大數(shù)據(jù)下開(kāi)放教育自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的構(gòu)建

王曉晨 張 景

(山西開(kāi)放大學(xué),山西 太原 030027)

近幾年，隨著我國(guó)科技水平的不斷提高，大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，主要采用精確計(jì)算的方式，尋找事物的本質(zhì)，同時(shí)，還能借助間接性的數(shù)據(jù)，對(duì)各個(gè)事物間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系進(jìn)行推測(cè)，幫助人們精確地認(rèn)識(shí)和把握事物發(fā)展規(guī)律，并制定相應(yīng)的決策。通過(guò)將大數(shù)據(jù)技術(shù)科學(xué)應(yīng)用于開(kāi)放教育自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)構(gòu)建中，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的精確化管理，還能有效地滿(mǎn)足學(xué)生個(gè)性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)需求，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析、挖掘和傳輸提供重要的技術(shù)支持。

一、大數(shù)據(jù)對(duì)開(kāi)放教育的影響

隨著大數(shù)據(jù)分析技術(shù)和挖掘技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，大數(shù)據(jù)對(duì)開(kāi)發(fā)教育產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，其具體影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(一)產(chǎn)生自適應(yīng)學(xué)習(xí)要求

由于開(kāi)放教育學(xué)生知識(shí)水平存在差異，所以，學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)成為開(kāi)放教育的核心和關(guān)鍵。在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，開(kāi)放教育可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)學(xué)習(xí)。即通過(guò)借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對(duì)學(xué)生的認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)能力等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化采集和整理，并從這些數(shù)據(jù)中分析和挖掘出有價(jià)值的數(shù)據(jù)，從而全面地了解和把握學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)及風(fēng)格，進(jìn)而為學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑。

(二)發(fā)現(xiàn)開(kāi)放教育規(guī)律

開(kāi)放教育服務(wù)對(duì)象逐漸從精英人群向全民大眾轉(zhuǎn)變，逐漸完成了對(duì)專(zhuān)科、本科等各個(gè)教育層次相關(guān)的開(kāi)放教育體系的制定和完善;開(kāi)放教育職能在實(shí)際的履行過(guò)程中，逐漸向多元化、綜合化方向轉(zhuǎn)變，為成功構(gòu)建全民終身學(xué)習(xí)體系打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(三)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管理

大數(shù)據(jù)技術(shù)與開(kāi)放教育結(jié)合在實(shí)現(xiàn)精確管理方面發(fā)揮出重要作用。首先，可以有效地統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全化、可靠化存儲(chǔ)和管理。通過(guò)利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以制定和完善系統(tǒng)、規(guī)范的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種類(lèi)型數(shù)據(jù)的自動(dòng)化收集、分類(lèi)、存儲(chǔ)，從而形成大規(guī)模的教育數(shù)據(jù)庫(kù)，便于其他人員隨時(shí)隨地地查看和調(diào)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)。其次，可以最大限度地提高學(xué)生個(gè)性化管理水平。通過(guò)借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生個(gè)體數(shù)據(jù)報(bào)告的精確獲取，便于針對(duì)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，制定個(gè)性化教育管理方案，以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的個(gè)性化、精確化管理。最后，有利于管理層教育決策的精準(zhǔn)化。通過(guò)借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，徹底改變管理者經(jīng)營(yíng)思想，采用多源數(shù)據(jù)結(jié)合的方式，對(duì)教育決策進(jìn)行智能化、精確化分析，從而提高教育決策制定的科學(xué)性和合理性。

二、學(xué)習(xí)系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)分析

為了提高系統(tǒng)的運(yùn)行性能，滿(mǎn)足學(xué)生個(gè)性化的自適應(yīng)學(xué)習(xí)需求，技術(shù)人員要嚴(yán)格按照如圖1所示的系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)示意圖，對(duì)系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。從圖1中可以看出，該系統(tǒng)主要包含以下四個(gè)層次。

圖1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)示意圖

(一)應(yīng)用層

應(yīng)用層所處理的對(duì)象主要包含不同用戶(hù)所處理的各種業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)主要包含學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)活動(dòng)、學(xué)習(xí)工具、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)、學(xué)習(xí)策略等內(nèi)容。

(二)控制層

控制層作為開(kāi)放教育自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的關(guān)鍵和核心，需要采用自適應(yīng)引擎的方式，在充分結(jié)合學(xué)生特征模型的基礎(chǔ)上，為學(xué)生提供個(gè)性化、智能化的學(xué)習(xí)服務(wù)。同時(shí)，為了最大限度地學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)體驗(yàn)，還要全面地評(píng)價(jià)最終的服務(wù)結(jié)果[1]，在此基礎(chǔ)上，還要做好對(duì)引擎規(guī)則的優(yōu)化和完善，確保引擎能夠?qū)崿F(xiàn)智能化改進(jìn)和進(jìn)化。

