基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的在線教學(xué)分析

劉克禮

(安徽廣播電視大學(xué) 信息與工程學(xué)院，安徽 合肥 230022)

教學(xué)分析是教育管理中的重要環(huán)節(jié)，是進行有效教學(xué)、提高教育質(zhì)量的有力保證。隨著教育信息化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)在線教育的持續(xù)發(fā)展，這種突破時間和空間限制的教學(xué)及學(xué)習(xí)方式，為學(xué)習(xí)者提供了便利，也使得在線學(xué)習(xí)平臺積累了大量的教學(xué)及學(xué)習(xí)記錄數(shù)據(jù)。在線教育快速發(fā)展為廣大學(xué)習(xí)者提供了方便、優(yōu)質(zhì)的教學(xué)服務(wù)，同時在線教育也存在著監(jiān)控不力，也就是說學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程得不到有效監(jiān)督。特別是網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)效果以及網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)影響因素等，這也是目前國內(nèi)外學(xué)者集中研究的重點問題[1]。運用關(guān)聯(lián)規(guī)則尋找教學(xué)活動之間的內(nèi)在聯(lián)系，為教學(xué)改革和管理提供科學(xué)依據(jù)[2]。通過關(guān)聯(lián)規(guī)則分析方法，深入研究課程的內(nèi)在聯(lián)系，探尋在線學(xué)習(xí)的規(guī)律，從而更好地開展教學(xué)工作，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

1 關(guān)聯(lián)規(guī)則與數(shù)據(jù)挖掘

數(shù)據(jù)挖掘就是在數(shù)據(jù)存儲倉庫中，自動地發(fā)現(xiàn)有用信息的過程，即從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機的實際應(yīng)用數(shù)據(jù)中，提取隱含在其中事先未發(fā)現(xiàn)但有意義的數(shù)據(jù)，因此，數(shù)據(jù)挖掘又稱作知識發(fā)現(xiàn)，隨著教育信息化不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在教育領(lǐng)域也受到普遍關(guān)注[3]。

2 基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的教學(xué)分析

2.1 問題提出

基于網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)發(fā)展至今，其辦學(xué)規(guī)模、教學(xué)效果都取得了長足的發(fā)展。目前，基于網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)還是缺少監(jiān)控和評價，學(xué)習(xí)成果的考核基本采用期末考試與平時網(wǎng)上行為加權(quán)來評定。期末考試通常是紙質(zhì)筆試或機考的方式進行，網(wǎng)上學(xué)習(xí)行為通常也是網(wǎng)上作業(yè)，或是統(tǒng)計課程點擊次數(shù)、或是統(tǒng)計在線時長進行評定。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)設(shè)計、教學(xué)內(nèi)容的安排是否合理，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)進行學(xué)習(xí)的成效如何等都無法準(zhǔn)確的衡量[5]。如何充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺積累的這些學(xué)習(xí)記錄和課程數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)進行深度分析，找出其潛在的價值，為優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)提供有力保障，這就需要對數(shù)據(jù)進行分析挖掘。利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的關(guān)聯(lián)規(guī)則，對在線學(xué)習(xí)平臺中積累的數(shù)據(jù)進行挖掘，將關(guān)聯(lián)規(guī)則應(yīng)用于在線學(xué)習(xí)的教學(xué)分析，分析教學(xué)效果、學(xué)生的網(wǎng)上學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)成效等因素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

2.2 數(shù)據(jù)收集

本研究所用數(shù)據(jù)來自于在線教學(xué)平臺，該平臺提供了課程各章節(jié)的視頻資源、重難點輔導(dǎo)文本、重點內(nèi)容的拓展閱讀資料、課程的導(dǎo)學(xué)及期末復(fù)習(xí)資料、單元在線測試等。同時平臺還記錄了學(xué)生在線學(xué)習(xí)情況，如資源的點擊量、在線時長、單元測試成績等數(shù)據(jù)。

除了上述平臺記錄的在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)外，本研究所使用的數(shù)據(jù)還包括學(xué)生個人信息、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)課程期末考試成績。通過對在線學(xué)習(xí)平臺各學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)與課程的考試成績進行關(guān)聯(lián)分析，挖掘其中的潛在的聯(lián)系，為教師更加科學(xué)地進行課程教學(xué)設(shè)計，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率提供支持服務(wù)。

2.3 數(shù)據(jù)處理

在線學(xué)習(xí)平臺中記錄的數(shù)據(jù)通常是不完整的，這些數(shù)據(jù)存在噪聲和離群點，數(shù)據(jù)遺漏、不一致或重復(fù)，數(shù)據(jù)有偏差的情況。這些原始數(shù)據(jù)需要加以處理，一方面是要提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，另一方面要讓數(shù)據(jù)更好地適應(yīng)數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)分析就是要找出在線平臺各教學(xué)環(huán)節(jié)之間及教學(xué)環(huán)節(jié)與考試成績之間的聯(lián)系。這些數(shù)據(jù)均為連續(xù)性數(shù)據(jù)，而關(guān)聯(lián)規(guī)則算法主要是針對離散屬性值進行數(shù)據(jù)分析，因此需要對這些數(shù)據(jù)進行離散化處理。

