基于學(xué)習(xí)分析視角的在線學(xué)習(xí)行為可視化分析與案例研究

王苗+劉志超

摘 要：工具支持下的學(xué)習(xí)分析技術(shù)以其多維度的數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)化的數(shù)據(jù)分析、可視化的分析結(jié)果等優(yōu)勢(shì)為在線學(xué)習(xí)行為分析提供了新的思路。文章首先對(duì)在線學(xué)習(xí)行為及可視化技術(shù)進(jìn)行概述性描述并系統(tǒng)的梳理了在線學(xué)習(xí)行為分析的現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上對(duì)國(guó)外學(xué)習(xí)分析技術(shù)典型應(yīng)用項(xiàng)目進(jìn)行分析，最后對(duì)工具支持下的學(xué)習(xí)分析與可視化技術(shù)對(duì)于在線學(xué)習(xí)行為分析的重要意義做出總結(jié)與展望。

關(guān)鍵詞：在線學(xué)習(xí)行為：可視化；學(xué)習(xí)分析；案例研究

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2015）09-0010-04

一、引言

學(xué)習(xí)分析技術(shù)是以海量的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用數(shù)據(jù)挖掘的成果，對(duì)在線學(xué)習(xí)環(huán)境及學(xué)生的在線學(xué)習(xí)為對(duì)象，對(duì)學(xué)習(xí)者產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和分析模型探究信息和社會(huì)的聯(lián)系，并且對(duì)學(xué)習(xí)作出預(yù)測(cè)和建議。[1] 在大數(shù)據(jù)背景下，學(xué)習(xí)分析逐漸成為教育工作者研究的熱點(diǎn)。

國(guó)內(nèi)外遠(yuǎn)程教育研究者對(duì)學(xué)習(xí)分析技術(shù)展開了一系列的研究，英國(guó)馬里蘭大學(xué)在Blackboard平臺(tái)中的課程管理模塊中開設(shè)了“自我行為檢查”的工具，幫助學(xué)生自我診斷與評(píng)估[2]；比利時(shí)魯汶大學(xué)和哥倫比亞大學(xué)則分別運(yùn)用學(xué)習(xí)分析技術(shù)創(chuàng)建應(yīng)用程序內(nèi)嵌到在線學(xué)習(xí)平臺(tái)中，對(duì)學(xué)生在線學(xué)習(xí)進(jìn)行可視化分析來幫助學(xué)生了解學(xué)習(xí)情況[3]；美國(guó)普渡大學(xué)的“信號(hào)預(yù)警系統(tǒng)”對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)學(xué)績(jī)較差的學(xué)生以郵件的形式給予預(yù)警并提供幫助。[4]我國(guó)對(duì)于學(xué)習(xí)分析技術(shù)的研究處于理論、技術(shù)及應(yīng)用趨勢(shì)的研究層面，如華東師范大學(xué)的顧小清教授（2012年）系統(tǒng)的分析了學(xué)習(xí)分析技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)以及學(xué)習(xí)分析技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)在此基礎(chǔ)上指出學(xué)習(xí)分析技術(shù)的應(yīng)用趨勢(shì)[5]，北京郵電大學(xué)的李青（2012年）從學(xué)術(shù)界對(duì)學(xué)習(xí)分析的幾種權(quán)威定義出發(fā)探討學(xué)習(xí)分析的主要分析方法與工具，并學(xué)習(xí)分析技術(shù)的典型案例進(jìn)行綜述性研究[6]，南京大學(xué)的李逢慶（2012年）對(duì)學(xué)習(xí)分析的內(nèi)涵、過程、工具和方法做了深層次的解讀，并從推動(dòng)大學(xué)教學(xué)創(chuàng)新的視域下闡釋學(xué)習(xí)分析促進(jìn)大學(xué)教學(xué)信息化深入發(fā)展的重要價(jià)值與深遠(yuǎn)影響[7]。最近的研究表明，我國(guó)遠(yuǎn)程教育研究者展開了學(xué)習(xí)分析技術(shù)應(yīng)用于在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的案例研究。例如，中央民族大學(xué)孫洪濤（2013年）通過一個(gè)案例展示了在開源平臺(tái)和工具的支持下學(xué)習(xí)分析對(duì)于遠(yuǎn)程教學(xué)交互研究的意義[8]，國(guó)家開放大學(xué)魏順平（2013年）通過中央廣播電視大學(xué)的網(wǎng)上教學(xué)實(shí)例從不同的用戶角度探究了學(xué)習(xí)分析技術(shù)對(duì)于挖掘大數(shù)據(jù)時(shí)代下教育數(shù)據(jù)的價(jià)值。[9]