(三)數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層在具體的運(yùn)用中，主要借助感知層，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的持續(xù)化、精確化采集和整理，同時(shí)，還能形成相應(yīng)的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)日志、數(shù)據(jù)點(diǎn)擊流，其中，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)日志內(nèi)部主要包含圖像、動(dòng)畫(huà)、音頻、影像等學(xué)習(xí)相關(guān)的資料[2]。此外，在數(shù)據(jù)層的應(yīng)用背景下，還能形成規(guī)模龐大的原始數(shù)據(jù)池，原始數(shù)據(jù)池主要包含以下兩種類(lèi)型，一種是結(jié)構(gòu)化原始數(shù)據(jù)池，另一種是半結(jié)構(gòu)化原始數(shù)據(jù)池。

(四)感知層

感知層主要是由攝像頭、話(huà)筒、手機(jī)、平板電腦、筆記本、傳感器、情感探測(cè)等部分組成，通過(guò)感知層，可以幫助學(xué)生更好地感知和獲取多種類(lèi)型的學(xué)習(xí)資源[3]。數(shù)據(jù)來(lái)源渠道主要包含以下幾個(gè)系統(tǒng)，如學(xué)生信息系統(tǒng)、職業(yè)生涯規(guī)劃系統(tǒng)、學(xué)生作業(yè)系統(tǒng)等。

三、系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)分析

在大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用背景下，為了更好地提高開(kāi)放教育自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的運(yùn)行性能，滿(mǎn)足學(xué)生的個(gè)性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)需求[4]，現(xiàn)將該系統(tǒng)劃分為以下四大模塊，分別是自適應(yīng)模塊、學(xué)生畫(huà)像模塊、預(yù)警與干預(yù)模塊、學(xué)習(xí)激勵(lì)模塊。系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)示意圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)示意圖

(一)自適應(yīng)模塊設(shè)計(jì)

自適應(yīng)模塊作為系統(tǒng)的主要模塊，在具體的設(shè)計(jì)中，通過(guò)借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集和整理，同時(shí)，還要借助有價(jià)值的數(shù)據(jù)，對(duì)其他功能模塊進(jìn)行觸發(fā)，從而全面地了解和把握學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣特點(diǎn)以及風(fēng)格，在此基礎(chǔ)上，形成學(xué)生學(xué)習(xí)風(fēng)格所對(duì)應(yīng)的專(zhuān)業(yè)特長(zhǎng)，以提高學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)[5]，然后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，向?qū)W生推送學(xué)生感興趣的學(xué)習(xí)資源。學(xué)生在獲得這些學(xué)習(xí)資源后，可以快捷、方便地選用合適的學(xué)習(xí)資源，以實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)和鞏固，從而熟練地掌握和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，同時(shí)，教師可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格特征，對(duì)學(xué)生開(kāi)展因材施教教學(xué)工作[6]。

(二)學(xué)生畫(huà)像模塊設(shè)計(jì)

學(xué)生畫(huà)像模塊在具體的設(shè)計(jì)中，需要全面地采集和整理學(xué)生的畫(huà)像特征，同時(shí)，借助平臺(tái)在科學(xué)分析大數(shù)據(jù)相關(guān)信息的功能，多方位、多角度地展示學(xué)生的不同維度，然后，學(xué)生根據(jù)系統(tǒng)所展示的自我畫(huà)像，全面地了解和把握自身的認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)風(fēng)格和學(xué)習(xí)習(xí)慣等。此外，教師要通過(guò)觀(guān)察班級(jí)所有同學(xué)的學(xué)生畫(huà)像，全面地了解和把握班級(jí)中所有學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格和學(xué)習(xí)習(xí)慣，為后期實(shí)現(xiàn)因材施教的教學(xué)目的提供重要的依據(jù)和參考。此外，學(xué)校管理者通過(guò)觀(guān)察系統(tǒng)所呈現(xiàn)的全體學(xué)生畫(huà)像[7]，可以直觀(guān)、有效地了解教師在各個(gè)教學(xué)階段所對(duì)應(yīng)的真實(shí)教學(xué)水平，為后期制定相關(guān)教育決策打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另外，教師通過(guò)觀(guān)察系統(tǒng)所呈現(xiàn)的學(xué)生畫(huà)像，可以進(jìn)一步了解和認(rèn)識(shí)學(xué)生當(dāng)前的實(shí)際學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)狀態(tài)，便于教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性地輔導(dǎo)，從而最大限度地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和效果。

