基于智慧教育的學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)研究

尤耀華

摘要：文章先對(duì)智慧教育的學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)分析的基本情況進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，指出了基于智慧教育的學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的應(yīng)用原則，并給出了相應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例來分析智能教育背景下的學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，在學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)的收集、個(gè)性化學(xué)習(xí)特征的分析、課程推薦與學(xué)習(xí)規(guī)劃的優(yōu)化，以及掌握學(xué)習(xí)社區(qū)中個(gè)體與群體的學(xué)習(xí)行為模式進(jìn)行研究，希望能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)教育資源的優(yōu)化配置，提升科技對(duì)教育的作用。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù);智慧教育;學(xué)習(xí)分析

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）15-0045-03

引言：隨著信息技術(shù)不斷改進(jìn)，人們生活的方方面面都發(fā)生了重大的變化，在教育領(lǐng)域，信息技術(shù)的使用有效地改變了傳統(tǒng)的教育資源配置模式，為教育公平的問題解決提供了有價(jià)值的參考，基于智能教育的學(xué)習(xí)型大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，可以整合和優(yōu)化學(xué)習(xí)者的海量資源，為提高教學(xué)的針對(duì)性和有效性提供技術(shù)支持和數(shù)據(jù)支持，有利于提高教學(xué)質(zhì)量和效果[1]。

1 智慧教育的學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)分析基本情況介紹

1.1 智慧教育的內(nèi)涵及價(jià)值

基于在線教育平臺(tái)，以大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)為支撐，對(duì)學(xué)習(xí)過程和教學(xué)資源進(jìn)行智能監(jiān)控和管理，稱為智能教育。[2]從其中海量的數(shù)據(jù)中進(jìn)行深度挖掘，找出其中表征教育質(zhì)量、學(xué)習(xí)者個(gè)人興趣、知識(shí)結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)習(xí)慣的因素，然后將結(jié)果進(jìn)行可視化處理，使管理者和教育者能夠有的放矢地進(jìn)行決策，為教育平臺(tái)管理者、教師、學(xué)生提供互利共贏的決策支持。在智慧教育的系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)化、精準(zhǔn)化、個(gè)性化是其主要的特點(diǎn)，不僅能夠?qū)Ξ?dāng)前學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況、個(gè)性化的需求進(jìn)行捕捉，而且能夠根據(jù)當(dāng)前的信息，對(duì)未來的學(xué)習(xí)趨勢(shì)進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)，智慧教育的發(fā)展有效地滿足學(xué)生個(gè)性化的學(xué)習(xí)需要，也對(duì)于教育資源不足和配置不平衡的問題提供了有益的解決方案。

1.2 基于智慧教育的學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)分析

基于智慧教育的學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)分析是對(duì)學(xué)生智慧教育中的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行信息的收集、特征的整合，能夠及時(shí)有效地了解學(xué)生以及學(xué)生所在的群體的知識(shí)掌握情況，這些數(shù)據(jù)為后期學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)劃的優(yōu)化、教師教學(xué)工作方法的改進(jìn)以及教育平臺(tái)的管理者的系統(tǒng)設(shè)計(jì)都提供了重要的支撐[3]。首先，當(dāng)學(xué)生登錄相應(yīng)的教育平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)資源或課程時(shí)，將根據(jù)學(xué)生的登錄時(shí)間、學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)互動(dòng)情況生成數(shù)據(jù)和記錄，課后反饋等能夠?qū)W(xué)生的個(gè)人志趣、學(xué)習(xí)行為特點(diǎn)等相關(guān)因素進(jìn)行反映，再根據(jù)這些因素能夠?qū)W(xué)生的知識(shí)掌握狀況進(jìn)行比較客觀、科學(xué)的評(píng)價(jià)，然后根據(jù)評(píng)價(jià)的結(jié)果，將教育資源進(jìn)行按需分配。對(duì)于教師來說，也能夠根據(jù)反饋中暴露出的教學(xué)的不足之處進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)，提升教學(xué)的質(zhì)量。

2 基于智能教育的學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的應(yīng)用

在智慧教育中，比較重要的一項(xiàng)環(huán)節(jié)是個(gè)性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)，指的是學(xué)生在學(xué)習(xí)課程的過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)中產(chǎn)生了大量的基礎(chǔ)和過程數(shù)據(jù)，通過進(jìn)行數(shù)據(jù)的清洗、整理和分析，根據(jù)這些情況建立起相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析模型，用來分析和預(yù)測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)的模式和知識(shí)掌握的程度，并進(jìn)一步將結(jié)果反饋給學(xué)生和教師。學(xué)生和教師根據(jù)反饋報(bào)告，教與學(xué)的過程分別進(jìn)行調(diào)整，包括收集學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)、分析個(gè)體特征、課程規(guī)劃和學(xué)習(xí)干預(yù)[4]，下面進(jìn)行詳細(xì)的敘述。

2.1 對(duì)相關(guān)的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)進(jìn)行收集