二、在線學(xué)習(xí)行為分析及數(shù)據(jù)可視化

1.在線學(xué)習(xí)行為概述

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于在線學(xué)習(xí)行為的概念尚無明確的界定，與其相似的概念有“網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)行為”、“”遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)行為“數(shù)字化學(xué)習(xí)行為”等，沿用較多的定義為楊開城（2002年）的“在線學(xué)習(xí)行為是指學(xué)習(xí)者在由現(xiàn)代信息技術(shù)所創(chuàng)設(shè)的、具有全新溝通機(jī)制與豐富資源的學(xué)習(xí)環(huán)境中，開展的遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí)行為?！盵10]其特征是一個(gè)運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)手段開發(fā)的多維度多層次的學(xué)習(xí)系統(tǒng)，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為較傳統(tǒng)學(xué)習(xí)更為獨(dú)立自主。[11]在線學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)利用網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)平臺(tái)所提供給的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境以及開發(fā)的課程資源、學(xué)習(xí)者按照自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)計(jì)劃、學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)時(shí)間等展開自主學(xué)習(xí)活動(dòng)，在線學(xué)習(xí)過程中可以借助“BBS論壇”、聊天工具等與其他學(xué)習(xí)者進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)，在線學(xué)習(xí)過程中，教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行監(jiān)控跟蹤，及時(shí)給與獎(jiǎng)勵(lì)或預(yù)警，避免學(xué)生在放任的狀態(tài)下學(xué)習(xí)。

2.在線學(xué)習(xí)行為分析

目前國(guó)內(nèi)外研究集中在對(duì)線平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)日志進(jìn)行描述以及研發(fā)跟蹤監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控學(xué)習(xí)者的在線學(xué)習(xí)行為。例如，]Karin Anna Hummel 等通過分析數(shù)據(jù)庫訪問記錄和日志文件，分析學(xué)習(xí)者的在線學(xué)習(xí)行為。[12]Romero等使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)Moodle平臺(tái)中的日志進(jìn)行分析，對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)情況進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，將分析結(jié)果反饋給學(xué)習(xí)者及教師，便于學(xué)習(xí)者掌握自己的學(xué)習(xí)情況，便于教師調(diào)整教學(xué)計(jì)劃，作出科學(xué)的教學(xué)決策。[13]

