基于遠程教學視點下的大數(shù)據(jù)挖掘模式問題研究

張琳 李小平等

摘要：教學大數(shù)據(jù)是在多源異構、不連續(xù)、易干擾環(huán)境下形成的經(jīng)典數(shù)據(jù)與非經(jīng)典數(shù)據(jù)的復雜集合。該文從教學大數(shù)據(jù)挖掘的觀點出發(fā)，增加Web數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，對傳統(tǒng)的挖掘數(shù)據(jù)源進行擴展；提出教學視點和數(shù)據(jù)視點的概念，并基于此構建了教學數(shù)據(jù)挖掘框架；以遠程教學過程為例，從教師、學習者、管理者、資源設計、教學事件處理等不同的視點提出了數(shù)據(jù)挖掘的相關因素。通過多種數(shù)據(jù)源的挖掘處理方法的研究完成相應視點下事件的因果關系及相關關系的分析，為教學數(shù)據(jù)挖掘提出了新的思路和策略，為教學質量提升提出了一種可行的方法。

關鍵詞：教學視點；數(shù)據(jù)挖掘；挖掘模式；多源異構數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)視點；遠程教學

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

一、引言

隨著大數(shù)據(jù)的普及和大數(shù)據(jù)時代的到來，數(shù)據(jù)的存儲結構發(fā)生了很大的變化，半結構化和非結構化的數(shù)據(jù)成為了大數(shù)據(jù)的主體。但與此同時，大量數(shù)據(jù)的價值密度也逐漸降低，如何從海量的數(shù)據(jù)中挖掘出有價值的數(shù)據(jù)成為了研究者關注的主要問題。

在教育領域，大量的研究者基于教學大數(shù)據(jù)開展了挖掘工作，進行了學習行為分析、學習效果評價以及教育決策分析等應用研究，通過對經(jīng)典數(shù)據(jù)庫存儲的結構化教育數(shù)據(jù)的處理，找出學習者在學習中的行為規(guī)律，為相關的分析決策提供有效的依據(jù)。Divna等人采用聚類算法對Moodle平臺中的學習數(shù)據(jù)進行分析，驗證了數(shù)據(jù)挖掘技術在網(wǎng)絡學習分析中的可行性。Huseyin等人采用決策樹算法預測影響學生學業(yè)成功的影響因素，利用多種模型視圖構建了教育數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)。陳子健等人挖掘教育大數(shù)據(jù)中影響在線學習者學業(yè)成績的因素，并通過機器學習建立分類預測模型。聶瑞華等人提出基于數(shù)據(jù)融合的個性化學習支持方案。李彤彤等人以干預引擎為中心建立了基于教育大數(shù)據(jù)的學習干預模型。吳南中建立了基于教學大數(shù)據(jù)混合學習視域下的教學設計邏輯框架。

然而，隨著網(wǎng)絡學習環(huán)境、方式、技術和功能的擴展，教育數(shù)據(jù)的概念也得到了很大的延伸，除了傳統(tǒng)的經(jīng)典數(shù)據(jù)之外，還包括大量的半結構化和非結構化的視頻、音頻、網(wǎng)頁、文字等Web數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)蘊含著更豐富更有價值的信息，它們將會成為教育大數(shù)據(jù)挖掘的重要數(shù)據(jù)來源，發(fā)揮著比經(jīng)典數(shù)據(jù)更重要和直觀的作用。Web教育大數(shù)據(jù)和圖像教育數(shù)據(jù)有許多不同于經(jīng)典數(shù)據(jù)的特點，包括多源異構、交互性、實效性、社會性、突發(fā)性和高噪聲等，不但非結構化數(shù)據(jù)多，而且數(shù)據(jù)的實時性強，比經(jīng)典數(shù)據(jù)挖掘和分析更困難。

目前對于教育大數(shù)據(jù)的認識和使用還存在一定的誤區(qū)，大量的挖掘者認為教育大數(shù)據(jù)是萬能的，大數(shù)據(jù)的挖掘技術是萬能的，只要有了大數(shù)據(jù)，就一定能挖掘到自己需要的信息，挖掘到的信息一定有助于教學問題的解決。事實上，目前的大數(shù)據(jù)挖掘還存在一定的局限性，如挖掘目標的盲目性、挖掘過程中存在著無法識別的盲區(qū)、挖掘的數(shù)據(jù)相關性不強、對多源異構數(shù)據(jù)的處理能力差、挖掘的數(shù)據(jù)不完整、歷史延續(xù)性不足等。數(shù)據(jù)挖掘僅僅是一種為人所用的工具，必須在智能的設計框架下它才有生命力，才能發(fā)揮出作用，因此，需要有智慧的、能夠辨識挖掘方向的人根據(jù)自身的需求，站在一定的視點來看待海量數(shù)據(jù)中的挖掘問題，首先需要對要解決的問題進行分類，明確哪些問題可以挖掘，哪些問題不能挖掘，哪些問題不必挖掘，同時還要明確挖掘哪些數(shù)據(jù)，挖掘的方向是什么，誰來挖掘數(shù)據(jù)，挖掘數(shù)據(jù)的目的是什么，如何挖掘數(shù)據(jù)，如何去掉挖掘的盲點，如何避免挖掘的盲目性，哪些因素與挖掘相關，到哪里挖掘數(shù)據(jù)，挖掘數(shù)據(jù)的范圍有多長多寬，挖掘出來的數(shù)據(jù)是否全部有用，挖掘的數(shù)據(jù)為誰服務等等一系列問題。數(shù)據(jù)挖掘應該是帶有很明確的方向性、區(qū)域性、代表性、特征性和目標性。尤其對于國內(nèi)遠程教學而言，教學中心分布廣泛、數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)有效度強、可靠性差、圖像數(shù)據(jù)和后期分析數(shù)據(jù)相對完備，其數(shù)據(jù)本身具有指向性、區(qū)域性、特征性、事件性、傳播性、政策連帶性、疊加性等特點，挖掘者站在什么樣的視點、如何針對遠程教學解決以上數(shù)據(jù)挖掘問題是本論文研究的主要內(nèi)容。

