邁向基于大數(shù)據(jù)的開放式學(xué)習(xí)分析生態(tài)系統(tǒng)

楊曉萍

隨著教育信息化的持續(xù)推進(jìn)，各種新技術(shù)有效融合到教師教育實(shí)踐中，進(jìn)一步拓展了教師專業(yè)化研究領(lǐng)域，推動(dòng)了教師專業(yè)化的持續(xù)發(fā)展。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠?qū)逃虒W(xué)過程的結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化等數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄存??；通過學(xué)習(xí)分析和知識(shí)挖掘，能實(shí)現(xiàn)對(duì)教育教學(xué)狀態(tài)的量化處理和有效預(yù)測(cè)，有力地推動(dòng)教育的革命性變革，從而極大改善學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)。

學(xué)習(xí)分析方法共享了從數(shù)據(jù)到分析、從行動(dòng)到學(xué)習(xí)的運(yùn)動(dòng)。在過去幾年中，人們對(duì)技術(shù)增強(qiáng)學(xué)習(xí)中的學(xué)習(xí)分析越來越感興趣。在新型網(wǎng)絡(luò)化和日益復(fù)雜的學(xué)習(xí)環(huán)境需求的推動(dòng)下，人們?cè)絹碓叫枰粩鄶U(kuò)大學(xué)習(xí)分析的規(guī)模，這就需要我們的學(xué)習(xí)分析從封閉的學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放的學(xué)習(xí)分析生態(tài)系統(tǒng)。

開放式學(xué)習(xí)分析作為學(xué)習(xí)分析的一種新趨勢(shì)，已經(jīng)成為當(dāng)前智慧教育研究最被人們關(guān)注的領(lǐng)域之一。本文介紹了穆罕默德·亞明·查蒂、阿勒姆·穆斯林和烏爾里克·施羅德提出的開放式學(xué)習(xí)分析平臺(tái)，介紹了構(gòu)建開放式學(xué)習(xí)分析生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵概念和技術(shù)思想，通過詳細(xì)討論用戶場(chǎng)景、技術(shù)架構(gòu)和開放式學(xué)習(xí)分析平臺(tái)的組件，詳細(xì)展示了開放式學(xué)習(xí)分析生態(tài)系統(tǒng)的愿景。

學(xué)習(xí)分析研究領(lǐng)域的四個(gè)維度

學(xué)習(xí)分析代表了“大數(shù)據(jù)”和分析學(xué)在教育中的應(yīng)用，涉及利用教育數(shù)據(jù)集來支持學(xué)習(xí)過程的方法的開發(fā)。第一屆學(xué)習(xí)分析和知識(shí)國(guó)際會(huì)議將學(xué)習(xí)分析定義為“關(guān)于學(xué)習(xí)者及其背景的數(shù)據(jù)的測(cè)量、收集、分析和報(bào)告，以便理解和優(yōu)化學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)環(huán)境”。學(xué)習(xí)分析強(qiáng)調(diào)將教育數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有用的行為來促進(jìn)學(xué)習(xí)，反映了眾多學(xué)科（如學(xué)習(xí)科學(xué)、教育學(xué)、心理學(xué)、網(wǎng)絡(luò)科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)）的交叉領(lǐng)域，借鑒了各種相關(guān)領(lǐng)域（如學(xué)術(shù)分析、行動(dòng)分析、教育數(shù)據(jù)挖掘、推薦系統(tǒng)、個(gè)性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)）并綜合了幾種現(xiàn)有技術(shù)（如機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、信息檢索、統(tǒng)計(jì)和可視化）。查蒂在2014年通過基于四個(gè)維度的參考模型提供關(guān)于學(xué)習(xí)分析及其關(guān)鍵概念的系統(tǒng)概述。圖1所示是所提出的模型的四個(gè)維度。

開放式學(xué)習(xí)分析

什么是開放式學(xué)習(xí)分析？“開放性的兩個(gè)最重要的方面與互聯(lián)網(wǎng)上的免費(fèi)使用有關(guān)，并且無論是技術(shù)、法律還是價(jià)格障礙等都應(yīng)盡可能少地限制資源的使用”。開放式學(xué)習(xí)分析概念的發(fā)展，來自學(xué)習(xí)者盡可能地減少預(yù)算和資金壁壘，盡可能多地利用優(yōu)質(zhì)資源的需求。這一概念主要涉及開源軟件、開放標(biāo)準(zhǔn)和開放API的需求，以解決該領(lǐng)域的互操作性挑戰(zhàn)。

