聶肖松王靜業(yè)

1.東北財(cái)經(jīng)大學(xué)；2.大連外國語大學(xué)

本文在總結(jié)現(xiàn)有學(xué)習(xí)類App特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一款基于教育心理學(xué)與數(shù)據(jù)挖掘的自主學(xué)習(xí)App的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)思路，引導(dǎo)學(xué)生用戶開展學(xué)前診斷性評價(jià)、學(xué)中輔導(dǎo)與監(jiān)控、學(xué)后自編測驗(yàn)幫助學(xué)生用戶加強(qiáng)元認(rèn)知及自我認(rèn)知，引導(dǎo)用戶形成并完善自主學(xué)習(xí)方法。

1 自主學(xué)習(xí)的概念及學(xué)習(xí)類App的現(xiàn)狀

陶行知先生說過：“我以為好的先生不是教書，不是教學(xué)生，乃是教學(xué)生學(xué)”。課堂教學(xué)是教師引導(dǎo)學(xué)生以教學(xué)大綱和課本為目標(biāo)，由淺入深，層層推進(jìn)，建構(gòu)學(xué)科思維的過程；自主學(xué)習(xí)則是學(xué)生自己明確目標(biāo)、設(shè)置學(xué)法、把握學(xué)習(xí)難點(diǎn)的自主發(fā)現(xiàn)、自行建構(gòu)的過程。大學(xué)是中國學(xué)生對于上述兩種學(xué)習(xí)方式的一個(gè)相對清晰的分界點(diǎn)：大學(xué)之前的小初高階段側(cè)重于教師引導(dǎo)下的課堂教學(xué)，這樣的情況在廣大的鄉(xiāng)村地區(qū)更為普遍，大學(xué)開始中國學(xué)生需要在課堂教學(xué)與自主學(xué)習(xí)中尋找平衡點(diǎn)，并逐步注重自主學(xué)習(xí)，為研究生以及職業(yè)生涯的自我提升做準(zhǔn)備；中國學(xué)生的研究生時(shí)代仍然存在課堂教學(xué)，但是自主學(xué)習(xí)的比重隨著年齡和學(xué)習(xí)階段的增長在不斷增長。傳統(tǒng)課堂教學(xué)注重知識的傳授，而非學(xué)習(xí)方法的傳授；而自主學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)效果則十分依賴學(xué)習(xí)方法。

自主學(xué)習(xí)呈現(xiàn)學(xué)習(xí)過程無監(jiān)督、學(xué)習(xí)內(nèi)容多元化、學(xué)習(xí)形式無紙化等特點(diǎn)，近年來各個(gè)廠商分別推出了多學(xué)科、多類型的自主學(xué)習(xí)App來提升學(xué)生用戶的自主學(xué)習(xí)效果。經(jīng)調(diào)查，現(xiàn)有學(xué)習(xí)類App超過100款，集中于以下幾類：

(1)公開課堂：網(wǎng)易公開課、騰訊課堂等；

(2)學(xué)科知識：化學(xué)、物理實(shí)驗(yàn)室AR等；

(3)課外閱讀：微信讀書等；

(4)外語學(xué)習(xí)：懶人英語、扇貝單詞、百詞斬等

這些App中以外語學(xué)習(xí)融入的學(xué)習(xí)方法最為豐富，其中包括了記憶曲線、文字視圖聽說結(jié)合等方法。以上幾類App不能滿足學(xué)生用戶在閱讀課外讀物時(shí)啟發(fā)式閱讀、個(gè)別化指導(dǎo)以及診斷性評價(jià)，最終達(dá)到深度閱讀的目的；本文開發(fā)的自主學(xué)習(xí)App基于教育心理學(xué)、數(shù)據(jù)挖掘等多學(xué)科內(nèi)容，設(shè)計(jì)學(xué)前診斷性評價(jià)、學(xué)中輔導(dǎo)與監(jiān)控、學(xué)后自編測驗(yàn)幫助用戶形成自主學(xué)習(xí)方法，純凈、簡單、易用的基于數(shù)據(jù)挖掘和可視化的自主學(xué)習(xí)平臺；通過真實(shí)模擬讀書過程，培養(yǎng)用戶的讀書習(xí)慣，最終使用戶形成良好的閱讀習(xí)慣。