(三)預(yù)警與干預(yù)模塊設(shè)計(jì)

預(yù)警模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)學(xué)生考試成績(jī)的計(jì)算和分析，便于教師全面地了解學(xué)生考試合格率，干預(yù)模塊通過(guò)全面地收集和整理系統(tǒng)分析結(jié)果，并將其安全、可靠地發(fā)送給教師和學(xué)生[8]。該模塊在具體的設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)水平，在充分結(jié)合形成性考核的基礎(chǔ)上，采用引擎分析的方式，分析和判斷學(xué)生在考試中所對(duì)應(yīng)的合格率，為后期是否對(duì)學(xué)生進(jìn)行預(yù)警和干預(yù)創(chuàng)造良好的條件。經(jīng)過(guò)分析和判斷后，確定出需要預(yù)警與干預(yù)的學(xué)生[9]，并對(duì)這些學(xué)生發(fā)送近期學(xué)習(xí)成果以及相關(guān)數(shù)據(jù)報(bào)告，該數(shù)據(jù)報(bào)告主要采用統(tǒng)計(jì)圖形式呈現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)，學(xué)生根據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)告，可以全面地了解自己在未來(lái)期末考試中所對(duì)應(yīng)的掛科率，從而警惕學(xué)生認(rèn)真進(jìn)入復(fù)習(xí)備戰(zhàn)的狀態(tài)。同時(shí)，系統(tǒng)還能自動(dòng)啟動(dòng)干預(yù)機(jī)制，該干預(yù)機(jī)制主要包含以下兩種，一種是系統(tǒng)干預(yù)機(jī)制，另一種是人工干預(yù)機(jī)制。系統(tǒng)干預(yù)機(jī)制主要是指系統(tǒng)通過(guò)向?qū)W生自動(dòng)推送優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)資源，確保學(xué)生獲取到符合自己學(xué)習(xí)習(xí)慣和特點(diǎn)的學(xué)習(xí)資料，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)的智能化干預(yù)。人工干預(yù)機(jī)制主要是指系統(tǒng)自動(dòng)將學(xué)生相關(guān)預(yù)警信息發(fā)送給教師，確保教師可以根據(jù)這些預(yù)警信息，對(duì)學(xué)生進(jìn)行有針對(duì)性的監(jiān)督，督促學(xué)習(xí)者積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)，只有這樣，才能完成因材施教的教學(xué)目標(biāo)。在預(yù)警與干預(yù)模塊的應(yīng)用背景下，在考核前一段時(shí)間，系統(tǒng)就能對(duì)學(xué)生進(jìn)行自動(dòng)提醒和預(yù)警，并幫助學(xué)生進(jìn)行課前練習(xí)，使得學(xué)生提前進(jìn)入到復(fù)習(xí)狀態(tài)，從而最大限度地提高學(xué)生的考核成績(jī)，避免學(xué)生出現(xiàn)掛科現(xiàn)象。

(四)學(xué)習(xí)激勵(lì)模塊設(shè)計(jì)

并非所有學(xué)生都能夠?qū)W(xué)習(xí)產(chǎn)生濃厚興趣，所以，平臺(tái)需要設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)激勵(lì)模塊，采用寓教于樂(lè)的方式，將教育和娛樂(lè)進(jìn)行充分結(jié)合，讓學(xué)生在娛樂(lè)中體會(huì)到學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，只有這樣，才能充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性[10]。此外，通過(guò)運(yùn)用該模塊，可以在充分結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，向?qū)W生自動(dòng)下發(fā)課后作業(yè)，然后，由教師或者系統(tǒng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行監(jiān)督，確保他們能夠保質(zhì)保量地完成課后作業(yè)。此外，系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以根據(jù)學(xué)生今日的學(xué)習(xí)狀態(tài)，向系統(tǒng)反饋學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題，此時(shí)，系統(tǒng)會(huì)采用引擎分析的方式，快速查詢(xún)學(xué)生畫(huà)像，并根據(jù)學(xué)生畫(huà)像，向?qū)W生推送相應(yīng)的課外休閑活動(dòng)，并將其作為一種獎(jiǎng)勵(lì)，幫助學(xué)生降低學(xué)習(xí)壓力。這些學(xué)習(xí)問(wèn)題主要包含三個(gè)不同等級(jí)：如果學(xué)生今日學(xué)習(xí)狀態(tài)良好，并無(wú)出現(xiàn)學(xué)習(xí)問(wèn)題，此時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將人物畫(huà)像所對(duì)應(yīng)的名字標(biāo)記為綠色；如果出現(xiàn)小的學(xué)習(xí)漏洞問(wèn)題，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將其標(biāo)記為紅色，并對(duì)預(yù)警與干預(yù)模塊進(jìn)行觸發(fā)，這時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)向?qū)W生推送漏洞補(bǔ)充相關(guān)練習(xí)題。另外，如果學(xué)生當(dāng)日所掌握的知識(shí)比例在40%以下，系統(tǒng)會(huì)直接觸發(fā)預(yù)警模塊，此時(shí)，該學(xué)生的名字會(huì)立馬標(biāo)記為紅色，系統(tǒng)將該學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)情況及時(shí)有效地推送給教師[11]，同時(shí)，還要為學(xué)生整理若干道典型例題，便于學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性地練習(xí)。在系統(tǒng)或者教師的干預(yù)下，如果學(xué)生所完成的例題數(shù)量達(dá)到了80%以上，該學(xué)生的名字會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色標(biāo)記，以起到激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)的作用。

