基于MOOC開放數(shù)據(jù)集的學(xué)習(xí)行為分析

耿 彧，白 濤

1 錦州醫(yī)科大學(xué)健康管理學(xué)院， 遼寧 錦州 121000；2 遼陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院成教分院， 遼寧 遼陽 111004

高等教育不僅是培養(yǎng)社會(huì)高素質(zhì)人才的主要途徑，也是科技發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的主要源動(dòng)力。十八屆三中全會(huì)明確提出了“深化教育領(lǐng)域綜合改革”的總體目標(biāo)[1]，預(yù)示著高等教育步入了全面深化改革的攻堅(jiān)階段，教學(xué)改革是其中最重要的環(huán)節(jié)之一。傳統(tǒng)的高等教育模式嚴(yán)重地束縛了學(xué)習(xí)者的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力，無法顯著地提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。然而，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展為高等教育改革提供了新的平臺(tái)與契機(jī)，在“互聯(lián)網(wǎng)+”教育背景下，微課、MOOC、SPOC、雨課堂等教學(xué)模式應(yīng)運(yùn)而生，打破了傳統(tǒng)教育的時(shí)空束縛，為教育教學(xué)提供了全新的體系與架構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)成為教與學(xué)的主要平臺(tái)，信息在互聯(lián)網(wǎng)上流動(dòng)，知識(shí)在互聯(lián)網(wǎng)上重構(gòu)，線下活動(dòng)成為線上活動(dòng)的補(bǔ)充與拓展[2]。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)為教育賦予了新的生命力，其優(yōu)勢(shì)在于實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)與教學(xué)資源的整合；名師等優(yōu)質(zhì)教育資源得到充分利用；虛擬教室激發(fā)了學(xué)習(xí)者的創(chuàng)造力；碎片化的學(xué)習(xí)時(shí)間與學(xué)習(xí)內(nèi)容得到了有效管理和關(guān)聯(lián)。尤其是通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)可以采集學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，對(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地分析，可為教學(xué)設(shè)計(jì)提供參考與指導(dǎo)。

目前，針對(duì)MOOC平臺(tái)產(chǎn)生的海量學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，國內(nèi)外學(xué)者已開展了學(xué)習(xí)行為的相關(guān)研究。Adamopo- ulos針對(duì)6個(gè)平臺(tái)、30所大學(xué)、133門課程的相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了影響MOOC學(xué)生保有率的因素及程度分析[3]；賈積有針對(duì)Coursera平臺(tái)上北京大學(xué)6門課程、82 352位注冊(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[4]；蔣卓軒基于學(xué)習(xí)行為的特征分析預(yù)測(cè)能否獲得證書并發(fā)現(xiàn)潛在的認(rèn)真學(xué)習(xí)者[5]；王夢(mèng)倩等綜述了MOOC學(xué)習(xí)者特征的聚類分析技術(shù)[6]。為了更好地探索在線教育，該文基于kaggle網(wǎng)站上提供的edX開放數(shù)據(jù)集，首先利用主成分分析方法獲知影響學(xué)習(xí)效果的主導(dǎo)因素，然后分別從學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)者信息和學(xué)習(xí)者類型三個(gè)方面具體分析和探討。

1 數(shù)據(jù)分析

1.1 數(shù)據(jù)集

MOOC是一種大規(guī)模開放式在線課程，它匯集了來自不同國家、不同層次的大量學(xué)習(xí)者，由此可從MO- OC學(xué)習(xí)平臺(tái)中采集到與學(xué)習(xí)者相關(guān)的海量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具有不斷增長的數(shù)據(jù)規(guī)模、持續(xù)加快的數(shù)據(jù)生成和分析速率以及不斷擴(kuò)大的來源、格式和形式[7]的特性。如何利用教學(xué)過程中形成的實(shí)時(shí)、診斷性數(shù)據(jù)來提升學(xué)習(xí)效果，是高等教育改革踐行中需要深思的問題。

哈佛大學(xué)(HarvardX)和麻省理工學(xué)院(MITx)聯(lián)合發(fā)布了2012年和2013年edX平臺(tái)的開放數(shù)據(jù)集[8]，其中包含了13門課程的419 620個(gè)樣本。通過對(duì)此數(shù)據(jù)集的分析與研究，可為MOOC和SPOC等在線教學(xué)模式的實(shí)施、教學(xué)計(jì)劃與教學(xué)大綱的合理設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。此數(shù)據(jù)集中包含的屬性大致可分為四類[9]：