不同于以往的教學(xué)模式，智慧學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)的是以學(xué)習(xí)者為中心，并且主張的是開放式、主動(dòng)式的學(xué)習(xí)模式，在這一過程中，將在線學(xué)習(xí)與互動(dòng)課堂做到了有效的統(tǒng)一。如何收集大量關(guān)于學(xué)習(xí)行為的數(shù)據(jù)，從中找出學(xué)習(xí)行為的內(nèi)在規(guī)律，是智慧教育中的一個(gè)重要問題。在數(shù)據(jù)的采集中，往往采用xAPI數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行采集。

xAPI數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)前在線學(xué)習(xí)領(lǐng)域中學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)的有效標(biāo)準(zhǔn)，一方面能夠?qū)W(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動(dòng)、學(xué)習(xí)經(jīng)歷進(jìn)行記錄。另一方面，能夠?qū)ζ渲械臄?shù)據(jù)進(jìn)行檢索、讀取和寫入。當(dāng)有關(guān)的學(xué)習(xí)活動(dòng)被記錄時(shí)，就會(huì)以“主詞、動(dòng)詞、受詞”的形式進(jìn)行保存，生成“誰做了某件事”的格式報(bào)告，并以JSON 的格式存入學(xué)習(xí)記錄存儲(chǔ)中。出于安全性的考慮，在xAPI中還設(shè)置了安全機(jī)制OAuth[5]。在智慧學(xué)習(xí)的應(yīng)用平臺(tái)中，根據(jù)不同的學(xué)習(xí)行為，可以設(shè)計(jì)不同的事件采集器。并且由于不同學(xué)習(xí)場(chǎng)景下學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)具有差異，例如，在觀看視頻時(shí)的主要采集信息是視頻時(shí)長(zhǎng)、視頻停頓頻率、主要停頓點(diǎn)、是否有加速或慢放等操作。在互動(dòng)中，學(xué)生發(fā)帖的內(nèi)容、頻率、主題、回帖等都是重要的采集信息。

2.2 對(duì)個(gè)性化學(xué)習(xí)特征進(jìn)行整合分析

在智能學(xué)習(xí)中，分析學(xué)生學(xué)習(xí)行為的數(shù)據(jù)是最重要的目的之一，從而對(duì)學(xué)生的知識(shí)掌握情況進(jìn)行了解，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)進(jìn)行預(yù)測(cè)。由于教育數(shù)據(jù)的多層次、多粒度、多時(shí)域的特點(diǎn)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，往往需要運(yùn)用多種分析手段和方法，具體如表1所示。

為了清晰地呈現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)特征，掌握學(xué)生的行為規(guī)律，有必要在收集相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建一個(gè)分析模型，而基于智能教育的學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以有效地提取個(gè)體學(xué)習(xí)習(xí)慣的特征、變量的認(rèn)知能力，在通過將之與學(xué)生行為表現(xiàn)建立聯(lián)系，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)特征分析。第一步，要選擇相應(yīng)的分析方法對(duì)學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這一過程中的主要依據(jù)是學(xué)生的學(xué)習(xí)認(rèn)知規(guī)律、知識(shí)結(jié)構(gòu)特征等。通過數(shù)據(jù)聚類分析，可以分析學(xué)生學(xué)習(xí)中知識(shí)結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，并構(gòu)建相應(yīng)的評(píng)價(jià)模型來監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)效果[6]。第二步，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)，這就需要找到不同學(xué)習(xí)行為模式與學(xué)生課業(yè)成績(jī)之間的內(nèi)在聯(lián)系，可以采用分類、回歸等方法進(jìn)行。第三步，將分析結(jié)果進(jìn)行可視化處理。根據(jù)不同的信息特點(diǎn)選擇不同的呈現(xiàn)方式，對(duì)于日常行為數(shù)據(jù)，可以采用餅圖的形式。對(duì)于正確率方面的數(shù)據(jù)，可以采用折線圖的形式。對(duì)于學(xué)生的日常學(xué)習(xí)習(xí)慣，可以采用柱狀圖的表現(xiàn)方式。另外，對(duì)于一些特殊需要，也可以進(jìn)行專門的針對(duì)性的開發(fā)，提升信息的實(shí)效性。

