付麗琴

摘要：教師職能已由傳統(tǒng)的課堂講授轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)、組織、幫助與指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)，而學(xué)習(xí)分析成為了現(xiàn)代教學(xué)中必不可少的輔助手段。與此同時(shí)，大數(shù)據(jù)技術(shù)的出現(xiàn)為數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用提供了全新的思維和方式，大大推動(dòng)了教學(xué)的個(gè)性化、適應(yīng)性研究。本文以大數(shù)據(jù)為背景，結(jié)合云存儲(chǔ)技術(shù)，以教師教學(xué)設(shè)計(jì)為應(yīng)用目標(biāo)，討論學(xué)習(xí)分析的內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)，包括學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取、存儲(chǔ)和分析。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)分析；大數(shù)據(jù)；云存儲(chǔ)；教學(xué)設(shè)計(jì)

引言

隨著Internet、4G等信息技術(shù)的普及，以及MOOC等開(kāi)放教育資源的日漸豐富，學(xué)生獲取知識(shí)的渠道快速增加，基本實(shí)現(xiàn)了隨時(shí)隨地的學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)方式的改變導(dǎo)致了教師角色的轉(zhuǎn)變，教師不再是知識(shí)的唯一傳授者，而成為學(xué)生學(xué)習(xí)的干預(yù)者和引導(dǎo)者，教師職能由傳統(tǒng)的課堂講授轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)、組織、幫助與指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)。在此環(huán)境下，教師的主要任務(wù)就是為學(xué)生量身定做最合適的學(xué)習(xí)環(huán)境和個(gè)性化指導(dǎo)，具體包括兩個(gè)方面：一是設(shè)計(jì)以學(xué)生為中心的教學(xué)方案，二是設(shè)計(jì)以學(xué)生為主體的教學(xué)形式。為了完成此任務(wù)，教師不僅要充分利用知識(shí)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)在聯(lián)系，而且更多地依賴于對(duì)學(xué)生狀況的了解，只有預(yù)先了解學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，才能做出恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)設(shè)計(jì)。因此，學(xué)習(xí)分析成為現(xiàn)代教學(xué)中的必要的輔助手段。2013年美國(guó)新媒體聯(lián)盟（NMC）的《地平線報(bào)告》提出，2～3年內(nèi)學(xué)習(xí)分析這項(xiàng)技術(shù)將會(huì)被廣泛接受。

聯(lián)合國(guó)在2012年發(fā)布的大數(shù)據(jù)白皮書(shū)“BigData for Development：Challenges& opportunities”中宣告了大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)。大數(shù)據(jù)時(shí)代為數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用提供了全新的思維和方式。在高容量、高速度、多樣化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的大數(shù)據(jù)時(shí)代，我們不僅可以借助云服務(wù)端來(lái)存儲(chǔ)海量的結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，還可利用數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)從這些海量數(shù)據(jù)中提取具有重要價(jià)值的信息，從而對(duì)包括教育領(lǐng)域在內(nèi)的社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。

“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)學(xué)校，分析變革教育”的大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，大數(shù)據(jù)技術(shù)使得我們可以獲取每個(gè)學(xué)生的海量時(shí)空軌跡的行為數(shù)據(jù)，包括學(xué)生在學(xué)校里發(fā)生的每一件事情，學(xué)習(xí)過(guò)程中的全部表現(xiàn)，以及在家用計(jì)算機(jī)終端學(xué)習(xí)過(guò)程中的一舉一動(dòng)；然后，基于大數(shù)據(jù)的云計(jì)算平臺(tái)，教師不但可以對(duì)反映學(xué)生學(xué)習(xí)成果的各種量化或質(zhì)性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，還可以對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中以及虛擬情境中的非結(jié)構(gòu)化行為進(jìn)行分析，最終利用學(xué)習(xí)分析的結(jié)果做出最適合學(xué)生的教學(xué)設(shè)計(jì)，并且為學(xué)生推薦學(xué)習(xí)軌跡。

