基于學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)挖掘與分析的在線教學(xué)反思研究*

魏順平韓艷輝王麗娜

（1．國家開放大學(xué) 信息化部，北京 100039；2．國家開放大學(xué) 外語教學(xué)部，北京 100039）

基于學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)挖掘與分析的在線教學(xué)反思研究*

魏順平1韓艷輝2王麗娜1

（1．國家開放大學(xué) 信息化部，北京 100039；2．國家開放大學(xué) 外語教學(xué)部，北京 100039）

在互聯(lián)網(wǎng)時代，對從事在線學(xué)習(xí)輔導(dǎo)工作的輔導(dǎo)教師而言，基于學(xué)習(xí)過程記錄開展在線教學(xué)的反思以不斷改進(jìn)在線教學(xué)這一做法不僅是可能的也是必要的。文章選取基于Moodle平臺的在線課程為樣本，應(yīng)用學(xué)習(xí)分析技術(shù)，從一位輔導(dǎo)教師的視角，開展基于學(xué)習(xí)過程記錄的在線教學(xué)的反思研究。研究表明，學(xué)習(xí)分析技術(shù)在輔助教師開展在線教學(xué)反思是有效的，具體表現(xiàn)為：（1）通過師生群體平臺訪問行為分析，可幫助輔導(dǎo)教師重溫整個在線教學(xué)過程，彌補(bǔ)了師生分離狀態(tài)下輔導(dǎo)教師難以了解全班活動的不足。（2）通過師生交互論壇分析，可幫助輔導(dǎo)教師聚焦重點(diǎn)教學(xué)活動，并可實(shí)現(xiàn)比面授教學(xué)活動更為精確的分析。

在線教學(xué)；輔導(dǎo)教師；教學(xué)反思；學(xué)習(xí)分析；數(shù)據(jù)挖掘

引言

2011年以來，在美國頂尖大學(xué)中迅速發(fā)展起來并迅速影響世界的MOOC（大規(guī)模開放在線課程）模式無疑給“在線學(xué)習(xí)”這一學(xué)習(xí)形式樹立了成功應(yīng)用的典范，該模式證明了只有當(dāng)大學(xué)的課程、課堂教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)程、學(xué)生體驗(yàn)、師生互動過程等被完整、系統(tǒng)地在線實(shí)現(xiàn)[1]，特別是當(dāng)輔導(dǎo)教師的存在以及相關(guān)系統(tǒng)指導(dǎo)活動實(shí)現(xiàn)時，在線學(xué)習(xí)才是有效的。這從一個側(cè)面說明，在線學(xué)習(xí)并不是純粹的學(xué)生自主學(xué)習(xí)，還需要充分發(fā)揮輔導(dǎo)教師的主導(dǎo)作用。

在線學(xué)習(xí)模式下，師生活動在時空上相對分離，盡管有同步教學(xué)活動發(fā)生，但更多時候是異步教學(xué)活動，因?yàn)楫惒浇虒W(xué)更有助于滿足學(xué)習(xí)者的個性化學(xué)習(xí)需要。不同于課堂面授教學(xué)，輔導(dǎo)教師難以把握一門在線課程學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)開展情況的全貌。但是，通過在線學(xué)習(xí)平臺對學(xué)習(xí)過程的記錄，輔導(dǎo)教師了解課程的教學(xué)過程是可能的，而且基于學(xué)習(xí)過程記錄開展在線教學(xué)的反思以不斷改進(jìn)在線教學(xué)這一做法也是必要的。

一 文獻(xiàn)探討

“教學(xué)反思”，顧名思義，反思對象就是教學(xué)過程，反思的基礎(chǔ)是對教學(xué)過程的忠實(shí)記錄。波斯納（Poser）將教師的成長發(fā)展與其對自己經(jīng)驗(yàn)的反思結(jié)合起來，提出了一個教師成長的公式:經(jīng)驗(yàn)+反思=成長。由此可見反思對教師成長以及專業(yè)發(fā)展的重要性。