四、開(kāi)放教育自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)面臨的問(wèn)題

開(kāi)放教育自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)在具體的構(gòu)建和設(shè)計(jì)中，主要面臨一些技術(shù)難題，如數(shù)據(jù)采集效率低、數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)困難、數(shù)據(jù)兼容性不高等問(wèn)題，為此，技術(shù)人員要重視對(duì)這些問(wèn)題的分析和解決。

(一)數(shù)據(jù)采集問(wèn)題

數(shù)據(jù)采集作為開(kāi)放教育自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的核心，主要面臨以下技術(shù)問(wèn)題，開(kāi)發(fā)人員需要重點(diǎn)分析和解決數(shù)據(jù)采集問(wèn)題。據(jù)相關(guān)專(zhuān)家記載：“研究數(shù)據(jù)采集技術(shù)和問(wèn)題的工作達(dá)到了99%”從這一數(shù)據(jù)，可以看出，數(shù)據(jù)采集面臨著很大的挑戰(zhàn)和困難。此外，所采集的數(shù)據(jù)除了包含用戶(hù)的個(gè)人基本信息外，還包含行為數(shù)據(jù)等海量過(guò)程性數(shù)據(jù)，如何高效快捷地采集這些數(shù)據(jù)是技術(shù)人員必須解決和思考的問(wèn)題。

(二)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問(wèn)題

在大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用背景下，開(kāi)放教育自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)在具體的構(gòu)建中，經(jīng)常面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問(wèn)題，在對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)期間，通常會(huì)涉及多種先進(jìn)的數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)以及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等各種技術(shù)的挑戰(zhàn)，例如：計(jì)算機(jī)硬件數(shù)據(jù)分析能力、超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)以及分布式計(jì)算技術(shù)等。這些技術(shù)仍然處于發(fā)展階段，至今沒(méi)有形成比較成熟的商業(yè)產(chǎn)品。

(三)數(shù)據(jù)兼容性問(wèn)題

開(kāi)放教育自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)在具體的構(gòu)建中，由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)千差萬(wàn)別，曠職數(shù)據(jù)編碼格式也存在一定的差異性，導(dǎo)致各個(gè)系統(tǒng)之間無(wú)法快捷、有效地共享數(shù)據(jù)，造成這一問(wèn)題出現(xiàn)的根本原因是各個(gè)系統(tǒng)在建設(shè)期間沒(méi)有形成系統(tǒng)、完善的數(shù)據(jù)規(guī)劃?rùn)C(jī)制，導(dǎo)致數(shù)據(jù)平臺(tái)缺乏一定的兼容性和統(tǒng)一性。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，設(shè)計(jì)一套功能強(qiáng)大、性能良好的開(kāi)放教育自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，通過(guò)利用該系統(tǒng)不僅可以拓展學(xué)生的知識(shí)面，還能為學(xué)生提供多樣化的學(xué)習(xí)資源和個(gè)性化的學(xué)習(xí)方式，從而對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行有目的、有針對(duì)性地指導(dǎo)。對(duì)于學(xué)校管理人員而言，通過(guò)利用該系統(tǒng)，可以對(duì)學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)情況進(jìn)行智能化分析和預(yù)測(cè)，并將最終的預(yù)測(cè)結(jié)果形象、直觀(guān)地呈現(xiàn)在用戶(hù)面前，為相關(guān)決策的制定提供重要的依據(jù)和參考。