摘要：如今遠(yuǎn)程教育、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、在線(xiàn)課程、虛擬教室以及交互學(xué)習(xí)等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用。隨之產(chǎn)生的大規(guī)模開(kāi)放式在線(xiàn)課程（慕課）成了受歡迎的教學(xué)系統(tǒng)，其中包含了視頻學(xué)習(xí)、課件資料、討論區(qū)、測(cè)驗(yàn)與作業(yè)以及用戶(hù)個(gè)人資料等各類(lèi)數(shù)據(jù)。本文結(jié)合慕課網(wǎng)站開(kāi)放的學(xué)生數(shù)據(jù)，展開(kāi)基于慕課的教育大數(shù)據(jù)挖掘研究與實(shí)踐，旨在對(duì)學(xué)生表現(xiàn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，為其提供輔助性意見(jiàn)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù);在線(xiàn)課程; 慕課;教育數(shù)據(jù)挖掘

中圖分類(lèi)號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2019）10-0101-05

引言

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)全面來(lái)臨。通過(guò)各種大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以從海量數(shù)據(jù)中獲取潛在價(jià)值。[1]多元化的價(jià)值觀念使得大數(shù)據(jù)技術(shù)在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。大數(shù)據(jù)時(shí)代下的傳統(tǒng)教育理念也隨之更改，教育大數(shù)據(jù)挖掘研究同樣成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。[2]傳統(tǒng)教學(xué)長(zhǎng)期處于教學(xué)觀念落后、教學(xué)模式單一的困境中，這不僅容易導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不高，而且有礙學(xué)生對(duì)知識(shí)理解和掌握程度的提升。作為大數(shù)據(jù)時(shí)代產(chǎn)物之一的慕課，無(wú)疑為復(fù)雜多變的教育難題提供了新思路。新穎生動(dòng)的教學(xué)形式不僅能促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容的轉(zhuǎn)變，引領(lǐng)教學(xué)方式的變革，而且能提升教學(xué)效率，改善教學(xué)質(zhì)量。因此，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)探究基于慕課的教育大數(shù)據(jù)下的有效教學(xué)策略，具有非常重要的意義。

慕課概述

在數(shù)據(jù)化的理念下，依靠大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)教學(xué)行為數(shù)據(jù)、學(xué)生活動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面、客觀的分析與評(píng)價(jià)，有助于學(xué)生個(gè)性的培養(yǎng)，促進(jìn)高等教育改革。目前，在線(xiàn)教學(xué)活動(dòng)廣泛地融入傳統(tǒng)大學(xué)的正規(guī)教學(xué)計(jì)劃中，作為大數(shù)據(jù)時(shí)代產(chǎn)物之一的慕課，對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)模式產(chǎn)生了巨大的影響。[3]

慕課，又稱(chēng)為大規(guī)模開(kāi)放式在線(xiàn)課程（Massive Open Online Courses，簡(jiǎn)稱(chēng)MOOC），其堅(jiān)持以“生”為本的教學(xué)理念，教學(xué)模式靈活，教學(xué)設(shè)計(jì)巧妙，課程資源豐富，學(xué)習(xí)方法高效，教學(xué)管理有效，教學(xué)評(píng)價(jià)科學(xué)，深受廣大用戶(hù)歡迎。[4]慕課與傳統(tǒng)教學(xué)的不同之處有：①教學(xué)模式非常靈活，在采用活動(dòng)式、互動(dòng)式、翻轉(zhuǎn)式、合作式、混合式過(guò)程中，以“生”為主，以“師”為輔，保持學(xué)生的思維活躍性，確保學(xué)生的自主權(quán)，充分體現(xiàn)學(xué)生的主體性[5];②授課過(guò)程中，采用小組合作、在線(xiàn)學(xué)習(xí)與互動(dòng)、在線(xiàn)習(xí)題與測(cè)試方式，不僅能很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，更能發(fā)掘?qū)W生潛能，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，同時(shí)也能減輕教師的工作壓力，提升教師的輔助效率;③實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的共享，學(xué)生可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)，較好地緩解了教育資源的不平衡問(wèn)題。

大數(shù)據(jù)時(shí)代下的慕課，其獨(dú)特的教學(xué)理念和新穎的教學(xué)模式將知識(shí)擴(kuò)展到不同的知識(shí)領(lǐng)域，不僅豐富了學(xué)習(xí)內(nèi)容，而且增添了學(xué)習(xí)的趣味性。[6]慕課讓學(xué)生在接觸知識(shí)的同時(shí)，產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。慕課的出現(xiàn)不僅打破了教育的時(shí)空界限，而且顛覆了傳統(tǒng)大學(xué)課堂教與學(xué)的方式。

