基于大數(shù)據(jù)畫像的軟件基礎(chǔ)精準教學(xué)

趙 莉

(遼寧工業(yè)大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

計算機軟件教學(xué)是高校計算機的基礎(chǔ)入門課程。學(xué)生們由不同的城市或地區(qū)進入大學(xué)，對計算機的基礎(chǔ)知識存在著較大的差異。講授計算機軟件基礎(chǔ)知識的教師試圖找到更好的方法來教授不同水平的學(xué)生，例如：翻轉(zhuǎn)課堂、任務(wù)驅(qū)動教學(xué)、MOOC 和分層教學(xué)、在線和離線混合等等。雖然取得了一定成績，但效果并不理想。原因在于采用普遍性的教學(xué)方法，對某些同學(xué)并不適用。再者，教師管理的學(xué)生太多，不能完整掌握每個學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。而今，大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)為可以解決這一難題。通過大數(shù)據(jù)及畫像技術(shù)可以動態(tài)跟蹤每個學(xué)生，并根據(jù)學(xué)生的生活習(xí)慣、日常行為等畫像結(jié)果，預(yù)測學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)時間及成績，并給出預(yù)警，實現(xiàn)精準教學(xué)及個性化輔導(dǎo)。

一、大數(shù)據(jù)和畫像技術(shù)

大數(shù)據(jù)是一個動態(tài)的定義，不同的行業(yè)有不同的理解。通常認為大數(shù)據(jù)的特征在于大的數(shù)據(jù)量，類型和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，新數(shù)據(jù)創(chuàng)建和增值速度快，數(shù)據(jù)值密度低。但是，數(shù)據(jù)的整體價值正在提高，這反映在統(tǒng)計特征、事件檢測、相關(guān)性和假設(shè)檢驗中。如今，大數(shù)據(jù)技術(shù)不但可以服務(wù)于互聯(lián)網(wǎng)、金融、醫(yī)療、營銷等各個領(lǐng)域，同樣可以為教育領(lǐng)域提供支撐技術(shù)。眾所周知，傳統(tǒng)的教育決策依據(jù)常識和習(xí)慣作出，而大數(shù)據(jù)時代的教育決策要依賴于教師和學(xué)生的行為來決策。因此，教育大數(shù)據(jù)在精準教育中起著重要作用。

畫像技術(shù)是近年興起的技術(shù)，與數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)密切相關(guān)。通過數(shù)據(jù)挖掘與建模,建立描繪用戶的標簽。畫像的輸出由多個標簽中的特定標簽值組成。用戶畫像可以幫助我們進行精準營銷、用戶研究、個性服務(wù)、商業(yè)決策等。對高等學(xué)校學(xué)生進行畫像，幫助教師掌握學(xué)生性格、學(xué)習(xí)習(xí)慣、愛好、購物、閱讀、成績等相關(guān)信息，了解學(xué)生狀況及存在問題，從而對學(xué)生進行干預(yù)，實現(xiàn)針對性、個性化教學(xué)服務(wù)。

二、精準化教學(xué)設(shè)計

精準教學(xué)的前提是數(shù)據(jù)的獲取。對獲得的數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)大數(shù)據(jù)及畫像技術(shù)，可以精準進行教學(xué)設(shè)計。設(shè)計模式劃分為3 個部分：基于數(shù)據(jù)的以學(xué)定教；基于數(shù)據(jù)的因材施教；基于數(shù)據(jù)的以評促教。精準化教學(xué)設(shè)計如圖1。

圖1 精準教學(xué)設(shè)計模式

（一）數(shù)據(jù)獲取

目前，幾乎所有的高校都建立了智慧平臺，大學(xué)生的活動基本上依賴于智慧平臺的校園一卡通。教師的教學(xué)行為也同樣依賴于一卡通。平臺數(shù)據(jù)包括學(xué)生在食堂就餐、超市購物、圖書館借書、出入宿舍、教學(xué)樓打水、洗浴、登陸在線考試模擬系統(tǒng)等日常行為軌跡。在智慧平臺準確方便的獲取日常數(shù)據(jù)后，通過對數(shù)據(jù)進行整理分析，得出畫像結(jié)果,為精準教學(xué)提供決策及提供動態(tài)支持。

智慧平臺選課系統(tǒng)提供多種軟件編程語言供學(xué)生選擇，并且提供不同等級劃分：0 基礎(chǔ)班、標準班及提高班等。按照學(xué)生分班測試成績自愿、自主選擇語言，實現(xiàn)動態(tài)分流。根據(jù)智慧平臺獲取的數(shù)據(jù)建立相應(yīng)數(shù)學(xué)模型，對數(shù)據(jù)進行分析。根據(jù)分析結(jié)果，對學(xué)生進行個性化畫像。根據(jù)畫像結(jié)果對學(xué)生進行分級教學(xué)、因材施教。

