教育大數(shù)據(jù)背景下學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究的內(nèi)容解析與設(shè)計(jì)取向

牟智佳　武法提

摘要：基于數(shù)據(jù)集的學(xué)習(xí)分析和人工智能技術(shù)的深入發(fā)展，使得以優(yōu)化學(xué)習(xí)過程、縮短學(xué)習(xí)改善周期為目標(biāo)的學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)得到研究者的廣泛關(guān)注和實(shí)踐探索。文章首先對(duì)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境下的學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)研究探索進(jìn)行梳理，辨析其研究特性，之后縱向解析了學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究中的內(nèi)容，并橫向剖析了研究中存在的問題；在此基礎(chǔ)上，從情境、理論、數(shù)據(jù)、方法和結(jié)果五個(gè)層面對(duì)未來學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究的設(shè)計(jì)取向進(jìn)行討論；最后，對(duì)以學(xué)習(xí)者為中心的數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)原理進(jìn)行闡釋，并設(shè)計(jì)個(gè)性化學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究框架，以明晰其系統(tǒng)化分析流程與結(jié)果。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)；學(xué)習(xí)分析；人工智能；個(gè)性化學(xué)習(xí)；設(shè)計(jì)取向

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、數(shù)據(jù)集驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)研究的發(fā)展契機(jī)

計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)科學(xué)的進(jìn)步使得基于新類型證據(jù)的決策得到前所未有的發(fā)展。盡管數(shù)據(jù)科學(xué)已經(jīng)在商業(yè)、工程、技術(shù)、科學(xué)等領(lǐng)域建立了良好的應(yīng)用基礎(chǔ)，但對(duì)教育領(lǐng)域的影響和滲透還尚未全面展開。近年來，移動(dòng)技術(shù)的逐漸普及和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的指數(shù)性增長使得數(shù)字化學(xué)習(xí)逐漸成為常態(tài)，而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和可穿戴技術(shù)的興起則進(jìn)一步豐富了數(shù)字化學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)環(huán)境。大數(shù)據(jù)技術(shù)和數(shù)據(jù)科學(xué)給教育帶來的沖擊使得研究者、管理者、教育企業(yè)、教師等不同角色人員開始重視對(duì)不同學(xué)習(xí)情境和學(xué)習(xí)方式下生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與分析，并逐步形成了基于不同類型數(shù)據(jù)集進(jìn)行學(xué)習(xí)測(cè)量與計(jì)算的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)新生態(tài)。與此同時(shí)，學(xué)習(xí)分析探索已走過初期對(duì)分析模型、應(yīng)用價(jià)值、發(fā)展方向等理論方面的研究，正轉(zhuǎn)向基于數(shù)據(jù)集的可視化分析和學(xué)習(xí)行動(dòng)，以將其理論分析的價(jià)值轉(zhuǎn)化成實(shí)際應(yīng)用效能。在教育大數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)分析的背景下，以優(yōu)化學(xué)習(xí)過程和改善學(xué)習(xí)成效為目標(biāo)的學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)研究迅速得到研究者的廣泛關(guān)注和實(shí)踐探索。而以模式識(shí)別、計(jì)算感知、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)等為代表的人工智能技術(shù)的深入發(fā)展則為學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)研究提供了分析技術(shù)上的有力支撐，從而使學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)有了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和智能化分析的可能。盡管當(dāng)前對(duì)學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)的研究有了一些探索和成果，但距離實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平臺(tái)的準(zhǔn)確分析和大規(guī)模應(yīng)用還較遠(yuǎn)，特別是在實(shí)踐中還出現(xiàn)一些分析和設(shè)計(jì)問題，使得預(yù)測(cè)模型和結(jié)果并不能被廣泛應(yīng)用于當(dāng)前的數(shù)字化學(xué)習(xí)中。因此，有必要對(duì)學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)研究中的問題進(jìn)行深入剖析，明晰未來研究設(shè)計(jì)取向，促進(jìn)其效能轉(zhuǎn)化以提高其應(yīng)用價(jià)值。

二、學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究的內(nèi)容解析與問題述評(píng)

該部分首先對(duì)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境下的學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究進(jìn)行縱覽，以窺看其整體研究狀態(tài)。之后從不同視角對(duì)其研究內(nèi)容和問題進(jìn)行分析以洞察其研究現(xiàn)狀。

（一）數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境下的學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究探索梳理

