對于以數(shù)據(jù)挖掘?yàn)榛A(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

陳 震

（福州外語外貿(mào)學(xué)院，福建 福州350202）

因?yàn)樾畔⒓夹g(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)教育已經(jīng)成為一種趨勢，但是由于我國的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還有待提高，整體水平還有待提升，目前還不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L和多樣化的學(xué)習(xí)需求。 為了促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)教育的發(fā)展，更好地滿足人們的學(xué)習(xí)需求，可以將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)結(jié)合起來，為人們提供更智能化的學(xué)習(xí)平臺。

一、正確理解數(shù)據(jù)挖掘和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)資源中包含著大量的信息量，這些信息中包含著很多殘缺的和不明確的信息，從這些信息中隨機(jī)的抽取一些被掩蓋和具有開發(fā)價值的信息，這樣一個抽取信息的過程就叫做數(shù)據(jù)挖掘。 利用數(shù)據(jù)挖掘這種方式，可以從海量的信息中篩選出對學(xué)習(xí)者有利用價值的信息。要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘，必須要經(jīng)過數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備、選擇、預(yù)處理、挖掘、模式的轉(zhuǎn)換和評價這五個階段。

最近幾年，我國的網(wǎng)絡(luò)教育發(fā)展迅速，很多學(xué)者和教育界專家都開始紛紛關(guān)注網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的開發(fā)和利用。網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)就是e-learning 系統(tǒng)， 它是指記錄學(xué)習(xí)者利用互聯(lián)網(wǎng)參加課程培訓(xùn)、習(xí)題練習(xí)、考試測評、問卷調(diào)查和學(xué)習(xí)交流等活動，以實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)情況的全面管理網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)習(xí)者對信息提醒、學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)活動、咨詢服務(wù)和個人信息等五個方面的需求。其中學(xué)習(xí)資源包括網(wǎng)絡(luò)課件、視頻講解和考試輔導(dǎo)等內(nèi)容；學(xué)習(xí)活動則是指學(xué)習(xí)者完成作業(yè)情況、參與課堂討論和進(jìn)行論文寫作；咨詢服務(wù)則是幫助班學(xué)生解答關(guān)于收費(fèi)、教材、學(xué)習(xí)和考試等方面的問題；個人信息就是學(xué)習(xí)者的密碼和信息修改。 網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)具有廣闊的發(fā)展前景，但是目前由于相應(yīng)的技術(shù)和人才儲備不足，導(dǎo)致了它的交流性和個性不足，因此，如何提高網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的個性、 交流性和學(xué)習(xí)效率成了目前迫切需要解決的問題。

二、以數(shù)據(jù)挖掘?yàn)榛A(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念

以數(shù)據(jù)挖掘?yàn)榛A(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念是開放的、不斷變化和發(fā)展的。 雖然我國已經(jīng)進(jìn)入信息社會，但是我國發(fā)展網(wǎng)絡(luò)教育還缺乏技術(shù)支持， 發(fā)展理念也有待于成熟和完善。另外，由于學(xué)習(xí)者個體之間存在著較大差異，導(dǎo)致了他們的學(xué)習(xí)需求和學(xué)習(xí)進(jìn)度之間差異較大，而目前的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)還不具備分析和處理這些差異的能力。所以，建立在數(shù)據(jù)挖掘基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要樹立一個正確的理念， 利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)個性化和差異化的處理。 對同一個主題的知識進(jìn)行不同的分類， 設(shè)立不同的等級是實(shí)現(xiàn)個性化網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的關(guān)鍵。 學(xué)習(xí)者的個人信息將會以用戶注冊的方式進(jìn)入數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)通過對這些信息進(jìn)行分析，就能根據(jù)他們的學(xué)習(xí)能力分成不同的等級。值得注意的是，這種分類是不斷變化的，通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，就能對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況變化了如指掌，及時更新學(xué)習(xí)者的所屬類別，實(shí)現(xiàn)對信息的動態(tài)分析和處理。

（二）網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的模型建構(gòu)

以數(shù)據(jù)挖掘?yàn)榛A(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的模型建構(gòu)主要分為五個板塊，即教師板塊、學(xué)生板塊、信息挖掘板塊、知識庫板塊和學(xué)生信息板塊，這五個板塊的功能如下：

