力的增強(qiáng)、知識面的拓寬、綜合素質(zhì)的提高，遠(yuǎn)程教育推動著高等教育的大眾化和終身化。

我們同時也看到，當(dāng)前的遠(yuǎn)程教育，主要依靠學(xué)習(xí)者的自主學(xué)習(xí)、學(xué)校小組的網(wǎng)上交流、學(xué)生與教師之間在網(wǎng)上互動。由此可以看出，教師只能通過遠(yuǎn)程教育平臺，才能獲取學(xué)生學(xué)習(xí)情況，并根據(jù)學(xué)生對知識內(nèi)容的接受和掌握情況布置作業(yè)、制定答疑方案，更新網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)容，從而提高遠(yuǎn)程教育的教學(xué)質(zhì)量。但是遠(yuǎn)程教育中學(xué)生和教師的網(wǎng)上互動，還不能做到課堂上那么直接、迅速，教師也不可能及時做出反應(yīng)和內(nèi)容調(diào)整。并且隨著遠(yuǎn)程教育的發(fā)展，遠(yuǎn)程教育人數(shù)的增多，學(xué)習(xí)者的各方面情況越來越復(fù)雜，如學(xué)習(xí)者的知識基礎(chǔ)、思維方式、接受能力、學(xué)習(xí)習(xí)慣、興趣愛好、生活條件等。如何能為每個學(xué)習(xí)者提供針對性強(qiáng)的遠(yuǎn)程教育服務(wù)，是一個十分值得研究的課題。

為此，現(xiàn)代開放遠(yuǎn)程教育應(yīng)該由傳統(tǒng)教育的“以教師為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)習(xí)者為中心”，更好地為學(xué)習(xí)者提供各種教學(xué)支持服務(wù)。我們應(yīng)用的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育平臺，其后臺數(shù)據(jù)庫中保存著大量與學(xué)生有關(guān)的數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)不是信息。我們要運用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，從這些海量的數(shù)據(jù)中挖掘所蘊涵的有益信息，并應(yīng)用到遠(yuǎn)程教育平臺上，為學(xué)習(xí)者提供更加優(yōu)質(zhì)的教育支持服務(wù)。

1 數(shù)據(jù)的挖掘

數(shù)據(jù)的挖掘，開始于20世紀(jì) 80年代，伴隨人工智能技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，雖然發(fā)展歷史不長，但在理論和技術(shù)上已取得重要進(jìn)展。數(shù)據(jù)挖掘就是從大量的、不完全的、噪聲的、模糊的、隨機(jī)的實際應(yīng)用數(shù)據(jù)中，提取隱含在其中、人們事先不知道的、但又是潛在有用的信息和知識的過程，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成有價值知識的一門新興技術(shù)。

1.1 數(shù)據(jù)挖掘的過程

數(shù)據(jù)挖掘的一般過程是：確定進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘的數(shù)據(jù)來源；對源數(shù)據(jù)的處理，即數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理和發(fā)現(xiàn)關(guān)系；建立模型，完善模型和應(yīng)用模型，如圖1所示：

圖1 數(shù)據(jù)挖掘過程

1) 確定數(shù)據(jù)來源：遠(yuǎn)程教育平臺除了是一個學(xué)習(xí)平臺以外，它還是一個豐富的數(shù)據(jù)源，其中隱藏著大量的有用數(shù)據(jù)。

2) 數(shù)據(jù)處理：對數(shù)據(jù)源進(jìn)行采集、預(yù)處理，從而發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。由于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)是以單一的數(shù)據(jù)資源，以數(shù)據(jù)庫為中心進(jìn)行各種類型的數(shù)據(jù)處理工作，而不同類型的數(shù)據(jù)處理有不同的處理特點，若數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)缺乏組織性，則數(shù)據(jù)庫中隱藏的信息將難以用查詢和統(tǒng)計方法展示出來。

采集數(shù)據(jù)是遠(yuǎn)程教育平臺數(shù)據(jù)庫中隱藏著的大量數(shù)據(jù)，如每個學(xué)生以自己的學(xué)號、賬號登陸平臺，系統(tǒng)根據(jù)學(xué)號記錄學(xué)習(xí)行為，有訪問時間、訪問頻率、訪問資源類型、參加的 BBS、停留的時間等；數(shù)據(jù)預(yù)處理是對于遠(yuǎn)程教育平臺中記錄的各種數(shù)據(jù)，要先去掉原先無用的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)歸類，為數(shù)據(jù)挖掘做準(zhǔn)備。發(fā)現(xiàn)關(guān)系是發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)程教育平臺數(shù)據(jù)中的關(guān)系，如學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為與資源類型的關(guān)系等。