教學(xué)反思的方法是多樣的。王映學(xué)、趙興奎[2]指出教學(xué)反思的途徑主要有錄像反思、日記反思、從學(xué)習(xí)者角度反思、與同事及專家的交流中反思以及通過向?qū)W生征詢意見反思。張大均[3]將教師成長的途徑從觀摩教學(xué)、微格教學(xué)、教學(xué)決策訓(xùn)練和教學(xué)反思幾個方面來說明。俞國良等[4]則將教師的反思訓(xùn)練列為錄像反思法、對話反思法和教學(xué)反思法。從上述方法中可以看到，教學(xué)反思的基礎(chǔ)是對教學(xué)過程的忠實(shí)記錄。在“日記反思法”中，第一步就是對教學(xué)中包含問題的教學(xué)事件進(jìn)行詳細(xì)、忠實(shí)的描述。在“從學(xué)習(xí)者角度反思”中，第一步就是“簡要記下學(xué)習(xí)發(fā)生的時間、場合、涉及的學(xué)習(xí)內(nèi)容和培訓(xùn)（講授或主持）人員”。在微格教學(xué)法中，則通過錄像設(shè)備記錄教學(xué)全過程。

在信息化網(wǎng)絡(luò)時代，教師可以利用現(xiàn)代教育技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程的忠實(shí)記錄，進(jìn)行有效的教學(xué)反思，從而更好地促進(jìn)自身的專業(yè)發(fā)展[5]。各種新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)工具給我們的生活帶來了新的便利，同時也為教師提供了新的教學(xué)反思工具。近年來興起的學(xué)習(xí)分析技術(shù)可以成為教師開展在線教學(xué)反思的有力工具。學(xué)習(xí)分析技術(shù)是對學(xué)生生成的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和分析，以評估學(xué)生的學(xué)術(shù)進(jìn)展，預(yù)測未來的表現(xiàn)，并發(fā)現(xiàn)潛在的問題[6]。對教師而言，學(xué)習(xí)分析技術(shù)可用來開展更為深入的教學(xué)分析，以便教師在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上為學(xué)生提供更有針對性的教學(xué)干預(yù)[7]。在線學(xué)習(xí)中，在線學(xué)習(xí)平臺詳細(xì)記錄了師生行為，猶如課堂教學(xué)錄像。借助學(xué)習(xí)分析技術(shù)，分析師生行為記錄數(shù)據(jù)，可以再現(xiàn)在線學(xué)習(xí)過程，使教師能夠把握在線教學(xué)過程全貌，并了解每個教學(xué)環(huán)節(jié)、重要教學(xué)活動以及每個學(xué)生的種種細(xì)節(jié)，使原本模糊的印象數(shù)字化、清晰化，輔助教師反思其在教學(xué)設(shè)計、資源制作、學(xué)習(xí)引導(dǎo)、學(xué)習(xí)評價等方面的可取之處與不足之處。

因此，本文選取基于Moodle平臺的在線課程為樣本，應(yīng)用學(xué)習(xí)分析技術(shù)，具體包括話語分析、社會網(wǎng)絡(luò)分析等分析技術(shù)，統(tǒng)計分析與可視化、聚類、預(yù)測、關(guān)系挖掘、文本挖掘等數(shù)據(jù)挖掘方法，以及SSAS、SPSS、UCINET、EXCEL、ICTCLAS中文分詞系統(tǒng)等工具[8]，從一位輔導(dǎo)教師的視角，開展基于學(xué)習(xí)過程記錄的在線教學(xué)反思研究，探索一種全新的教學(xué)反思形式。

二 研究樣本

本文選取國家開放大學(xué)主辦的網(wǎng)絡(luò)教育從業(yè)人員培訓(xùn)班為研究對象。該培訓(xùn)班依托Moodle平臺開設(shè)（網(wǎng)址:http://etutor.crtvu.cn），有“學(xué)生支持服務(wù)”、“在線學(xué)習(xí)輔導(dǎo)”和“在線課程設(shè)計”三門課，每門課的培訓(xùn)時間為6周，學(xué)生通過Moodle平臺開展在線學(xué)習(xí)，輔導(dǎo)教師提供全程的在線輔導(dǎo)。本文具體選擇“在線學(xué)習(xí)輔導(dǎo)”課程第五期培訓(xùn)班作為研究樣本。

三 數(shù)據(jù)分析與培訓(xùn)反思

1 重溫整個教學(xué)過程——師生群體平臺訪問行為分析

通過對平臺模塊訪問、模塊訪問序列以及師生活動時間分布情況的分析，重新回顧教學(xué)過程，并對一些突出的數(shù)據(jù)表現(xiàn)加以解讀，使原本時空分離的師生活動再度整合，還原輔導(dǎo)教師的教學(xué)過程與學(xué)生學(xué)習(xí)過程的原貌。

表1 師生訪問平臺模塊情況（訪問頻次位列前五的模塊）

（1）平臺模塊訪問總體情況

童年時期幫助父母照看弟弟妹妹的女性，結(jié)婚生子后反而成不了好媽媽。密歇根大學(xué)一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)童年時期過早承擔(dān)照看弟妹責(zé)任的女性，受幼年錯誤育兒觀念及行為的影響，日后對于寶寶的反應(yīng)不敏感，有可能無法及時滿足寶寶的需求。

