基于教學(xué)資源庫數(shù)據(jù)挖掘的教育教學(xué)改革研究

張承江 唐小燕 常興治

(常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇常州 213164)

0 引言

《職業(yè)教育提質(zhì)培優(yōu)行動計劃(2020—2023年)》要求實施職業(yè)教育信息化2.0建設(shè)行動，推動信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，利用現(xiàn)代信息技術(shù)推動高職院校教育教學(xué)改革[1]。職業(yè)教育專業(yè)教學(xué)資源庫(以下簡稱教學(xué)資源庫)建設(shè)是促進教學(xué)資源共享、提升教學(xué)質(zhì)量、推動教學(xué)現(xiàn)代化的重要途徑，也是高水平專業(yè)群建設(shè)的基礎(chǔ)，將引領(lǐng)職業(yè)教育的信息化建設(shè)和教育教學(xué)改革[2]。但隨著教育信息化發(fā)展進程的不斷推進，教學(xué)資源庫建設(shè)的新問題日益凸顯[3]，目前又面臨重新整合和優(yōu)化的契機。將數(shù)據(jù)采集挖掘和分析技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)資源庫學(xué)習(xí)平臺中，高效整合學(xué)習(xí)平臺資源，設(shè)計不同類型的數(shù)據(jù)采集和挖掘模型，可以提高教學(xué)過程中數(shù)據(jù)分析、資源推送的智能化水平，促進學(xué)生的個性化成長，不斷深化教育教學(xué)改革。

1 基于教學(xué)資源庫進行教育教學(xué)改革的必要性

1.1 教學(xué)資源庫是高職教育教學(xué)改革的關(guān)鍵所在

“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，教學(xué)資源庫是高職院校高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的核心支撐。在疫情防控常態(tài)化背景下，基于教學(xué)資源庫的在線學(xué)習(xí)需求激增，教學(xué)資源庫發(fā)揮著越來越重要的作用[4]。同時，以大數(shù)據(jù)分析、人工智能等信息技術(shù)為支撐的智慧教育模式已成為教育信息化發(fā)展的趨勢[5]，將大數(shù)據(jù)等技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)資源庫學(xué)習(xí)平臺，充分挖掘教學(xué)資源庫中教育數(shù)據(jù)的價值，可以提高課堂教學(xué)過程中數(shù)據(jù)分析、反饋評價、互動交流和資源推送的智能化、信息化水平，促進學(xué)生個性化成長，助推高職教育教學(xué)改革。

1.2 教學(xué)資源庫對教育教學(xué)改革的支撐作用明顯

教學(xué)資源庫自2010年正式啟動至今，已立項建設(shè)國家級資源庫204個，覆蓋所有專業(yè)大類[6]，拉動了省市級、校級教學(xué)資源庫建設(shè)，有力地推動了職業(yè)教育信息化進程[7]。教學(xué)資源庫日趨豐富，使用規(guī)模龐大，實現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的建設(shè)、整合和更新，直接引導(dǎo)著網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的深入發(fā)展和未來走向，對基于互聯(lián)網(wǎng)的教育教學(xué)模式改革和創(chuàng)新起到了積極推動作用。在“雙高計劃”引領(lǐng)下，教學(xué)資源庫是高職院校加強專業(yè)和課程建設(shè)、深化教育教學(xué)改革、實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源共享、提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要保證[8]，在高職院校教育理念、教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方式的改革中發(fā)揮著越來越重要的支撐作用。

2 目前教學(xué)資源庫存在的不足

2.1 建設(shè)層面

教學(xué)資源庫中，課程是資源組織和開展教學(xué)的基本單元。目前，教學(xué)資源庫課程資源建設(shè)路徑單一，對應(yīng)教材內(nèi)容固定。面向不同層次的學(xué)習(xí)者，提供固定的學(xué)習(xí)路徑和學(xué)習(xí)資源，導(dǎo)致學(xué)習(xí)活動千篇一律，無法提供個性化學(xué)習(xí)服務(wù)支持。另外，教學(xué)資源庫建設(shè)規(guī)劃時，課程之間缺少關(guān)聯(lián)標(biāo)識，無法從課程體系的角度為學(xué)生提供學(xué)習(xí)路徑服務(wù)，整個資源庫系統(tǒng)弱化為堆積學(xué)習(xí)資源的素材中心。