2.3 完善和優(yōu)化課程推薦與學(xué)習(xí)規(guī)劃

學(xué)習(xí)過程是一個(gè)螺旋上升的循環(huán)過程，學(xué)生要經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)知識(shí)、獲得知識(shí)、轉(zhuǎn)化知識(shí)、創(chuàng)造知識(shí)的過程，在知識(shí)獲取和轉(zhuǎn)換過程中，對(duì)學(xué)生進(jìn)行必要的學(xué)習(xí)干預(yù)，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。通過對(duì)教育數(shù)據(jù)的深入分析和挖掘，提高學(xué)生的教育內(nèi)容和學(xué)習(xí)方式、習(xí)慣偏好進(jìn)行建模，然后根據(jù)學(xué)生的個(gè)性化需求，采用自動(dòng)化的導(dǎo)學(xué)服務(wù)，完善和優(yōu)化課程推薦與學(xué)習(xí)規(guī)劃。首先對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為特征進(jìn)行挖掘，得到學(xué)生對(duì)具體知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。然后以知識(shí)單元之間的認(rèn)知依賴關(guān)系為依據(jù)，根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求，將學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)單元進(jìn)行確定，對(duì)知識(shí)資源進(jìn)行編碼，構(gòu)建個(gè)性化、定制化的知識(shí)地圖，并將吸收標(biāo)簽鏈模型應(yīng)用于知識(shí)地圖[7]。建模完成后，計(jì)算知識(shí)點(diǎn)的中心度和知識(shí)點(diǎn)的難度綜合學(xué)習(xí)者的個(gè)人特質(zhì)，完善和優(yōu)化課程推薦與學(xué)習(xí)規(guī)劃，從而提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)質(zhì)量。

2.4用社區(qū)結(jié)合的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)分析

學(xué)習(xí)社區(qū)主要是以學(xué)習(xí)知識(shí)單元為主，有著共同的學(xué)習(xí)目標(biāo)和興趣愛好而成立的社交網(wǎng)絡(luò)。采用社區(qū)的方式，能夠提升學(xué)習(xí)的協(xié)作性，促進(jìn)學(xué)生建立交聯(lián)關(guān)系，更好地促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)與知識(shí)的獲得。受群體趨同性與穩(wěn)定性的影響，學(xué)習(xí)社區(qū)的建立能夠更好地幫助學(xué)生進(jìn)行社會(huì)化的學(xué)習(xí)認(rèn)知。用社區(qū)結(jié)合的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)分析，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)習(xí)者在群體中找到支持學(xué)習(xí)的動(dòng)力，進(jìn)一步抽象出學(xué)習(xí)交互中知識(shí)傳播、共享和創(chuàng)新的基本模式。在實(shí)際的應(yīng)用中，可以從對(duì)學(xué)習(xí)共同體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析、學(xué)習(xí)共同體的挖掘與識(shí)別，以及面向?qū)W習(xí)社區(qū)的對(duì)話分析入手，就學(xué)習(xí)共同體的發(fā)掘與認(rèn)同而言，主要是學(xué)習(xí)共同體中學(xué)生的互動(dòng)與討論信息進(jìn)行收集、分析，運(yùn)用社交網(wǎng)絡(luò)分析的方法進(jìn)行全局性、整體性的研究，對(duì)其中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、信息傳播模式、信息傳播關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效的抓取。也可以使用自然語言處理方法對(duì)學(xué)習(xí)社區(qū)中的學(xué)習(xí)者之間的對(duì)話進(jìn)行文本分析，可以就對(duì)話的內(nèi)容、形式、體裁、模式等對(duì)于分類和聚類處理，有必要注意這個(gè)鏈接需要使用對(duì)話數(shù)據(jù)的手動(dòng)注釋方法預(yù)先處理，通過對(duì)話模式分類器的構(gòu)建來建立完整的對(duì)話模型。

3 基于智慧教育的學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

在基于智慧教育的學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，我國(guó)的起步較晚，主要是一些高校針對(duì)學(xué)生的管理，而研發(fā)設(shè)計(jì)的學(xué)業(yè)預(yù)警系統(tǒng)。通過對(duì)學(xué)生的課業(yè)成績(jī)、在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、等級(jí)考試數(shù)據(jù)收集、整理、分析，將學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行展示和預(yù)測(cè)，對(duì)于一些表現(xiàn)不佳的學(xué)生發(fā)送相應(yīng)的警示提醒，使得及時(shí)糾正和改進(jìn)不良習(xí)慣。由于國(guó)外互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的早期發(fā)展，基于智能教育的學(xué)習(xí)型大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的應(yīng)用也比較完善。以美國(guó)為例，在高校中應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析的案例比較多，根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，僅美國(guó)的西部就有16 所高校開設(shè)相應(yīng)的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析項(xiàng)目，涉及的學(xué)習(xí)特征有將近40個(gè)變量。并且設(shè)計(jì)有專門的PAR 框架進(jìn)行管理和改進(jìn)，具體實(shí)現(xiàn)過程如圖2所示。

4 小結(jié)

智慧教育能夠很好地滿足學(xué)習(xí)者個(gè)性化的學(xué)習(xí)需求，通過學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)者海量學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的即時(shí)、快速的捕捉、收集、整理、分析，將雜亂的數(shù)據(jù)整合成具有高價(jià)值的信息，進(jìn)而對(duì)教育資源的優(yōu)化配置提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐和智力支持。在大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的支持下，極大地促進(jìn)了智慧教育的深入發(fā)展，相信在未來，智慧教育必將使更多的學(xué)習(xí)者和教師受惠，有效地促進(jìn)和提升教學(xué)質(zhì)量。

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