①課程信息：課程名(course_id)，用戶編號(hào)(us- erid_DI)；

②學(xué)習(xí)者基本信息：國家(final_cc_cname_DI)，學(xué)歷(LoE_DI)，性別(gender)，年齡(age)；

③學(xué)習(xí)者類型信息：一般學(xué)習(xí)者(viewed)，積極學(xué)習(xí)者(explorer)，獲得證書者(certified)，學(xué)習(xí)等級(jí)(gr- ade)；

④學(xué)習(xí)行為信息：學(xué)習(xí)開始時(shí)間(start_time_DI)，學(xué)習(xí)結(jié)束時(shí)間(last_event_DI)，課程交互次數(shù)(nev- ents)，學(xué)習(xí)訪問天數(shù)(ndays_act)，播放視頻次數(shù)(npl- ay_video)，學(xué)習(xí)章節(jié)數(shù)(nchapters)，發(fā)貼數(shù)(nforum_posts)。其中，課程交互次數(shù)指學(xué)習(xí)者登陸學(xué)習(xí)帳號(hào)的次數(shù)；發(fā)貼數(shù)指學(xué)習(xí)者在討論區(qū)和論壇等板塊發(fā)言的次數(shù)。

1.2 學(xué)習(xí)行為的主成分分析

對(duì)edX開放數(shù)據(jù)集初步分析，學(xué)習(xí)效果影響因素有：國家、學(xué)歷、性別、年齡、學(xué)習(xí)等級(jí)、課程交互次數(shù)、學(xué)習(xí)訪問次數(shù)、播放視頻次數(shù)、學(xué)習(xí)章節(jié)數(shù)、發(fā)貼數(shù)。將這十個(gè)因素均考慮在內(nèi)，進(jìn)行主成分分析，從數(shù)據(jù)中分析出哪些影響因素取決定性作用，且影響因素的重要性級(jí)別如何。分析結(jié)果如表1所示。

表1 主成分分析結(jié)果

從表1中累積貢獻(xiàn)率可以看出，成分1～6的累積貢獻(xiàn)率可達(dá)到84%以上，基本可表達(dá)出全部信息。主成分1對(duì)應(yīng)學(xué)習(xí)行為信息，稱為學(xué)習(xí)行為因子。根據(jù)權(quán)值的大小將重要性排序?yàn)閷W(xué)習(xí)訪問天數(shù)、交互次數(shù)、學(xué)習(xí)等級(jí)、學(xué)習(xí)章節(jié)數(shù)、播放視頻次數(shù)、發(fā)貼數(shù)。由此得出結(jié)論，取得良好學(xué)習(xí)效果的前提是保證足夠的學(xué)習(xí)時(shí)間，并且要有積極的學(xué)習(xí)態(tài)度，在討論與練習(xí)中鞏固所學(xué)知識(shí)。此外，知識(shí)是前后銜接的，只有完整的知識(shí)體系才能達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果，所以學(xué)習(xí)足夠的章節(jié)數(shù)也是取得好成績的一個(gè)重要保障。主成分2與學(xué)習(xí)者基本信息密切相關(guān)，稱為學(xué)生信息因子。其中，國家與年齡對(duì)成績的影響最大，說明越重視教育的國家MOOC課程學(xué)習(xí)水平越高。

進(jìn)一步，畫出主成分的碎石圖，如圖1所示。碎石圖很好地反映出主成分1在MOOC教學(xué)模式中的作用，即學(xué)習(xí)效果主要取決于學(xué)習(xí)行為。

圖1 主成分的碎石圖

主成分3～6分別反映了學(xué)習(xí)者信息與學(xué)習(xí)行為之間的關(guān)系。將主成分1(Comp.1)和主成分2(Co- mp.2)作主成分回歸，結(jié)果如下：

通過t分布和F統(tǒng)計(jì)量檢驗(yàn)，都具有很高的顯著性。即回歸系數(shù)和回歸方程均通過檢驗(yàn)，得到回歸方程如下：

Y=0.03573+0.0808Z1*-0.001438Z2*

1.3 學(xué)習(xí)者信息分析

1.3.1國別分析全世界30多個(gè)國家的學(xué)習(xí)者參與到edX平臺(tái)的MOOC課程學(xué)習(xí)中，根據(jù)注冊(cè)人數(shù)和獲得證書比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。從圖2可見，美國參與MOOC課程學(xué)習(xí)的人數(shù)最多，超過10萬人，但獲得證書的比例僅為2.8%，說明了美國對(duì)MOOC學(xué)習(xí)有高度的認(rèn)可性，獲得證書比例小可能是部分學(xué)習(xí)者的目的并不在于是否獲得證書。若將各國的發(fā)達(dá)程度及教育水平因素進(jìn)行綜合考慮，也可反映出發(fā)達(dá)國家的教育具有一定的優(yōu)勢(shì)。據(jù)文獻(xiàn)分析[10]，中國高校學(xué)生半數(shù)以上對(duì)MOOC教學(xué)模式?jīng)]有認(rèn)知，約20%的學(xué)生僅注冊(cè)過1門課程，且花費(fèi)在MOOC上的學(xué)習(xí)時(shí)間少之又少。