教學(xué)資源庫建設(shè)主體主要為高校教師，企業(yè)整體參與度低，存在“為建而建”的現(xiàn)象，甚至一些參建教師不能準(zhǔn)確理解資源庫建設(shè)的內(nèi)涵和意義，各類資源質(zhì)量參差不齊。有些教學(xué)資源內(nèi)容陳舊、呈現(xiàn)形式傳統(tǒng)；有些資源更新速度慢，或上架后無任何更新。從目前教學(xué)資源庫建設(shè)情況看，教學(xué)資源庫主要作用還停留在為教師教育教學(xué)和學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供資料來源的初步應(yīng)用階段，與融合新技術(shù)、新工藝的要求相去甚遠(yuǎn)，資源使用價值低，沒有充分發(fā)揮教學(xué)資源庫能學(xué)、輔教的功能，無法順應(yīng)“1+X”“百萬擴招”等時代主題，對促進教育教學(xué)改革的作用有限。

2.2 應(yīng)用層面

教學(xué)資源庫在應(yīng)用期間積累了大量的大數(shù)據(jù)，包含學(xué)習(xí)活動中的一些量化數(shù)據(jù)，如點擊率、參加人數(shù)、開課時間、結(jié)課時間等離散數(shù)據(jù)，還有學(xué)習(xí)者的一些終結(jié)考核數(shù)據(jù)，如課程考核得分等。目前教學(xué)資源庫對于學(xué)習(xí)者的過程性學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)缺少有效收集；資源庫未完全開放應(yīng)用數(shù)據(jù)分析功能模塊，教師難以全面地對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)活動進行評估，無法根據(jù)學(xué)習(xí)者的個性化需求進行資源的推薦選擇和優(yōu)化組合，導(dǎo)致資源閑置，無法充分調(diào)動用戶學(xué)習(xí)興趣以及激發(fā)學(xué)習(xí)者的自主學(xué)習(xí)能力。

在新時期職業(yè)教育改革中要重新思考和研究教學(xué)資源庫建設(shè)的意義價值及其路徑，挖掘與提升專業(yè)教學(xué)資源的效益[9]。教學(xué)資源庫可以結(jié)合科學(xué)的大數(shù)據(jù)思維和數(shù)據(jù)挖掘方法指導(dǎo)教育改革實踐，發(fā)揮資源庫中教育數(shù)據(jù)的巨大價值，發(fā)現(xiàn)教育規(guī)律，促使教育改革決策更加科學(xué)、教育服務(wù)更加精準(zhǔn)、教育方法更加智能，促進教育改革最優(yōu)化。

3 教學(xué)資源庫數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)構(gòu)建

基于教學(xué)資源庫中的各項數(shù)據(jù)資源，教師使用不同的教法開展教學(xué)活動，學(xué)生響應(yīng)教學(xué)進行不同形式的學(xué)習(xí)活動，從而構(gòu)建基于教學(xué)資源庫的資源與資源、人與資源、人與人有效聯(lián)結(jié)的教學(xué)生態(tài)。教學(xué)資源庫系統(tǒng)能夠獲取的個體學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)包括：學(xué)習(xí)者ID、登錄時間、學(xué)習(xí)時長、學(xué)習(xí)資源ID、學(xué)習(xí)資源類型、測試或考核成績等。

以數(shù)據(jù)驅(qū)動為理念，構(gòu)建教學(xué)資源庫數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，主要數(shù)據(jù)處理流程包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)挖掘分析、數(shù)據(jù)可視化等環(huán)節(jié)，挖掘資源庫平臺存有的海量資源靜態(tài)數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的動態(tài)數(shù)據(jù)，并對資源庫中的多源海量數(shù)據(jù)進行有效收集、處理及分析，以此作為提升“三教”(教師、教材、教學(xué))質(zhì)量的主要依據(jù)。

