付達(dá)杰
(江西財(cái)經(jīng)職業(yè)學(xué)院信息工程學(xué)院,江西九江332000)
基于大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)分析及其系統(tǒng)建構(gòu)
付達(dá)杰
(江西財(cái)經(jīng)職業(yè)學(xué)院信息工程學(xué)院,江西九江332000)
大數(shù)據(jù)的發(fā)展催生了學(xué)習(xí)分析,并使其成為近年來(lái)教育信息化領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。學(xué)習(xí)分析使得精準(zhǔn)教學(xué)和個(gè)性化學(xué)習(xí)成為可能,但也面臨技術(shù)、管理和倫理的制約。當(dāng)前很多專(zhuān)業(yè)的學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)雖然設(shè)計(jì)十分先進(jìn),但系統(tǒng)往往過(guò)于復(fù)雜,且重?cái)?shù)據(jù)分析而忽略數(shù)據(jù)采集,導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集不夠準(zhǔn)確全面,影響了學(xué)習(xí)分析的效度。構(gòu)建一種簡(jiǎn)易的基于大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)分析系統(tǒng),對(duì)于促進(jìn)學(xué)習(xí)分析技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展具有重要作用。
大數(shù)據(jù);學(xué)習(xí)分析;系統(tǒng);建構(gòu)
隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,特別是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、社交媒體、物聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)的興起,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)呈爆炸式增長(zhǎng),直接促使大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)。大數(shù)據(jù)正以前所未有的革命性影響,給經(jīng)濟(jì)、科技、教育等諸多領(lǐng)域注入新的活力。學(xué)習(xí)分析則是近年來(lái)大數(shù)據(jù)在教育領(lǐng)域較為典型的應(yīng)用[1]。
2011年,美國(guó)新媒體聯(lián)盟(New Media Consortium,NMC)發(fā)布《地平線報(bào)告(高等教育版)》,并將學(xué)習(xí)分析列為促進(jìn)學(xué)習(xí)的關(guān)鍵技術(shù)。同年,學(xué)習(xí)分析研究協(xié)會(huì)(The Society for Learning Analytics Research,簡(jiǎn)稱So LAR)在美國(guó)成立,并舉辦了首屆學(xué)習(xí)分析與知識(shí)國(guó)際會(huì)議(International Conference on Learning Analytics and Knowledge,簡(jiǎn)稱LAK),該會(huì)議迄今已舉辦六屆,為學(xué)習(xí)分析技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用做出了重要貢獻(xiàn)。目前,國(guó)際上普遍采納LAK對(duì)學(xué)習(xí)分析技術(shù)的定義:測(cè)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)[2]。我國(guó)著名教育技術(shù)專(zhuān)家何克抗教授整合多個(gè)代表性定義,將學(xué)習(xí)分析技術(shù)表述為:利用各種數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析工具,從教育領(lǐng)域的海量數(shù)據(jù)(包括在“教學(xué)過(guò)程”、“學(xué)習(xí)過(guò)程”、“教學(xué)管理過(guò)程”中所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù))中,通過(guò)收集、測(cè)量、分析和報(bào)告等方式,提取出隱含的、有潛在應(yīng)用價(jià)值的、涉及“教與學(xué)”或“教學(xué)管理的過(guò)程及行為的各種信息、知識(shí)與模式,從而為教師的“教”、學(xué)生的“學(xué)”以及教學(xué)管理提供智能性的輔助決策的技術(shù)。盡管概念描述不盡相同,但可以確定,學(xué)習(xí)分析包括四要素:數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)報(bào)告與價(jià)值決策[3]。
