大數(shù)據(jù)環(huán)境下智慧學習系統(tǒng)模型構(gòu)建及應(yīng)用研究

陳強 彭剛 鄧美玲

摘要：隨著教育信息化的深入推進，傳統(tǒng)的教育模式已經(jīng)難以滿足學習者的多元化需求。因此，智慧學習系統(tǒng)應(yīng)運而生，旨在通過運用先進的技術(shù)手段，給學習者提供個性化和高效的學習體驗。文章探討在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，如何構(gòu)建智慧學習系統(tǒng)模型并應(yīng)用于Python程序設(shè)計課程中。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；智慧學習系統(tǒng)模型；Python程序設(shè)計課程

一、引言

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，教育領(lǐng)域正面臨前所未有的機遇和挑戰(zhàn)。在教育過程中產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)涵蓋了學習者的學習行為、學習結(jié)果、興趣和愛好等方面，它的興起為智能學習模型提供了基本的數(shù)據(jù)支持。智能學習是一種以學習者為中心的學習方法，它依靠信息技術(shù)對學習者的學習行為、學習方式、學習結(jié)果等進行分析，以實現(xiàn)個性化學習和高效學習。智能學習概念的普及，為智能學習系統(tǒng)模型的研究提供了理論基礎(chǔ)。

智慧學習模型是一種基于人工智能技術(shù)的學習方法，旨在提供個性化、自適應(yīng)和智能化的學習體驗。大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，為智能學習系統(tǒng)模型提供了技術(shù)支持。例如，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以有效處理和分析海量數(shù)據(jù)，挖掘?qū)W習者的潛在需求和學習規(guī)則；人工智能技術(shù)可以自動篩選和整合學習資源，為學習者提供個性化的學習資源和服務(wù)。

二、智慧學習系統(tǒng)模型的研究現(xiàn)狀

智慧學習系統(tǒng)模型的研究和應(yīng)用，為教育信息化的發(fā)展提供了新的思路和方法。智慧學習模型研究現(xiàn)狀呈現(xiàn)出多元化、交叉性的特點，各種技術(shù)和方法不斷涌現(xiàn)，為智慧教育的實現(xiàn)提供了強有力的支持。黃榮懷在智慧教育、智慧學習等領(lǐng)域有深入的研究和貢獻，提出了“智慧教育”的概念，認為智慧教育是一種數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、個性化、終身化的教育形態(tài)，是利用現(xiàn)代信息技術(shù)促進教育變革和發(fā)展的新階段。王良周在智慧學習模型的計算機視覺應(yīng)用方面有重要的貢獻，提出一種基于深度學習的智慧學習模型，該模型能夠通過計算機視覺技術(shù)對圖像進行自動分析和處理，從而實現(xiàn)對圖像中物體的識別、分類和定位等功能。這種智慧學習系統(tǒng)模型可以應(yīng)用于圖像檢索、目標跟蹤、人臉識別等領(lǐng)域，為人們的生活和工作帶來極大的便利。智慧學習算法已經(jīng)得到廣泛的研究和應(yīng)用，如基于數(shù)據(jù)挖掘的個性化推薦算法、基于機器學習的自動評估算法等。

通過大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的結(jié)合，智慧學習系統(tǒng)模型能夠?qū)崿F(xiàn)個性化和高效的學習，幫助學習者更好地掌握知識和技能。未來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用場景的不斷擴大，智慧學習系統(tǒng)模型將會得到更廣泛的應(yīng)用。

三、智慧學習系統(tǒng)模型的核心功能

智慧學習系統(tǒng)模型通過分析學習者的行為、反饋和學習成果，不斷優(yōu)化教學策略和資源推薦，以幫助學習者更高效地掌握知識和技能。這些模型還可以利用大數(shù)據(jù)和算法優(yōu)化學習路徑，預(yù)測學習者的困難點，并提供個性化的練習和輔導，從而增強學習效果。

智慧學習系統(tǒng)模型的核心功能有四個：第一，個性化學習。根據(jù)學習者的興趣、學習風格和進展，提供個性化的學習內(nèi)容和任務(wù)。第二，自適應(yīng)評估。根據(jù)學習者的表現(xiàn)和反饋，自動調(diào)整難度和教學方式，以滿足學習者的學習需求。第三，智能教學輔助。通過智能提示、解釋和反饋，幫助學習者理解和應(yīng)用知識。第四，實時監(jiān)控和反饋。通過實時追蹤學習者的學習進程和表現(xiàn)，提供及時的反饋和改進建議。

四、智慧學習系統(tǒng)模型構(gòu)建——以Python程序設(shè)計課程為例

本文以Python程序設(shè)計課程為例，構(gòu)建一個集教學資源、學習工具、交流社區(qū)于一體的智慧在線學習平臺，如圖1所示。該平臺基于人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，能夠智能推薦學習資源、自動評估學習成果、支持個性化學習路徑，提高學習效率和學習質(zhì)量。

（一）教學資源

教學資源是指為教學活動的有效開展提供的素材、條件和環(huán)境等支持，包括各種軟件、硬件和人力資源。在智慧教育中，教學資源也包括智慧教室、智能終端、網(wǎng)絡(luò)課程、數(shù)字化教材等，以及各種數(shù)字化學習資源。這些數(shù)字化學習資源能夠滿足學習者的個性化學習需求，提高學習效果和學習體驗。

Python程序設(shè)計課程智慧學習系統(tǒng)模型的主要教學資源有教材與教案、在線課題、實驗案例、習題庫和學習資料。

（二）學習工具

學習工具是幫助學習者更有效地進行學習的工具。課程智慧學習系統(tǒng)模型提供以下學習工具：在線編程環(huán)境，學習者可以在線編寫、調(diào)試、運行Python代碼；代碼審查工具，審查學習者的代碼，提供修改建議和錯誤提示；學習筆記工具，允許學習者記錄學習筆記，方便回顧和總結(jié)知識點；在線問答社區(qū)，方便學習者之間互相交流和解決問題，并獲得及時的學習反饋；學習進度管理工具，學習者可以方便地選擇課程、制訂學習計劃、跟蹤學習進度。