教育數(shù)據(jù)挖掘

數(shù)據(jù)挖掘（Data Mining，簡(jiǎn)稱(chēng)DM）是從數(shù)量龐大的數(shù)據(jù)中尋找并發(fā)掘深藏在數(shù)據(jù)背后的有用信息，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)價(jià)值的過(guò)程。教育數(shù)據(jù)挖掘（Educational Data Mining，簡(jiǎn)稱(chēng)EDM）是使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)教育系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，并提取出價(jià)值信息的過(guò)程。EDM社區(qū)網(wǎng)站（www.educationaldatamining.org）對(duì)教育數(shù)據(jù)挖掘定義如下：教育數(shù)據(jù)挖掘旨在研究并分析教育大數(shù)據(jù)對(duì)教育行業(yè)的作用和影響，使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)教育體系中特定種類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。[7]

實(shí)施教育數(shù)據(jù)挖掘活動(dòng)目的在于，從各類(lèi)教育數(shù)據(jù)信息中尋找、發(fā)現(xiàn)并提取有助于提高教學(xué)質(zhì)量的價(jià)值信息，從而為受教育者提供輔助性意見(jiàn)，幫助分析各學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中所遇到的問(wèn)題，及時(shí)更改計(jì)劃，提高效率，幫助教育者從多方面了解學(xué)生的各種狀態(tài)，適當(dāng)更改計(jì)劃，提高教學(xué)質(zhì)量。[8]教育數(shù)據(jù)挖掘流程主要分為以下步驟：數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)挖掘模型建立、數(shù)據(jù)解釋。過(guò)程如圖1所示。

基于慕課的教育大數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)

如今，教育大數(shù)據(jù)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，深受大眾歡迎的慕課網(wǎng)站不僅包含了各式各樣的課程資源，如課件文檔、音頻視頻等，還記錄了用戶(hù)的各種相關(guān)數(shù)據(jù)，如課程跟蹤、測(cè)驗(yàn)、調(diào)查、作業(yè)、期末考試、討論以及用戶(hù)個(gè)人信息等。下表分析了基于慕課的教育大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。

筆者設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于慕課的教育大數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)，研究數(shù)據(jù)來(lái)自慕課網(wǎng)站開(kāi)放的學(xué)生數(shù)據(jù)集，旨在對(duì)學(xué)生表現(xiàn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，為其提供輔助性意見(jiàn)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

1.系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)使用對(duì)象是在校師生，采用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）模式，方便用戶(hù)的查詢(xún)、瀏覽等操作。系統(tǒng)邏輯架構(gòu)采用三層體系架構(gòu)，從數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層、表現(xiàn)層分析、設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)提供訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)操作，對(duì)數(shù)據(jù)的完整性、安全性進(jìn)行定義和維護(hù)。業(yè)務(wù)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)層和表現(xiàn)層之間的數(shù)據(jù)傳輸，響應(yīng)表現(xiàn)層傳來(lái)的用戶(hù)請(qǐng)求，執(zhí)行相應(yīng)任務(wù)訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)層，然后將結(jié)果返回給表現(xiàn)層。三層體系架構(gòu)如上頁(yè)圖2所示。

2.系統(tǒng)工作流程

本系統(tǒng)采用決策樹(shù)技術(shù)進(jìn)行教育數(shù)據(jù)挖掘，使用決策樹(shù)模型預(yù)測(cè)學(xué)生表現(xiàn)，系統(tǒng)總體流程如圖3所示。在圖3中，進(jìn)入系統(tǒng)后，功能菜單中顯示數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)挖掘、表現(xiàn)預(yù)測(cè)功能，如選擇數(shù)據(jù)中心功能，則顯示學(xué)生基本情況、家庭情況、校內(nèi)情況、校外情況，方便查看學(xué)生的數(shù)據(jù)種類(lèi)。

3.系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計(jì)為：登錄模塊、學(xué)生數(shù)據(jù)模塊、數(shù)據(jù)挖掘模塊、預(yù)測(cè)模塊、后臺(tái)管理模塊，每個(gè)模塊由各個(gè)子模塊組成，系統(tǒng)功能模塊組成如圖4所示。

數(shù)據(jù)挖掘模塊是本系統(tǒng)中的重要功能模塊，根據(jù)教育數(shù)據(jù)挖掘的過(guò)程，分別設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)獲取子模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理子模塊、決策樹(shù)生成子模塊、分類(lèi)規(guī)則顯示子模塊。