數(shù)據(jù)離散化方法主要有三類：無監(jiān)督和有監(jiān)督離散化、全局和局部離散化、動態(tài)和靜態(tài)離散化，其中無監(jiān)督離散化又包括等寬分箱法和等頻分箱法[6]。等寬方法將屬性的值域劃分成具有相同寬度的區(qū)間，這種方法可能受離群點的影響，以至于對噪點過于敏感，不能把屬性值分布到各個區(qū)間，導(dǎo)致有些區(qū)間的數(shù)值分布不均，這樣可能會損壞離散化之后建立的數(shù)據(jù)模型。等頻方法是將相同數(shù)量的記錄放在每個區(qū)間，保證每個區(qū)間的數(shù)量基本一致，不會像等寬離散那樣出現(xiàn)某些區(qū)間記錄過的多或過少的情況。本研究采用無監(jiān)督離散化的等頻分箱法進行數(shù)據(jù)分類。

以2017年秋季至2018秋季三個學(xué)期的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)課程網(wǎng)上學(xué)習(xí)記錄及考試成績數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，離散化分類的屬性為期末考試成績、在線單元測試成績、在線時間及資源學(xué)習(xí)進度，各屬性離散化編碼表如表1所示。

表1 各屬性離散化編碼表

在對學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)各屬性進行分類時，特別關(guān)注考試成績在60分以下的數(shù)據(jù)，將60分以下的數(shù)據(jù)分為兩類，因此根據(jù)等頻分箱法分為四個類別；單元測試屬性也是如此分為四個分類；課程網(wǎng)上視頻總時長8.8小時，因此將0至8.8小時設(shè)為一個分類，然后參照學(xué)生在線學(xué)習(xí)的時間分布，分為四個分類；此外，依據(jù)學(xué)習(xí)平臺上資源學(xué)習(xí)的情況，將資源學(xué)習(xí)進度分為四個分類。

2.4 關(guān)聯(lián)規(guī)則結(jié)果分析

采用的關(guān)聯(lián)規(guī)則算法是基于Apriori的算法，利用在線學(xué)習(xí)平臺積累的原始數(shù)據(jù)，挖掘平臺中數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)課程學(xué)生的在線時長、資源學(xué)習(xí)進度、單元測試成績及期末考試成績之間的關(guān)系。通過數(shù)據(jù)挖掘，最終得到6條關(guān)聯(lián)規(guī)則。

試驗分為4組，對照組（100%基礎(chǔ)精料+黃貯飼料）、試驗1組（80%基礎(chǔ)精料+膨化秸稈生物發(fā)酵飼料）、試驗2組（70%基礎(chǔ)精料+膨化秸稈生物發(fā)酵飼料）、試驗3組（60%基礎(chǔ)精料+膨化秸稈生物發(fā)酵飼料）。其中100%精料即按體重的1.2%給予精料。

規(guī)則1：在線時長=“H1”，資源學(xué)習(xí)進度=“J1”，單元測試成績=“C4”，期末考試成績=“D4”，支持度位0.382，置信度為0.812。學(xué)習(xí)中投入的時間較少，期末考試成績較低。

規(guī)則2：在線時長=“H2”，資源學(xué)習(xí)進度=“J2”，單元測試成績=“C3”，期末考試成績=“D3”，支持度位0.368，置信度為0.711。基本上能能完成在線課程的視頻學(xué)習(xí)， 學(xué)習(xí)了部分文本資源，單元測試成績有待提高，考試成績接近及格。

規(guī)則3：在線時長=“H2”，資源學(xué)習(xí)進度=“J4”，單元測試成績=“C1”，期末考試成績=“D1”，支持度位0.358，置信度為0.801。期末考試成績分數(shù)較高，系統(tǒng)學(xué)習(xí)了課程各類資源。

規(guī)則4：在線時長=“H3”，資源學(xué)習(xí)進度=“J3”，單元測試成績=“C1”，期末考試成績=“D1”，支持度位0.418，置信度為0.832。期末考試成績分數(shù)較高，在線學(xué)習(xí)時間能滿足課程學(xué)習(xí)的需要。

規(guī)則5：在線時長=“H4”，資源學(xué)習(xí)進度=“J3”，單元測試成績=“C3”，期末考試成績=“D3”，支持度位0.312，置信度為0.731。在線學(xué)習(xí)的時間超20小時，沒能較好完成單元測試，以致考試成績并不理想。

規(guī)則6：在線時長=“H4”，資源學(xué)習(xí)進度=“J2”，單元測試成績=“C3”，期末考試成績=“D3”，支持度位0.322，置信度為0.741。在線學(xué)習(xí)的時間超20小時，但時間多集中在少數(shù)資源上。