從信息處理的角度，教學(xué)資源庫數(shù)據(jù)可以分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要包含在構(gòu)建教學(xué)資源庫時發(fā)布的課程、素材、微課對應(yīng)的屬性值及其相互之間關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，應(yīng)用過程中產(chǎn)生的簽到、成績等量化值。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是指教學(xué)資源庫中的教學(xué)資料文本、視頻、音頻、圖片、評論等數(shù)據(jù)。兩者在數(shù)據(jù)存儲和挖掘分析時的處理方法也不相同，對于結(jié)構(gòu)化定量及關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)主要使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫進行存儲，并基于Python的Numpy、Pandas和Matplotlib庫進行分析處理呈現(xiàn)；對于其他文本、多媒體數(shù)據(jù)使用深層次的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)提取有用的、潛在的、可理解的知識模式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)預(yù)處理、關(guān)聯(lián)規(guī)則、分類、聚類等分析，如表1所示。

表1 教學(xué)資源庫數(shù)據(jù)分析處理方法

通過梳理教學(xué)資源庫中教師與學(xué)習(xí)者之間的交互關(guān)系，厘清教學(xué)過程中數(shù)據(jù)的類型與關(guān)聯(lián)關(guān)系，構(gòu)建數(shù)據(jù)處理流程，采集平臺數(shù)據(jù)、教學(xué)文檔和網(wǎng)站文本，對數(shù)據(jù)進行篩選、文本分詞和特征提取，使用結(jié)構(gòu)分析、相似度計算、文本分類等數(shù)據(jù)挖掘手段提取信息，最后使用可視化技術(shù)對挖掘信息進行呈現(xiàn)，開展數(shù)據(jù)驅(qū)動的教學(xué)過程分析與服務(wù)，可有效推動以教師、教材和教法改革為主體的教學(xué)改革。

4 基于教學(xué)資源庫的教育教學(xué)改革策略

教學(xué)資源庫建設(shè)與“三教”改革蘊含的基本元素是耦合的，教學(xué)資源庫是“三教”改革的有效載體，通過完善教學(xué)資源庫建設(shè)與深入應(yīng)用能夠引領(lǐng)“三教”改革。在新技術(shù)革命背景下，教學(xué)資源庫必須增強自身的適應(yīng)性，順應(yīng)時代的發(fā)展需要，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)豐富、傳播快、覆蓋面廣等優(yōu)勢，聚焦“三教”改革，提高教師素質(zhì)和能力，提升教材質(zhì)量，升級教法，構(gòu)建高職院校人才培養(yǎng)新格局[9]。

4.1 教師改革：理念先行、提升技術(shù)

1) 轉(zhuǎn)變觀念，樹立數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)理念。大數(shù)據(jù)在教學(xué)活動中的深度嵌入，為積極探索數(shù)據(jù)驅(qū)動型教學(xué)分析和決策提供了基礎(chǔ)。教師要轉(zhuǎn)變觀念，積極進行教學(xué)創(chuàng)新，思維模式要從“基于經(jīng)驗”向“數(shù)據(jù)驅(qū)動”轉(zhuǎn)變。教師在教學(xué)資源庫使用過程中，應(yīng)關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)行為過程數(shù)據(jù)，有意識地培養(yǎng)數(shù)據(jù)分析思維，收集身邊的教學(xué)數(shù)據(jù)，并學(xué)會使用一定的手段進行數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化教學(xué)組織模式，落實數(shù)據(jù)驅(qū)動精準(zhǔn)化教學(xué)的理念，體現(xiàn)教學(xué)資源庫的教學(xué)創(chuàng)新性。

2) 激發(fā)興趣，提升數(shù)據(jù)分析利用水平。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+職業(yè)教育”的迅猛發(fā)展，教師運用現(xiàn)代信息技術(shù)開發(fā)課程資源、線上線下應(yīng)用資源進行授課成為常態(tài)。教師要適應(yīng)信息化、人工智能等新技術(shù)變革和新時代學(xué)生成長規(guī)律，通過創(chuàng)造性轉(zhuǎn)化和不斷反思，將大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化等信息技術(shù)融入教學(xué)過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實施因材施教，激發(fā)學(xué)生興趣，提供有價值的教育，不斷推進高職教育理論與教育實踐的深化，體現(xiàn)教學(xué)資源庫的先進性。