（1）數(shù)據(jù)獲取子模塊

主要負(fù)責(zé)用于構(gòu)造決策樹(shù)的樣本數(shù)據(jù)集。系統(tǒng)管理員通過(guò)后臺(tái)管理中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入，錄入學(xué)生的各類(lèi)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)獲取模塊則從這些導(dǎo)入數(shù)據(jù)中選擇樣本數(shù)據(jù)集，用于決策樹(shù)的構(gòu)造。

（2）數(shù)據(jù)預(yù)處理子模塊

主要負(fù)責(zé)非一致數(shù)據(jù)的處理，將非一致數(shù)據(jù)表轉(zhuǎn)換成多值決策表。檢查數(shù)據(jù)的非一致性，合并多個(gè)非一致樣本，并將其決策用集合表示，將樣本屬性中的不同類(lèi)別分別用數(shù)字表示，即屬性值用不同的數(shù)字表示，每一種屬性類(lèi)別對(duì)應(yīng)一種數(shù)字，形成多值決策表，用于決策樹(shù)構(gòu)造。

（3）決策樹(shù)生成子模塊

本文基于貪心思想算法設(shè)計(jì)決策樹(shù)構(gòu)造算法，決策樹(shù)貪心構(gòu)造過(guò)程如圖5所示。

（4）分類(lèi)規(guī)則顯示子模塊

主要負(fù)責(zé)以if-then形式顯示分類(lèi)規(guī)則，方便用戶(hù)查看決策樹(shù)分類(lèi)結(jié)果。

4.系統(tǒng)功能模塊實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)獲取主要是從后臺(tái)已導(dǎo)入的數(shù)據(jù)中選擇用戶(hù)需要的數(shù)據(jù)，用于決策表的構(gòu)造，但不顯示具體的數(shù)據(jù)信息，選取對(duì)應(yīng)的條件屬性和決策屬性。數(shù)據(jù)預(yù)處理主要是將獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理操作，對(duì)已選擇的屬性所對(duì)應(yīng)的屬性值用不同的數(shù)字來(lái)表示。經(jīng)過(guò)預(yù)處理操作之后，得到了用于構(gòu)造決策樹(shù)的多值決策表，實(shí)現(xiàn)決策樹(shù)的貪心構(gòu)造，顯示出生成結(jié)果，供用戶(hù)參考。分類(lèi)規(guī)則顯示部分，主要將上一步中決策樹(shù)從根節(jié)點(diǎn)到葉節(jié)點(diǎn)之間的每一條路徑，即每一條規(guī)則結(jié)果，以if-then規(guī)則顯示出來(lái)，方便用戶(hù)理解和查看。

結(jié)論

本文主要使用決策樹(shù)技術(shù)，對(duì)基于慕課的教育大數(shù)據(jù)進(jìn)行了挖掘分析，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了教育數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)。慕課學(xué)習(xí)平臺(tái)上記錄的大量用戶(hù)數(shù)據(jù)，可以充分利用并發(fā)揮數(shù)據(jù)的價(jià)值，挖掘數(shù)據(jù)潛在的價(jià)值信息，服務(wù)于教學(xué)決策和學(xué)習(xí)優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]王國(guó)胤，劉群，于洪，等.大數(shù)據(jù)挖掘及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2017，7.

[2]李海林.大數(shù)據(jù)環(huán)境下的數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)探索[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代，2014（02）：54-55.

[3]K Park，MC Nguyen，H Won. Web-based collaborative big data analytics on big data as a service platform[C].In Advanced Communication Technology，2015：564-567.

[4]陳堅(jiān)林.大數(shù)據(jù)時(shí)代的慕課與外語(yǔ)教學(xué)研究——挑戰(zhàn)與機(jī)遇[J].外語(yǔ)電化教學(xué)，2015（01）：3-8.

[5]王彥明.慕課（MOOCs）時(shí)代下的教學(xué)變革：一種理性之思[J].教育科學(xué)研究，2015（07）：59-64.

[6]傅美蓉.大數(shù)據(jù)時(shí)代運(yùn)用慕課開(kāi)展高校外國(guó)文學(xué)教學(xué)的思考[J].廣西教育，2016（27）：113-115.

[7]Educational Data Mining[DB/OL].http：//www.educationaldatamining.org.

[8]姜強(qiáng)，趙蔚，王朋嬌，等.基于大數(shù)據(jù)的個(gè)性化自適應(yīng)在線(xiàn)學(xué)習(xí)分析模型及實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)電化教育，2015（01）：85-92.

作者簡(jiǎn)介：許美玲，女，碩士，助教，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)挖掘、面向?qū)ο筌浖_(kāi)發(fā)。

基金項(xiàng)目：浙江省科技廳公益性技術(shù)應(yīng)用研究項(xiàng)目（2015C33085）。