近年來，隨著在線教育平臺的興起，中國大學(xué)MOOC和在線學(xué)堂等許多大型在線教室平臺已經(jīng)興起。各大學(xué)也紛紛建立了符合本校學(xué)生的教學(xué)平臺，如圖2所示。通過學(xué)生在線學(xué)習(xí)的行為數(shù)據(jù)，例如：在線課堂的出勤率，視頻觀看點數(shù)，作業(yè)完成進度，論壇討論次數(shù)等，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的興趣與存在的問題，從而調(diào)整目標的深度和難度，制定相應(yīng)的干預(yù)策略、激勵機制等來指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為。

圖2 我校教學(xué)統(tǒng)計平臺

（二）確定教學(xué)目標

計算機軟件基礎(chǔ)課程提供多種編程語言，根據(jù)平臺數(shù)據(jù)分析，非計算機的電類、建筑和車輛專業(yè)的學(xué)生擅長數(shù)學(xué)和英語。經(jīng)大數(shù)據(jù)分析他們對計算機基礎(chǔ)非常感興趣，并且渴望探索未知的世界，學(xué)習(xí)C 語言課程比較合適。對于化工、機械類及會計等專業(yè)學(xué)生，對他們的成績及行為進行分析后適合學(xué)習(xí)VB 語言。而如傳播等藝術(shù)或文科類學(xué)生，python 語言更適合。對于層次不同的班級，授課教師對所教授的語言做進一步細化和量化。對于0 基礎(chǔ)班，采用多講多練，強化教師指導(dǎo)作用，加強基礎(chǔ)知識及項目實踐的訓(xùn)練。教師起到陪練作用，幫助學(xué)生盡快進入最佳學(xué)習(xí)狀態(tài)并進階。對于標準班，強化教學(xué)和更多實踐，系統(tǒng)學(xué)習(xí)+項目實踐。教師在教學(xué)中起指導(dǎo)作用，穿線并解析關(guān)鍵點和難點。對于提高班，采用以練代講，學(xué)生自主練習(xí)、自主講課，是自主學(xué)習(xí)+項目實踐的學(xué)習(xí)模式。教師起到教練員的作用。這部分學(xué)生有能力參加各種計算機類的競賽，使課堂與竟賽相結(jié)合，以賽促課。

（三）構(gòu)造立體化教學(xué)資源包

確立精確的教學(xué)目標后，需要建立完善的教學(xué)資源庫。構(gòu)建立體化教學(xué)資源包，包括在MOOC平臺上上傳教師的視頻、教學(xué)日歷、教學(xué)大綱、教學(xué)PPT、難點及重點、典型例題及解決分析方案，舉一反三實踐項目、計算機常見算法、由淺入深的競賽題目等。教學(xué)采用項目驅(qū)動教學(xué)法，鼓勵學(xué)生在智慧平臺進行課前、課中、課后自主學(xué)習(xí)內(nèi)容。平臺提供知名 MOOC 平臺的鏈接。教師可以在網(wǎng)上回答問題，提供無紙化考試系統(tǒng)模擬練習(xí)，對教學(xué)效果進行評價，根據(jù)評價結(jié)果精準調(diào)整教學(xué)內(nèi)容及方式，并對未來年級教學(xué)進行規(guī)劃預(yù)測。

（四）學(xué)生畫像

1.綜合畫像。精準教學(xué)是以課程標準、教材和學(xué)習(xí)者發(fā)展的實際情況為依據(jù)，遵循學(xué)科教學(xué)規(guī)律、學(xué)習(xí)者成長規(guī)律和認知規(guī)律，關(guān)注課堂教學(xué)的價值，準確把握教學(xué)目標以及教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建并細化教學(xué)過程。實現(xiàn)精準教學(xué)依賴于現(xiàn)代大數(shù)據(jù)的支持。通過行為數(shù)據(jù)對學(xué)習(xí)者進行畫像。行為數(shù)據(jù)包括學(xué)生生活行為數(shù)據(jù)及學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)。生活行為數(shù)據(jù)包括就餐、購物、運動、個人衛(wèi)生習(xí)慣，進入宿舍及離開宿舍時間及社交等。學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)包括借還書信息、出入圖書館及教室時間、登陸MOOC 次數(shù)和時間及登陸免費機房模擬考試系統(tǒng)等日常行為軌跡。根據(jù)這些數(shù)據(jù)的行為信息設(shè)計畫像系統(tǒng)。畫像系統(tǒng)的畫像因子根據(jù)努力程度和生活規(guī)律確定。努力程度因子為量化的學(xué)生學(xué)習(xí)時間。通過智慧一卡通獲得學(xué)生訪問學(xué)習(xí)地點的次數(shù)，例如，訪問教學(xué)樓、訪問圖書館大概率判定為努力因子。另一畫像因子為生活規(guī)律性。根據(jù)一卡通獲得學(xué)生停留宿舍的時間數(shù)據(jù)、餐飲習(xí)慣、購物習(xí)慣、衛(wèi)生習(xí)慣等數(shù)據(jù)。通過挖掘生活規(guī)律數(shù)據(jù)得出：學(xué)生的自我控制、自我約束能力等與生活規(guī)律性存在關(guān)聯(lián)。通過對畫像因子與成績關(guān)系的研究，得出努力程度和生活規(guī)律 呈顯著正相關(guān)性，如圖3 的示意圖。