(1)數(shù)據(jù)采集。學(xué)習(xí)分析的發(fā)展有賴于教育數(shù)據(jù)的增加。隨著移動(dòng)互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境發(fā)生了重要改變,泛在學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)基本形成,基于PC端的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)面對(duì)基于移動(dòng)端的移動(dòng)學(xué)習(xí)已相形見(jiàn)絀,通過(guò)智能手機(jī)、平板電腦、傳感器等智能電子設(shè)備學(xué)習(xí)幾乎成為常態(tài),從而改變了人們的學(xué)習(xí)方式,促進(jìn)了教育與學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的激增。同時(shí),學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)LMS中存儲(chǔ)著大量學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù),學(xué)生在線學(xué)習(xí)保留有大量學(xué)習(xí)軌跡信息,社交網(wǎng)絡(luò)中的學(xué)習(xí)行為更是呈現(xiàn)出急劇增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)流趨勢(shì)[4]。顯然這些數(shù)據(jù)體量巨大、結(jié)構(gòu)不同、種類(lèi)繁多,并實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地發(fā)生變化,是真正的教育大數(shù)據(jù)。如何高效地采集教育大數(shù)據(jù),為學(xué)習(xí)分析提供豐富的數(shù)據(jù)源,是學(xué)習(xí)分析技術(shù)的基礎(chǔ)。
(2)數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)分析是學(xué)習(xí)分析技術(shù)的關(guān)鍵所在。面對(duì)海量數(shù)據(jù),學(xué)習(xí)分析離不開(kāi)強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)分析技術(shù)、方法支持。這些技術(shù)包括:云計(jì)算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、語(yǔ)義Web技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)字媒體技術(shù)等支撐技術(shù)[5]。學(xué)習(xí)分析方法則主要綜合運(yùn)用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)分析方法,如社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析、數(shù)據(jù)挖掘、內(nèi)容分析、話語(yǔ)分析、可視化分析等理論方法以及一些專(zhuān)門(mén)的學(xué)習(xí)分析工具,如SNAPP、Gephi、UCINET、NetMiner、Node XL、Cohere 等。
(3)數(shù)據(jù)報(bào)告。數(shù)據(jù)報(bào)告用于呈現(xiàn)學(xué)習(xí)分析的結(jié)果,是學(xué)習(xí)效果檢驗(yàn)與輔助決策的依據(jù)。大數(shù)據(jù)環(huán)境下學(xué)習(xí)分析的數(shù)據(jù)報(bào)告不再是靜態(tài)的固定報(bào)告,而是經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析、根據(jù)學(xué)習(xí)主要利益相關(guān)者不同的需求出具的個(gè)性化報(bào)告。
(4)價(jià)值決策。數(shù)據(jù)價(jià)值密度低是大數(shù)據(jù)的基本特征,學(xué)習(xí)分析能夠從海量繁雜的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中獲得有價(jià)值的信息并支持相應(yīng)的決策。價(jià)值決策即指通過(guò)學(xué)習(xí)分析為教學(xué)及其管理提供有價(jià)值的決策參考。價(jià)值決策是學(xué)習(xí)分析的終極目標(biāo),對(duì)于學(xué)生來(lái)講,價(jià)值決策意味著學(xué)習(xí)的調(diào)適與改進(jìn)。對(duì)于教師來(lái)講,價(jià)值決策意味著教學(xué)方案的調(diào)整與優(yōu)化。對(duì)于管理者來(lái)講,價(jià)值決策意味著教育管理診斷與改進(jìn)。
美國(guó)聯(lián)邦政府教育部技術(shù)辦公室于2012年4月10日發(fā)布《通過(guò)教育數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析改進(jìn)教與學(xué):?jiǎn)栴}簡(jiǎn)介》,指出在教育中有兩個(gè)特定的領(lǐng)域會(huì)用到大數(shù)據(jù):教育數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析[6]。顯然,大數(shù)據(jù)是學(xué)習(xí)分析賴以生存的基石,也是改進(jìn)優(yōu)化學(xué)習(xí)分析技術(shù)的關(guān)鍵所在。
隨著大數(shù)據(jù)在教育領(lǐng)域的不斷深入,教學(xué)管理系統(tǒng)、課程管理系統(tǒng)、自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)等各類(lèi)應(yīng)用系統(tǒng)中各類(lèi)學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)狀態(tài)等過(guò)程性數(shù)據(jù)海量增長(zhǎng),并以可捕捉、可量化、可傳遞的數(shù)字存在,通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘,構(gòu)建學(xué)習(xí)分析模型,結(jié)合學(xué)生的態(tài)度、行為及其行為背景等因素,可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生思想、行為和心理動(dòng)態(tài),分析出學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn),獲得更準(zhǔn)確的學(xué)情信息。