教師板塊是整個學(xué)習(xí)系統(tǒng)的重要組成部分， 通過進(jìn)行教學(xué)和答疑解惑等活動實(shí)現(xiàn)對學(xué)生學(xué)習(xí)活動的數(shù)據(jù)收集。同時，通過對教學(xué)方法和知識庫的調(diào)整還能促進(jìn)其他板塊的不斷完善。

學(xué)生板塊主要是收集學(xué)生在學(xué)習(xí)頁面停留的時間、參與課堂討論的活躍度和練習(xí)考試的成績等數(shù)據(jù)信息，記錄他們對學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握程度。 通過這些數(shù)據(jù)的收集和記錄，可以全面的了解學(xué)生實(shí)際的學(xué)習(xí)水平、學(xué)習(xí)程度和學(xué)習(xí)態(tài)度等信息。

信息挖掘板塊是整個學(xué)習(xí)系統(tǒng)最核心的組成部分，主要用于對信息的描述、分類、管理和進(jìn)行偏差分析。 這個板塊從服務(wù)器上獲取到學(xué)生的信息之后，會先對這些信息進(jìn)行預(yù)處理，剔除掉和學(xué)習(xí)無關(guān)的信息，得出學(xué)生最原始的訪問數(shù)據(jù)。 之后，根據(jù)已知的信息，采用數(shù)據(jù)挖掘的計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的處理，將最終的處理結(jié)果告知學(xué)生， 以此來實(shí)現(xiàn)學(xué)生個性化模型的不斷完善，為完善教學(xué)活動提供依據(jù)。

知識庫板塊主要用來對教學(xué)內(nèi)容、專業(yè)知識、練習(xí)題和相關(guān)的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行儲存，是學(xué)習(xí)系統(tǒng)必不可少的一部分。

學(xué)生信息板塊分為靜態(tài)和動態(tài)兩種形式。 靜態(tài)的信息庫主要用來記錄學(xué)生基本信息，例如姓名、年齡、密碼等內(nèi)容，這些信息基本上是固定的，所以是學(xué)習(xí)系統(tǒng)的入口所在。 動態(tài)的信息庫主要記錄學(xué)生的動態(tài)信息，例如學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)方向、學(xué)習(xí)進(jìn)度等內(nèi)容，這些信息會隨著學(xué)生的學(xué)習(xí)過程不斷地發(fā)生變化。 通過學(xué)生最初提交的知識類型和學(xué)習(xí)風(fēng)格等基本屬性，學(xué)習(xí)系統(tǒng)會利用數(shù)據(jù)挖掘來不斷地完善這一板塊的內(nèi)容。

三、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的實(shí)際運(yùn)用

（一）學(xué)生能通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)了解自己的學(xué)習(xí)效果

學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，既要了解學(xué)習(xí)知識，還要掌握了解自己的學(xué)習(xí)效果， 以便進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)。 通過數(shù)據(jù)挖掘中的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生就能及時地了解到自己的學(xué)習(xí)效果。 因?yàn)槿斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)是由輸入、 隱含和輸出三部分組成， 以多維空間的多變量函數(shù)理論作為基礎(chǔ)，是一種多層的反饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。 這種網(wǎng)絡(luò)最大的特點(diǎn)就是將隱藏的神經(jīng)元輸出的信息稱為基函數(shù)，這個基函數(shù)的中心向量則是連接輸入層和隱含層的紐帶，這樣就使得隱含層能聚集輸入層的信息。 學(xué)生的認(rèn)知能力可以分成記憶、理解、運(yùn)用、分析、總結(jié)和評估等六個不同的檔次，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層可以對這六個層次的評價值、練習(xí)和考試情況、學(xué)習(xí)效率以及某個知識點(diǎn)的點(diǎn)擊率等信息作為變量，將學(xué)生對知識、能力和運(yùn)用的理解程度作為輸出點(diǎn)， 實(shí)現(xiàn)從一個平面空間向多維空間的反射。 當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的任一方面發(fā)生變化，系統(tǒng)都會自動完成對信息的修改，并且根據(jù)學(xué)習(xí)的難度和學(xué)生練習(xí)的正確率來進(jìn)行分?jǐn)?shù)的加減， 通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算程序，得出學(xué)生的記憶、理解、運(yùn)用、分析、總結(jié)和評估等六個方面的新數(shù)據(jù)，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)和認(rèn)知能力的改變，向?qū)W生提供新的學(xué)習(xí)內(nèi)容， 然后再不斷修正學(xué)生的認(rèn)知能力。 這樣不斷地進(jìn)行循環(huán)， 學(xué)生的認(rèn)知能力每發(fā)生一次改變，相應(yīng)的評價和數(shù)據(jù)就會進(jìn)行修正，學(xué)生對知識和技能的運(yùn)用能力不斷提升， 這樣才能逐漸實(shí)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

