張雨虹 王紅梅 趙妍

摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，信息傳播打破了時(shí)間和空間的限制，其中以互聯(lián)網(wǎng)為依托的在線(xiàn)學(xué)習(xí)發(fā)展迅猛。經(jīng)發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)線(xiàn)下教學(xué)模式在向混合式教學(xué)模式轉(zhuǎn)換過(guò)程中，學(xué)生在線(xiàn)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性不高，有待進(jìn)一步激發(fā)，所以滿(mǎn)足學(xué)生個(gè)性化、差異化的需求，提高學(xué)生在線(xiàn)學(xué)習(xí)的積極性和增強(qiáng)用戶(hù)黏性就顯得尤為重要。本文以學(xué)習(xí)通平臺(tái)為例，使用K-means算法對(duì)在線(xiàn)學(xué)習(xí)的學(xué)生產(chǎn)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在線(xiàn)學(xué)習(xí)教育平臺(tái)可以面向不同類(lèi)型學(xué)習(xí)者，提供科學(xué)、個(gè)性化、合理有效的教學(xué)方案。

關(guān)鍵詞：用戶(hù)行為;在線(xiàn)學(xué)習(xí);聚類(lèi)分析

引言

在線(xiàn)學(xué)習(xí)平臺(tái)結(jié)合線(xiàn)下課堂教學(xué)已經(jīng)成為各大高校的一種新興教學(xué)模式，在線(xiàn)學(xué)習(xí)平臺(tái)可以記錄學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，全面記錄學(xué)習(xí)過(guò)程，形成比較集中的在線(xiàn)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，采用聚類(lèi)方法對(duì)在線(xiàn)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，讓不同類(lèi)型的學(xué)習(xí)者都能獲得有效的在線(xiàn)學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

本文以學(xué)習(xí)通平臺(tái)上我校軟件工程專(zhuān)業(yè)的兩門(mén)專(zhuān)業(yè)課程為例，導(dǎo)出2021-3 -1到2021-6-30完整的后臺(tái)數(shù)據(jù)，使用K-means算法對(duì)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中的4項(xiàng)學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)分析，這4項(xiàng)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分別是任務(wù)點(diǎn)完成百分比、作業(yè)得分、章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)、考試成績(jī)，把參加在線(xiàn)學(xué)習(xí)的學(xué)生分為五種類(lèi)型的學(xué)習(xí)者，這五種類(lèi)型分別對(duì)應(yīng)著考核效果，主要是考察學(xué)生在線(xiàn)學(xué)習(xí)行為對(duì)混合教學(xué)模式的效果影響，可以為學(xué)生提供個(gè)性化指導(dǎo)以及教學(xué)干預(yù)。

1 線(xiàn)上學(xué)習(xí)平臺(tái)的應(yīng)用概況

1.1 線(xiàn)上學(xué)習(xí)發(fā)展及研究

在我國(guó)，早在上世紀(jì)90年代互聯(lián)網(wǎng)剛興起的時(shí)候，在線(xiàn)教育就已經(jīng)開(kāi)始發(fā)展了。它打破了線(xiàn)下傳統(tǒng)教育模式受時(shí)間和空間的限制，逐漸成為互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)業(yè)的熱門(mén)領(lǐng)域?，F(xiàn)如今，網(wǎng)絡(luò)教育平臺(tái)也成為各大高校學(xué)生課內(nèi)課外學(xué)習(xí)的方式，在線(xiàn)教育，顧名思義，就是利用信息技術(shù)進(jìn)行教與學(xué)的一項(xiàng)活動(dòng)，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶動(dòng)了在線(xiàn)教育的發(fā)展，計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的程度，決定了在線(xiàn)教育的成熟度。與傳統(tǒng)教育機(jī)構(gòu)的教育方式相比，在線(xiàn)教育具有效率高、方便、低門(mén)檻、教學(xué)資源豐富的特點(diǎn)。4G網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展和智能手機(jī)的普及，使APP也成為了學(xué)習(xí)神器強(qiáng)力工具，更是成為各大在線(xiàn)教育公司的必爭(zhēng)之地?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，再加上互聯(lián)網(wǎng)的推動(dòng)，在線(xiàn)教育平臺(tái)興起，規(guī)模逐漸擴(kuò)張，并獲得了資本市場(chǎng)的青睞。

1.2 高校應(yīng)用概況

自從去年疫情之時(shí)，各高等院校積極響應(yīng)教育部“停課不停學(xué)”，利用各平臺(tái)積極開(kāi)展線(xiàn)上教學(xué)[1]。在線(xiàn)教育平臺(tái)作為一種新興的教學(xué)模式，憑借其優(yōu)質(zhì)的課程資源、開(kāi)放的教學(xué)方式、廣泛的課程受眾面和課程參與的高度自主性等特點(diǎn)，自2011年誕生以來(lái)在全球范圍內(nèi)迅速發(fā)展，為各大高校教育提供支持，為現(xiàn)代教育提供了廣闊的發(fā)展前景[2]。