在此條件下,對(duì)于教師來(lái)講,對(duì)每一個(gè)學(xué)生的評(píng)價(jià)都可以建立在對(duì)過(guò)去學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)狀態(tài)數(shù)據(jù)的跟蹤、測(cè)量與分析基礎(chǔ)上,大大提高評(píng)價(jià)的精準(zhǔn)度和效度。在精準(zhǔn)評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)針對(duì)性的教學(xué)方案,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)。精準(zhǔn)教學(xué)突破了傳統(tǒng)教學(xué)模式下師生二元結(jié)構(gòu),形成了教師、數(shù)據(jù)、學(xué)生的三元結(jié)構(gòu),使得數(shù)據(jù)成為教學(xué)決策和教學(xué)方法改進(jìn)優(yōu)化的重要依據(jù)。對(duì)于學(xué)生來(lái)講,則可以通過(guò)對(duì)自身學(xué)情信息的精準(zhǔn)掌控,及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)方法,針對(duì)性地改進(jìn)不足,制定個(gè)性化學(xué)習(xí)計(jì)劃,以降低單位學(xué)習(xí)消耗,提高學(xué)習(xí)效益。
(1)技術(shù)挑戰(zhàn)。4 V特征的大數(shù)據(jù),往往來(lái)源于不同的設(shè)備、不同的系統(tǒng)和不同的用戶,在教育領(lǐng)域廣泛存在著海量的、非結(jié)構(gòu)化的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)目前常規(guī)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件工具難以有效捕捉、儲(chǔ)存、管理和分析。理論上基于學(xué)習(xí)分析的精準(zhǔn)教學(xué)可以有效地獲得有價(jià)值的信息并做出精準(zhǔn)評(píng)估,但現(xiàn)實(shí)情況卻不容樂(lè)觀。首先,數(shù)據(jù)也會(huì)“說(shuō)謊”,大數(shù)據(jù)一般關(guān)注于數(shù)據(jù)的相關(guān)性而非因果,基于大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)分析必須依賴于分析模型,不同的模型對(duì)數(shù)據(jù)分析準(zhǔn)確性往往也不一樣。建立什么模型,利用什么方法處理分析這些數(shù)據(jù),是學(xué)習(xí)分析必須解決的技術(shù)難題。否則,純粹依賴于一堆數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行教學(xué)決策,必將導(dǎo)致荒謬。再者,當(dāng)前學(xué)習(xí)分析整體框架有待完善,與現(xiàn)有常規(guī)教育系統(tǒng)接口尚未統(tǒng)一,針對(duì)特定學(xué)習(xí)情境、特定學(xué)生群體、特定學(xué)科專(zhuān)業(yè)的學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)尚不多見(jiàn)。最后,大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)方法尚不成熟,很多學(xué)校大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施十分落后,大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析方面還有很長(zhǎng)的路要走,這也是學(xué)習(xí)分析的主要技術(shù)挑戰(zhàn)。
(2)管理制約。學(xué)習(xí)分析可視為一種教育技術(shù),教育技術(shù)既是技術(shù)問(wèn)題,也是教育管理問(wèn)題,不僅涉及技術(shù)、方法、算法,還涉及教師、學(xué)生、教育管理者等人的要素的干預(yù)與優(yōu)化。如果教育管理不到位,將直接制約學(xué)習(xí)分析的應(yīng)用。一是前期投入有限。學(xué)習(xí)分析基礎(chǔ)是教育數(shù)據(jù)的采集,教育數(shù)據(jù)的采集既需要硬件設(shè)備的投入,也需要人員、時(shí)間的投入,巨額成本對(duì)于一般學(xué)校來(lái)講,恐怕短期之內(nèi)難以接受;二是專(zhuān)業(yè)人才的匱乏。學(xué)習(xí)分析是一種新理念,新技術(shù),對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)理念產(chǎn)生了巨大的沖擊。面對(duì)學(xué)習(xí)分析,傳統(tǒng)教育環(huán)境下的教師在思想上很難接受,在行動(dòng)上也很難跟上,畢竟學(xué)習(xí)分析工具的使用需要系統(tǒng)的學(xué)習(xí),數(shù)據(jù)分析應(yīng)用能力的提升也不是一蹴而就;三是教學(xué)方案的滯后?;诖髷?shù)據(jù)的學(xué)習(xí)分析,徹底顛覆了原有的教學(xué)模式,如何開(kāi)發(fā)適應(yīng)學(xué)習(xí)分析的教學(xué)方案任重而道遠(yuǎn)。