對(duì)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境下有關(guān)學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)的研究文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)搜集，采用內(nèi)容分析法對(duì)各項(xiàng)研究中的預(yù)測(cè)維度、數(shù)據(jù)來源、預(yù)測(cè)方法、結(jié)果分析等方面進(jìn)行總結(jié)分析，結(jié)果如下頁表所示。在學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)維度上，研究者主要對(duì)學(xué)習(xí)心理特征、學(xué)習(xí)結(jié)果與表現(xiàn)、學(xué)習(xí)能力等方面進(jìn)行預(yù)測(cè)，其中對(duì)學(xué)習(xí)成績、學(xué)習(xí)結(jié)果和學(xué)習(xí)成功預(yù)測(cè)研究較多。在數(shù)據(jù)來源上，主要集中在課堂學(xué)習(xí)測(cè)評(píng)數(shù)據(jù)、問卷調(diào)查數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)上。在預(yù)測(cè)方法上，以多元回歸分析、決策樹、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析方法為主。在分析結(jié)果上，預(yù)測(cè)模型在所研究的具體情境中表現(xiàn)較好，但在不同預(yù)測(cè)方法的準(zhǔn)確率上存在差異。整體而言，學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究體現(xiàn)出以下幾方面的特性：（1）微情境性，已有的學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)研究偏向具體的學(xué)習(xí)情境，如多媒體學(xué)習(xí)環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境、移動(dòng)學(xué)習(xí)情境等，側(cè)重對(duì)學(xué)習(xí)者在某一具體情境下的學(xué)習(xí)階段活動(dòng)分析；（2）學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的外在性，預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)來源主要依靠網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)活動(dòng)的外在行為表現(xiàn)和課堂學(xué)習(xí)情境下的學(xué)習(xí)測(cè)試表現(xiàn)；（3）預(yù)測(cè)內(nèi)容的可計(jì)算性，盡管學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)內(nèi)容多樣化，但每一項(xiàng)預(yù)測(cè)內(nèi)容都轉(zhuǎn)化成可以測(cè)量和計(jì)算的指標(biāo)，以支持分析工具的數(shù)據(jù)處理和自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的識(shí)別與自動(dòng)化分析；（4）學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)的結(jié)果導(dǎo)向性，學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)主要依據(jù)之前和當(dāng)前的學(xué)習(xí)活動(dòng)特征對(duì)學(xué)習(xí)者未來的結(jié)果表現(xiàn)進(jìn)行預(yù)估，如學(xué)習(xí)成績、學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)能力等，通過不同形式的學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)來改善學(xué)習(xí)成效和學(xué)習(xí)體驗(yàn)。通過對(duì)學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)研究的梳理分析可以看出，以學(xué)習(xí)成效和學(xué)習(xí)能力為目標(biāo)的學(xué)習(xí)結(jié)果研究是預(yù)測(cè)的重點(diǎn)，這反映出學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)的目標(biāo)是促進(jìn)學(xué)生個(gè)體能力發(fā)展和學(xué)習(xí)成功。

（二）縱向解析學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究中的內(nèi)容

教育大數(shù)據(jù)的日漸興起和學(xué)習(xí)分析的廣泛應(yīng)用使得學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究成為學(xué)習(xí)分析領(lǐng)域中的一項(xiàng)研究熱點(diǎn)。為了進(jìn)一步明晰該類研究的當(dāng)前狀況和發(fā)展態(tài)勢(shì)，我們對(duì)有關(guān)學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究的內(nèi)容進(jìn)行解析，窺探其預(yù)測(cè)方向和原理。該類研究內(nèi)容主要集中在以下四個(gè)方面：

1.學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)模型的生成

學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)的原理是將預(yù)測(cè)目標(biāo)內(nèi)容作為因變量，預(yù)測(cè)指標(biāo)內(nèi)容作為自變量，通過分析來探索兩者之間的關(guān)系。而學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)模型的生成就是通過數(shù)據(jù)分析探索自變量和因變量之間的關(guān)系，并確定不同測(cè)量指標(biāo)對(duì)預(yù)測(cè)目標(biāo)的影響效應(yīng)權(quán)重。該類研究生成的模型包括基于特定理論設(shè)計(jì)并驗(yàn)證的結(jié)構(gòu)方程模型、基于多元回歸分析生成的學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)參數(shù)、決策樹分類模型以及數(shù)學(xué)公式的假設(shè)與驗(yàn)證。在學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)目標(biāo)方面，主要是對(duì)學(xué)習(xí)成績與等級(jí)和學(xué)習(xí)成敗進(jìn)行預(yù)測(cè)，在預(yù)測(cè)變量上，以個(gè)人背景信息、過程性測(cè)評(píng)結(jié)果、學(xué)習(xí)參與狀況、學(xué)習(xí)情緒等方面為主要測(cè)量指標(biāo)。