3) 建立模型：根據(jù)數(shù)據(jù)關(guān)系，建立模型，并對模型進(jìn)行完善，以便能滿足實際應(yīng)用的要求。

4) 應(yīng)用模型：對建立的模型，應(yīng)用到實際系統(tǒng)中，通過對遠(yuǎn)程教育平臺中的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，可以直接應(yīng)用到平臺的功能建設(shè)與更新。

1.2 數(shù)據(jù)挖掘的方法

數(shù)據(jù)挖掘方法可分為描述、分類、聚類或發(fā)現(xiàn)關(guān)聯(lián)規(guī)則和序列模式等。

1) 關(guān)聯(lián)分析：是為了挖掘出隱藏在數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系，找到隱藏的關(guān)聯(lián)規(guī)則。

2) 序列模式分析：分析數(shù)據(jù)間的前后或因果關(guān)系,就是在實踐數(shù)據(jù)中，找到那些“一些項跟隨另一些項”的內(nèi)部事務(wù)模式。學(xué)習(xí)活動序列模式挖掘問題由于其數(shù)據(jù)源和需要挖掘的模式的特殊性，許多問題有待解決。如訪問序列的集成，學(xué)生感興趣的序列模式上的約束表達(dá)及帶約束的序列模式挖掘算法等。

3) 分類和聚類分析：其輸入集是一組記錄集合和集中標(biāo)記，所謂標(biāo)記是指一組具有不同特征的類別。目前，已有很多種分別分析模型得到應(yīng)用，其中的幾種經(jīng)典模型是線形回歸模型、決策樹模型、基于規(guī)則的模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。聚類分析法不同于分類規(guī)則，其輸入集是一組未標(biāo)定的記錄，也就是說次數(shù)輸入的記錄還沒有進(jìn)行任何分類。其目的是根據(jù)一定的規(guī)則，合理地劃分記錄集合，并用顯式和隱式的方法描述不同的類別，目前已開發(fā)出很多的聚類分析工具。

4) 孤立點分析：經(jīng)常存在一些數(shù)據(jù)對象，它們不符合數(shù)據(jù)的一般模型。這樣的數(shù)據(jù)對象被稱為孤立點，它們的數(shù)據(jù)與其他部分不同或不一致。在遠(yuǎn)程教育中存在的孤立點學(xué)生、教師可以對其情況進(jìn)行具體分析給予指導(dǎo)，也可以合理的排除它們，使孤立點的影響最小化。

2 數(shù)據(jù)挖掘在遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用

數(shù)據(jù)挖掘在現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育中有很多應(yīng)用，以兩個方面為例，介紹其模型在實際中的應(yīng)用。

2.1 學(xué)習(xí)者個性化服務(wù)的應(yīng)用

要實現(xiàn)遠(yuǎn)程教育個性化服務(wù)，關(guān)鍵是在學(xué)習(xí)個體的數(shù)據(jù)進(jìn)行差異化的分析與處理。首先，需要對參加學(xué)習(xí)的個體情況進(jìn)行分類與安排相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)程；其次，在學(xué)習(xí)的過程中，知識表示的內(nèi)容需要根據(jù)對學(xué)習(xí)者的個性要求具有不同的形式；最后，就是要對每個階段的學(xué)習(xí)進(jìn)行相應(yīng)的評估與反饋。我們確定學(xué)生的注冊信息（如學(xué)生在申請接受遠(yuǎn)程教育時提交的個人注冊信息，包含性別、年齡、文化程度、興趣愛好、學(xué)習(xí)目的等），學(xué)生的行為信息（如學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的時間、活動記錄、測試情況等）以及課件庫（如各類例題、自測題、圖片、動畫、音頻、視頻等教學(xué)素材）等為數(shù)據(jù)源。

利用數(shù)據(jù)挖掘的基本方法，根據(jù)學(xué)生的興趣愛好和自身情況對學(xué)生進(jìn)行分類，為學(xué)生推薦有關(guān)課程、知識點或者學(xué)習(xí)資源，并在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中利用分類和聚類分析不斷調(diào)整，因材施教，傳給不同類型的學(xué)生不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容；根據(jù)學(xué)生的問題、測試成績挖掘關(guān)聯(lián)規(guī)則，給學(xué)生指出沒有掌握的知識點和學(xué)習(xí)建議，并且可以提供給學(xué)生針對沒有掌握的知識點的補(bǔ)充資源，以便學(xué)生盡快掌握；教師根據(jù)每個學(xué)生的個性、學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)反饋，及時調(diào)整教育策略，制定適合學(xué)生個性的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)活動等。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用使遠(yuǎn)程教育能夠根據(jù)學(xué)生的具體情況安排教學(xué)，因材施教、最大可能地提高遠(yuǎn)程教育的作用和效率，推動高等教育的大眾化和終身化。