圖2 國別與獲得證書的關(guān)系分析

1.3.2學(xué)歷分析教育背景對(duì)MOOC教學(xué)模式的選擇和獲得證書比例具有一定的影響力。從圖3可見，MOOC課程學(xué)習(xí)的人群絕大部分集中于本科教育階段或已具有學(xué)士學(xué)位的學(xué)習(xí)者，反映了MOOC平臺(tái)提供的課程側(cè)重基礎(chǔ)理論知識(shí)，更適合于本科教育。博士與中學(xué)層次以下的兩個(gè)階段學(xué)習(xí)者占比極小，約為1%。說明博士學(xué)習(xí)者專注某一領(lǐng)域的深入研究，已熟知與研究相關(guān)的基礎(chǔ)理論；中學(xué)層次以下的學(xué)習(xí)者更關(guān)注數(shù)理化等基礎(chǔ)學(xué)科的學(xué)習(xí)，還無法達(dá)到專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)水平。

圖3 學(xué)歷與獲得證書的關(guān)系分析

1.3.3性別分析對(duì)MOOC學(xué)習(xí)者按性別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，由圖4可見，參與MOOC學(xué)習(xí)的男性與女性比例為3∶1，從獲得證書人數(shù)來看，男性與女性的比例約為2∶1。但是，男性獲得證書人數(shù)占男性學(xué)習(xí)人數(shù)的比例與女性獲得證書人數(shù)占女性學(xué)習(xí)人數(shù)的比例相當(dāng)，甚至略為低些。由此可以表明，性別并不是獲得證書的必要因素。

圖4 性別與獲得證書的關(guān)系分析

1.3.4年齡分析將學(xué)習(xí)者分為獲得證書與未獲得證書兩類，分析兩類學(xué)習(xí)者的年齡分布情況。結(jié)果顯示，兩類學(xué)習(xí)主體的平均年齡都集中于20～30歲之間，也正是接受本科教育的階段。對(duì)于未獲證書人群來說，年齡跨度更大，超過60歲以上的學(xué)習(xí)者主要分布于美國、澳大利亞、希臘和印度4個(gè)國家，從某種程度上反映了這些國家網(wǎng)絡(luò)教育的普及度更高。

1.4 學(xué)習(xí)者類型分析

學(xué)習(xí)者分為一般學(xué)習(xí)者、積極學(xué)習(xí)者和獲得證書者三種類型。70%的注冊(cè)學(xué)習(xí)者能夠完成所選課程的學(xué)習(xí)。對(duì)已注冊(cè)但學(xué)習(xí)行為各項(xiàng)指標(biāo)都較低的學(xué)習(xí)者可以稱為體驗(yàn)學(xué)習(xí)者，約占注冊(cè)人數(shù)的30%。一般學(xué)習(xí)者中約有50%的學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性不足，整體學(xué)習(xí)效果欠佳。積極學(xué)習(xí)者不但登錄學(xué)習(xí)次數(shù)多，面且能夠積極參與交流互動(dòng)，50%左右的積極學(xué)習(xí)者最終能獲得證書。