2.學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)的應(yīng)用目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與評(píng)估。當(dāng)前對(duì)有關(guān)學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)系統(tǒng)方面的研究還處在設(shè)計(jì)與初步應(yīng)用階段。這方面的研究主要是學(xué)習(xí)成功系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)表現(xiàn)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用。其關(guān)鍵問題涉及將學(xué)習(xí)者的哪些數(shù)據(jù)作為分析指標(biāo)以及如何對(duì)學(xué)習(xí)成敗進(jìn)行計(jì)算測(cè)量。在數(shù)據(jù)來源上，研究者將課程參與、內(nèi)容學(xué)習(xí)、社交互動(dòng)和測(cè)評(píng)分?jǐn)?shù)等方面作為數(shù)據(jù)來源分析，在學(xué)習(xí)結(jié)果測(cè)量上，依據(jù)預(yù)測(cè)模型將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成預(yù)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)，并將分析結(jié)果按等級(jí)劃分，同時(shí)采用不同顏色標(biāo)識(shí)，從而形成對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)的計(jì)算和可視化輸出。

3.MOOC情境下的學(xué)習(xí)輟學(xué)率與持久力預(yù)測(cè)研究

大規(guī)模開放在線課程爆發(fā)性的增長和廣泛應(yīng)用使得注冊(cè)和學(xué)習(xí)課程的學(xué)生數(shù)量逐年遞增。然而，相對(duì)于較高的課程注冊(cè)數(shù)，能夠堅(jiān)持系統(tǒng)完成課程內(nèi)容學(xué)習(xí)和測(cè)評(píng)的學(xué)習(xí)者數(shù)量較少，多數(shù)學(xué)習(xí)者在課程中后期退出學(xué)習(xí)，導(dǎo)致MOOC的輟學(xué)率較高。與輟學(xué)率相對(duì)應(yīng)的是學(xué)習(xí)者的持久力，即學(xué)習(xí)者能夠堅(jiān)持學(xué)習(xí)完整門課程的能力。當(dāng)前對(duì)于MOOC學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)的研究主要通過對(duì)學(xué)習(xí)者的課程學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)次數(shù)、學(xué)習(xí)互動(dòng)情況、作業(yè)提交情況等方面進(jìn)行分析來預(yù)測(cè)學(xué)習(xí)者的輟學(xué)率，通過學(xué)習(xí)者參與度和形成性評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)其持久力。

4.虛擬情境中的學(xué)習(xí)表現(xiàn)效應(yīng)研究

相對(duì)于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)情境，虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境下的學(xué)習(xí)體驗(yàn)?zāi)軌蜃寣W(xué)習(xí)者有更多沉浸感和悅?cè)じ?，其?yīng)用場(chǎng)景包括教育游戲和虛擬現(xiàn)實(shí)。這方面的研究主要體現(xiàn)在兩方面：一是通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊行為預(yù)測(cè)存在學(xué)習(xí)風(fēng)險(xiǎn)的學(xué)生，學(xué)習(xí)者在某項(xiàng)學(xué)習(xí)活動(dòng)停留的時(shí)間和學(xué)習(xí)次數(shù)能夠反映其學(xué)習(xí)狀態(tài)；二是監(jiān)測(cè)嚴(yán)肅游戲環(huán)境下學(xué)習(xí)者的心理活動(dòng)反應(yīng)，并預(yù)測(cè)其對(duì)學(xué)習(xí)效果的影響。隨著增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的逐步成熟和應(yīng)用，對(duì)該情境下學(xué)習(xí)者的心理狀態(tài)與學(xué)習(xí)表現(xiàn)的分析探索也將逐步開展，探索影響學(xué)習(xí)表現(xiàn)的學(xué)習(xí)心理指標(biāo)及其與學(xué)習(xí)表現(xiàn)的效應(yīng)關(guān)系是這方面研究的重要議題。

（三）橫向剖析學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究中的問題

前面對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究內(nèi)容進(jìn)行了縱向分析，了解其主要關(guān)注點(diǎn)和具體分析內(nèi)容。下面對(duì)各類研究進(jìn)行橫向?qū)Ρ确治?，剖析研究中存在的問題。

1.學(xué)習(xí)情境的單一性與應(yīng)用局限

對(duì)各項(xiàng)學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究的情境進(jìn)行總結(jié)分析發(fā)現(xiàn)，研究情境涉及網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境、移動(dòng)學(xué)習(xí)環(huán)境、虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境和多媒體學(xué)習(xí)環(huán)境等，學(xué)習(xí)分析是基于某一單項(xiàng)具體情境開展的。當(dāng)前，移動(dòng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的日漸興起使得學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)方式日漸多樣化，學(xué)習(xí)環(huán)境也將混合化。在這種背景下，基于某一單一學(xué)習(xí)情境的預(yù)測(cè)研究結(jié)果將無法遷移到常見的混合式學(xué)習(xí)情境中，其推廣應(yīng)用受到局限。