二、教學大數(shù)據(jù)挖掘框架

研究的態(tài)度和研究視點決定了觀察問題的角度和對問題的剖析度。教學數(shù)據(jù)挖掘是一個將來自各種教育系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)轉換為有用信息的過程，這些有用信息可為教師、學生、教育研究人員以及教育軟件系統(tǒng)開發(fā)人員所利用。教學大數(shù)據(jù)挖掘應該站在教學的視點，從教學中不同的角色出發(fā)，從教學角色所關心的問題出發(fā)，通過對教學事件的影響因素及數(shù)據(jù)的分類研究，借助于不同的挖掘手段和挖掘方法，針對擴展的多源異構數(shù)據(jù)源，挖掘出事件與教學質量的關系規(guī)律，從而實現(xiàn)教學質量的控制。

教學大數(shù)據(jù)挖掘只是一種手段，不是最終的目標，數(shù)據(jù)挖掘最終的目標是要找到教學所發(fā)生事件的真正規(guī)律和內(nèi)涵，為教學質量控制做準備。站在教學的視點通過對教學不同角色的分類，利用大數(shù)據(jù)挖掘方法對多源異構數(shù)據(jù)進行挖掘和基于數(shù)據(jù)視點的綜合分析，通過尋找引起事件發(fā)生的相關因素，形成教學控制自變量x，分析自變量x可能引起現(xiàn)象，構成控制函數(shù)y=f（x），最終完成對因變量y的控制，達到教學質量控制的目標，使質量曲線向優(yōu)秀的目標曲線逼近。圖1所示為教學數(shù)據(jù)挖掘框架。

三、教學大數(shù)據(jù)研究

（一）教學大數(shù)據(jù)類型

本研究針對遠程教學展開，遠程教學大數(shù)據(jù)包含內(nèi)涵數(shù)據(jù)和外延數(shù)據(jù)兩部分。理清究竟哪些屬于內(nèi)涵數(shù)據(jù)、哪些屬于外延數(shù)據(jù)以及內(nèi)涵數(shù)據(jù)與外延數(shù)據(jù)之間的分界是進行教學大數(shù)據(jù)研究的前提。

1.內(nèi)涵大數(shù)據(jù)：是指與教學本身相關的而且?guī)в泻軓妭鹘y(tǒng)概念的數(shù)據(jù)，其中主要包括教學運行和教學活動的相關數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)中絕大部分被稱為內(nèi)涵數(shù)據(jù)，而這些核心數(shù)據(jù)主要用于教學內(nèi)部管理和教學檔案管理，無法驅動對教學質量的評測，帶有一定的片面性。

2.外延大數(shù)據(jù)：是指在廣域范圍內(nèi)的，與教學不直接相關的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以是官方統(tǒng)計的相關數(shù)據(jù)，也可以是在網(wǎng)站或其他網(wǎng)絡平臺等出現(xiàn)的非官方數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)涉及的范圍廣泛，包括主觀數(shù)據(jù)和客觀數(shù)據(jù)。

（二）教學大數(shù)據(jù)特性

教學大數(shù)據(jù)與其他行業(yè)大數(shù)據(jù)的特征明顯不同，主要體現(xiàn)在如下幾個方面。

1.多源異構性

教學大數(shù)據(jù)的主要來源是經(jīng)典的數(shù)據(jù)庫中存儲的與教學、管理相關的數(shù)據(jù)，但由于系統(tǒng)功能和存儲介質容量的限制，能被存儲的數(shù)據(jù)多數(shù)都是客觀信息的表達，這些數(shù)據(jù)構成了目前數(shù)據(jù)挖掘的主要數(shù)據(jù)源。然而隨著信息處理技術的發(fā)展，圖像數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)等成為了記載學習者學習過程的主要來源，這些圖像行為和語義行為的數(shù)據(jù)以半結構化或非結構化的形式存儲，對它們的分析和挖掘可以為學習者、教師和管理者提供更加直觀的結論，因此將會成為未來大數(shù)據(jù)挖掘的主要數(shù)據(jù)來源。