國(guó)內(nèi)學(xué)者關(guān)于在線學(xué)習(xí)行為分析的研究尚處于初步探索階段，較多以文獻(xiàn)研究、問卷調(diào)查等方式采集學(xué)習(xí)者行為信息，對(duì)在線學(xué)習(xí)行為分析模型以及分析平臺(tái)進(jìn)行研究，彭文輝，楊宗凱等（2006年）給出一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)行為分析的學(xué)習(xí)平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型，對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)行為進(jìn)行分析，奠定了對(duì)學(xué)習(xí)者的行為評(píng)價(jià)和學(xué)習(xí)智能化、個(gè)性化調(diào)整的基礎(chǔ)。[14]彭文輝，楊宗凱等（2007年）通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)者進(jìn)行問卷調(diào)查，利用數(shù)據(jù)分析工具分析在線學(xué)習(xí)者的行為，為在線學(xué)習(xí)平臺(tái)、在線學(xué)習(xí)資源的設(shè)計(jì)與開發(fā)提出針對(duì)性的建議。[15]一些學(xué)者通過分析在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)日志等對(duì)在線學(xué)習(xí)行為進(jìn)行實(shí)證性研究。袁明，陳偉杰采用統(tǒng)計(jì)分析法和聚類分析法對(duì)華東師范大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院的每天訪問課程人數(shù)及月平均值、學(xué)習(xí)者到訪比例、在線測(cè)試題完成情況等方面進(jìn)行了研究分析。[16]魏順平以2010年春季學(xué)期江蘇電大9369名新生選修的中央電大開放教育入門課程“開放教育學(xué)習(xí)指南”，采用數(shù)據(jù)挖掘的方法得出登錄、資源瀏覽、作業(yè)、測(cè)試等在線學(xué)習(xí)行為的特點(diǎn)及其影響因素，為網(wǎng)絡(luò)課程的設(shè)計(jì)以及優(yōu)化在線學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)效度等提出合理化建議。[17]

本文將嘗試將學(xué)習(xí)分析和數(shù)據(jù)可視化技術(shù)應(yīng)用于在線行為分析研究中，彌補(bǔ)傳統(tǒng)在線行為分析的不足。

3.數(shù)據(jù)可視化

探索和理解大型數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)可視化是最有效的途徑之一。把數(shù)字置于視覺空間中，更容易發(fā)現(xiàn)其中潛藏的模式。[18]筆者按照處理數(shù)據(jù)類型的不同將其輸出形式總結(jié)如圖1所示。

一般而言，數(shù)據(jù)可視化分為探索性可視化和理解型可視化[19]，探索型可視化是在不確定從數(shù)據(jù)集中能夠獲取到何種信息試圖探索數(shù)據(jù)所潛藏的信息，理解型可視化是最直觀、最清晰的方式生成便于用戶能夠理解的形式，增強(qiáng)處理效率。

三、學(xué)習(xí)分析技術(shù)應(yīng)用于在線學(xué)習(xí)行為分析的優(yōu)勢(shì)

1.多來源、多維度的數(shù)據(jù)采集有利于深層次挖掘在線學(xué)習(xí)行為信息

學(xué)習(xí)分析技術(shù)的數(shù)據(jù)來源廣泛：①可以從Blackboard、Moodle、Sakai等主流的學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)中采集數(shù)據(jù)；②可以從微博、MSN、QQ等社交工具中采集學(xué)習(xí)者與他人交互的數(shù)據(jù)；③通過實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件獲取學(xué)習(xí)者的與學(xué)習(xí)相關(guān)的面部情緒、注意力集中程度等信息；④從傳統(tǒng)課堂學(xué)習(xí)中的課本、作業(yè)、試卷等采集信息。

學(xué)習(xí)分析技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)多維度的數(shù)據(jù)采集：①獨(dú)立操作產(chǎn)生的數(shù)據(jù)：登錄時(shí)間、瀏覽網(wǎng)頁、資源下載、發(fā)帖子、做筆記等；②交互行為產(chǎn)生的數(shù)據(jù)：論壇、聊天室、社交工具討論、與教師的互動(dòng)、與其他學(xué)習(xí)者互動(dòng)等；③復(fù)雜關(guān)系網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)：鼠標(biāo)鏈接關(guān)系網(wǎng)絡(luò)、社交網(wǎng)絡(luò)、生物網(wǎng)絡(luò)、地理位置網(wǎng)絡(luò)等。對(duì)在線學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)進(jìn)行多來源、對(duì)維度的采集，有利于挖掘出深層次的信息。

2.自動(dòng)化的數(shù)據(jù)處理過程簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)處理繁復(fù)的工作量