圖3 學(xué)生綜合畫像結(jié)果示例

另外，根據(jù)學(xué)生活動地點與次數(shù)，建立學(xué)生社交關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，對比得出學(xué)生的成績與朋友們的平均分數(shù)呈正相關(guān)性。根據(jù)努力程度、生活規(guī)律性和社交關(guān)系網(wǎng)絡(luò)以及歷史的學(xué)習(xí)成績，對學(xué)生進行綜合畫像及早發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在的問題，實現(xiàn)精準輔導(dǎo)、精準教育。

2.依據(jù)MOOC 平臺大數(shù)據(jù)對學(xué)習(xí)成績進行畫像。教師的教學(xué)行為和學(xué)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)為教育決策提供實時動態(tài)的數(shù)據(jù)支撐。在MOOC 平臺依據(jù)學(xué)生對各章節(jié)知識點掌握程度數(shù)據(jù)、作業(yè)成績、討論分布數(shù)據(jù)進行分析畫像，及時掌握學(xué)生學(xué)習(xí)動態(tài)。對部分學(xué)生提供成績預(yù)警，人為干預(yù)。對普遍性問題采取必要的措施及時調(diào)整教學(xué)方向，以達到精準教育。成績畫像結(jié)果如圖4 所示。

圖4 成績畫像部分曲線

（五）精準輔導(dǎo)

參照布魯姆教育目標分類法，以“練”為核心，設(shè)計挑戰(zhàn)度由低到高的階梯化學(xué)習(xí)路線。初級階段，學(xué)會閱讀范例代碼，改寫程序，仿寫程序，舉一反三。中級階段，學(xué)習(xí)編寫代碼，實現(xiàn)程序設(shè)計，并可以找出程序中的錯誤，對錯誤程序進行調(diào)試。高級階段，培養(yǎng)程序優(yōu)化，綜合應(yīng)用，創(chuàng)新應(yīng)用的能力。按課程目標，實現(xiàn)精準輔導(dǎo)，從閱讀范例代碼、改寫仿寫程序，到設(shè)計和調(diào)試錯誤程序，再到程序優(yōu)化、綜合應(yīng)用和創(chuàng)新應(yīng)用，學(xué)生的能力在自主的情況下逐步提高，并且在教師幫助下得以實現(xiàn)個性化和差異化的學(xué)習(xí)目標。

（六）精準評學(xué)

大數(shù)據(jù)的興起，評價依據(jù)從主觀經(jīng)驗到客觀數(shù)據(jù)，從人工評價到智能評價，評價方式從總結(jié)式評價到過程式評價，評價內(nèi)容從單一評價到綜合評價。使教學(xué)評教從經(jīng)驗評教走向數(shù)據(jù)評教，從宏觀評教走向個體評教，從單一走向綜合。

首先，充分利用基于數(shù)據(jù)的過程性和發(fā)展性評價，以及同時強調(diào)能力與成就的多重綜合評估。以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)精確的學(xué)情診斷及趨勢預(yù)測、準確推薦學(xué)習(xí)資源、量身定制職業(yè)規(guī)劃、個性化分析模型以及線上與線下結(jié)合的教學(xué)支持等。其次，結(jié)合學(xué)生行為大數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)對學(xué)生行為的全面描述及跟蹤，根據(jù)科學(xué)診斷使學(xué)生對自己的行為進行了解并修正，以達到完善和提升的目的。圖5 為評價曲線。

三、結(jié)束語

基于一卡通登陸圖書館、智能教室等獲得業(yè)務(wù)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)日志等數(shù)據(jù)，對學(xué)習(xí)者的行為數(shù)據(jù)進行定量分析與數(shù)學(xué)建模，結(jié)合學(xué)校MOOC 平臺計算機軟件課程的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，對學(xué)生的行為及成績進行分析畫像。根據(jù)畫像結(jié)果掌握學(xué)生學(xué)習(xí)成績狀況及產(chǎn)生狀況的原因。因人而異，提出不同的建議和警示，同時教師亦可根據(jù)畫像結(jié)果調(diào)整教學(xué)大綱及教學(xué)內(nèi)容。