黃亞平　鄒富強(qiáng)

摘 要：近年來，電子書包快速發(fā)展，利用學(xué)習(xí)分析技術(shù)為電子書包提供教育教學(xué)決策已成為未來趨勢。文章在對電子書包、學(xué)習(xí)分析等概念界定的基礎(chǔ)上，分析了電子書包的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)分析的背景及方法特點(diǎn)，從而構(gòu)建出基于電子書包的學(xué)習(xí)分析模型，以幫助和完善電子書包的技術(shù)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電子書包；學(xué)習(xí)分析；電子書包系統(tǒng)；模型構(gòu)建

中圖分類號： G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2015）10-0083-03

一、引言

隨著教育信息化的發(fā)展，大數(shù)據(jù)時代已然來臨，學(xué)習(xí)分析作為教育大數(shù)據(jù)時代下產(chǎn)生的新興技術(shù)，該技術(shù)運(yùn)用先進(jìn)的分析方法和工具，對學(xué)習(xí)平臺積累的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，診斷學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題、預(yù)測學(xué)習(xí)結(jié)果，以設(shè)計(jì)出更完善的教學(xué)方法，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。隨著教學(xué)資源的網(wǎng)絡(luò)化及各種在線學(xué)習(xí)平臺的逐步完善，各種學(xué)習(xí)系統(tǒng)，如學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)和課程管理系統(tǒng)，已經(jīng)獲得了大量的學(xué)習(xí)者行為數(shù)據(jù)，合理分析并利用這些數(shù)據(jù)，無論對學(xué)習(xí)者還是教育者，都具有重要意義。作為電子書包服務(wù)平臺中的一項(xiàng)基礎(chǔ)、核心的關(guān)鍵技術(shù)，通過分析大量的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，可以更快速地調(diào)整學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的內(nèi)容與服務(wù)，并可預(yù)測學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)中的進(jìn)步和表現(xiàn)，以發(fā)現(xiàn)潛在問題，為其提供相應(yīng)的反饋來促進(jìn)學(xué)習(xí)[1]。本文旨在以大數(shù)據(jù)時代個性化教育為背景，探究基于電子書包的學(xué)習(xí)分析技術(shù)，為今后的研究打基礎(chǔ)。

二、概念界定

1.電子書包

電子書包作為一種新型的教育產(chǎn)物，目前國內(nèi)外尚未有統(tǒng)一的概念。國外一種觀點(diǎn)認(rèn)為，“電子書包是一個計(jì)算機(jī)支持的數(shù)字化協(xié)作學(xué)習(xí)空間，它以網(wǎng)絡(luò)為環(huán)境基礎(chǔ)，支持師生、生生間的同步或異步交流與資源共享”[2]。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，“電子書包是一種支持非正式學(xué)習(xí)的通用網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，學(xué)生可以使用基于藍(lán)牙、無線網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的設(shè)備，隨時隨地登錄、退出電子書包，管理自己的數(shù)字資源”[3]。而國內(nèi)，基于“移動終端+教育內(nèi)容+服務(wù)平臺”的構(gòu)建模式[4]，電子書包被隱喻為“實(shí)”與“虛”兩個方面，“實(shí)”代表硬件設(shè)施，指的是一種便攜式的個人學(xué)習(xí)終端，借助這樣的設(shè)備，把真實(shí)書包里的教材、課內(nèi)外讀物與字典等學(xué)習(xí)用品數(shù)字化后放入其中；“虛”代表應(yīng)用服務(wù)，指的是學(xué)生的個人學(xué)習(xí)環(huán)境，支持學(xué)生隨時隨地學(xué)習(xí)，同時滿足每一個學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求[5]。綜上所述，可以認(rèn)為電子書包是一種個人學(xué)習(xí)的信息化環(huán)境，它不是簡單的由硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)組成，還包括一種新的教育理念和教學(xué)模式，而電子書包正是促進(jìn)教學(xué)模式轉(zhuǎn)變的工具。