(3)倫理約束。大數(shù)據(jù)環(huán)境下的學(xué)習(xí)分析,其核心在于學(xué)生的學(xué)情數(shù)據(jù)。學(xué)情數(shù)據(jù)中往往蘊(yùn)含了諸多個(gè)人信息與隱私問(wèn)題,譬如學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)采集的學(xué)習(xí)軌跡數(shù)據(jù),通過(guò)眼動(dòng)技術(shù)采集的學(xué)生個(gè)體生物數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)透露了學(xué)生的習(xí)慣、生理心理特征,作為學(xué)習(xí)分析的對(duì)象自然不存在問(wèn)題,但倘若被攻擊盜用并被不法分子利用,就會(huì)引發(fā)一系列倫理層面的問(wèn)題。目前有關(guān)學(xué)習(xí)分析領(lǐng)域的法律體系、道德規(guī)范、安全技術(shù)尚不明晰,倘若不盡快建立相應(yīng)的倫理約束機(jī)制,必然會(huì)影響學(xué)習(xí)分析的健康發(fā)展。
雖然學(xué)習(xí)分析在教育技術(shù)領(lǐng)域是一類(lèi)新興技術(shù),但其早已應(yīng)用于商業(yè)和信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)[7]。本文旨在設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)易的基于大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)分析系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)報(bào)告與價(jià)值決策等功能。
當(dāng)前很多專(zhuān)業(yè)的學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)雖然設(shè)計(jì)十分先進(jìn),數(shù)據(jù)分析能力優(yōu)越,但系統(tǒng)往往過(guò)于復(fù)雜,且重?cái)?shù)據(jù)分析而忽略數(shù)據(jù)采集,導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集不夠準(zhǔn)確全面,使得對(duì)數(shù)據(jù)的分析情況與真實(shí)的學(xué)生學(xué)習(xí)情況存在較大偏差,不能夠?qū)崿F(xiàn)大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)分析,影響了學(xué)習(xí)分析數(shù)據(jù)報(bào)告客觀性及其決策價(jià)值。針對(duì)此問(wèn)題,本系統(tǒng)將數(shù)據(jù)采集作為重要功能模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要包括移動(dòng)學(xué)習(xí)終端、數(shù)據(jù)采集單元、人機(jī)交互界面和中央處理器,數(shù)據(jù)采集單元包括知識(shí)點(diǎn)收集模塊、學(xué)習(xí)時(shí)間采集模塊和學(xué)生信息采集模塊。人機(jī)交互界面包括算法輸入模塊、顯示器和數(shù)據(jù)調(diào)取模塊。移動(dòng)學(xué)習(xí)終端的輸出端與數(shù)據(jù)采集單元的輸入端電連接,數(shù)據(jù)采集單元的輸出端與計(jì)數(shù)器模塊輸入端電連接,計(jì)數(shù)器模塊的輸出端與緩存器的輸入端電連接,緩存器的輸出端與網(wǎng)絡(luò)連接模塊的輸入端信號(hào)連接,網(wǎng)絡(luò)連接模塊的輸出端與中央處理器的輸入端信號(hào)連接,中央處理器分別與知識(shí)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)和大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器雙向電連接,人機(jī)交互界面與中央處理器雙向電連接。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,此基于大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,通過(guò)加入數(shù)據(jù)采集單元,能夠?qū)W(xué)生的信息進(jìn)行采集,其中知識(shí)點(diǎn)采集模塊能夠?qū)W(xué)生所學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),學(xué)習(xí)時(shí)間采集模塊能夠?qū)⒚總€(gè)知識(shí)點(diǎn)所用的學(xué)習(xí)時(shí)間進(jìn)行采集,學(xué)生信息采集模塊能夠?qū)W(xué)生的個(gè)人信息錄入,可以獲取學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣等數(shù)據(jù)。在對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行采集之后,將這些信息導(dǎo)流進(jìn)計(jì)數(shù)器中,計(jì)數(shù)器再傳輸?shù)骄彺嫫髦羞M(jìn)行緩存,并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接模塊將信息傳遞給中央處理器,通過(guò)人機(jī)交互界面將大數(shù)據(jù)的算法輸入到中央處理器中,中央處理器調(diào)取知識(shí)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,并將分析結(jié)果存儲(chǔ)在大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中,以備調(diào)用,通過(guò)人機(jī)界面可以隨時(shí)調(diào)取所需數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,能夠全面地對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行分析,提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),方便教師根據(jù)學(xué)習(xí)分析結(jié)果采用更適合的教育教學(xué)方法。
圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖
基于大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)分析,在理論上突破了傳統(tǒng)信息化教學(xué)中資源有限性的困局,使得教師的教學(xué)、學(xué)生的學(xué)習(xí)可以依賴于教學(xué)全部過(guò)程的全部數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的解釋、評(píng)估與改進(jìn),可以極大地提高教與學(xué)的效果。當(dāng)然,在實(shí)際中,仍然需結(jié)合現(xiàn)有的教學(xué)環(huán)境與技術(shù)條件,從簡(jiǎn)單易用的學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)構(gòu)建入手,逐步推進(jìn)基于大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)分析的應(yīng)用與發(fā)展。
[1]徐鵬,王以寧,劉艷華,等.大數(shù)據(jù)視角分析學(xué)習(xí)變革——美國(guó)《通過(guò)教育數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析促進(jìn)教與學(xué)》報(bào)告解讀及啟示[J].遠(yuǎn)程教育雜志,2013(6):11-17.
[2]SIEMENSG.Learning and Knowledge Analytics Knewton the Future ofEducation?[EB/OL].[2014-01-07].http://www.learn inganalytics.net/?p=126.
[3]何克抗.“學(xué)習(xí)分析技術(shù)”在我國(guó)的新發(fā)展[J].電化教育研究,2016(7):5-13.
[4]吳永和,陳丹,馬曉玲,等.學(xué)習(xí)分析:教育信息化的新浪潮[J].遠(yuǎn)程教育雜志,2013(4):11-19.
[5]王良周,于衛(wèi)紅.大數(shù)據(jù)視角下的學(xué)習(xí)分析綜述[J].中國(guó)遠(yuǎn)程教育,2015(3):31-37.
[6]BIENKOWSKIM,FENG M,MEANSB.Enhancing Teaching and Learning through Educational Data Mining and Learning Analytics:An Issue Brief[R].Washington DC:U.S.DepartmentofEducation,Office ofEducational Technology,2012.
[7]王紫琴,彭嫻,吳砥.學(xué)習(xí)分析技術(shù)規(guī)范比較研究[J].開(kāi)放教育研究,2017(1):93-101.
Learning analyticsand system construction based on big data
FU Da-jie
(Department of Information Engineering,Jiangxi Vocational College of Financeand Economics,Jiujiang332000,China)
Learning analytics is the product of the big data,and it has become a hot issue in the field of educational informationization in recentyears.Learninganalyticsmakes itpossible tomake precise teachingand individualized learning,but it also faces the constraints of technology,management and ethics.Many of the current professional learning analytics system design is very advanced,but these systems are often too complex and attach great importance to data analysis thus ignore the data acquisition.The data acquisition is notaccurate and comprehensive,which affects the validity of learning analytics.It is very important to construct a simple learning analytics system based on big data,which can promote the application and development of learning analytics.
big data;learninganalytics;system;construction
TP391;G40-057
A
1008-0171(2017)06-0017-04
2017-03-23
江西省教育廳科技項(xiàng)目(GJJ151428)
付達(dá)杰(1983-),男,江西九江人,江西財(cái)經(jīng)職業(yè)學(xué)院副教授。
王桂珍 foshanwgzh@163.com】
佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2017年6期