能夠參與MOOC課程的學(xué)習(xí)者都具有較高的學(xué)習(xí)積極性和求知欲，同時(shí)，能夠獲得證書的學(xué)習(xí)者通常具備較強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)能力，通過圖5分析獲得證書者與學(xué)習(xí)行為間的關(guān)系。圖5(a)為是否獲得證書與課程交互次數(shù)間的關(guān)系，未能取得證書的學(xué)習(xí)者課程交互次數(shù)在20 000以下，獲得證書的學(xué)習(xí)者交互次數(shù)可達(dá)到30 000～40 000次，充分說明了善于思考，發(fā)現(xiàn)問題與提出問題，并積極參與師生互動(dòng)及學(xué)習(xí)者間的討論，可使知識(shí)得到不斷強(qiáng)化和提高。圖5(b)為獲得證書與學(xué)習(xí)訪問天數(shù)間的關(guān)系，知識(shí)的理解需要一個(gè)過程，網(wǎng)絡(luò)資源最大的優(yōu)勢(shì)可實(shí)現(xiàn)知識(shí)再現(xiàn)，在反復(fù)地觀看視頻講解中參悟知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)涵，使重點(diǎn)與難點(diǎn)不再成為知識(shí)學(xué)習(xí)過程中的攔路虎。圖5(c)為獲得證書者與學(xué)習(xí)等級(jí)間關(guān)系，當(dāng)學(xué)習(xí)等級(jí)高于0.8以上時(shí)，說明學(xué)習(xí)者已經(jīng)很好地掌握了所學(xué)知識(shí)，并能夠達(dá)到靈活運(yùn)用的階段，所以獲得證書是毋庸置疑的。反之，當(dāng)學(xué)習(xí)等級(jí)較低時(shí)，只表明對(duì)知識(shí)達(dá)到初步了解，并無法真正融會(huì)貫通。圖5(d)為獲得證書者與播放視頻次數(shù)間的關(guān)系，從圖中可見，播放視頻次數(shù)與能否獲得證書沒有直接關(guān)系，這充分說明，播放時(shí)長與學(xué)習(xí)效果不是成正比關(guān)系的，學(xué)習(xí)中注重的是學(xué)習(xí)效率。由此，需要在觀看視頻的過程中加強(qiáng)概括知識(shí)與總結(jié)問題的能力，提高學(xué)習(xí)效率。圖5(e)和圖5(f)分別為未獲得證書者與獲得證書者與學(xué)習(xí)章節(jié)數(shù)的關(guān)系，橫坐標(biāo)軸為章節(jié)數(shù)目。從圖中可見，未獲得證書者學(xué)習(xí)的章節(jié)數(shù)較少，基本低于10，而獲得證書者學(xué)習(xí)的章節(jié)數(shù)集中于10～20之間，部分超過30以上。由此表明，章節(jié)數(shù)目的學(xué)習(xí)多少代表了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)態(tài)度與投入的學(xué)習(xí)時(shí)間與精力。學(xué)習(xí)是個(gè)循序漸進(jìn)的過程，只有學(xué)習(xí)更多的章節(jié)內(nèi)容，才能更全面地了解課程體系和搭建完整的知識(shí)框架。

2 總結(jié)

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展為探索新的教育模式提供了機(jī)遇與空間。世界范圍內(nèi)每年參與MOOC課程學(xué)習(xí)的人數(shù)較多，據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，整體通過率低于2%，10%以上的課程通過率低于10%[11]。由此可見，以在線學(xué)習(xí)為主的教學(xué)模式更加依賴于學(xué)習(xí)者的自主學(xué)習(xí)能力及學(xué)習(xí)行為，只有合理安排學(xué)習(xí)時(shí)間，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)行為才能達(dá)到優(yōu)質(zhì)的教學(xué)效果。

教學(xué)效果是反映教學(xué)質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，良好的教學(xué)效果同教與學(xué)兩個(gè)環(huán)節(jié)密不可分。各種各樣的教學(xué)模式改革宗旨都是提升教學(xué)效果，通過在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的分析，更好地探究學(xué)生認(rèn)知過程和學(xué)習(xí)過程，真正做到教學(xué)相長，使線上學(xué)習(xí)成為傳統(tǒng)課堂的延伸。由此可見，數(shù)據(jù)信息越豐富，在進(jìn)行定性與定量分析時(shí)越容易挖掘出有用的信息，不但能了解學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)，還要分析放棄課程的首要原因。如學(xué)生信息中加入學(xué)校層次、專業(yè)、愛好、課程評(píng)價(jià)等屬性。MOOC課程更注重學(xué)習(xí)主動(dòng)性，具有積極學(xué)習(xí)目標(biāo)的學(xué)習(xí)者才能享受到MOOC帶來的無國界、無時(shí)空等優(yōu)勢(shì)。因此，MOOC教學(xué)模式并不適合所有的學(xué)習(xí)者。

圖5 獲得證書者與學(xué)習(xí)行為間的關(guān)系圖

MOOC雖是開放性平臺(tái)，但因各類院校的學(xué)生特點(diǎn)、專業(yè)特點(diǎn)及培養(yǎng)目標(biāo)等差異使其并不具備普適性。專業(yè)特點(diǎn)較強(qiáng)的院校應(yīng)該建立自己的MOOC平臺(tái)。對(duì)于我國而言，MOOC教育在國內(nèi)知名學(xué)校開展較為突出，如清華大學(xué)、北京大學(xué)等，部分高校仍處于認(rèn)知和摸索階段，還需在深度與廣度兩個(gè)層面進(jìn)行研究，不能僅局限于高校，而應(yīng)面向社會(huì)各類從業(yè)人員，真正做到資源共享，實(shí)現(xiàn)活到老、學(xué)到老的教育理念。