2.學(xué)習(xí)分析

學(xué)習(xí)分析（Learning Analytics，縮寫為LA）是近年來大數(shù)據(jù)在教育領(lǐng)域比較熱門的技術(shù)。2011年2月，在加拿大舉行的首屆學(xué)習(xí)分析和知識國際學(xué)術(shù)會議（1st International Conference on Learning Analytics and Knowledge 2011）提出，學(xué)習(xí)分析技術(shù)是“測量、收集、分析和報(bào)告有關(guān)學(xué)生及其學(xué)習(xí)環(huán)境的數(shù)據(jù)，用以理解和優(yōu)化學(xué)習(xí)及其產(chǎn)生的環(huán)境的技術(shù)”[6]。EDUCAUSE研究機(jī)構(gòu)對學(xué)習(xí)分析技術(shù)的界定是：學(xué)習(xí)分析技術(shù)就是利用數(shù)據(jù)和模型，預(yù)測學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)中的進(jìn)步和表現(xiàn)，預(yù)測未來表現(xiàn)和發(fā)現(xiàn)潛在問題[7]。我國學(xué)者顧小清認(rèn)為，學(xué)習(xí)分析是圍繞與學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)信息相關(guān)的數(shù)據(jù)，運(yùn)用不同的分析方法和數(shù)據(jù)模型來解釋這些數(shù)據(jù)，根據(jù)解釋的結(jié)果來探究學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程和情景，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)規(guī)律；或者根據(jù)數(shù)據(jù)闡釋學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)表現(xiàn)，為其提供相應(yīng)的反饋從而促進(jìn)更加有效的學(xué)習(xí)[8]。綜上所述，學(xué)習(xí)分析是通過收集并分析學(xué)習(xí)平臺中的數(shù)據(jù)，對學(xué)習(xí)者的表現(xiàn)進(jìn)行實(shí)時反饋，這些數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)庫中的個人信息數(shù)據(jù)，也包括學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程的互動情況。例如，教師可以根據(jù)學(xué)習(xí)分析得到的結(jié)果，有針對性地調(diào)整教學(xué)模式和內(nèi)容，對有學(xué)習(xí)失敗風(fēng)險(xiǎn)的學(xué)生進(jìn)行干預(yù)。

三、電子書包的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)分析在電子書包系統(tǒng)中的應(yīng)用，電子書包必須要有大量的數(shù)據(jù)及豐富的教學(xué)資源，這些數(shù)據(jù)及資源是大數(shù)據(jù)時代下的產(chǎn)物，也是其學(xué)習(xí)分析等大數(shù)據(jù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。武法提教授[9]認(rèn)為電子書包包含的系統(tǒng)有電子教材系統(tǒng)、數(shù)字資源系統(tǒng)、作業(yè)與考試系統(tǒng)、互動交流系統(tǒng)和電子學(xué)檔系統(tǒng)，且各個系統(tǒng)均滿足生成大數(shù)據(jù)的要求，表1反映了各個系統(tǒng)與資源庫的對應(yīng)關(guān)系。

四、基于電子書包的學(xué)習(xí)分析

1.學(xué)習(xí)分析背景

學(xué)習(xí)分析技術(shù)在教育領(lǐng)域是一個新興的領(lǐng)域，但這種技術(shù)早已用于商業(yè)領(lǐng)域，商家為了把握消費(fèi)者的消費(fèi)趨勢，通過數(shù)據(jù)挖掘來分析消費(fèi)者動向，如淘寶網(wǎng)會根據(jù)用戶購買和瀏覽過的產(chǎn)品來推送相關(guān)產(chǎn)品信息。這種技術(shù)實(shí)際上就是通過對數(shù)據(jù)的收集篩選，再加以分析，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)性的預(yù)測和判斷。

利用學(xué)習(xí)分析技術(shù)對教育數(shù)據(jù)的挖掘，不僅更高效地節(jié)約了人力資源，而且為教育平臺提供了有力的支持。《地平線報(bào)告》列出未來五年中被廣泛應(yīng)用的六項(xiàng)技術(shù)，其中包括學(xué)習(xí)分析技術(shù)，它強(qiáng)調(diào)了這項(xiàng)技術(shù)具有巨大的應(yīng)用潛力，已經(jīng)成為熱門的研究對象[10]。美國第四個國家教育技術(shù)計(jì)劃也提出，“在更有效地利用時間、金錢和人員的同時，重新設(shè)計(jì)教育系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以充分利用技術(shù)來改善學(xué)習(xí)結(jié)果”[11]。因此，學(xué)習(xí)分析技術(shù)必定會為改善學(xué)習(xí)結(jié)果提供有力的技術(shù)支持。