4.2 教材改革：個性關(guān)聯(lián)、開放動態(tài)

1) 考慮差異，靈活組織教材資源。根據(jù)教學(xué)資源庫數(shù)據(jù)挖掘分析結(jié)果，考慮學(xué)習(xí)者個體具體需求，在開發(fā)課程資源時要將師生活動的各種主觀、客觀存在進行整合。為了彌補紙質(zhì)教材內(nèi)容更新不便、呈現(xiàn)方式枯燥等問題，可采用不同的信息化手段開發(fā)數(shù)字化教材，通過二維碼等形式建立紙質(zhì)教材與配套數(shù)字化資源之間的關(guān)聯(lián)，建立動態(tài)化、立體化的教材和教學(xué)資源體系。倡導(dǎo)使用新型活頁式、工作手冊式等線上線下一體化教材，突出職業(yè)特色，滿足“互聯(lián)網(wǎng)+職業(yè)教育”的新需求，適應(yīng)翻轉(zhuǎn)課堂、線上線下混合式教學(xué)等信息化教學(xué)模式，提高教學(xué)資源庫的應(yīng)用性。

2) 校企合作，建設(shè)開放式動態(tài)教學(xué)資源庫。教材內(nèi)容要滿足情境創(chuàng)設(shè)的需求、環(huán)境的要求、職業(yè)技能崗位工作場景需求等，與行業(yè)企業(yè)密切合作，貼近職業(yè)技能崗位工作。根據(jù)學(xué)習(xí)效果數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析結(jié)果，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，開發(fā)宜教宜學(xué)的動態(tài)、開放的教學(xué)資源庫，有效激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)欲望，使教學(xué)資源具備不斷支撐學(xué)習(xí)需求的能力，并跟隨信息技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)行業(yè)的變化情況及時更新，提高教學(xué)資源庫的學(xué)習(xí)便捷性和動態(tài)性。

4.3 教法改革：分析調(diào)整、智能輔助

1) 重視分析，及時調(diào)整教學(xué)策略。教師要從專業(yè)知識的權(quán)威說教者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，判斷學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)需求，評估學(xué)習(xí)進展，并進行相應(yīng)的教學(xué)調(diào)整。利用數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)進行教學(xué)補充和擴展，適當(dāng)增加學(xué)生集中反饋的重難點內(nèi)容訓(xùn)練題和輔導(dǎo)，為學(xué)習(xí)者實際需求提供幫助，構(gòu)建以學(xué)習(xí)者為中心的教育生態(tài)，提升教學(xué)資源庫的科學(xué)性。

2) 積極探索，提供智能教學(xué)輔助。教法要能夠體現(xiàn)個性化教學(xué)、過程情境化、學(xué)習(xí)資源泛在化[10]，推進“課堂革命”。將機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)和自適應(yīng)學(xué)習(xí)技術(shù)等應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)平臺中，充分挖掘、利用學(xué)習(xí)者海量的學(xué)習(xí)記錄，為教學(xué)提供快捷智能輔助?；谫Y源組織開展系列學(xué)習(xí)活動，幫助學(xué)生構(gòu)建能夠滿足多樣化需求的專屬教育資源庫，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生利用信息技術(shù)自主學(xué)習(xí)、分析問題和解決問題的能力，提升教學(xué)資源庫的智能性。

5 結(jié)束語

國家級職業(yè)教育專業(yè)教學(xué)資源庫是推動信息技術(shù)在職業(yè)教育教學(xué)領(lǐng)域綜合應(yīng)用的重要手段[11]?；诮虒W(xué)資源庫數(shù)據(jù)挖掘的教育改革深度契合技術(shù)進步和社會需求，能更好地服務(wù)職業(yè)教育人才培養(yǎng)。將在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)采集與挖掘分析技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)，可以提高教育的針對性和智能化水平，發(fā)揮教學(xué)資源庫建設(shè)的最大效應(yīng)，促進職業(yè)教育改革創(chuàng)新。