2.無規(guī)律性

教學數(shù)據(jù)本身的記載帶有片面性，傳統(tǒng)的教育是根據(jù)經(jīng)驗去摸索數(shù)據(jù)的規(guī)律，如果要完善教育大數(shù)據(jù)，需要對其進行大量統(tǒng)計分析工作，目前非常難以實施。除此之外，由于還存在著大量的缺陷數(shù)據(jù)，導致教學大數(shù)據(jù)不僅經(jīng)常受到強烈的干擾，還很難尋找到規(guī)律。因此，就必須通過人工智能的技術將教學管理工作者常年形成的經(jīng)驗和目前的數(shù)據(jù)進行擬合，通過經(jīng)驗的補充來形成數(shù)據(jù)的補充，從而逐步完善教學大數(shù)據(jù)。

3.不延展性

延展性是指事件受到干擾以后仍然能夠延續(xù)下去的特性。隨著IT技術的發(fā)展和各種教學思潮的不斷涌現(xiàn)，很多教學思想或教學舉措都很難保持這種延續(xù)性。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）政策的頻繁出臺帶來了教學宏觀問題的延展性不足；（2）由于教學方法自身影響力和傳播力的原因導致的延展性不足；（3）由于人員的變動或機構的調(diào)整造成的延展性不足；（4）IT教育的移植造成的延展性不足。

4.不完整性

不完整性主要體現(xiàn)在大數(shù)據(jù)本身構造不完整、數(shù)據(jù)的關聯(lián)不完整、數(shù)據(jù)的組合過程不完整、很多缺陷問題引起的數(shù)據(jù)不完整、事件整體不完整、政策不能延續(xù)貫徹導致的結論不完整等。

5.突發(fā)性

突發(fā)性分為正常突發(fā)和異常突發(fā)。可預測的突發(fā)稱為正常突發(fā)，而數(shù)據(jù)的紊亂和突變都屬于異常突發(fā)。對數(shù)據(jù)的變化主要觀察突發(fā)事件的性質、突發(fā)事件的原因以及突發(fā)事件發(fā)生的時間。事件的突發(fā)并不代表沒有規(guī)律，突發(fā)事件不能代表整個數(shù)據(jù)全部的特性，它僅僅是局部數(shù)據(jù)的異常。

6.政策干擾性

我國遠程教學大數(shù)據(jù)受大環(huán)境影響性較大，先前政策的中斷或與現(xiàn)有政策產(chǎn)生疊加造成了達不到預期目標、得不到相關數(shù)據(jù)、實現(xiàn)不了相應效果的局面，由此引發(fā)了數(shù)據(jù)干擾問題。

7.結果的傳播性和影響性

經(jīng)過大數(shù)據(jù)挖掘得到的數(shù)據(jù)結果自身有一定權威性和認可度，不管結論是全面還是片面，或是有誤差的，它在公眾中都具有一定的傳播力和影響力。如學校排名、學科排名決定了學生報考的趨勢。

8.疊加性

數(shù)據(jù)的疊加包括在主流事件上疊加小的事件以及大事件與大事件的多層疊加兩種。疊加所帶來的統(tǒng)計數(shù)據(jù)是不準確的或帶有相當?shù)钠ば院透蓴_性，可以先對這一階段的干擾問題進行排除，通過研究整個過程的慣性數(shù)據(jù)來看其長期呈現(xiàn)的規(guī)律。但如果兩個事件都同樣具備長期的影響力，就要通過教學視點找出相應的因素進行干擾的排除，之后通過人為的經(jīng)驗進行判定。

9.數(shù)據(jù)之間的干擾性

由于多源數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)之間存在著同步性和由于時間的延展造成的錯位性問題，使得這些數(shù)據(jù)無法達到真正的統(tǒng)一，一個數(shù)據(jù)的出現(xiàn)將會對另一個數(shù)據(jù)的判定產(chǎn)生參考或干擾作用。數(shù)據(jù)干擾的強弱取決于通過數(shù)據(jù)視點所觀察到的數(shù)據(jù)之間的關系，這種關系的強弱決定了干擾的強弱。數(shù)據(jù)之間的干擾不一定產(chǎn)生的都是負面作用，要擅長干擾性分析，有時干擾還會成為輔助數(shù)據(jù)判斷的因素。

內(nèi)涵數(shù)據(jù)、外延數(shù)據(jù)以及沒有被統(tǒng)計到的缺陷數(shù)據(jù)共同構成了教學的整體數(shù)據(jù)，它可以是一個校園內(nèi)的全部教學及相關數(shù)據(jù)。但僅僅研究這個教學整體數(shù)據(jù)還不足以發(fā)現(xiàn)教學問題，必須通過將一個廣域區(qū)域的內(nèi)涵數(shù)據(jù)、相關外延數(shù)據(jù)、政策部門數(shù)據(jù)等全部疊加，形成大數(shù)據(jù)的整體，在大數(shù)據(jù)整體的基礎上進行挖掘分析才能找到真正的教學規(guī)律。

（三）教學數(shù)據(jù)監(jiān)控點與作用點

教學大數(shù)據(jù)挖掘的最終目標是通過對不同視點下教學參與者關注的教學現(xiàn)象的監(jiān)測，完成向最優(yōu)教學效果逼近的過程。因此，可以為不同教學事件設置不同的數(shù)據(jù)監(jiān)控點和作用點。