2.數(shù)據(jù)來源的局限性與數(shù)據(jù)鏈的割裂

學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究的數(shù)據(jù)來源對(duì)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性有直接影響。已有研究的數(shù)據(jù)來源主要集中在問卷調(diào)查數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)和課堂學(xué)習(xí)情境下的測(cè)評(píng)數(shù)據(jù)。盡管這些數(shù)據(jù)在一定程度上能夠反映學(xué)習(xí)狀態(tài)，但從類型上看仍屬于外在學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)。對(duì)于基于眼動(dòng)設(shè)備的學(xué)習(xí)者注意力行為數(shù)據(jù)、基于情感監(jiān)測(cè)設(shè)備的腦電波數(shù)據(jù)、心率數(shù)據(jù)和皮膚感應(yīng)數(shù)據(jù)等內(nèi)在心理狀態(tài)行為數(shù)據(jù)分析的較少。偏重于外在學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)的分析使得預(yù)測(cè)結(jié)果的可信度降低，同時(shí)也割裂了內(nèi)在行為與外在行為相統(tǒng)一的數(shù)據(jù)鏈。

3.預(yù)測(cè)方法的約束性與分析結(jié)果的沖突

預(yù)測(cè)方法為數(shù)據(jù)的分析和模型參數(shù)的生成提供了工具支持。受制于有限的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)量，學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)方法以多元回歸分析和結(jié)構(gòu)方程模型分析為主，采用決策樹、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等分類預(yù)測(cè)方法的研究較少。盡管通過統(tǒng)計(jì)分析能夠?qū)?shù)據(jù)間的線性關(guān)系進(jìn)行分析，但當(dāng)數(shù)據(jù)類型較為豐富、數(shù)據(jù)量較大時(shí)，采用機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)方法通過訓(xùn)練集和測(cè)試集方式形成的預(yù)測(cè)模型更加準(zhǔn)確可靠。此外，由于數(shù)據(jù)樣本的差異化和方法的約束性，使得同一預(yù)測(cè)方法在不同樣本中的預(yù)測(cè)效果存在差異，從而使分析結(jié)果存在沖突，無法辨析最優(yōu)預(yù)測(cè)方法。

4.理論基礎(chǔ)的薄弱性與預(yù)測(cè)模型的低效度

盡管學(xué)習(xí)分析是對(duì)學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析和輸出，但其最終目標(biāo)是改善學(xué)習(xí)成效，其出發(fā)點(diǎn)和終點(diǎn)都是以學(xué)習(xí)為中心理念。同樣，作為學(xué)習(xí)分析后期研究模塊的學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究也需要堅(jiān)實(shí)的學(xué)習(xí)理論為支撐。然而，有關(guān)學(xué)習(xí)結(jié)果的預(yù)測(cè)研究較少提及所依據(jù)的教與學(xué)理論和思想框架，特別是缺少與學(xué)習(xí)活動(dòng)過程緊密相關(guān)的教學(xué)設(shè)計(jì)理論，而這類理論對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)表現(xiàn)和結(jié)果有直接影響。缺少相關(guān)理論支撐的預(yù)測(cè)分析不僅降低了預(yù)測(cè)模型的效度，也阻礙研究者發(fā)現(xiàn)真正影響學(xué)習(xí)的關(guān)鍵因素。

三、學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究的設(shè)計(jì)取向

學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究是學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)流程中的重要一環(huán)，其結(jié)果將為學(xué)習(xí)干預(yù)提供參照。隨著大規(guī)模開放在線課程的廣泛應(yīng)用、自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的發(fā)展和智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的興起，為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)服務(wù)將逐漸成為未來數(shù)字化學(xué)習(xí)的必要條件，且這種服務(wù)將實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性與自動(dòng)化?？茖W(xué)有效的學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究不僅要在結(jié)果上具備準(zhǔn)確性和可靠性，在應(yīng)用上也要具有可遷移性。我們認(rèn)為未來學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究是這樣一種系統(tǒng)化流程，即在混合式學(xué)習(xí)情境下整合不同學(xué)習(xí)類型和行為數(shù)據(jù)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)方法訓(xùn)練出較為準(zhǔn)確和穩(wěn)定的預(yù)測(cè)模型，并為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化學(xué)習(xí)結(jié)果反饋。下面結(jié)合教育大數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)分析和人工智能技術(shù)的發(fā)展，從情境、理論、數(shù)據(jù)、方法和結(jié)果五個(gè)層面對(duì)未來學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究的設(shè)計(jì)取向進(jìn)行闡釋，以促進(jìn)該類研究向著合理性發(fā)展。