隨著數(shù)據(jù)處理量的不斷增大，一些一鍵可視化的學(xué)習(xí)分析工具開始不斷的出現(xiàn)，如Gephi、NodeXL等，這些工具技術(shù)門檻低，操作便捷，功能強(qiáng)大，支持不同的數(shù)據(jù)格式，運(yùn)用此類分析工具再加上簡(jiǎn)單的編程技巧即可自動(dòng)化的生成不同格式的可視化圖表，滿足各種需求，極大的減少了數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、處理、可視化等繁復(fù)的工作量。

3.可視化的分析結(jié)果有利于描述復(fù)雜的學(xué)習(xí)行為及制定科學(xué)的教育決策

將在線學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)可視化同時(shí)起到解釋在線學(xué)習(xí)行為和探索遠(yuǎn)程教育規(guī)律的作用，對(duì)在線學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化研究，往往能夠從中發(fā)現(xiàn)一些通過常規(guī)統(tǒng)計(jì)方法很難挖掘到的信息，很多情況下這些信息能夠成為遠(yuǎn)程研究者描述復(fù)雜的學(xué)習(xí)行為或者制定教育決定提供幫助。遠(yuǎn)程教育研究者可將可視化作為尋求問題以及探索在線學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)集新特征的一種方式。

四、案例研究

盡管學(xué)習(xí)分析技術(shù)得到教育界的普遍關(guān)注，各國(guó)紛紛展開學(xué)習(xí)分析技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐，包括學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)和工具的研發(fā)等，但目前投入到教學(xué)實(shí)踐中的項(xiàng)目并不多，筆者通過文獻(xiàn)研究了解到如下國(guó)外最具代表性的兩個(gè)項(xiàng)目。

1.澳大利亞Wollongong大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的“可視化網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)可視化評(píng)估”項(xiàng)目

（1）項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容

澳大利亞學(xué)與教委員會(huì)（ALTC）啟動(dòng)了“解決采集和可視化學(xué)生網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)交互數(shù)據(jù)的巨大開支問題的計(jì)劃”簡(jiǎn)稱ALTC計(jì)劃，該計(jì)劃試圖通過發(fā)展專業(yè)的學(xué)習(xí)分析工具來解決設(shè)計(jì)和評(píng)估學(xué)與教實(shí)踐的巨大財(cái)政開支問題，以Wollongong大學(xué)為主多個(gè)大學(xué)積極響應(yīng)，共同參與研發(fā)了基于學(xué)習(xí)分析技術(shù)的“網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)可視化評(píng)估”（SNAPP）工具，該工具能夠?qū)lackboard或其他學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)中論壇的發(fā)帖回的學(xué)習(xí)者關(guān)系以可視化的圖表形式輸出，幫助教師迅速診斷學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)模式，為教師網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)評(píng)估提供有力支持。

（2）SNAPP系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

SNAPP系統(tǒng)從LMS論壇中獲取數(shù)據(jù)建立關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的過程類似于網(wǎng)絡(luò)中繼聊天，實(shí)質(zhì)上是將論壇討論者與其他討論著的關(guān)系可視化，論壇關(guān)系參與水平以兩個(gè)節(jié)點(diǎn)（教師和學(xué)習(xí)者）作為指示器。SNAPP工具可以從Blackboard或WebCT的論壇交互行關(guān)系直接導(dǎo)出也可以導(dǎo)入到更復(fù)雜的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析工具（GraphML/NetDraw等）中做更深入的分析。SNAPP安裝后以書簽的形式添加到瀏覽器的菜單欄中，其業(yè)務(wù)流程如圖2所示。