監(jiān)控點是指教學中為了對某些過程、現(xiàn)象或對象進行監(jiān)視而沒置的控制點。通過對監(jiān)控點的監(jiān)控，可以找出存在的問題，從而及時采取措施實現(xiàn)對相應教學問題的調(diào)整。監(jiān)控點主要包括教學監(jiān)控點和技術監(jiān)控點。

1.教學監(jiān)控點

教學監(jiān)控點主要監(jiān)測整個教學過程的運行狀況、教學過程是否符合教學進度及要求、學習者對課程的反應和滿意度、教師對學生的反應和滿意度、教學進度問題、教學過程問題、教學執(zhí)行過程中人的問題、教學執(zhí)行過程中環(huán)境問題、教學執(zhí)行過程中學生對教學服務的滿意度、學習支持是否到位、學生的訴求能否得到及時回應、教學問題是否能夠得到及時解決、教學實施過程是否有序進行、實踐環(huán)節(jié)監(jiān)控是否到位、實踐環(huán)節(jié)教師指導是否到位等系列問題。如果在某個觀測點上沒有符合預期目標，要同時在這些點上給予相關調(diào)整。

2.技術監(jiān)控點

技術監(jiān)控點分為兩部分：硬件技術支持和軟件流程服務。硬件技術支持主要監(jiān)測帶寬、服務器均衡、線路擁塞、網(wǎng)絡等技術問題，檢驗的是技術支持服務能否到位，能否為網(wǎng)絡教學提供可靠安全的運行環(huán)境。軟件流程服務主要監(jiān)測教學系統(tǒng)流程設計是否符合常規(guī)操作流程，功能是否完備、運行是否正常、是否能夠滿足正常教學活動需求等。

作用點是對監(jiān)控的問題進行應力的施加點，它位于監(jiān)控點之后。系統(tǒng)根據(jù)不同的教學監(jiān)控點獲得相關信息，對于呈現(xiàn)的與標準不一致的問題進行相應調(diào)整，調(diào)整的程度決定了系統(tǒng)中反饋的作用力的大小。作用點作用在何處因問題而異，它與動作行為的滯前滯后有很大關系，即與延遲行為、組織行為、反饋速度、觀測點產(chǎn)生的影響有關系。多數(shù)教學的作用點應該是對原來執(zhí)行教學過程反饋后回到起始點開始進行修正。作用點上施加的應力或采取的策略叫做作用力，監(jiān)控點、作用點與作用力的關系示意圖可以借鑒工業(yè)控制模型表達為如圖2所示的形式。

四、教學視點研究

教學視點是觀察教學問題的角度和視野，教學視點決定了解決教學問題的態(tài)度和措施，因此教學視點的方向和廣域度將直接決定教學自身的態(tài)度。教學視點分為廣域視點和局域視點。廣域視點是站在管理者的角度實現(xiàn)的教學過程調(diào)控、教學質量提升、教學能力提高、課程資源優(yōu)化、教學效果推動等，而局域視點則更加著眼于具體的教學過程的控制，如考試環(huán)節(jié)、授課環(huán)節(jié)、實踐環(huán)節(jié)、畢設環(huán)節(jié)等。遠程教學視點是一種多源多方向的教育視點，從提升教學質量出發(fā)，站在教學系統(tǒng)不同角色的角度，對教學數(shù)據(jù)挖掘的方向和挖掘的區(qū)域的進行了界定，為數(shù)據(jù)挖掘的開展提供了明確的目標。

沒有教學視點的數(shù)據(jù)是一個沒有意義的數(shù)據(jù)。但數(shù)據(jù)本身到底是有沒有意義，要根據(jù)研究視點的時間軸、類型、方向以及廣域度來考慮。某些數(shù)據(jù)看起來好像與事件無關，但是如果研究出這些數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)之間的關系，這些數(shù)據(jù)就很可能具有利用價值。教育大數(shù)據(jù)的真正的特點，是讓這些原來認為無價值的數(shù)據(jù)、甚至好像無關聯(lián)的數(shù)據(jù)成為有價值、有關聯(lián)的數(shù)據(jù)，把隱含的數(shù)據(jù)變成顯含的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)關系的研究價值遠遠大于數(shù)據(jù)源本身的研究。

五、教學大數(shù)據(jù)挖掘相關問題研究

（一）教學大數(shù)據(jù)挖掘方向

數(shù)據(jù)本身是一種標志，大數(shù)據(jù)挖掘的目標是按照標定的內(nèi)容去尋找事件的標志，要挖掘現(xiàn)有數(shù)據(jù)的規(guī)律和思想。常規(guī)的數(shù)據(jù)挖掘都是對經(jīng)典數(shù)據(jù)進行的，而經(jīng)典數(shù)據(jù)的存在實質是大數(shù)據(jù)挖掘區(qū)域中很窄的一部分，是人們帶有一定偏向性的理解和帶有傳統(tǒng)性的教學數(shù)據(jù)的移植，構不成大數(shù)據(jù)挖掘的前提條件，因此只能在這個小區(qū)域內(nèi)討論歷史數(shù)據(jù)的特性，對于整體教學質量的提高和真正教育內(nèi)涵數(shù)據(jù)的處理無法構成完整的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)體系。在這種缺憾條件下，通過視點研究把所要討論和挖掘的目標按照數(shù)據(jù)背景和教育視點進行分類，在不同的分類下挖掘不同的數(shù)據(jù)，才能有效地避免教育大數(shù)據(jù)的不相融。