一、學(xué)習(xí)分析的內(nèi)容

以學(xué)生為中心的教學(xué)設(shè)計(jì)，包括為學(xué)生設(shè)計(jì)合理的學(xué)習(xí)任務(wù)單和課堂教學(xué)形式，提供相關(guān)的教學(xué)視頻和學(xué)習(xí)資源等。大數(shù)據(jù)時(shí)代的教學(xué)設(shè)計(jì)依賴于教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)狀況的了解，學(xué)習(xí)分析是從整個(gè)系統(tǒng)的角度出發(fā)幫助教師做出教學(xué)決策，學(xué)習(xí)分析需要對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中形成的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和分析，以評(píng)估學(xué)生的學(xué)術(shù)進(jìn)展，預(yù)測(cè)其未來(lái)表現(xiàn)，并發(fā)現(xiàn)影響學(xué)生學(xué)習(xí)系統(tǒng)的因素，其目的是評(píng)估學(xué)生、發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題并最終優(yōu)化學(xué)習(xí)，對(duì)象是學(xué)生及其學(xué)習(xí)環(huán)境，基礎(chǔ)是海量數(shù)據(jù)。

為了準(zhǔn)確地了解每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，不僅要對(duì)學(xué)生當(dāng)前的學(xué)業(yè)表現(xiàn)進(jìn)行多元化評(píng)價(jià)，還要在一定程度上預(yù)測(cè)學(xué)生的未來(lái)表現(xiàn)，要對(duì)每個(gè)學(xué)生進(jìn)行全方位的發(fā)展性評(píng)價(jià)。為此，我們需要全面地跟蹤記錄一個(gè)學(xué)生的所有表現(xiàn)，既有量化的也有行為表現(xiàn)的，既有課內(nèi)的也有課外的。根據(jù)大數(shù)據(jù)時(shí)代學(xué)生學(xué)習(xí)方式的多樣化和靈活性特點(diǎn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)包括線上數(shù)據(jù)和線下數(shù)據(jù)兩種。對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和分析，可以全面跟蹤和掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)特點(diǎn)。學(xué)習(xí)是學(xué)生與學(xué)習(xí)內(nèi)容、教師、合作同學(xué)和學(xué)習(xí)環(huán)境之間的復(fù)雜交互過(guò)程。

（一）線上學(xué)習(xí)的評(píng)估內(nèi)容包括：

1.學(xué)生在線學(xué)習(xí)表現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)描述，包括學(xué)習(xí)時(shí)間的投入（如學(xué)生在某個(gè)知識(shí)點(diǎn)上花費(fèi)的時(shí)間）、學(xué)習(xí)活動(dòng)頻次（如學(xué)生對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)瀏覽的次數(shù)）、學(xué)習(xí)資源瀏覽（如學(xué)生對(duì)教學(xué)視頻中某個(gè)片段瀏覽的次數(shù)）、考試成績(jī)等；

2.學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)路徑，包括學(xué)習(xí)者提問(wèn)、回答相關(guān)問(wèn)題和師生交流（如師生交互行為分析、師生發(fā)帖的內(nèi)容分析、師生交互的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析）；

3.影響學(xué)習(xí)者在線學(xué)習(xí)表現(xiàn)的各種因素，如學(xué)習(xí)者的興趣愛(ài)好；

4.各種虛擬情境下的學(xué)生表現(xiàn)，包括社會(huì)態(tài)度、責(zé)任感、處事方式等。

（二）線下學(xué)習(xí)的評(píng)估內(nèi)容包括：

1.學(xué)生在學(xué)習(xí)不同模塊的階段性成績(jī)和課堂觀察結(jié)果；

2.實(shí)訓(xùn)表現(xiàn)及過(guò)程感受；

3.實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)等環(huán)境的適應(yīng)情況；

4.學(xué)習(xí)活動(dòng)中與人溝通交流、團(tuán)隊(duì)合作的表現(xiàn)。

二、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的獲取與存儲(chǔ)