表1是該期培訓(xùn)過程中，師生訪問Moodle平臺各模塊的頻次統(tǒng)計結(jié)果。

從統(tǒng)計結(jié)果可知，師生最常訪問的模塊是“forum”，占總活動頻次的近 50%，說明課堂討論是最主要的學(xué)習(xí)活動，也是這門基于討論的探究式課程學(xué)習(xí)的突出特點(diǎn)。其次就是“wiki”、“resource”和“assignment”三類行為。這三類行為的頻次和比例較為平均，是位列“Forum”之后的重要學(xué)習(xí)活動。在討論的基礎(chǔ)上，課程設(shè)計中的“wiki”其實(shí)是為了給學(xué)生協(xié)作式小組學(xué)習(xí)的機(jī)會，是除“forum”外學(xué)生之間重要的交互空間?！皉esource”（瀏覽資源）是學(xué)習(xí)內(nèi)容重要的組成部分，在此基礎(chǔ)上參加討論和wiki協(xié)作學(xué)習(xí)，最終的學(xué)習(xí)成果以“assignment”（小論文、大論文）的形式呈現(xiàn)。這幾個模塊的頻次和比例分配較為合理，較好地還原了教學(xué)過程。

（2）平臺模塊訪問序列分析

我們已經(jīng)了解了不同模塊的訪問頻次，下面我們再來了解一些師生訪問平臺模塊的路徑。

這里采用Microsoft順序分析和聚類分析算法，數(shù)據(jù)來源則是用戶每天瀏覽課程頁面產(chǎn)生的過程數(shù)據(jù)。筆者選取5個頻繁訪問模塊包括forum、wiki、assignment、resource和user（course除外，因?yàn)樵谠撃K主要發(fā)生登錄行為，并沒有實(shí)際的學(xué)習(xí)行為）的數(shù)據(jù)來分析模塊訪問序列，得到如圖1所示結(jié)果。由圖1可知，從user、resource、assignment、wiki四個模塊跳轉(zhuǎn)到forum的條件概率均比較高（分別為0.40、0.32、0.26、0.16），可見forum是一個活動中心模塊，也是一個重要的活動中介模塊，諸如 resource、assignment、wiki等活動可以從中再次啟動。而在由 forum跳轉(zhuǎn)到其他模塊的情形中，forum?resource的轉(zhuǎn)換組合的發(fā)生概率是最高的，達(dá)到 0.06。在發(fā)帖參與討論的過程中，發(fā)現(xiàn)問題、深入思考再繼續(xù)學(xué)習(xí)相關(guān)資源，這符合學(xué)習(xí)常規(guī)，也形成了討論帶動資源的學(xué)習(xí)兩者之間的良性互動，從而實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)和反思。另外，resource模塊對其他模塊的支撐作用還表現(xiàn)為 assignment?resource，這一條件概率達(dá)到0.13，即學(xué)生在做作業(yè)的過程中要求助于資源模塊，這也是符合學(xué)習(xí)常規(guī)的。

圖1 各模塊之間的跳轉(zhuǎn)情況

（3）不同時期各模塊訪問特點(diǎn)

接下來結(jié)合時間維度，了解不同時期平臺各模塊訪問特點(diǎn)，以了解不同時期師生關(guān)注重點(diǎn)的變化。計算出本期培訓(xùn)不同周此平臺模塊訪問頻次分布情況，并繪制師生在主要學(xué)習(xí)模塊的活動頻次占比隨時間分布的折線圖，得到如圖2所示結(jié)果。

圖2 師生在主要學(xué)習(xí)模塊的活動頻次隨時間分布情況

2 聚焦重點(diǎn)教學(xué)活動——師生論壇交互分析

師生在論壇的討論發(fā)言是本課程的一項(xiàng)重點(diǎn)教學(xué)活動。通過這一活動，相關(guān)教學(xué)信息得以傳遞，各種其他教學(xué)活動得以依次展開，課程知識也在這里不斷呈現(xiàn)，支持服務(wù)也在這里相繼給出。