（一）情境取向：混合式學(xué)習(xí)情境

移動(dòng)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展使學(xué)習(xí)者由早期在傳統(tǒng)課堂環(huán)境下的正式學(xué)習(xí)演變成在不同情境下正式學(xué)習(xí)和非正式學(xué)習(xí)相融合的學(xué)習(xí)生態(tài)，支持學(xué)習(xí)者開展泛在學(xué)習(xí)的混合式學(xué)習(xí)情境是未來學(xué)習(xí)情境的常態(tài)。2016年《地平線報(bào)告》（高等教育版）在加速技術(shù)在高等教育中采用的關(guān)鍵趨勢(shì)部分指出，增加混合式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)是未來短期的影響趨勢(shì)，而混合式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)需要豐富的學(xué)習(xí)情境提供支持。由于學(xué)習(xí)者的行為表現(xiàn)被分布到不同的學(xué)習(xí)情境中，因此在研究中需要整合常見的學(xué)習(xí)情境，如網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)情境、移動(dòng)學(xué)習(xí)情境、虛擬現(xiàn)實(shí)情境等，這樣既可以全面分析學(xué)習(xí)者在不同情境的行為表現(xiàn)，同時(shí)使扎根于常見混合式學(xué)習(xí)情境的分析結(jié)果具有可推廣性。

（二）理論取向：整合教學(xué)設(shè)計(jì)與學(xué)習(xí)分析理論

數(shù)字化環(huán)境下的學(xué)習(xí)活動(dòng)表現(xiàn)與教學(xué)活動(dòng)和資源設(shè)計(jì)緊密相關(guān)，教學(xué)內(nèi)容的編排和難易程度直接影響學(xué)習(xí)結(jié)果和學(xué)習(xí)體驗(yàn)。當(dāng)前，MOOCs較高的輟學(xué)率和低參與度其中就是由于課程內(nèi)容缺少差異化以及師生互動(dòng)黏性低導(dǎo)致的，而這與教學(xué)設(shè)計(jì)的適恰性密不可分。因而，學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究需要考慮教學(xué)設(shè)計(jì)因素對(duì)學(xué)習(xí)表現(xiàn)的影響，在以教為主、以學(xué)為主和主導(dǎo)一主體教學(xué)設(shè)計(jì)理論的框架下，針對(duì)不同類型的課程設(shè)計(jì)，選擇合適的教學(xué)設(shè)計(jì)理論作為理論分析基礎(chǔ)。此外，學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)是基于學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)開展的分析，屬于學(xué)習(xí)分析流程中的一個(gè)環(huán)節(jié)，同樣需要學(xué)習(xí)分析理論的指導(dǎo)。因此，在實(shí)際探索中需要整合教學(xué)設(shè)計(jì)理論和學(xué)習(xí)分析理論對(duì)預(yù)測(cè)指標(biāo)設(shè)計(jì)和分析流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而使預(yù)測(cè)模型能夠建立在可靠地分析理論之上。

（三）數(shù)據(jù)取向：學(xué)習(xí)者心理狀態(tài)與行為表現(xiàn)數(shù)據(jù)

以往的學(xué)習(xí)結(jié)果分析數(shù)據(jù)側(cè)重學(xué)習(xí)者的點(diǎn)擊數(shù)據(jù)，即學(xué)習(xí)者在不同網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中通過點(diǎn)擊生成的學(xué)習(xí)時(shí)間和學(xué)習(xí)次數(shù)數(shù)據(jù)，這些統(tǒng)稱為學(xué)習(xí)者外在學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)。然而，學(xué)習(xí)者在課程學(xué)習(xí)過程中也會(huì)出現(xiàn)情緒上的變化，從心理學(xué)視角分析學(xué)習(xí)行為和狀態(tài)有助于探測(cè)影響學(xué)習(xí)結(jié)果的實(shí)質(zhì)因素口”。近年來可穿戴技術(shù)、情感測(cè)試技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的快速發(fā)展，使得研究者可以獲取到學(xué)習(xí)者內(nèi)在心理狀態(tài)變化數(shù)據(jù)，如學(xué)習(xí)表情、學(xué)習(xí)情感、學(xué)習(xí)注意力等。在整合學(xué)習(xí)者外在學(xué)習(xí)行為和內(nèi)在心理狀態(tài)數(shù)據(jù)的條件下，我們可以更精確地分析立體化的學(xué)習(xí)行為特征，發(fā)現(xiàn)隱藏在點(diǎn)擊數(shù)據(jù)背后真實(shí)的學(xué)習(xí)狀態(tài)，從而使學(xué)習(xí)結(jié)果的預(yù)測(cè)結(jié)果更為可靠。

（四）方法取向：機(jī)器學(xué)習(xí)為分析主導(dǎo)