（三）交流社區(qū)

交流社區(qū)是指具有相似興趣或需求的人們聚集在一起，通過各種方式進行交流和互動的社區(qū)。這種社區(qū)通常存在于線上或線下，可以為成員提供信息共享、知識交流、經(jīng)驗分享等支持。

課程智慧學習系統(tǒng)模型提供以下交流社區(qū)：第一，學習論壇。通過社交網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建學習者之間的互動交流平臺，促進學習者之間的知識分享和經(jīng)驗交流。第二，社交群組。支持學習者創(chuàng)建學習小組，與同學一起學習和討論問題，讓學習者分享學習心得、討論問題、互相幫助。第三，問答板塊。學習者在問答板塊上提問和回答問題，互相幫助解決問題。第四，作品展示區(qū)。允許學習者展示自己的作品和項目，互相學習和借鑒。第五，學習日志。支持學習者撰寫學習日志，記錄自己的學習過程和心得體會。

（四）智能推薦與評估

通過在線學習平臺采集學習者在Python程序設(shè)計課程中的學習行為數(shù)據(jù)，包括學習時長、學習進度、練習成績、討論參與度等，并存儲采集的數(shù)據(jù)，建立學習者個人學習檔案。分析這些數(shù)據(jù)后，平臺可以提取出學習者的學習特征和行為習慣，為后續(xù)的個性化學習路徑規(guī)劃和資源生成提供數(shù)據(jù)支持。

第一，推薦學習資源。根據(jù)學習者的學習歷史和興趣愛好，智能推薦相關(guān)的學習資源。根據(jù)學習者的學習進度和需求，動態(tài)生成個性化的學習資源。根據(jù)學習者的學習情況，整合在線教程、課題資料、經(jīng)典案例、練習題等資源，為學習者提供豐富多樣的學習內(nèi)容。同時，智慧學習系統(tǒng)還支持學習者上傳自己創(chuàng)作的學習資源，實現(xiàn)資源的共享和交流。

第二，評估學習成果。通過人工智能技術(shù)，對學習者的學習行為進行分析和預(yù)測，包括課程管理、學習進度管理、學習評估管理等。通過在線編程環(huán)境、代碼審查工具、學習進度管理工具等，對學習者的學習過程和學習成果進行評價，并將結(jié)果反饋給學習者，以便其調(diào)整學習策略，提高學習效果。

第三，個性化學習路徑。根據(jù)數(shù)據(jù)處理和分析的結(jié)果，結(jié)合Python程序設(shè)計課程的特點和教學目標，教師為學習者制訂個性化的學習路徑。對于Python程序設(shè)計課程，教師可以根據(jù)學習者的編程基礎(chǔ)、學習進度和興趣，為其推薦合適的學習內(nèi)容、練習題目和拓展資源等，并推薦個性化的學習路徑和學習計劃。

第四，學習預(yù)警與提醒。根據(jù)學習者的學習情況和成績表現(xiàn)，及時發(fā)出預(yù)警信號和提醒通知，幫助學習者及時調(diào)整學習狀態(tài)。學習者在Python程序設(shè)計課程中遇到問題時，可以通過學習預(yù)警與提醒獲取解決方案和指導建議。

第五，智能統(tǒng)計分析。教師利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對學習者的學習數(shù)據(jù)進行處理和分析。通過對學習者學習行為數(shù)據(jù)的挖掘，可以分析出學習者的學習習慣、能力水平、興趣愛好等信息，為后續(xù)的個性化學習提供數(shù)據(jù)支持。同時，系統(tǒng)可以根據(jù)學習者的學習進度和成績，為其推薦合適的學習資源和路徑，幫助他們更好地掌握Python程序設(shè)計的知識和技能。

以上智慧學習系統(tǒng)模型的構(gòu)建和應(yīng)用，可以提高Python程序設(shè)計課程的教學質(zhì)量，幫助學習者更好地掌握編程知識和技能，培養(yǎng)學習者的創(chuàng)新能力和解決問題的能力。

五、結(jié)語

智慧學習系統(tǒng)模型是一種基于大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的綜合性學習平臺，旨在提供個性化和高效的學習體驗。通過數(shù)據(jù)采集、處理和分析，智慧學習系統(tǒng)模型可以了解學習者的學習習慣、能力水平和興趣愛好等信息，從而為其制訂個性化的學習路徑，并動態(tài)生成學習資源。同時，智慧學習系統(tǒng)模型還具備智能化教學輔助、社交化學習體驗、學習評價與反饋等功能，以幫助學習者更好地掌握知識和技能，提高學習效果。在Python程序設(shè)計課程中的應(yīng)用表明，智慧學習系統(tǒng)模型能夠有效激發(fā)學習者的學習興趣，為個性化和高效的學習提供有力的支持。

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基金項目：2022年廣東省本科高校教學質(zhì)量與教學改革工程建設(shè)項目（粵教高函[2023]4號）“‘數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)建設(shè)與實踐”，項目編號：JY2022001602；2021年東莞城市學院青年教師發(fā)展基金項目自然科學類“大數(shù)據(jù)環(huán)境下個性化智慧學習系統(tǒng)模型的構(gòu)建研究”，項目編號：KY2022004801；2022年東莞城市學院課程教學改革項目“基于OBE理念的計算機程序設(shè)計類課程的教學改革研究”，項目編號：JY2022014901。

（作者單位：東莞城市學院人工智能學院）