2.學(xué)習(xí)分析在電子書包中的作用

在電子書包中，以學(xué)習(xí)分析為技術(shù)支撐，其作用突出表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）對于學(xué)習(xí)者來說，學(xué)習(xí)分析可以分析其學(xué)習(xí)行為。電子書包具有很好的移動性，可以為每個學(xué)習(xí)者提供自己的空間，允許學(xué)習(xí)者在任意時間和地點(diǎn)學(xué)習(xí)，為學(xué)生提供更好的個性化需求。系統(tǒng)會自動采集學(xué)習(xí)者在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中花費(fèi)的時間、完成的課程情況、在課堂內(nèi)外學(xué)習(xí)行為的變化及線上考試成績等數(shù)據(jù)，這樣能更客觀真實(shí)地記錄學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為信息，教師也可以根據(jù)學(xué)習(xí)分析的結(jié)果，有根據(jù)的做個別指導(dǎo)，幫助學(xué)習(xí)者提高學(xué)習(xí)效果。

（2）學(xué)習(xí)分析為每個學(xué)習(xí)者建檔。通過電子書包的電子學(xué)檔系統(tǒng)，可以采集到每個學(xué)習(xí)者的基本學(xué)習(xí)信息，對這些信息篩選過濾，再通過特定的學(xué)習(xí)分析算法，構(gòu)建出學(xué)習(xí)者的個人檔案，針對這些檔案信息，分析學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)特征，對具有相同特征的學(xué)習(xí)者進(jìn)行類聚，為不同特征的學(xué)習(xí)者提供不一樣的個人學(xué)習(xí)環(huán)境。

（3）對知識模型的重構(gòu)。利用學(xué)習(xí)分析技術(shù)對教育大數(shù)據(jù)的挖掘，可以對電子書包內(nèi)容資源知識模型進(jìn)行重構(gòu)，讓學(xué)習(xí)內(nèi)容更加符合學(xué)習(xí)者當(dāng)前的學(xué)習(xí)狀態(tài)。

3.學(xué)習(xí)分析方法

不同的學(xué)習(xí)分析方法適用于分析不同的潛在教育數(shù)據(jù)集，下面主要介紹四個特別關(guān)注的學(xué)習(xí)分析方法，即統(tǒng)計(jì)分析、信息可視化、數(shù)據(jù)挖掘及社會網(wǎng)絡(luò)分析[12]。

（1）統(tǒng)計(jì)分析。大多數(shù)現(xiàn)有的學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)學(xué)生與系統(tǒng)交互產(chǎn)生的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，比如在線時間、訪問總數(shù)、每個頁面的訪問數(shù)量、訪問時間、學(xué)生發(fā)帖及回復(fù)的頻率等。這些統(tǒng)計(jì)方法通常會進(jìn)行簡單的統(tǒng)計(jì)操作，例如與標(biāo)準(zhǔn)差對比。

（2）信息可視化。統(tǒng)計(jì)報(bào)告和純表格數(shù)據(jù)并不是很容易能跟蹤系統(tǒng)用戶行為。把學(xué)習(xí)分析獲得的數(shù)據(jù)以友好的視覺形態(tài)展示，可能會更好的促進(jìn)數(shù)據(jù)分析。由于我們的視覺感知能力，可視化表示通常比純文本數(shù)據(jù)更有效，不同的信息可視化技術(shù)（如圖表、散點(diǎn)圖、三維圖、地圖等）可以用來清楚地表示信息格式，但難的是如何定義名稱以達(dá)到有效的分析目的?；谝曈X的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的表格數(shù)據(jù)也逐漸被顯示不同性能指標(biāo)的圖形方式取代。

（3）數(shù)據(jù)挖掘。數(shù)據(jù)挖掘，又稱知識發(fā)現(xiàn)（KDD），一般是指從大量的數(shù)據(jù)中通過算法搜索隱藏于其中信息的過程[13]。廣泛的講，數(shù)據(jù)挖掘方法分為有監(jiān)督學(xué)習(xí)（分類和預(yù)測）、無監(jiān)督學(xué)習(xí)（聚合）和規(guī)則關(guān)聯(lián)挖掘。監(jiān)督學(xué)習(xí)中在給予計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)樣本的同時，還告訴計(jì)算各個樣本所屬的類別。分類是發(fā)現(xiàn)函數(shù)的過程，它區(qū)分了數(shù)據(jù)類和概念，目的是為了能夠使用函數(shù)來預(yù)測未知的類對象。無監(jiān)督學(xué)習(xí)在設(shè)計(jì)分類器時，用于處理未被分類標(biāo)記的樣本集，目標(biāo)是我們不告訴計(jì)算機(jī)怎么做，而是讓它自己去學(xué)習(xí)怎樣做一些事情，聚合作為一種次要的無監(jiān)督學(xué)習(xí)類型，主要是要找到學(xué)習(xí)中數(shù)據(jù)的近似點(diǎn)。