（一）學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)獲取

學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)是指通過(guò)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中所產(chǎn)生的學(xué)習(xí)日志進(jìn)行濾處理后得到的數(shù)據(jù)。學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的類型非常豐富，其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)是事后搜集的，如采用傳統(tǒng)的考試分?jǐn)?shù)采集的定量數(shù)據(jù)，以及通過(guò)文件、檔案記錄、深度訪談、參與式觀察等多種方法采集得到的質(zhì)性數(shù)據(jù)等。大部分學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)是在學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中自然發(fā)生的數(shù)據(jù)，是即時(shí)產(chǎn)生的，需要實(shí)時(shí)采集。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集主要依賴于傳感器、射頻識(shí)別技術(shù)或?qū)ｉT軟件等，例如，我們可以利用圖像傳感器捕捉學(xué)生在觀看教學(xué)視頻時(shí)的視線移動(dòng)，用專門軟件跟蹤記錄學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)和完成習(xí)題檢測(cè)的全過(guò)程，包括讀題的時(shí)間、做題的順序、做題時(shí)間、解答過(guò)程等；為了研究學(xué)生的學(xué)習(xí)與心理動(dòng)態(tài)，可以在線采集他們的行為蹤跡、交友網(wǎng)絡(luò)和微博等半結(jié)構(gòu)或非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；為了了解學(xué)生的價(jià)值、態(tài)度和道德養(yǎng)成，可用軟件記錄學(xué)生對(duì)學(xué)術(shù)活動(dòng)和社交活動(dòng)的參與情況等。

經(jīng)過(guò)各種渠道獲取的學(xué)習(xí)分析數(shù)據(jù)的種類和結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，只有少部分是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，大部分是難以計(jì)量和分析的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑、學(xué)習(xí)體驗(yàn)及學(xué)生對(duì)環(huán)境的感受等等，這些數(shù)據(jù)用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法有很大的困難，需要先將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為單一的或是便于處理的結(jié)構(gòu)，然后才能做數(shù)據(jù)分析。

除直接采集的數(shù)據(jù)外，還可以利用其他信息化管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，如學(xué)生處、教務(wù)處等高校業(yè)務(wù)部門的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。由于不同部門運(yùn)用不同的數(shù)據(jù)系統(tǒng)軟件，各個(gè)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)除包含進(jìn)行學(xué)習(xí)分析所需的有用信息外，還會(huì)摻雜很多干擾信息，因此需要將多種來(lái)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，以主題為目標(biāo)，建立以分析為主要功能的數(shù)據(jù)集合。

（二）學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

將結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)化的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)及時(shí)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)中心是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問(wèn)和實(shí)時(shí)分析的必要前提。直接采集或從各部門數(shù)據(jù)庫(kù)得到的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)具有不同格式，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的方法需要解決過(guò)濾后數(shù)據(jù)的異構(gòu)性問(wèn)題，如采用聯(lián)邦式、基于中間件模型和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)等方法。云存儲(chǔ)技術(shù)不但能夠兼容不同結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，而且屏蔽了數(shù)據(jù)丟失、病毒入侵等問(wèn)題，是安全可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。利用云存儲(chǔ)技術(shù)來(lái)構(gòu)建學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)環(huán)境，根據(jù)數(shù)據(jù)的類型、結(jié)構(gòu)不同而選擇不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案，使各種類型的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)高效地同步到數(shù)據(jù)中心。

要對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析，還需將這些來(lái)自前端的數(shù)據(jù)導(dǎo)人到一個(gè)集中的大型分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，或者分布式存儲(chǔ)集群。云計(jì)算開(kāi)源平臺(tái)Hadoop提供了分布式文件系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)以及數(shù)據(jù)分析處理等功能模塊在內(nèi)的完整生態(tài)系統(tǒng)，現(xiàn)已經(jīng)發(fā)展成為目前最流行的大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)。基于Ha-doop來(lái)構(gòu)建學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)，具有數(shù)據(jù)管理方便、訪問(wèn)速度快等優(yōu)點(diǎn)。