（3）研究成果

“可視化網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)可視化評(píng)估”項(xiàng)目組對(duì)參與者進(jìn)行的問卷調(diào)查顯示，SNAPP工具在教學(xué)實(shí)踐中表現(xiàn)出較以往評(píng)估方式更好的效果和價(jià)值。該項(xiàng)目的研究成果還包括：①驗(yàn)證了SNAPP工具的有效性和優(yōu)勢(shì)；②歸納出網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者論壇交互的一般模式；③學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果指導(dǎo)教師了解學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、表現(xiàn)以及在線參與情況；④借助于Web2.0技術(shù)將SNAPP業(yè)務(wù)擴(kuò)展其他學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)中；⑤對(duì)SNAPP未來研發(fā)方向提出展望，后續(xù)工作將開發(fā)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)情況的自我評(píng)估工具。

2.美國(guó)普渡大學(xué)的“課程信號(hào)”項(xiàng)目

（1）項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容

為了提高課堂學(xué)習(xí)效果，美國(guó)普渡大學(xué)研發(fā)“課程信號(hào)”項(xiàng)目，該項(xiàng)目通過跟蹤學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)進(jìn)程，在學(xué)習(xí)者學(xué)績(jī)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的臨界點(diǎn)之前今早給出預(yù)警信號(hào)，警示學(xué)習(xí)者在某方面需要加大學(xué)習(xí)力度?！罢n程信號(hào)”項(xiàng)目具有如下優(yōu)勢(shì)：為學(xué)習(xí)者提供實(shí)時(shí)的反饋信息；干預(yù)措施從課程開始第二周即開始，及早跟蹤學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)進(jìn)程；提供連續(xù)的不間斷的反饋信息。

（2）“課程信號(hào)”項(xiàng)目的業(yè)務(wù)流程

“課程信號(hào)”項(xiàng)目以在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的海量學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析出哪些學(xué)習(xí)者處于學(xué)績(jī)危險(xiǎn)狀態(tài)，并依此作為學(xué)習(xí)者在某門網(wǎng)絡(luò)課程中的努力程度判定標(biāo)準(zhǔn)。

（3）項(xiàng)目總結(jié)與展望

項(xiàng)目組計(jì)劃在未來的18個(gè)月內(nèi)將使用“課程信號(hào)”項(xiàng)目的學(xué)生再擴(kuò)大20000人，此計(jì)劃得到了普渡大學(xué)高層教學(xué)管理者的大力支持。此項(xiàng)目數(shù)據(jù)處理的算法和使用情況還用一定的局限性，有待于進(jìn)一步提高，“課程信號(hào)”項(xiàng)目將繼續(xù)為學(xué)習(xí)者提供更加細(xì)化的反饋結(jié)果，進(jìn)一步幫助學(xué)習(xí)者提高學(xué)習(xí)成績(jī)。

五、總結(jié)與展望

學(xué)習(xí)分析技術(shù)為在線學(xué)習(xí)行為分析提供了新的視角，將可視化技術(shù)融入在線行為數(shù)據(jù)分析之中，使分析結(jié)果更具有科學(xué)性，學(xué)習(xí)分析的多維度數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)化的數(shù)據(jù)處理過程、可視化的分析結(jié)果等特點(diǎn)得到了充分的體現(xiàn)。大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下工具支持下的學(xué)習(xí)分析技術(shù)及可視化技術(shù)彰顯出巨大的教育應(yīng)用價(jià)值，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

學(xué)習(xí)分析技術(shù)在國(guó)外得到了廣泛的關(guān)注，本文對(duì)國(guó)外基于學(xué)習(xí)分析技術(shù)的兩個(gè)典型項(xiàng)目做了案例分析，以期為我國(guó)研究者提供參考，由于時(shí)間和精力有限并未展開實(shí)證研究，在后續(xù)的研究中，筆者將展開學(xué)習(xí)分析就是支持下的在線學(xué)習(xí)行為可視化的實(shí)證研究，進(jìn)一步挖掘?qū)W習(xí)分析及可視化技術(shù)巨大的教育價(jià)值。相信在不遠(yuǎn)的將來，我國(guó)的教育領(lǐng)域也會(huì)有更多的學(xué)習(xí)分析技術(shù)實(shí)證研究與教學(xué)實(shí)踐。

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（編輯：王曉明）