1.3 平臺(tái)介紹

學(xué)習(xí)通是基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的新一代教學(xué)系統(tǒng)和知識(shí)傳播與管理分享的平臺(tái)。它利用超星20余年來(lái)積累的海量的圖書(shū)、期刊、報(bào)紙、視頻、原創(chuàng)等資源，集知識(shí)管理、課程學(xué)習(xí)、專(zhuān)題創(chuàng)作，辦公應(yīng)用為一體，為用戶(hù)提供一站式學(xué)習(xí)與工作環(huán)境，在各大高校群體中普遍使用。在名校名師方面，超星遙遙領(lǐng)先。在2008年，超星已經(jīng)拍攝近320位知名專(zhuān)家教授、學(xué)術(shù)權(quán)威，完成了4000集名校課程、講座。超星的視頻課程，學(xué)術(shù)性強(qiáng)、體系完整，基本能夠代表我國(guó)高校的課堂水平。

在線(xiàn)學(xué)習(xí)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，比如觀(guān)看視頻時(shí)長(zhǎng)、任務(wù)點(diǎn)完成百分比、作業(yè)得分、章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)等等。通過(guò)對(duì)這些學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析，可以了解學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)、學(xué)習(xí)習(xí)慣等特性，跟蹤學(xué)習(xí)進(jìn)程、適時(shí)引導(dǎo)干預(yù)，讓在線(xiàn)教育更加個(gè)性化、智能化、科學(xué)化。

2 K-means聚類(lèi)算法介紹

K-Means算法的思想很簡(jiǎn)單，對(duì)于給定的樣本集，按照樣本之間的距離大小，將樣本集劃分為K個(gè)簇。讓簇內(nèi)的點(diǎn)盡量緊密的連在一起，而讓簇間的距離盡量的大，具有相似特征的樣本聚為一類(lèi)[3]。

傳統(tǒng)K-Means算法流程：

step1：選定要聚類(lèi)的類(lèi)別數(shù)目k，選擇k個(gè)中心點(diǎn)。

step2：針對(duì)每個(gè)樣本點(diǎn)，找到距離其最近的中心點(diǎn)（尋找組織），距離同一中心點(diǎn)最近的點(diǎn)為一個(gè)類(lèi)，這樣完成了一次聚類(lèi)。

step3：判斷聚類(lèi)前后的樣本點(diǎn)的類(lèi)別情況是否相同，如果相同，則算法終止，否則進(jìn)入step4。

step4：針對(duì)每個(gè)類(lèi)別中的樣本點(diǎn)，計(jì)算這些樣本點(diǎn)的中心點(diǎn)，當(dāng)做該類(lèi)的新的中心點(diǎn)，繼續(xù)step2。

3 基于K-means聚類(lèi)分析算法的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)聚類(lèi)分析

3.1 數(shù)據(jù)選擇

數(shù)據(jù)來(lái)自超星網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。由系統(tǒng)導(dǎo)出任務(wù)點(diǎn)完成百分比、作業(yè)得分、章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)、考試成績(jī)這些數(shù)據(jù)表。在導(dǎo)出學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)過(guò)程中，除了保留了4項(xiàng)學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，還保留了學(xué)生的學(xué)號(hào)和姓名數(shù)據(jù)，便于后期對(duì)學(xué)生進(jìn)行分類(lèi)后了解學(xué)生信息。

我們選取兩門(mén)課程，《操作系統(tǒng)原理》是一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，另一門(mén)《軟件體系結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》是一門(mén)專(zhuān)業(yè)必修課。課程教學(xué)采用線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)，按照過(guò)程性教學(xué)考核，記錄教學(xué)過(guò)程中每個(gè)環(huán)節(jié)學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)數(shù)據(jù)。

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，我們篩選出254條記錄，每條記錄包括課程ID、課程名稱(chēng)、學(xué)生學(xué)號(hào)、學(xué)生姓名、專(zhuān)業(yè)、班級(jí)6項(xiàng)基本信息，同時(shí)包括4項(xiàng)學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)分析

針對(duì)本文選取的數(shù)據(jù)集，對(duì)本科生學(xué)習(xí)行為信息進(jìn)行了一系列的指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析，研究該群體的學(xué)習(xí)習(xí)慣、興趣點(diǎn)和學(xué)習(xí)者類(lèi)型的分布情況，分析學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)信息和學(xué)習(xí)效果的相關(guān)性，從多個(gè)層面和角度展示基于學(xué)習(xí)通平臺(tái)的線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)模式下學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀況。