（1）師生交互的數(shù)量與內(nèi)容

該課程討論活動在6個學(xué)習(xí)單元分散展開，本期培訓(xùn)班發(fā)帖數(shù)量累計743個，如表2所示。

表2 論壇活動總體情況

由表 2可知，輔導(dǎo)教師的發(fā)帖量基本呈緩慢下降的趨勢。從該趨勢我們可以看到，在第 1周“學(xué)習(xí)指南”和第2周“第一單元:什么是在線輔導(dǎo)？”兩周的教學(xué)中，由于是在線教學(xué)的開始階段，輔導(dǎo)教師需要更多地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論，投入相對更多的時間。從第3周開始，數(shù)據(jù)顯示，輔導(dǎo)教師的發(fā)帖量開始有所減少，從將近50%的比例下降到40%左右。這是因?yàn)?，?jīng)過前兩周的學(xué)習(xí)，由于輔導(dǎo)教師的有效引導(dǎo)，學(xué)生保持了較高的積極性，效果明顯。從第3周開始，輔導(dǎo)教師有意減少了發(fā)帖的量，注意留給學(xué)生更多的時間思考并參與討論，這時候?qū)W生明顯上升到了討論的主角這一角色，這說明輔導(dǎo)教師對于討論的把握和控制比較成功。

（2）師生交互發(fā)帖的內(nèi)容

作者采用傅騫、魏順平等[9]研發(fā)的術(shù)語提取算法從所發(fā)帖子中提取了約240個術(shù)語，如表3所示。這些術(shù)語的出現(xiàn)頻次為4909次（其中輔導(dǎo)教師使用976次，約占20%）；在481個帖子中出現(xiàn)（其中教師帖為204個），占帖子總數(shù)的65%。從另外一個角度說，有1/3左右的帖子沒有出現(xiàn)任何術(shù)語。由此可見，論壇的主要功能是開展課程知識討論，次要功能則是激發(fā)并維持學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)，引導(dǎo)、鼓勵學(xué)生不斷參加學(xué)習(xí)。

表3 論壇發(fā)帖中的高頻術(shù)語（前20個）

在前10位術(shù)語中，“輔導(dǎo)”出現(xiàn)了3次，“在線（遠(yuǎn)程）”出現(xiàn)了4次，這比較好地體現(xiàn)了本課程的特點(diǎn)，即在線學(xué)習(xí)輔導(dǎo)。而排在前兩位的是“輔導(dǎo)教師”和“電大”，這更能說明這次培訓(xùn)的內(nèi)容和對象的特點(diǎn)。無一例外，本次培訓(xùn)的對象全部來自電大系統(tǒng)，所以他們對本系統(tǒng)是最關(guān)注的，另外他們對如何做好“輔導(dǎo)教師”也是最關(guān)心的，所以他們選擇了這門課。從這些術(shù)語可以看出，本期的討論比較成功，課程的設(shè)計也比較合理，能夠滿足學(xué)生的需求。

接著，作者對各單元使用的普通詞匯（包括動詞和名詞等實(shí)詞，不含虛詞，不含術(shù)語）使用頻次進(jìn)行統(tǒng)計，以體現(xiàn)輔導(dǎo)教師的語言藝術(shù)和輔導(dǎo)特色。其中使用頻次排名前十的普通詞匯分別是“同學(xué)、加油、學(xué)生、謝謝、可以、學(xué)習(xí)、問題、課程、研究、討論”?！凹佑汀焙汀爸x謝”這兩個詞的大量使用反映了輔導(dǎo)教師為學(xué)生提供的情感支持。輔導(dǎo)教師時時刻刻不忘鼓勵、支持任何一位學(xué)生的發(fā)言和進(jìn)步，處處對他們的討論表示感謝，無論發(fā)言是否精彩，無論對他們的觀點(diǎn)是否贊同，都通過“加油”和“謝謝”表示感謝。

（3）師生交互的動態(tài)過程與靜態(tài)結(jié)構(gòu)

我們從師生交互發(fā)帖時間分布以及師生交互網(wǎng)絡(luò)分析來了解師生交互的動態(tài)過程與靜態(tài)結(jié)構(gòu)。本培訓(xùn)課程設(shè)有6個單元外加大論文指導(dǎo)環(huán)節(jié)（實(shí)際上是7個單元），計劃教學(xué)時間是6周，一個單元用時一周。理想情況下，學(xué)生應(yīng)該在規(guī)定的學(xué)習(xí)時間內(nèi)完成相應(yīng)單元的活動，但事實(shí)并非如此。以每個單元的“話題討論”為例，某個單元的話題往往要持續(xù)3周才會真正結(jié)束。各單元討論活動隨時間分布情況如表4所示。