大數(shù)據(jù)本身不是萬能的，不是有了大數(shù)據(jù)就能解決一切問題，大數(shù)據(jù)要站在可行的、落地的角度，要承認目前歷史數(shù)據(jù)的不完整性，承認目前管理思路的不連續(xù)性，承認現(xiàn)在政策干預導致的數(shù)據(jù)的不純潔性，只有在這些條件下才能有效地析取出挖掘的方向和目標。因此，本研究關注的教學大數(shù)據(jù)挖掘的方向，研究的是教學大數(shù)據(jù)挖掘的構造、數(shù)據(jù)之間的關系、數(shù)據(jù)挖掘的目標以及影響數(shù)據(jù)挖掘目標的綜合因素。

大數(shù)據(jù)挖掘是個龐大的工程，除了現(xiàn)有經(jīng)典數(shù)據(jù)之外，還要擴展其他的數(shù)據(jù)來源，可以是能夠被直觀辨識的，也可以是不能被直觀辨識的，例如語音、圖像、Web網(wǎng)站的議論等，這些現(xiàn)象比給經(jīng)典數(shù)據(jù)表達的含義更加明晰。雖然這些多源數(shù)據(jù)形式不同，但可以通過先進的數(shù)據(jù)處理技術完成對它們的抽取和語義分析，實現(xiàn)數(shù)據(jù)規(guī)律的挖掘。除此之外，還要能夠根據(jù)歷史數(shù)據(jù)構造和延展它的未來數(shù)據(jù)以及一些不可能獲取到或不可能成為現(xiàn)實的數(shù)據(jù)，以此豐富教育大數(shù)據(jù)的內(nèi)涵。

（二）教學大數(shù)據(jù)挖掘分類

借助教學大數(shù)據(jù)挖掘的手段確定不同教學事件相關因素的規(guī)律，首先要對教學事件有一定的視點描述和視點規(guī)劃，不能是盲目的挖掘，要分析事件數(shù)據(jù)的特征，要從發(fā)展的視點去看待事件，找出事件的類型，確定事件是否值得挖掘、是否需要從歷史數(shù)據(jù)開始挖掘、是否需要從各個教學中心的數(shù)據(jù)開始挖掘，只有這樣才能找出教學控制中的控制因素和控制本質。因此，對教學數(shù)據(jù)的挖掘應首先對事件進行分類，根據(jù)不同的分類決定如何進行數(shù)據(jù)挖掘。對于有規(guī)律可循的事件可以通過數(shù)據(jù)挖掘找出相應的規(guī)律，對于沒有規(guī)律的事件則不對其實施挖掘。有的事件本身的規(guī)律性非常明顯，可以直接進行判定，則不需要對其進行數(shù)據(jù)挖掘，還有一些事件是由若干個單一事件組合形成的，單一事件的規(guī)律對于組合事件具有一定的影響力，可以通過推理尋找到組合事件的規(guī)律。具體遵從的分類及處理原則范式如下：

1.IF事件∷this.可挖掘is TRUE THEN數(shù)據(jù)挖掘

2.IF事件∷this.可挖掘is FALSE THEN無法挖掘

3.IF事件∷this.標志is TRUE THEN不必進行數(shù)據(jù)挖掘

4.IF事件∷this.組合事件is TRUE THEN根據(jù)其他事件和數(shù)據(jù)的組合推斷規(guī)律

（三）教學大數(shù)據(jù)挖掘區(qū)域

教學事件的發(fā)生具有一定的時域性，直觀體現(xiàn)在時間軸的某個區(qū)域內(nèi)，同時還會通過波形的變化表現(xiàn)出事件的特性。因此，教學大數(shù)據(jù)挖掘還可以從時間軸的角度來研究事件發(fā)生的區(qū)域，通過找出時間軸相關區(qū)域內(nèi)波形與波形之間的規(guī)律可以找到事件與事件之間的規(guī)律。同時還可以通過波形的分析找到各教學中心之間的同步規(guī)律、某個主站發(fā)生的問題到分站后波及、影響和衰減的規(guī)律，為主站與教學中心以及教學中心間相互借鑒事件發(fā)生規(guī)律和事件處理經(jīng)驗提供一定的依據(jù)。