2.2 教學(xué)資源建設(shè)的應(yīng)用

在教學(xué)資源建設(shè)方面，我們以遠(yuǎn)程教育平臺的數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源，以學(xué)習(xí)者的網(wǎng)上學(xué)習(xí)行為為數(shù)據(jù)源，尋找學(xué)習(xí)者關(guān)注度（學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)時間為指標(biāo)）與教學(xué)資源建設(shè)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立模型，從而來調(diào)整教學(xué)資源的建設(shè)策略，從而提升教學(xué)資源的質(zhì)量。

采集學(xué)校直屬學(xué)院，2008年級會計學(xué)專業(yè)284名學(xué)生的網(wǎng)上學(xué)習(xí)時間為數(shù)據(jù)源，以2012年秋季學(xué)期，共有7門課程供學(xué)生學(xué)習(xí)，全學(xué)期7門課程共有87364人次的訪問量，學(xué)生在線學(xué)習(xí)總時間達(dá)到5577.48個小時。各課程學(xué)生上網(wǎng)時間分布情況，如圖2所示：

圖2 各課程學(xué)生學(xué)習(xí)時間總數(shù)分布情況

從圖2中可看出，課程二、課程四比較受到學(xué)生的歡迎與關(guān)注。分析原因后發(fā)現(xiàn)，課程二為《審計案例分析》，課程四為《會計案例分析》，而這2門課程資源中包含有各種案例與分析，教學(xué)內(nèi)容比較吸引學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。

再以對課程二的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，我們進(jìn)行了詳細(xì)分析，學(xué)生對各個學(xué)習(xí)欄目關(guān)注度情況，如圖3所示：

圖3 學(xué)生在各個欄目學(xué)習(xí)時間分布比例情況

從數(shù)據(jù)中，可以看出，學(xué)生對教學(xué)輔導(dǎo)的關(guān)注度要比其他的內(nèi)容要明顯得多，因為教學(xué)輔導(dǎo)內(nèi)容是課程學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容，其包含有各種教學(xué)知識點、教學(xué)難點與教學(xué)重點，而交流互動方面，也深受學(xué)生的關(guān)注，特別是實時在線交流與非實時在線提問、答疑對學(xué)生幫助都比較大，所以深受學(xué)生的關(guān)注。在線測試為檢驗學(xué)習(xí)效果的重要手段，結(jié)合記分作業(yè)、單元測試等內(nèi)容，與學(xué)習(xí)者的最終成績有密切關(guān)系，也受到學(xué)習(xí)者的關(guān)注。

對教學(xué)輔導(dǎo)的內(nèi)容再進(jìn)行分析，教學(xué)輔導(dǎo)的內(nèi)容主要包含有：教學(xué)文檔、教學(xué)PPT、教學(xué)視頻、案例分析以及其他內(nèi)容等組成。學(xué)生對各種教學(xué)內(nèi)容的關(guān)注度情況，如圖 4所示：

圖4 學(xué)生對各類教學(xué)內(nèi)容的關(guān)注情況

教學(xué)文檔主要展示的課程的重點、難點，受到的關(guān)注度也比較高，教學(xué) PPT可通過下載到本地后再觀看，學(xué)生在線觀看比較少。教學(xué)視頻是教學(xué)的重要內(nèi)容，受到學(xué)習(xí)者的重點關(guān)注，有36%多的學(xué)習(xí)時間在觀看視頻。案例分析的內(nèi)容具有實用性，所以，也能吸引學(xué)生的關(guān)注。

3 總結(jié)

通過對學(xué)生大量反饋信息的提取建立數(shù)據(jù)模型，把無以計數(shù)、若隱若現(xiàn)的信息碎片組合成具有決策價值的信息拼圖，數(shù)據(jù)挖掘為我們提供了一種新的思路。

遠(yuǎn)程教育教學(xué)活動作為一個有機(jī)的整體，各教學(xué)環(huán)節(jié)之間有密切的關(guān)系，這種關(guān)系是提供個性化教育的關(guān)鍵，個性化的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)，將是一個具有智能的系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠根據(jù)學(xué)生的不同個性特點和需求進(jìn)行教學(xué)與提供幫助，使得學(xué)生學(xué)習(xí)，從原來被動的信息索取轉(zhuǎn)變成主動獲取信息。同時根據(jù)學(xué)生比較關(guān)注的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容建設(shè)的策略，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)習(xí)效果，推動課程建設(shè)，促進(jìn)遠(yuǎn)程教育的發(fā)展。

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