對(duì)兩門(mén)課程進(jìn)行章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)的統(tǒng)計(jì)和比較，如圖1、圖2所示。圖1是《操作系統(tǒng)原理》課程在5月份學(xué)習(xí)次數(shù)統(tǒng)計(jì)，圖2是《軟件體系結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》課程在5月份的學(xué)習(xí)次數(shù)統(tǒng)計(jì)。從兩張圖可以看出學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間一般是在上課前后，假期進(jìn)行學(xué)習(xí)的人數(shù)較少，而且學(xué)生習(xí)慣于集中安排學(xué)習(xí)。圖3、圖4顯示的是兩門(mén)課程在同一天中學(xué)生學(xué)習(xí)的時(shí)間段，其中《操作系統(tǒng)課程》主要集中于上午時(shí)間，《軟件體系結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》課程主要集中于下午時(shí)間，這是由于課程安排的原因。從四張圖可以分析出，線(xiàn)上課程進(jìn)度與線(xiàn)下課程一般相一致，學(xué)生會(huì)在線(xiàn)下課程開(kāi)設(shè)的同時(shí)進(jìn)行線(xiàn)上課程的同步學(xué)習(xí)。

3.3 K-Means聚類(lèi)分析

對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)線(xiàn)上教學(xué)對(duì)線(xiàn)下教學(xué)的補(bǔ)充和完善，同時(shí)提高學(xué)生學(xué)習(xí)自主性。使用聚類(lèi)算法對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)行為特征進(jìn)行分析，可以更好的根據(jù)不同學(xué)生群體特點(diǎn)推薦個(gè)性化教學(xué)方案，這也是近年來(lái)混合教學(xué)模式一直關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。本文選擇了學(xué)生的任務(wù)點(diǎn)完成百分比、作業(yè)得分、章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)、考試成績(jī)這四項(xiàng)數(shù)據(jù)，針對(duì)操作系統(tǒng)原理和軟件體系結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)兩門(mén)課程的選課學(xué)生的學(xué)習(xí)行為分別進(jìn)行了K-Means聚類(lèi)分析。對(duì)于K值的選取根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)的五個(gè)等級(jí)，把K取值為5。兩門(mén)課程聚類(lèi)結(jié)果有所不同，如表1所示。

4 結(jié)論

本文聚焦于我校軟件工程專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)通平臺(tái)學(xué)習(xí)者群體的用戶(hù)特征及學(xué)習(xí)行為，通過(guò)聚類(lèi)分析，展現(xiàn)該群體學(xué)生的在線(xiàn)學(xué)習(xí)狀況，從而向?qū)W習(xí)者提供適合個(gè)人的個(gè)性化學(xué)習(xí)方案，提高在線(xiàn)學(xué)習(xí)效率。表1顯示了學(xué)生學(xué)習(xí)效果的聚類(lèi)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)更適合過(guò)程性考核，專(zhuān)業(yè)課程過(guò)程性考核對(duì)有助于學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)。線(xiàn)上教學(xué)是對(duì)線(xiàn)下教學(xué)更全面的補(bǔ)充，學(xué)生考核成績(jī)與線(xiàn)上學(xué)習(xí)緊密不可分，對(duì)任務(wù)點(diǎn)、作業(yè)等模塊完成較好的同學(xué)考試成績(jī)相對(duì)好一些。當(dāng)然也有個(gè)別學(xué)生線(xiàn)上學(xué)習(xí)完成較少，但是考試成績(jī)處于良好層次，主要原因是在于這些學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)習(xí)慣屬于被動(dòng)型。這部分學(xué)生如果遇到不很擅長(zhǎng)的知識(shí)內(nèi)容學(xué)習(xí)起來(lái)會(huì)比較吃力，所以需要增加平時(shí)的督促。

參考文獻(xiàn)

[1]王文晶，閆俊伢.基于大數(shù)據(jù)的在線(xiàn)學(xué)習(xí)行為分析與干預(yù)研究[J].陜西電子技術(shù)，2020，（6）：69-71.

[2]孫琳，張巧榮，鄭婭峰.基于edX開(kāi)放數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)者在線(xiàn)學(xué)習(xí)行為分析[J].軟件導(dǎo)刊，2020，19（12）：190-194.

[3]周樹(shù)功.基于K-means聚類(lèi)分析算法的大學(xué)生在線(xiàn)學(xué)習(xí)行為分析[J].信息與電腦（理論版），2020，32（16）：220-222.

[4]謝維奇，何健.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)學(xué)習(xí)行為分析及應(yīng)用[J].福建電腦，2021.4，37（4）：33-37

課題編號(hào)：2020年河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目計(jì)劃“非線(xiàn)性?xún)?yōu)化的用戶(hù)行為建模在大數(shù)據(jù)科學(xué)中的應(yīng)用研究”（20B520038）鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院;2021河南省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“基于知識(shí)圖譜的慢性病患者病情管理系統(tǒng)的應(yīng)用研究”（S202110485048）鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院;

通訊作者：趙妍（1979.02-），女，漢族，遼寧鞍山人，碩士，副教授，研究方向：數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)分析。