開放式學(xué)習(xí)分析的目的是提高終身學(xué)習(xí)環(huán)境中的學(xué)習(xí)效率和有效性，了解學(xué)習(xí)者如何在開放和網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)環(huán)境中學(xué)習(xí)，以及學(xué)習(xí)者、教育者、機(jī)構(gòu)和研究人員如何最好地支持這一過程。開放式學(xué)習(xí)分析把學(xué)習(xí)者視為學(xué)習(xí)分析實(shí)踐的核心部分，提倡學(xué)習(xí)者應(yīng)該成為積極的合作者，而不僅僅是數(shù)據(jù)主體以及接受干預(yù)和服務(wù)的接受者。要改善學(xué)習(xí)和教學(xué)的預(yù)期目標(biāo)，學(xué)習(xí)者和教師的參與是關(guān)鍵。因此，開放式學(xué)習(xí)分析生態(tài)系統(tǒng)包含通過對(duì)學(xué)習(xí)分析的共同興趣而聯(lián)系在一起的不同的利益相關(guān)者。這些利益相關(guān)者有不同的需求和目標(biāo)，來自不同的學(xué)習(xí)環(huán)境和環(huán)境的各種數(shù)據(jù)。

如何構(gòu)建開放式學(xué)習(xí)分析平臺(tái)

開放式學(xué)習(xí)分析平臺(tái)主要支持如下三種可能的用戶場(chǎng)景。

1.教師情景

Rima是ABC（Asian Business Consultants）大學(xué)的講師，她使用該大學(xué)的LMS（Learning Management System，學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)）來管理自己的課程。她使用開放式學(xué)習(xí)分析平臺(tái)的個(gè)性化儀表板，利用其提供各種指標(biāo)的課程概述，以增強(qiáng)和改進(jìn)自己的教學(xué)過程。

2.學(xué)生情景

Amir是ABC大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的學(xué)生。他使用開放式學(xué)習(xí)分析平臺(tái)，在大學(xué)LMS、X MOOC平臺(tái)、可汗學(xué)院、他的博客、Facebook、You Tube、Slide share和各種論壇上，收集與此相關(guān)的學(xué)習(xí)活動(dòng)的數(shù)據(jù)。

3.開發(fā)人員場(chǎng)景

哈桑是ABC大學(xué)的研究員。他對(duì)使用開放式學(xué)習(xí)分析平臺(tái)來分析應(yīng)用程序用戶的社交互動(dòng)感興趣。基于開放式學(xué)習(xí)分析平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)模型規(guī)范和指南，他開發(fā)了一個(gè)新的收集器，從移動(dòng)應(yīng)用程序收集活動(dòng)數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到平臺(tái)。

基于上述場(chǎng)景，開放式學(xué)習(xí)的分析平臺(tái)模塊可以這樣構(gòu)建，如圖2所示。

開放式學(xué)習(xí)分析平臺(tái)構(gòu)建的九個(gè)組件

1.數(shù)據(jù)收集和管理

學(xué)習(xí)分析專注于如何利用“大數(shù)據(jù)”來改善教育。在基礎(chǔ)技術(shù)、平臺(tái)和分析功能的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)下，大數(shù)據(jù)的可能性繼續(xù)快速發(fā)展。學(xué)習(xí)分析是一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法，其收集的數(shù)據(jù)是異構(gòu)的，具有不同的格式（如結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化文檔、視頻、圖像、HTML頁(yè)面、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、對(duì)象存儲(chǔ)庫(kù)）和粒度級(jí)別，這些屬性需要數(shù)據(jù)預(yù)先處理。數(shù)據(jù)預(yù)處理主要包括數(shù)據(jù)清理、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)縮減、數(shù)據(jù)建模、用戶和會(huì)話識(shí)別以及路徑完成。

2.隱私

隱私是學(xué)習(xí)分析的一大挑戰(zhàn)，在開放式學(xué)習(xí)分析實(shí)踐中進(jìn)一步放大了這一挑戰(zhàn)，因?yàn)槠鋸母鞣N來源收集學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)。Pardo和西門子在2014年提供了保護(hù)學(xué)習(xí)者隱私的四個(gè)實(shí)用原則：①透明度；②學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)的控制；③安全性；④問責(zé)制和評(píng)估。Slade和Prinsloo在2013年提出了一個(gè)道德框架，包含六個(gè)保護(hù)隱私條件下實(shí)施學(xué)習(xí)分析的指導(dǎo)原則：①學(xué)習(xí)分析作為道德實(shí)踐；②學(xué)生作為代理人；③學(xué)生身份和表現(xiàn)是時(shí)間動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)；④學(xué)生成功是一個(gè)復(fù)雜的多維現(xiàn)象；⑤透明度；⑥高等教育不能不使用數(shù)據(jù)。隱私設(shè)計(jì)是Ann Cavoukian在20世紀(jì)90年代開發(fā)的另一個(gè)框架，提供了確保隱私的七個(gè)基本原則：①主動(dòng)不反應(yīng)，預(yù)防性不補(bǔ)救；②隱私作為默認(rèn)設(shè)置；③嵌入設(shè)計(jì)的隱私；④全功能正和，而非零和；⑤端到端的安全的全生命周期保護(hù)；⑥可見性和透明度保持開放；⑦尊重用戶隱私，使其以用戶為中心。

