循證教學實踐（七）：學習分析

宋萑 王小寒 劉孟垚

宋萑

教授、博士生導(dǎo)師，國家重大人才工程青年學者，教育部普通高校人文社會科學重點研究基地北京師范大學教師教育研究中心副主任、北京師范大學教育學部教師教育研究所所長，兼任華東師范大學教授、香港教育大學亞太領(lǐng)導(dǎo)力與變革研究中心資深研究員、高等教育學會教師教育分會副秘書長，主持國家級、省部級課題等近20項，發(fā)表SSCI、CSSCI及其他中英文學術(shù)論文100余篇，提交咨政報告數(shù)十份，出版專著多部。

學習分析與循證教學思想高度契合。在實際操作過程中，教師雖不能將信息化的學習分析技術(shù)完全應(yīng)用于教學過程中，但數(shù)據(jù)的采集、分析、反饋等可以為教師的教學活動提供科學的依據(jù)。學者顧小清、黃景碧等人認為，在教學實踐中利用學習分析技術(shù)及相關(guān)的分析工具，教師可以獲得學生學習績效、學習過程及學習環(huán)境等方面的信息，這些信息可以為教師提供改進教學的依據(jù)（顧小清、黃景碧等，《開放教育研究》2010年第10期）。美國教育發(fā)展中心和學生與技術(shù)中心對學生在數(shù)學學習過程中的數(shù)據(jù)進行記錄與分析，并生成網(wǎng)絡(luò)報告，接受調(diào)查的77%的教師表示，他們能利用網(wǎng)絡(luò)報告了解自己的教學成果（顧小清、張進良、蔡慧英，《遠程教育雜志》2012年第30期）。這說明通過循證化的學習分析及反饋，教師可以更科學、有效地反思和改進教學過程，實現(xiàn)育人目標。

一、學習分析的要素及過程

近年來，學習分析的相關(guān)模型已經(jīng)得到了一定程度的發(fā)展。喬治·西門子（Siemens）提出學習分析技術(shù)過程模型，伊萊亞斯（Elias）提出關(guān)于學習分析的持續(xù)改進環(huán)模型，布朗（Brown）認為學習分析的要素包括數(shù)據(jù)采集、分析、學生學習、聽眾、干預(yù)五個部分（Brown，M.Learning Analytics：The Coming Third Wave.2011.）。這些學習分析的相關(guān)模型，大部分借助信息技術(shù)投入教育實踐應(yīng)用之中。學者李艷燕等人綜合學界關(guān)于學習分析模型的現(xiàn)有研究成果，進一步總結(jié)了學習分析的基本組成要素，即學習過程、學習環(huán)境、教育環(huán)境、受眾和“五個環(huán)節(jié)”。其中的“五個環(huán)節(jié)”是學習分析技術(shù)的核心要素，包括數(shù)據(jù)采集，即從學習環(huán)境及學習過程中采集數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)儲存，即按照數(shù)據(jù)類型和特點對大規(guī)模的數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)化儲存；數(shù)據(jù)分析，即從三個角度（學習者規(guī)模、時間維度、粒度）根據(jù)不同的應(yīng)用需求篩選數(shù)據(jù)并進行分析；數(shù)據(jù)表示，即將數(shù)據(jù)分析結(jié)果可視化；應(yīng)用服務(wù)，包括績效評估、過程預(yù)測與活動干預(yù)（李艷燕、馬韶茜、黃榮懷，《開放教育研究》2012年第18期）。學界現(xiàn)有的學習分析要素及環(huán)節(jié)，為教師在教學實踐中開展循證視角下的學習分析提供了參考。

二、學習分析的實施路徑

目前，學習分析主要從大數(shù)據(jù)挖掘的角度應(yīng)用于教育領(lǐng)域。本文參考學習分析的現(xiàn)有模型，整合、改進李艷燕等提出的學習分析的“五個環(huán)節(jié)”，并在此基礎(chǔ)上論述一線教師可采取的具體、可行的學習分析策略。

在循證教學實踐中，學習分析的具體實施路徑如下：一是查閱現(xiàn)有文獻，選擇并利用合適的工具采集學習者與學習資源的相關(guān)數(shù)據(jù)；二是采用科學的統(tǒng)計方法、運用適當?shù)墓ぞ叻治鰯?shù)據(jù)，一般可以按照不同的應(yīng)用需求從學習者規(guī)模、時間維度及粒度三個方面解釋數(shù)據(jù)；三是可視化呈現(xiàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，改進現(xiàn)有教學模式，并將相關(guān)結(jié)果提供給學生和家長。