教育大數(shù)據(jù)的逐步成熟和人工智能的深入發(fā)展正變革著當(dāng)前以統(tǒng)計(jì)分析為主的研究分析范式。學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)類型的多樣化和數(shù)量的增加使得以集成學(xué)習(xí)、基于規(guī)則的分類器、支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等預(yù)測(cè)分類算法為代表的機(jī)器學(xué)習(xí)模式逐漸成為分析主導(dǎo)。機(jī)器學(xué)習(xí)分析模式下的學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)分析涉及兩方面問題：一是采用監(jiān)督學(xué)習(xí)探索自變量和因變量之間的映射關(guān)系，采用非監(jiān)督學(xué)習(xí)探索學(xué)習(xí)表現(xiàn)中的行為模式，發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵分析指標(biāo)；二是對(duì)比不同預(yù)測(cè)分類方法的準(zhǔn)確率和分析效率，整合各類算法優(yōu)點(diǎn)找到適合分析不同情境下的最優(yōu)預(yù)測(cè)分類方案，以便后面應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中。

（五）結(jié)果取向：個(gè)性化學(xué)習(xí)結(jié)果反饋

學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究的最終目標(biāo)是為學(xué)習(xí)者提供服務(wù)，促使學(xué)習(xí)者優(yōu)化學(xué)習(xí)路徑、改善學(xué)習(xí)成效。而未來學(xué)習(xí)方式將逐漸走向個(gè)性化，美國2016年國家教育技術(shù)計(jì)劃《未來學(xué)習(xí)準(zhǔn)備：重塑技術(shù)在教育中的角色》在學(xué)習(xí)部分中指出，未來教育將通過技術(shù)和工具為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化學(xué)習(xí)。因此，為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)是技術(shù)改善學(xué)習(xí)的內(nèi)在旨趣。在個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)的理念下，未來學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)結(jié)果將為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化學(xué)習(xí)反饋，具體包括兩個(gè)方面；一是預(yù)測(cè)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)成敗表現(xiàn)、學(xué)習(xí)成績等結(jié)果性信息；二是基于學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)結(jié)果和個(gè)性特征，為其提供個(gè)性化學(xué)習(xí)反饋，包括學(xué)習(xí)內(nèi)容推薦、學(xué)習(xí)互動(dòng)人群推薦和學(xué)習(xí)練習(xí)推薦，從而使預(yù)測(cè)結(jié)果由初期的學(xué)習(xí)預(yù)警轉(zhuǎn)變成學(xué)習(xí)改善。

四、個(gè)性化學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究的設(shè)計(jì)框架

基于學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究的設(shè)計(jì)取向，我們以個(gè)性化學(xué)習(xí)結(jié)果為預(yù)測(cè)目標(biāo)，進(jìn)一步整合各方面分析內(nèi)容，形成了以學(xué)習(xí)者為中心數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)原理。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)個(gè)性化學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究框架，以明晰其系統(tǒng)化分析流程與結(jié)果。

（一）個(gè)性化學(xué)習(xí)與學(xué)習(xí)結(jié)果的內(nèi)涵分析

在設(shè)計(jì)個(gè)性化學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)框架之前，我們需要辨析個(gè)性化學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)結(jié)果這兩個(gè)概念，以使其符合當(dāng)前數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境發(fā)展的需要。個(gè)性化學(xué)習(xí)是由不同時(shí)代教育家和研究者針對(duì)教育問題不斷探索提出的。古代偉大的思想家、教育家孔子最早提出“因材施教”的教育思想。隨著教育云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間的建立以及移動(dòng)終端的日漸普及，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)逐漸成為可能。在個(gè)性化學(xué)習(xí)概念的分析上，國內(nèi)外研究者開展了較為廣泛的探索。通過對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的搜集和分析，得出不同研究者對(duì)個(gè)性化學(xué)習(xí)概念和特征的解釋。國內(nèi)比較有代表性的分析如楊南昌認(rèn)為個(gè)性化學(xué)習(xí)是根據(jù)學(xué)習(xí)者的個(gè)性特征實(shí)施的學(xué)習(xí)活動(dòng)，依據(jù)學(xué)習(xí)者個(gè)別所需提供最佳的學(xué)習(xí)方法和策略，它是在教師或?qū)W習(xí)者組成的小團(tuán)體中開展的一種學(xué)習(xí)方式。王艷芳認(rèn)為個(gè)性化學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)以學(xué)習(xí)者為主體，針對(duì)學(xué)習(xí)者個(gè)性特點(diǎn)、知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和能力、學(xué)習(xí)需求、偏好以及具體學(xué)習(xí)情境而采用恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)進(jìn)度，促使學(xué)習(xí)者的能力與個(gè)性在學(xué)習(xí)活動(dòng)過程中得到充分、自由、和諧的發(fā)展。從國內(nèi)研究者定義來看，基于傳統(tǒng)學(xué)習(xí)環(huán)境的個(gè)性化學(xué)習(xí)側(cè)重學(xué)習(xí)課程內(nèi)容和學(xué)習(xí)方式分析，基于數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境下的個(gè)性化學(xué)習(xí)側(cè)重學(xué)習(xí)者的差異化管理和知識(shí)建構(gòu)與內(nèi)化分析。