分析上述6條規(guī)則，如果學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)達到一定時長，資源學(xué)習(xí)時間分布合理，則考試成績較高；當(dāng)學(xué)生的在線學(xué)習(xí)較少，或?qū)W習(xí)集中在部分資源上，則考試成績較低。

3 結(jié)果分析

通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺中數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)課程的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)規(guī)則分析，篩選出較高支持度和置信度的6條規(guī)則，發(fā)現(xiàn)了學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)平臺進行課程學(xué)習(xí)中存在的問題，對于教師的教學(xué)設(shè)計、教學(xué)管理及學(xué)生的自主學(xué)習(xí)都有著一定的指導(dǎo)意義。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過程中，教師更多注重課程的教學(xué)設(shè)計，特別是學(xué)習(xí)任務(wù)的布置，對于學(xué)生的學(xué)習(xí)督促和指導(dǎo)不夠，這不利于學(xué)生的學(xué)習(xí)，也不利于老師的個性化教學(xué)。依據(jù)數(shù)據(jù)挖掘的結(jié)果，為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)課程教學(xué)提出幾條相關(guān)信息和教學(xué)建議：

3.1 有效的在線學(xué)習(xí)與期末考試成績有密切關(guān)聯(lián)

根據(jù)關(guān)聯(lián)結(jié)果分析，學(xué)生在線學(xué)習(xí)時間越多，點擊的資源數(shù)量及類型越多，且單元測試成績較好，期末考試就會取得好成績；同時發(fā)現(xiàn)，在線時間超過20小時，且瀏覽資源較少的學(xué)生考試成績均不理想，這說明學(xué)生沒有進行有效的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，存在著應(yīng)付學(xué)習(xí)的情況。學(xué)生在學(xué)習(xí)課程之前，往往缺乏對資源的選擇能力，也不清楚課程重點及難點；同時部分學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識不夠，學(xué)習(xí)中存在著走馬觀花的現(xiàn)象。

為此，課程教師需要加強網(wǎng)絡(luò)教學(xué)設(shè)計能力，加強資源選擇、開發(fā)能力。在課程頁面的顯著位置告知學(xué)生課程的學(xué)習(xí)方法，課程重點、難點知識。根據(jù)課程特點增加課程實踐，實踐依托一個具體的項目，以項目為載體，知識點為學(xué)習(xí)單元，采用基于項目貫穿式課程體系知識點方法進行實踐教學(xué)。加強網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的監(jiān)控，如在視頻學(xué)習(xí)中增加答題環(huán)節(jié)，以測試學(xué)生學(xué)習(xí)效果。增強師生交流，定期開展網(wǎng)上實時答疑活動，解決網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中遇到的疑問。

3.2 簡潔明了、個性化的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)模塊能提高學(xué)習(xí)效率

通過關(guān)聯(lián)分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)文字輔導(dǎo)材料與期末考試成績關(guān)聯(lián)性不強，說明純文字的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資料對學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)這門課程沒有起到促進作用。課程在線學(xué)習(xí)平臺不只是教材內(nèi)容的搬遷，更應(yīng)該注重知識的易學(xué)性和實踐性，在學(xué)習(xí)平臺中增加習(xí)題輔導(dǎo)解析、實踐模擬操作等板塊，讓學(xué)生在理論知識學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上提升實踐動手能力。

3.3 輔導(dǎo)教師的監(jiān)督和引導(dǎo)有助于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)

基于網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)是人機交互式學(xué)習(xí)，需要學(xué)生有較強的自主學(xué)習(xí)能力。研究中發(fā)現(xiàn)教師適當(dāng)?shù)谋O(jiān)督和引導(dǎo)，有助于提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)效率。首先，教師實時引導(dǎo)有助于學(xué)生掌握課程的學(xué)習(xí)方法，了解課程的學(xué)習(xí)安排、課程重難點等，為課程的學(xué)習(xí)打下一個良好的基礎(chǔ)；其次，學(xué)習(xí)全過程監(jiān)控，及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，對未按課程教學(xué)安排完成網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)任務(wù)的學(xué)生給予反饋；最后，適時的網(wǎng)上交流，暢通教師與學(xué)生溝通渠道，解決在學(xué)習(xí)過程中的疑惑，消除在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中產(chǎn)生孤獨感。因此，需要加強基于網(wǎng)絡(luò)的溝通能力、組織引導(dǎo)能力的培養(yǎng)，以便更好地共享、交流信息和知識，確保網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的正常有序進行。

4 結(jié)語

利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對學(xué)習(xí)平臺積累的數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)規(guī)則分析，研究網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)要素和學(xué)習(xí)成績之間的內(nèi)在聯(lián)系，找出影響網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)效果的因素，為改進網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)方式，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，提高網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)質(zhì)量提供數(shù)據(jù)支持。