（4）社會網(wǎng)絡(luò)分析。主要分析社會網(wǎng)絡(luò)關(guān)系結(jié)構(gòu)，隨著教育信息化的不斷提高，該結(jié)構(gòu)也已廣泛應(yīng)用于教育領(lǐng)域。針對學(xué)習(xí)者所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，通過社會網(wǎng)絡(luò)分析法，我們可以判斷學(xué)習(xí)者個體在哪些方面遇到了困難，向同伴尋求了哪些幫助。

4.基于電子書包的學(xué)習(xí)分析模型

根據(jù)電子書包的系統(tǒng)架構(gòu)及學(xué)習(xí)分析技術(shù)的數(shù)據(jù)流程，筆者構(gòu)建了一個基于電子書包的學(xué)習(xí)分析模型，該模型主要有電子書包系統(tǒng)和學(xué)習(xí)分析的分析過程組成，學(xué)習(xí)分析是一個循環(huán)的過程，即“數(shù)據(jù)收集→預(yù)處理→分析數(shù)據(jù)→預(yù)測→干預(yù)/再次收集”的一個過程，如圖1所示。

（1）數(shù)據(jù)收集。教育數(shù)據(jù)是學(xué)習(xí)分析過程的基礎(chǔ)，這些數(shù)據(jù)來自電子書包中的各個系統(tǒng)：電子教材系統(tǒng)主要包括電子教材內(nèi)容和學(xué)習(xí)者對教材內(nèi)容的操作記錄，如標(biāo)注知識點(diǎn)、分享知識點(diǎn)；數(shù)字資源系統(tǒng)主要包括課件、視頻等媒體資源以及系統(tǒng)記錄的學(xué)習(xí)者看過的資源；作業(yè)考試系統(tǒng)主要包括學(xué)習(xí)者的作業(yè)和考試數(shù)據(jù)；互動交流系統(tǒng)主要包括學(xué)習(xí)者、教師、家長互動的數(shù)據(jù)，如在學(xué)習(xí)社區(qū)學(xué)習(xí)者的提問次數(shù)及教師的答疑次數(shù)等；電子學(xué)檔系統(tǒng)主要包括學(xué)習(xí)者的基本信息數(shù)據(jù)及行為信息數(shù)據(jù)，如學(xué)習(xí)者的興趣愛好、喜歡或厭惡的學(xué)科等。

（2）預(yù)處理。數(shù)據(jù)預(yù)處理也稱為數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。收集到的數(shù)據(jù)可能涉及到很多不相關(guān)的數(shù)據(jù)，必須對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。數(shù)據(jù)預(yù)處理作為一種特定的輸入方法，還允許數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。借鑒數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域的技術(shù)，數(shù)據(jù)清理、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)還原、數(shù)據(jù)建模、用戶和會話識別及路徑實(shí)現(xiàn)等數(shù)據(jù)預(yù)處理任務(wù)可以在這個步驟中使用。

（3）分析數(shù)據(jù)。基于預(yù)處理數(shù)據(jù)和分析的目的，使用學(xué)習(xí)分析工具將電子書包中收集并預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行需求分析，將結(jié)果以可視化的形式呈現(xiàn)出來。

（4）預(yù)測。在預(yù)測中，我們的目標(biāo)是基于學(xué)生當(dāng)前的活動及成績，開發(fā)一個可以預(yù)測學(xué)習(xí)者的知識和未來表現(xiàn)的模型。

（5）干預(yù)和反饋。對于有些學(xué)習(xí)者需要更多的幫助，根據(jù)預(yù)測可以提供積極的干預(yù)，對學(xué)習(xí)者成績進(jìn)行有效的分析和預(yù)測可以幫助教育機(jī)構(gòu)或教師立即采取行動，幫助提高學(xué)習(xí)者成績。反饋的形式可以通過電子書包的相應(yīng)系統(tǒng)模塊提示，也可直接找學(xué)習(xí)者當(dāng)面交談。

五、結(jié)束語

基于電子書包的學(xué)習(xí)分析是目前教育信息化中借助技術(shù)來促進(jìn)教育學(xué)習(xí)的具體運(yùn)用形式，其將學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)行為記錄并加以分析，為教育者實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者個性化發(fā)展提供了決策支持。本研究分析了電子書包的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)分析的背景及方法特點(diǎn)，以電子書包各個系統(tǒng)中所記錄的信息為數(shù)據(jù)來源，構(gòu)建了基于電子書包的學(xué)習(xí)分析模型，如何應(yīng)用該模型、電子書包中的大數(shù)據(jù)以何種方式被記錄和分析將是下一步研究內(nèi)容。

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