表4中帶*號的數(shù)字部分是在單元規(guī)定學(xué)習(xí)時間內(nèi)的發(fā)帖數(shù)量，但是每個單元在規(guī)定學(xué)習(xí)時間后，在隨后的2至3周還陸續(xù)有帖子發(fā)出來。于是從第3單元開始，將會有3個單元的活動疊加在一起。出現(xiàn)這種疊加現(xiàn)象，可能較大程度上是由工學(xué)矛盾造成的。學(xué)生不能及時完成本周的學(xué)習(xí)活動，所以會往后拖延。其實(shí)，從學(xué)生的角度是可以理解的，這也要求我們的在線教學(xué)要有一定的靈活性。同時，也恰恰是在第3周開始出現(xiàn)第一個assgignment（小論文），學(xué)生的負(fù)擔(dān)開始加重。正是當(dāng)“新債舊債”交織在一起的時候，出現(xiàn)了連鎖式疊加的現(xiàn)象。當(dāng)然，這種現(xiàn)象也會無形中增加輔導(dǎo)教師的負(fù)擔(dān)。

表4 各單元討論活動隨時間分布情況

根據(jù)輔導(dǎo)教師和學(xué)生發(fā)帖、回帖的關(guān)系，借助UCINET社會網(wǎng)絡(luò)分析工具，可繪制師生交互網(wǎng)絡(luò)圖，如圖3所示。從圖3可以看出，所有24個成員（包括輔導(dǎo)教師，如圖中編號為68的正方形節(jié)點(diǎn)）均在一個網(wǎng)絡(luò)中，不存在孤立的成員。

圖3 師生交互網(wǎng)絡(luò)

四 研究結(jié)論

本文選取基于 Moodle平臺的在線課程為樣本，應(yīng)用學(xué)習(xí)分析技術(shù)，從一位輔導(dǎo)教師的視角，開展基于學(xué)習(xí)過程記錄的在線教學(xué)反思研究，探索了一種全新的教學(xué)反思形式。研究表明，借助學(xué)習(xí)分析技術(shù)，分析師生行為記錄數(shù)據(jù)，可以再現(xiàn)在線學(xué)習(xí)過程，使教師能夠把握在線教學(xué)過程全貌，并了解每個教學(xué)環(huán)節(jié)、重要教學(xué)活動以及每個學(xué)生的種種細(xì)節(jié)，使原本模糊的印象數(shù)字化、清晰化，輔助教師反思其在教學(xué)設(shè)計、資源制作、學(xué)習(xí)引導(dǎo)、學(xué)習(xí)評價等方面的可取之處與不足之處。

由于所選研究樣本是以小班教學(xué)為特色的培訓(xùn)班，樣本量有限，本文提出的基于在線學(xué)習(xí)分析的教學(xué)反思方法還有待在更大樣本范圍內(nèi)驗(yàn)證，并且在數(shù)據(jù)分析結(jié)果解釋與反思中引入質(zhì)的研究方法，使得解釋與反思能夠透過數(shù)據(jù)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)本質(zhì)。

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Reflections on Online Teaching and Learning Based on Data Mining and Analysis of Learning Process Data

WEI Shun-ping1HAN Yan-hui2WANG Li-na1
(1. R&D Center for E-Learning, the Open University of China, Beijing, China 100039; 2. Faculty of Foreign Language, the Open University of China, Beijing, China 100039)

In the internet era, it is possible and necessary for tutors who engage in online teaching launch reflective online teaching based on learning process to continuously improve online teaching. Based on the sample of Moodle online course, online teaching reflection according to learning process from the perspective of tutors is conducted by employing learning analytics, exploring a new form of teaching reflection. Research indicates that learning analytics is effective in supporting tutors’ reflections on interactive online teaching and learning. Firstly, analysis on tutors’ and learners’ behaviors happening on LMS can help tutors grasp the full picture of learners’ development situation in an online course. Secondly, the analysis on interactive forums can help tutors focus on key teaching and learning activities, and achieve a more accurate analysis in contrast with face-to-face teaching activities.

online learning; online tutor; teaching reflections; learning analytics; data mining

G40-057

A【論文編號】1009—8097（2015）06—0089—07【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2015.06.014

編輯:小西

本文為全國教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2013年度教育部重點(diǎn)課題“學(xué)習(xí)分析技術(shù)及其在網(wǎng)絡(luò)高等教育中的應(yīng)用研究”（項(xiàng)目編號：DCA130229）的研究成果。

魏順平，副研究員，博士，研究方向?yàn)榻逃龜?shù)據(jù)挖掘，郵箱為wsp@ouchn.edu.cn。

2014年11月1日