相對(duì)于國內(nèi)的分析維度，國外研究者和學(xué)術(shù)團(tuán)體進(jìn)行了較為深入和較多維度的探索。凱勒、美國課程監(jiān)督和發(fā)展委員會(huì)、新媒體聯(lián)盟等研究者和學(xué)術(shù)組織對(duì)個(gè)性化學(xué)習(xí)的內(nèi)涵、特征、政策進(jìn)行了分析。其中TheBill&MelindaGates Foundation、the Michael and Susan Dell Foundation～EDUCAUSE等組織提出的關(guān)于個(gè)性化學(xué)習(xí)的四大支柱，包括學(xué)習(xí)者檔案袋、個(gè)人學(xué)習(xí)路徑、靈活的學(xué)習(xí)環(huán)境和基于競(jìng)爭(zhēng)力的進(jìn)度，明確了數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境下個(gè)性化學(xué)習(xí)的工作定義，是對(duì)新媒體環(huán)境下個(gè)性化學(xué)習(xí)較為成熟的分析。然而已有的定義仍存在以下幾個(gè)方面的問題：（1）缺少對(duì)整個(gè)學(xué)習(xí)分析鏈的分析，數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境下的個(gè)性化學(xué)習(xí)涉及活動(dòng)參與、數(shù)據(jù)搜集和服務(wù)支持，最終幫助學(xué)習(xí)者完成學(xué)習(xí)目標(biāo)；（2）未體現(xiàn)學(xué)習(xí)者的主動(dòng)性，學(xué)習(xí)分析結(jié)果和服務(wù)的提供是為幫助學(xué)習(xí)者更好地了解和開展學(xué)習(xí)?；谏鲜龇治觯覀冋J(rèn)為數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境下的個(gè)性化學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者基于個(gè)人學(xué)習(xí)能力自主選擇學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)資源和參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，并依據(jù)已有學(xué)習(xí)行為過程數(shù)據(jù)分析結(jié)果及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)進(jìn)度和內(nèi)容，形成以自主、按需、反饋為網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)特征的一種學(xué)習(xí)方式。

當(dāng)前教育范式已經(jīng)由原來的重視教學(xué)轉(zhuǎn)變成關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)。而在對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)時(shí)，會(huì)使用學(xué)習(xí)結(jié)果、學(xué)習(xí)目標(biāo)等術(shù)語進(jìn)行表述，較多研究者對(duì)此進(jìn)行辯論和分析。關(guān)于學(xué)習(xí)結(jié)果的討論自教學(xué)目標(biāo)理論、掌握學(xué)習(xí)理論就已經(jīng)開始，是一個(gè)線性發(fā)展的過程。Robert Gagn e認(rèn)為學(xué)習(xí)結(jié)果是學(xué)習(xí)過程的精煉理解，并允許為具體的教學(xué)設(shè)計(jì)提供參照。該描述是一種結(jié)果導(dǎo)向、學(xué)習(xí)結(jié)束和可測(cè)量的分析思路，是從行為主義理論視角進(jìn)行分析。Elliot Eisner認(rèn)為學(xué)習(xí)結(jié)果是個(gè)體參與后的結(jié)果，該描述認(rèn)為學(xué)習(xí)結(jié)果并不意味著學(xué)習(xí)結(jié)束且不能夠?qū)W(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行測(cè)量，是從實(shí)用主義和社會(huì)建構(gòu)主義理論視角進(jìn)行分析。Tine S.Preitz從學(xué)習(xí)是否結(jié)束、預(yù)先指定目標(biāo)和測(cè)量方式等方面對(duì)已有學(xué)習(xí)結(jié)果內(nèi)涵取向進(jìn)行分析?？梢钥闯觯瑢W(xué)習(xí)結(jié)果在過程與結(jié)果導(dǎo)向、學(xué)習(xí)結(jié)束和可測(cè)量方面形成了兩大陣營。本研究認(rèn)為數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境下的學(xué)習(xí)結(jié)果是學(xué)習(xí)者基于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行知識(shí)學(xué)習(xí)、參與互動(dòng)交流并完成學(xué)習(xí)任務(wù)的非線性學(xué)習(xí)行為體現(xiàn)。其評(píng)價(jià)方式是通過對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動(dòng)過程參與和完成情況進(jìn)行分析和評(píng)定。