依據(jù)時間軸事件數(shù)據(jù)的圖形特性可以確定教育大數(shù)據(jù)挖掘的區(qū)域，通過對圖形規(guī)律的分析可以判斷相應的事件及事件發(fā)生的特征。1.陡變型圖形：可以判斷圖形的上升沿對應哪些事件的發(fā)生，尤其是進行Web主動式搜索時，圖形的波形越陡，說明事件的嚴重程度越高。2.持續(xù)型圖形：由于受到大環(huán)境、政策和思潮的影響出現(xiàn)連續(xù)的大事件，形成有一定規(guī)律特征的持續(xù)圖形。3.疊加型圖形：表示的是多個事件的組合，需要對不同的事件進行分類，可以引用連續(xù)小波方法進行縮放位移比對，找出各事件的類型和性質。4.分布型圖形：當數(shù)據(jù)在廣域多個網(wǎng)站和平臺同時出現(xiàn)，或者短時間內(nèi)相繼出現(xiàn)，或者滯后發(fā)現(xiàn)相似規(guī)律的圖形，就需要對各個教學中心進行圖形分析，找到事件的共性。5.偶發(fā)型圖形：對于在時間軸上發(fā)生的重復性偶發(fā)事件，可以通過找出歷史時期所發(fā)生的事件與當今事件的關系來判斷相應的事件特性。6.組合型圖形：組合型圖形誘發(fā)了事件的關系組合，由某些小事件可誘發(fā)另一個大事件的組合，可通過對小事件的特征分析，推斷大事件的事件特性。

以上圖形的數(shù)據(jù)形成可以是經(jīng)典數(shù)據(jù)現(xiàn)象、Web數(shù)據(jù)現(xiàn)象或圖像語義分析數(shù)據(jù)現(xiàn)象，也可以是三者數(shù)據(jù)的組合現(xiàn)象。

（四）教學大數(shù)據(jù)挖掘方法

基于教學視點確定了數(shù)據(jù)挖掘方向和挖掘區(qū)域之后，本團隊展開了針對多源異構教育數(shù)據(jù)的挖掘方法研究，圖3所示為多源異構數(shù)據(jù)挖掘的邏輯示意圖。挖掘過程共分為三層，底層的數(shù)據(jù)層是多來源多形態(tài)的數(shù)據(jù)集合，可以是結構化、半結構化或非結構化的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過語義層的分析，進行不同的歸類，為進一步的挖掘做好準備。結果層針對不同的數(shù)據(jù)類型采用相應的方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)結果的判定。

經(jīng)典數(shù)據(jù)的挖掘是在教育視點的前提下對相關數(shù)據(jù)以及相關聯(lián)數(shù)據(jù)進行挖掘的過程，通過挖掘找出數(shù)據(jù)的因果關系和相關關系，找出相應的事件關系和規(guī)律。采用改進的K-MEANS聚類等算法實現(xiàn)了經(jīng)典數(shù)據(jù)挖掘。

圖像數(shù)據(jù)的挖掘是在教育視點給定的有限方向和區(qū)域內(nèi)進行挖掘。通過圖像數(shù)據(jù)語義的分析，找到相應圖像的判定結果，給出更加直觀的數(shù)據(jù)現(xiàn)象，如本團隊開發(fā)的考場監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了教學監(jiān)控大數(shù)據(jù)挖掘。圖像數(shù)據(jù)挖掘在某種程度上更加直觀和易于理解，它的判定結果對經(jīng)典數(shù)據(jù)挖掘結果是—種有效的匹配和驗證。采用基于骨架特征提取的行為分析數(shù)據(jù)挖掘方法實現(xiàn)了圖像數(shù)據(jù)的挖掘。

通過在Web網(wǎng)絡中搜索網(wǎng)站的點擊率、網(wǎng)站的議論以及手機相關信息并對其進行分析，站在教育視點廣域的角度上完成有限的網(wǎng)站和相關的手機群的數(shù)據(jù)語義挖掘。通過語義分析找出學習者對教育問題的訴求，找到他們在教學視點問題上對資源的評價和對教學評價等信息，利用基于關鍵字抽取的文本聚類算法實現(xiàn)了Web數(shù)據(jù)挖掘。

以上幾種數(shù)據(jù)挖掘的現(xiàn)象和結果是相輔相成的，它們對于事件的分析形成了統(tǒng)一的認識。這種挖掘的綜合結果更加客觀、直觀，為教學數(shù)據(jù)挖掘提出了一種更廣闊的思路。

六、教學數(shù)據(jù)視點研究

教學數(shù)據(jù)視點研究的是看待數(shù)據(jù)的立場、目標和態(tài)度，它是一個綜合視點。人們在觀察事物的時候通常帶有一定的態(tài)度，因此觀察數(shù)據(jù)時也會具有一定的觀點。數(shù)據(jù)視點本身含有一種主觀性，是將獲取的客觀數(shù)據(jù)根據(jù)主觀的態(tài)度進行分析，將多種數(shù)據(jù)和事件的判定進行綜合，找出教學的綜合觀點。由于分析者本身帶有視點的感情和情緒，所以分析的立場各不相同，分析數(shù)據(jù)的關注度也各不相同。教學數(shù)據(jù)視點是基于教學數(shù)據(jù)基礎上，結合觀測者本人的視點以及他所研究的視點需求的基礎上，提出自己對數(shù)據(jù)處理的概念。教學數(shù)據(jù)視點的觀測應具備正確性、前瞻l(fā)生、延續(xù)性和科學性，研究視點的目標是通過獲取數(shù)據(jù)和提取數(shù)據(jù)的手段和方法凝練出數(shù)據(jù)事實，尋找到事件的影響因素和發(fā)展趨勢，同時還能根據(jù)處理的問題延伸出相應的教學策略和搜索策略。