三、學(xué)習(xí)分析

學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析是對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)境和學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)中產(chǎn)生的各種結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析的過(guò)程。在進(jìn)行學(xué)習(xí)分析時(shí)，采用面向主題的數(shù)據(jù)組織方式。主題（subject）是在較高層次上將信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合、歸類和分析利用的一個(gè)抽象概念，每一個(gè)主題基本對(duì)應(yīng)一個(gè)分析領(lǐng)域。根據(jù)教學(xué)設(shè)計(jì)需求，我們選擇三個(gè)主題實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)分析：學(xué)生學(xué)習(xí)成果、學(xué)習(xí)體驗(yàn)和學(xué)習(xí)能力，其中，學(xué)習(xí)能力既反映了學(xué)習(xí)的效果，又是預(yù)測(cè)學(xué)生未來(lái)學(xué)習(xí)表現(xiàn)的關(guān)鍵因素。

每個(gè)主題細(xì)分為幾項(xiàng)內(nèi)容，每項(xiàng)內(nèi)容都是若干分析對(duì)象數(shù)據(jù)的一個(gè)完整描述。Fulks認(rèn)為，學(xué)生學(xué)習(xí)成果是期望學(xué)生在經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)后應(yīng)該獲得的、具體的、可測(cè)量的目標(biāo)和結(jié)果，包括認(rèn)知、技能、態(tài)度等，因此，反映學(xué)習(xí)成果的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)包括知識(shí)掌握程度、知識(shí)應(yīng)用的能力、口頭與書(shū)面表達(dá)的能力、獨(dú)立制訂計(jì)劃的能力、創(chuàng)業(yè)能力、社會(huì)能力和社會(huì)責(zé)任意識(shí)等；學(xué)習(xí)體驗(yàn)是指學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容、任務(wù)安排、教學(xué)環(huán)境等的感受，以及實(shí)訓(xùn)感受和對(duì)學(xué)習(xí)成果的滿意度等；學(xué)習(xí)能力指學(xué)生獲取信息、接受知識(shí)和應(yīng)用知識(shí)的能力，具體包括：學(xué)習(xí)速度、領(lǐng)悟能力、獨(dú)立思考能力、獲取與利用信息的能力、分析判斷與決策的能力、遇挫表現(xiàn)、學(xué)習(xí)活動(dòng)中的應(yīng)急和應(yīng)變情況、與其他學(xué)習(xí)者的互動(dòng)與合作等。

在Hadoop平臺(tái)上，利用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)或者分布式計(jì)算集群，來(lái)對(duì)存儲(chǔ)于其內(nèi)的海量學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，如對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)成果等非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行維度分析和關(guān)聯(lián)規(guī)則分析等以推斷出各種類數(shù)據(jù)間的細(xì)微差異與關(guān)系，所得出的信息以可視化技術(shù)直觀地顯示，為教師教學(xué)決策及時(shí)提出預(yù)警和幫助。

四、結(jié)束語(yǔ)

大數(shù)據(jù)技術(shù)可以高速實(shí)時(shí)地處理不同結(jié)構(gòu)的復(fù)雜海量數(shù)據(jù)，并對(duì)大量不相關(guān)信息進(jìn)行深度復(fù)雜分析，可以幫助推動(dòng)教學(xué)的個(gè)性化、適應(yīng)性研究。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計(jì)算提供的軟件、存儲(chǔ)、安全等技術(shù)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，了解學(xué)生真實(shí)的學(xué)習(xí)狀況，使教師能夠根據(jù)學(xué)習(xí)者的需要選擇和設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，是提高教學(xué)質(zhì)量的有效途徑。