通過對(duì)個(gè)性化學(xué)習(xí)內(nèi)涵的分析，進(jìn)一步明確了個(gè)性化學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究是以學(xué)習(xí)者為中心、以個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)為目標(biāo)的設(shè)計(jì)方向，注重對(duì)其學(xué)習(xí)活動(dòng)行為進(jìn)行匯總分析，并提供符合個(gè)性需求的學(xué)習(xí)反饋服務(wù)。對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果概念的分析明確了個(gè)性化學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究要從知識(shí)學(xué)習(xí)、內(nèi)容互動(dòng)和學(xué)習(xí)測(cè)評(píng)等方面進(jìn)行內(nèi)容解析，以適應(yīng)當(dāng)前基于內(nèi)容的學(xué)習(xí)和基于互動(dòng)的協(xié)作學(xué)習(xí)這兩種主流學(xué)習(xí)方式下的行為分析。

（二）以學(xué)習(xí)者為中心數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)原理

已有的學(xué)習(xí)行為分析主要從學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)中抓取數(shù)據(jù)，體現(xiàn)的是以系統(tǒng)為中心的數(shù)據(jù)搜集思想。盡管利用這些數(shù)據(jù)能夠分析學(xué)習(xí)者的活動(dòng)過程，但不能夠立體化的還原其學(xué)習(xí)表現(xiàn)。首先，學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究的中心對(duì)象是學(xué)習(xí)者，他們既是學(xué)習(xí)分析研究的起點(diǎn)也是學(xué)習(xí)分析服務(wù)的終點(diǎn)。因此，應(yīng)該以學(xué)習(xí)者為中心整合不同層面的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，從而最大程度的對(duì)學(xué)習(xí)表現(xiàn)進(jìn)行解析。其次，學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究的核心特征是個(gè)性化，因此在數(shù)據(jù)搜集上應(yīng)側(cè)重搜集具有個(gè)性特征的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，進(jìn)而為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)反饋服務(wù)?；谏鲜龇治?，我們提出以學(xué)習(xí)者為中心數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)框架設(shè)計(jì)原理，如圖1所示。該設(shè)計(jì)原理包括整合個(gè)性化學(xué)習(xí)理論、認(rèn)知心理學(xué)理論和教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論影響下的學(xué)習(xí)行為表現(xiàn)和整合內(nèi)在行為和外在行為的數(shù)據(jù)分析思想。

（三）個(gè)性化學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究的設(shè)計(jì)框架

學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)原理明確了以學(xué)習(xí)者為中心數(shù)據(jù)的分析思路，而要形成對(duì)該類研究的系統(tǒng)化指導(dǎo)則需要一個(gè)整體設(shè)計(jì)框架，以詮釋個(gè)性化學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究的分析思想?；谇懊鎸?duì)個(gè)性化學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)結(jié)果的內(nèi)涵分析，該框架以學(xué)習(xí)者為中心，通過數(shù)據(jù)層、分析層和結(jié)果層展示系統(tǒng)化流程，如圖2所示。數(shù)據(jù)涵蓋學(xué)習(xí)點(diǎn)擊數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)情感數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)檔案數(shù)據(jù)三種類型的數(shù)據(jù)，其中學(xué)習(xí)點(diǎn)擊數(shù)據(jù)主要指學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)中的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)情感數(shù)據(jù)指學(xué)習(xí)表情、學(xué)習(xí)注意力和情緒特征等心理活動(dòng)數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)檔案數(shù)據(jù)指學(xué)習(xí)者個(gè)人信息、學(xué)習(xí)經(jīng)歷和學(xué)習(xí)表現(xiàn)等信息數(shù)據(jù)；過程層整合了混合式學(xué)習(xí)情境、機(jī)器學(xué)習(xí)分析方法、教與學(xué)分析理論等內(nèi)容；結(jié)果層是為學(xué)習(xí)者提供個(gè)人學(xué)習(xí)成績預(yù)測(cè)和個(gè)性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容反饋、學(xué)習(xí)互動(dòng)反饋和學(xué)習(xí)測(cè)評(píng)反饋。該設(shè)計(jì)框架在數(shù)據(jù)層上要搜集識(shí)別學(xué)習(xí)者內(nèi)在和外在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的全面性；在分析層中要基于數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)行為分析和模式識(shí)別，強(qiáng)調(diào)分析的可靠性；在結(jié)果層中依據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)反饋，強(qiáng)調(diào)反饋的差異性。

五、結(jié)語

學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)是學(xué)習(xí)分析和教育數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)，它使學(xué)習(xí)者能夠在學(xué)習(xí)過程中及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)策略和路徑，并進(jìn)一步縮短了學(xué)習(xí)成效改善的周期。未來學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)研究將扎根于混合式學(xué)習(xí)情境，基于學(xué)習(xí)者為中心數(shù)據(jù)的分析思路，通過監(jiān)督學(xué)習(xí)和非監(jiān)督學(xué)習(xí)分析方法生成預(yù)測(cè)模型，以提高其可靠性和可遷移性。

收稿日期：2017年3月14日

責(zé)任編輯：趙云建