從不同的觀察角度來看待數(shù)據(jù)視點會產(chǎn)生不同的視點分類：1.主客觀角度。從主客觀角度來分，數(shù)據(jù)視點分為主觀數(shù)據(jù)視點和客觀數(shù)據(jù)視點。2.經(jīng)驗角度。從經(jīng)驗角度來分，數(shù)據(jù)視點分為經(jīng)驗數(shù)據(jù)視點和非經(jīng)驗數(shù)據(jù)視點。3.技術角度。從技術角度來分，數(shù)據(jù)視點分為經(jīng)典數(shù)據(jù)視點、Web數(shù)據(jù)視點、圖像數(shù)據(jù)視點、VR/AR數(shù)據(jù)視點。4.數(shù)據(jù)關系角度。從數(shù)據(jù)關系角度來分，數(shù)據(jù)視點分為相關關系數(shù)據(jù)視點和因果關系數(shù)據(jù)視點。

教學數(shù)據(jù)視點是從科學的角度提出的，它描述了教育研究者或者需要研究某個方向和目標的工作人員所要完成的任務，它根據(jù)需求給出了不同角度、不同位置、不同任務和不同級別的事件因素的觀測點和數(shù)據(jù)的獲取點。

七、實例研究

從教學的視點研究教學質量的提高，必須要先明確教學的組成部分及各部分的組成要素，本研究從遠程教育中教師、學習者、管理者等不同角度描述了與其自身相關的教學問題、教學元素和教學功能，明確了每個問題的相關因素，通過對這些因素的調(diào)整和控制，可以實現(xiàn)系統(tǒng)整體教學質量的最優(yōu)控制。同時它也是教學數(shù)據(jù)挖掘參考模型和設計框架，是一種數(shù)據(jù)挖掘的因果關系和線索圖，為教育數(shù)據(jù)挖掘和管理設計提供了相應的思路和路線，也為相關人員解決教學問題提供了方案。

（一）學習過程教師視點

表1所示為遠程學習過程中教師視點示意表，該表呈現(xiàn)了教師在教學中關心的教學范圍，包括備課資源、評價獲取、課程基礎、學生層次、大綱進度、輔導團隊課件制作團隊能力、資源平臺、資源環(huán)境、作業(yè)/考核平臺功能、實踐環(huán)節(jié)平臺功能、支持服務平臺功能、反饋功能以及與這些內(nèi)容相關的一些子因素，當教師在教學中遇到相關問題時，可以通過數(shù)據(jù)挖掘獲取該問題的子因素并對其進行分析獲得解決思路，也可以明確通過哪些子因素的改善可以達到問題的最優(yōu)，同時還可以借助大數(shù)據(jù)挖掘的手段獲取相關的數(shù)據(jù)信息和規(guī)律，為問題的解決提供有效的依據(jù)。

（二）學習過程學習者視點

表2所示為遠程學習過程中學習者視點示意表。從學習者的角度看待教學，他們所關心的問題包括資源質量、教師質量、作業(yè)/考核、教學環(huán)境、資源評價、實踐環(huán)境和學習支持。根據(jù)這些模塊中所涉及的信息特征，系統(tǒng)可以分別去挖掘相關的數(shù)據(jù)為學習者的學習提供有效的支持。

（三）學習過程管理者視點

遠程教學系統(tǒng)的管理者視點是站在系統(tǒng)宏觀管理的角度來看待教學中的相關事件，他所關心的是學習者的學習行為、教師的教學行為、學習者和教師之間的關系、學習者和教學進度的關系、教學支持服務、教學環(huán)境以及教學突發(fā)事件的處理。管理者的關注點與教師和學生不同，關注的事件延展性更強、涉及的時間軸跨度更大、教學數(shù)據(jù)的獲取范圍更廣，更加側重于教學系統(tǒng)整體與目標的接近度。表3所示為學習過程管理者視點示意表，表中呈現(xiàn)了不同的教學事件及其相關因素，為數(shù)據(jù)挖掘提供了[長1[寬]兩種不同的思維角度，其中[長]是從時間軸的角度對數(shù)據(jù)進行歷史性分析，代表了對歷史數(shù)據(jù)的挖掘，[寬]是從教學覆蓋范圍的角度對數(shù)據(jù)進行分析，主要指對各教學中心數(shù)據(jù)的挖掘。通過相關的事件的分析和挖掘，可以為教學質量的評價提供可靠的依據(jù)。