3.學(xué)習(xí)者建模

學(xué)習(xí)者建模是個(gè)性化學(xué)習(xí)的基石，在課堂之外的更廣泛的學(xué)習(xí)環(huán)境中構(gòu)建學(xué)習(xí)者模型的能力將提供更個(gè)性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，而其挑戰(zhàn)在于創(chuàng)建一個(gè)全面的學(xué)習(xí)者模型，從而提供有效的個(gè)性化學(xué)習(xí)，以適應(yīng)、干預(yù)、反饋或推薦學(xué)習(xí)行動(dòng)。而開放式學(xué)習(xí)分析的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)是終身學(xué)習(xí)者建模。終身學(xué)習(xí)者模型應(yīng)該能夠從不同來源獲取多種形式的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，并以適當(dāng)?shù)男问教峁┻@些信息以支持學(xué)習(xí)。終身學(xué)習(xí)者建模是與學(xué)習(xí)者相關(guān)的個(gè)人數(shù)據(jù)的連續(xù)收集，需要授權(quán)訪問學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)模型，并且學(xué)習(xí)者可以完全控制數(shù)據(jù)。

4.上下文建模

終身學(xué)習(xí)者建模中六個(gè)最受歡迎和最有用的特征，包括學(xué)習(xí)者的知識(shí)、興趣、目標(biāo)、語境、個(gè)體特征和背景。語境是學(xué)習(xí)者建模領(lǐng)域研究的核心話題。這里要解決的關(guān)鍵問題是上下文捕獲和建模。上下文模型應(yīng)該反映學(xué)習(xí)者上下文信息的完整圖像，把從不同學(xué)習(xí)渠道收集的活動(dòng)數(shù)據(jù)輸入個(gè)人情境模型，從而為情境感知的學(xué)習(xí)分析解決方案奠定基礎(chǔ)。

5.分析模塊

每個(gè)分析模塊對(duì)應(yīng)不同的分析目標(biāo)，如監(jiān)控、個(gè)性化、預(yù)測(cè)、評(píng)估和反思。它們代表了分析引擎可以輕松地從開放式學(xué)習(xí)分析平臺(tái)添加和刪除的組件。每個(gè)分析模塊都負(fù)責(zé)管理與之關(guān)聯(lián)的分析方法列表。

6.問題/指標(biāo)/指標(biāo)

問題/指標(biāo)/指標(biāo)組件負(fù)責(zé)管理由開放式學(xué)習(xí)分析平臺(tái)中的不同利益相關(guān)者定義的問題指標(biāo)。每個(gè)問題都與一組指標(biāo)相關(guān)聯(lián)。對(duì)于每個(gè)指示符，該組件存儲(chǔ)在指示符生成階段生成的相關(guān)查詢。分析引擎將使用這些查詢來獲取要分析的數(shù)據(jù)。

7.指示引擎

指標(biāo)引擎是開放式學(xué)習(xí)分析平臺(tái)的核心組件，可實(shí)現(xiàn)個(gè)性化且面向目標(biāo)的學(xué)習(xí)分析。學(xué)習(xí)分析的各種目標(biāo)需要一套量身定制的指標(biāo)，以便為不同的利益相關(guān)者提供非常多樣化的問題和目標(biāo)。指標(biāo)引擎負(fù)責(zé)管理GQI（Goal Question Indicator，目標(biāo)問題指示器）定義過程。它可以細(xì)分為以下四個(gè)主要子組件：?jiǎn)栴}/指標(biāo)編輯器、問題分析器、指標(biāo)生成器、規(guī)則引擎。

8.分析引擎

分析引擎是開放式學(xué)習(xí)分析平臺(tái)的支柱，該平臺(tái)充當(dāng)平臺(tái)中不同組件之間的中介。分析引擎的主要任務(wù)是執(zhí)行分析，它負(fù)責(zé)執(zhí)行指標(biāo)查詢以從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取原始數(shù)據(jù)。分析引擎還負(fù)責(zé)處理來自外部系統(tǒng)的指標(biāo)請(qǐng)求。

9.展示臺(tái)

開放式學(xué)習(xí)分析平臺(tái)中的可視化工具組件負(fù)責(zé)提供簡(jiǎn)單的機(jī)制，管理、添加和刪除可視化技術(shù)以及可視化類型。每種可視化技術(shù)都需要適配器，以將分析引擎中使用的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為要在客戶端應(yīng)用程序上呈現(xiàn)的指示符可視化代碼。