1.數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)，教師可以應(yīng)用相關(guān)工具從學生的學習環(huán)境及學習過程中采集相關(guān)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以劃分為學習者數(shù)據(jù)和學習資源數(shù)據(jù)兩類。針對學習者采集相關(guān)數(shù)據(jù)時，除了采集學生在學習過程中產(chǎn)生的學習日志、學習成果，還需要分析他們的學習路徑。教師采集數(shù)據(jù)的過程中，一是要結(jié)合實際教學經(jīng)驗并根據(jù)現(xiàn)有研究證據(jù)，確認數(shù)據(jù)采集的聚焦點，也就是回答“分析什么”；二是要根據(jù)需求選擇數(shù)據(jù)采集的工具，回答“怎樣分析”。

首先，教師要查閱文獻，了解并明確影響學生學習的有關(guān)因素。王海燕、李芒等人通過文獻調(diào)研，總結(jié)出直接影響中小學生學習的15個因素，即智力水平、知識技能、成就動機、學習熱情、學習態(tài)度、學習計劃、學習毅力、注意品質(zhì)、學習焦慮、班級氣氛、學校環(huán)境、人際關(guān)系、身心健康、學習風格、學習方法（王海燕、李芒、時俊卿，《中國電化教育》2001年第5期）。這些都可以作為學習分析的聚焦點。

其次，從具體操作來看，教師期望通過學習分析優(yōu)化班級互動、提升學習氛圍與學生的學習態(tài)度時，可以采集以下數(shù)據(jù)為后續(xù)研究提供支撐：采集學生參與課堂互動的數(shù)據(jù)，如學生回答問題的頻率、質(zhì)疑的次數(shù)、與教師和其他學生的互動情況等，以評估學生的主動參與程度和互動質(zhì)量；采集學生在課堂上的學習表現(xiàn)數(shù)據(jù)，如作業(yè)的完成情況、小組合作的效果、實驗或項目的結(jié)果等，以反映學生在課堂互動中的學習表現(xiàn)和成果；采集學生對課堂互動的反饋數(shù)據(jù)，如通過調(diào)查問卷、小組討論或個別談話等方式獲取學生的意見，以了解學生對互動體驗的感受和建議；采集學習管理系統(tǒng)或在線學習平臺提供的學習分析數(shù)據(jù)，如學生的學習活動記錄、課程瀏覽記錄、討論參與情況等，以分析學生的學習行為和參與情況；采集學生在課堂互動中的情感數(shù)據(jù)，如通過情感識別技術(shù)獲取學生的情緒狀態(tài)，通過學生的口頭或書面表達了解其態(tài)度、情感或情緒，以評估學生在互動中的情感體驗和情緒狀態(tài)，為優(yōu)化互動提供參考。

需要注意的是，教師在采集數(shù)據(jù)時要確保學生的隱私和數(shù)據(jù)安全，并遵守相關(guān)的法規(guī)；教師還應(yīng)該向?qū)W生明確解釋數(shù)據(jù)采集的目的，并尊重學生的權(quán)益。

2.數(shù)據(jù)分析

教師采集數(shù)據(jù)后，需要根據(jù)需求對數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的分析、整理、歸納。數(shù)據(jù)分析可以從三個角度進行。首先，根據(jù)學習者規(guī)模進行分析。教師可以分析學習者個人學業(yè)數(shù)據(jù)，獲取學生個人的學習狀況、學習動機及學習興趣；也可以分析全班學生的學業(yè)數(shù)據(jù)，得到整個班級學生的學習態(tài)度以及對教師的接受程度等方面的信息。其次，以時間段為單位分析學習者某個時間段的數(shù)據(jù)。比如，學生在學期初、學期中、學期末的學習過程性變化，以及各個學年學生的學習狀況等。最后，可以分析學生學習單門課程或多門課程的狀況，了解學生對不同課程、不同教師的教學方法的滿意度與接受度等。在這個環(huán)節(jié)，教師要運用統(tǒng)計學方法了解學生學習狀況的基本表征，可以分析不同班級、不同學年的數(shù)據(jù)差異，也可以根據(jù)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的結(jié)果，結(jié)合已有研究證據(jù)及相關(guān)理論對學生的學習表征、差異化結(jié)果等做進一步的分類與解釋，為后續(xù)的教學改進提供更科學的建議。