（四）學習過程資源設計視點

教學資源是教學質量的重要組成部分，資源設計的質量直接決定了學生的學習興趣度、學習深入度和學習效果。下頁表4所示為學習過程資源設計視點示意表，呈現(xiàn)了資源設計中相關的事件及影響因素。優(yōu)秀的學習資源應該具備良好的開發(fā)團隊，不僅要從內(nèi)容上與教學大綱知識點相吻合，更需要注重資源效果的展示。遠程的網(wǎng)絡教學中，教學資源是教學的命脈，除了教師要具備良好的教學素質之外，資源是否能夠吸引學生是提高他們對課程關注和學習的重要環(huán)節(jié)，因此，課程的編導比傳統(tǒng)教學方式顯得更為重要。要將教師對知識和學科的理解融入教學資源設計中，加入影視資源設計的理念，針對不同層次的學習者設計不同風格和類型的資源，要能對資源進行碎片化管理，使學生可以根據(jù)個人的關注度對資源進行自由裁剪，要擴展資源的獲取手段和方式，利用先進的技術從網(wǎng)絡中不斷獲取最新的教學資源。資源使用效果的評價是資源設計的重要反饋環(huán)節(jié)，通過學習者對資源不同渠道、多種方式的反饋，可以實現(xiàn)對資源的不斷修正，從而達到資源質量的最優(yōu)控制。

（五）教學事件處理視點

遠程教學由于其本身的特殊性，呈現(xiàn)出了傳統(tǒng)教學所不具備的特性，如教學環(huán)境復雜、學生分布廣、學生水平層次不同、師生交互受限等。在這種7*24小時不間斷的教學環(huán)境中，對教學事件的及時有效處理成為了保障教學秩序的非常重要的環(huán)節(jié)，尤其是對于突發(fā)事件，要能夠做到及時檢測、分析和處理。通常情況下，教學事件的產(chǎn)生具有一定的前兆性、關聯(lián)性和預測性，要想處理好當前發(fā)生的事件，必須要了解和挖掘與之相關的現(xiàn)象和信息，從這些數(shù)據(jù)中推斷出事件的起因、涉及的因素等信息，從而為決策提供有效的依據(jù)。除此之外，利用數(shù)據(jù)挖掘的手段，通過對歷史數(shù)據(jù)的波形分析，找到事件發(fā)生的規(guī)律，實現(xiàn)教學事件的預測，對于遠程教學具有非常重要的意義。表5為教學事件處理視點示意表。

（六）教學實例

基于以上大數(shù)據(jù)挖掘模式和教學管理視點，本團隊實現(xiàn)了北京理工大學遠程教學平臺的教學作弊行為監(jiān)控子系統(tǒng)。系統(tǒng)站在教學管理者對教學事件處理的視點上，利用了多源異構數(shù)據(jù)源的理念，從經(jīng)典數(shù)據(jù)、Web網(wǎng)絡數(shù)據(jù)和視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)的角度，獲取了考試成績、考試結束后學生在Web討論群中對于考試的議論信息以及考試過程中的視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)三類數(shù)據(jù)源。對于經(jīng)典數(shù)據(jù)的處理，系統(tǒng)主要完成的是考試成績與考場座位之間的關聯(lián)的分析。對于Web數(shù)據(jù)的采集，系統(tǒng)主要獲取的是遠程教學網(wǎng)站交互系統(tǒng)討論群中的數(shù)據(jù)，采用基于關鍵字抽取的文本聚類算法完成了關鍵字抽取、情感分析。對于視頻圖像監(jiān)控數(shù)據(jù)，利用基于骨架特征提取的行為分析數(shù)據(jù)挖掘方法通過對考生頭部、上身的運動方向和運動軌跡數(shù)據(jù)的提取和分析，實現(xiàn)了考生考場行為的監(jiān)控和判斷。

教學作弊行為監(jiān)控子系統(tǒng)工作流程如圖4所示。作弊行為的判斷所采用的三種數(shù)據(jù)源之間相互輔佐，相互支撐，為最終作弊行為的判定起到了相互印證的作用。系統(tǒng)最終的判定取決于三種數(shù)據(jù)源分析結果的綜合。系統(tǒng)中維護了判定策略庫、關鍵字庫、異常行為模板庫、關聯(lián)關系庫等多個相關數(shù)據(jù)庫，分別支撐不同的數(shù)據(jù)源的挖掘判定。最終系統(tǒng)根據(jù)三種數(shù)據(jù)源的分析結果進行綜合，利用策略庫中提供的策略方案實現(xiàn)作弊行為的判定輸出。

八、總結

傳統(tǒng)大數(shù)據(jù)挖掘的數(shù)據(jù)來源非常有限，挖掘結果的有效性和針對性不強。通過對其進行擴充，增加Web數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)作為新的數(shù)據(jù)源，可以有效提高數(shù)據(jù)挖掘的準確性。教學數(shù)據(jù)的挖掘應該具有明確的挖掘區(qū)域和方向，挖掘的目標不僅要尋找教學事件的因果關系，還要挖掘出事件之間的相關性和內(nèi)涵性。數(shù)據(jù)挖掘的準確度以及挖掘的強度取決于看待教學的角度，論文據(jù)此提出了教學視點和數(shù)據(jù)視點的概念，通過遠程教學實例研究，明確了教學視點下教學人員應具備的素質和對數(shù)據(jù)的態(tài)度。通過對數(shù)據(jù)挖掘方法的研究找出教學質量控制內(nèi)涵及控制自變量屬性，從而實現(xiàn)教學質量控制目標。