（二）學(xué)生能通過數(shù)據(jù)挖掘中的聚類分析法來分析自己的學(xué)習(xí)特點(diǎn)

所謂聚類分析法， 就是根據(jù)描述對象和相關(guān)的信息在數(shù)據(jù)庫中的反映，對數(shù)據(jù)目標(biāo)進(jìn)行分組，它的主要目標(biāo)就是組內(nèi)的數(shù)據(jù)之間是有聯(lián)系的，而不同組中的對象是有區(qū)別的，組內(nèi)數(shù)據(jù)的聯(lián)系越緊密，那么組外對象的差別就越明顯， 這個聚類的效果就越好。 聚類分析是網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)預(yù)處理的一部分，它能對數(shù)據(jù)的分布情況和不同類別之間的特點(diǎn)，以及特定的類別進(jìn)行分析，掌握全局的分布模式，區(qū)別出數(shù)據(jù)的密集區(qū)和稀疏區(qū)，了解數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。 利用聚類分析法， 學(xué)生能了解到自己的學(xué)習(xí)特征參數(shù)。這種方法通過記錄學(xué)生的訪問記錄、進(jìn)入訪問頁面的次數(shù)和在頁面停留的時間， 對在不同課堂中停留的時間長短進(jìn)行比較等方式，總結(jié)出學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和學(xué)習(xí)風(fēng)格，并建立相應(yīng)的學(xué)習(xí)模型和學(xué)生的個人數(shù)據(jù)庫， 為進(jìn)一步分析奠定基礎(chǔ)。 學(xué)生的個人數(shù)據(jù)庫建立之后， 網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)就能自動過濾掉學(xué)生不感興趣或者與學(xué)生無關(guān)的內(nèi)容， 找到學(xué)生需要的學(xué)習(xí)資源。 利用數(shù)據(jù)挖掘中的統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，就可以根據(jù)學(xué)生的訪問記錄，推測出學(xué)生的下一步行為，減少學(xué)生的等待時間，提高網(wǎng)絡(luò)教育的效率。

（三）利用關(guān)聯(lián)原則，找到興趣點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的個性化

通過學(xué)生訪問頁面之間的潛在關(guān)聯(lián)和共同點(diǎn)， 歸納出學(xué)生的興趣點(diǎn)所在的方法就是關(guān)聯(lián)原則。 在整個網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，擁有大量的學(xué)生，這些學(xué)生的知識背景、專業(yè)知識、自學(xué)能力、學(xué)習(xí)風(fēng)格、努力程度以及知識結(jié)構(gòu)都不一樣，要想總結(jié)出他們的學(xué)習(xí)規(guī)律，就必須利用關(guān)聯(lián)原則。 在對登陸系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置時，要對學(xué)生的學(xué)習(xí)時間、學(xué)習(xí)方法和興趣等屬性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)， 以獲取學(xué)生這些學(xué)習(xí)屬性的相關(guān)數(shù)據(jù)， 對學(xué)生的學(xué)習(xí)類型有一個初步了解。 另外，根據(jù)學(xué)生一些不斷變化的學(xué)習(xí)屬性，對學(xué)生的瀏覽意向進(jìn)行分析，找出不同組別數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性，從而發(fā)現(xiàn)學(xué)生興趣點(diǎn)之間的關(guān)系， 利用動態(tài)網(wǎng)頁為學(xué)生提供相關(guān)的知識鏈接，為學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)提供便利。

結(jié)束語

在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中引用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)擴(kuò)寬了這一技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域， 也為網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的智能化和個性化提供了可能， 是適應(yīng)信息時代教育發(fā)展的必然要求。 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的應(yīng)用能掌握學(xué)習(xí)者的基本情況，為他們的學(xué)習(xí)提供個性化的服務(wù)，幫助他們提高學(xué)習(xí)效率。 隨著我國信息技術(shù)的不斷發(fā)展， 我國的網(wǎng)絡(luò)教育也將迎來更大的發(fā)展機(jī)遇。

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