以“數(shù)學概念學習中的錯誤分析”為例。教師收集學生作答的課堂習題，發(fā)現(xiàn)學生在數(shù)學概念學習中出現(xiàn)的不同問題后，就可以查閱相關(guān)文獻，了解現(xiàn)有的概念學習錯誤類別。已有研究指出，數(shù)學概念學習中的錯誤主要分為過程性錯誤和合理性錯誤（李善良，《數(shù)學教育學報》2022年第3期）。過程性錯誤包括“用日常生活概念代替數(shù)學概念”“用概念原型替代概念”“用形象描述代替數(shù)學概念”等，合理性錯誤包括“慣性”“偏好”致使學生在學習新概念時出現(xiàn)的錯誤及“用原有思維審視新的概念”等類型。過程性錯誤具有短暫性和外顯性，是可以預(yù)防的，而合理性錯誤則具有隱蔽性和長期性，較難避免。由此，教師就可以通過對學生課堂習題中的錯誤分類，更全面、科學地了解學生的學習情況，并據(jù)此改進教學。

3.數(shù)據(jù)呈現(xiàn)及教學改進

從本質(zhì)上講，學習分析是為了改進現(xiàn)有的教學模式。因此，一線教師如何更好地呈現(xiàn)數(shù)據(jù)、如何將學習分析的結(jié)果應(yīng)用于教學改進之中尤為重要。教師要思考如何將學習結(jié)果以可視化的形式反饋給學生，引導(dǎo)他們利用數(shù)據(jù)發(fā)展自我，提高主動學習的能力，還要更加全面地了解學生對知識的掌握情況，預(yù)測學生在未來學習中可能出現(xiàn)的風險，為他們提供適當?shù)膶W習支持。

在可視化呈現(xiàn)學習分析數(shù)據(jù)時，教師要考慮師生的需求和技能水平，選擇合適的可視化方式，以便學生能清晰、直觀地理解學習分析的結(jié)果，并從中獲得有價值的信息。例如，教師可以使用圖表和圖形，如條形圖、折線圖、散點圖、雷達圖、軌跡圖、詞云圖、餅圖等，呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布、趨勢和比較情況；可以使用信息化程度較高的數(shù)據(jù)可視化工具，如Tableau、Power BI、Google數(shù)據(jù)工作室等，把學習分析數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成儀表盤視圖，將多個可視化元素組合在一起，通過學生的學習行為、成績、參與度等指標展示綜合的學習情況概覽；也可以創(chuàng)建交互式可視化工具，如添加篩選器、下拉菜單、滑塊等交互元素，讓學生與數(shù)據(jù)互動，從而更加深入地分析數(shù)據(jù)，獲取個性化的數(shù)據(jù)信息；還可以結(jié)合可視化元素編寫故事，解釋數(shù)據(jù)背后的意義、發(fā)現(xiàn)和推論，通過解釋和講述，幫助學生更好地理解數(shù)據(jù)分析的結(jié)果。

通過學習分析獲得的數(shù)據(jù)是改進教學的依據(jù)，教師要用好這些數(shù)據(jù)。以陳夢媛老師2023年3月在《中學歷史教學參考》上發(fā)表的文章《強化學習生成分析 讓歷史教學精準化》為例。在設(shè)計“鋼鐵長城”教學方案之前，陳老師通過調(diào)查問卷開展學情分析，得出大多數(shù)學生因時代所限對新中國成立以來的歷史、國防和軍隊建設(shè)知之甚少，因而對該課程內(nèi)容缺乏共鳴的分析結(jié)果。她據(jù)此運用“精選典型：用鮮活故事引發(fā)學生共鳴”“強化對比：用艱辛曲折凸顯成就斐然”“升華主旨：讓立德樹人成為課堂之魂”三種方法，設(shè)計了具有實操性的精準化教學實施方案，取得了很好的教學效果（陳夢媛，《中學歷史教學參考》2023年第8期）。這說明，教師積極運用學習分析理論改進教學，不僅能讓教學實踐更科學有效，而且能提升自身教學能力，促進其個性化和持續(xù)性的專業(yè)成長，繼而提升學生的學習能力，全面落實立德樹人根本任務(wù)。

（作者單位：宋萑，北京師范大學教師教育研究中心，貴州省畢節(jié)市金沙教育研究院；王小寒、劉孟垚，北京師范大學教師教育研究中心）

［專欄文章系國家自然科學基金面上項目“如何提升教師培養(yǎng)質(zhì)量：教師教育項目對師范生專業(yè)學習及其從教表現(xiàn)的影響效應(yīng)與機制研究”（課題編號：71974016）、中國高等教育學會教師教育分會2020年度重大課題“京津冀教育協(xié)同發(fā)展背景下大學—政府—學校（UGS）伙伴協(xié)作支持教師專業(yè)發(fā)展機制研究”（課題編號：20ZSJSJYZG01）的成果］

責任編輯? 姜楚華