2 費(fèi)曼學(xué)習(xí)法

費(fèi)曼學(xué)習(xí)法是美籍猶太裔物理學(xué)家理查德·菲利普斯·費(fèi)曼（Richard Phillips Feynman，1918—1988年）提出的，被認(rèn)為是最高效的學(xué)習(xí)方法，分為四個(gè)步驟：確定學(xué)習(xí)目標(biāo)，對相關(guān)的知識點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，在這個(gè)環(huán)節(jié)主要是學(xué)習(xí)的過程；模擬教學(xué)；發(fā)現(xiàn)知識盲點(diǎn)，講解過程中遇到不明白的地方，馬上回顧完善知識點(diǎn)；簡化類比[1]。近年來中國學(xué)者還提出拆分、聯(lián)想和追本溯源等更加豐富的總結(jié)回顧的方法。

3 相關(guān)技術(shù)

3.1 App技術(shù)

前端采用基于Android平臺技術(shù)，后端采用基于Django框架技術(shù)。Android是一個(gè)開源的開發(fā)平臺。該平臺使用的App程序，具有占用存儲空間小、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，非常適用于移動(dòng)端的程序開發(fā)。Django是一個(gè)基于Python的高級全能型框架，功能完善、文檔齊全、開發(fā)敏捷、配置簡單，能夠快速地完成項(xiàng)目開發(fā)；提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫訪問組件，自助式后臺管理，使數(shù)據(jù)庫操作和完整的后臺數(shù)據(jù)管理變得異常容易[2]。

3.2 數(shù)據(jù)挖掘

數(shù)據(jù)挖掘是從大量數(shù)據(jù)中挖掘有趣模式和知識的過程。數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫、Web、其他信息存儲庫或動(dòng)態(tài)地流入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)挖掘是數(shù)據(jù)庫研究、開發(fā)和應(yīng)用最活躍的分支之一[3]。數(shù)據(jù)挖掘包括分類、聚類、線性回歸等技術(shù)。

4 需求分析

4.1 總體需求

本系統(tǒng)以“基于數(shù)據(jù)挖掘與可視化的自主學(xué)習(xí)”為主題，引導(dǎo)用戶在自主學(xué)習(xí)前開展自我診斷性評價(jià)，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)法，并在學(xué)習(xí)過程中勾畫難點(diǎn)，通過收集用戶在自主學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)可視化，意在打造一個(gè)幫助用戶監(jiān)控自主學(xué)習(xí)過程，強(qiáng)化無教師的自我學(xué)習(xí)領(lǐng)導(dǎo)力，提升用戶自主學(xué)習(xí)元認(rèn)知和自主學(xué)習(xí)自我意識（自我認(rèn)識、自我體驗(yàn)、自我監(jiān)控）的App學(xué)習(xí)平臺。依托于數(shù)據(jù)挖掘和可視化的方法，本系統(tǒng)的學(xué)習(xí)總結(jié)性評價(jià)、學(xué)習(xí)預(yù)測性評價(jià)模塊將分別提供學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)狀態(tài)預(yù)測性數(shù)據(jù)，有利于用戶查看自主學(xué)習(xí)過程、自主學(xué)習(xí)狀態(tài)。

本文應(yīng)用Axure技術(shù)構(gòu)建系統(tǒng)的原型，并提出了系統(tǒng)的總體需求。自主學(xué)習(xí)App具體功能需求如下：

用戶中心：實(shí)現(xiàn)對學(xué)生用戶注冊、自我學(xué)習(xí)力評價(jià)、信息管理等功能。

書籍管理：用于讀取本地書籍、思維導(dǎo)圖、監(jiān)控學(xué)習(xí)過程、筆記分級等功能。

學(xué)習(xí)回顧：用于可視化、數(shù)據(jù)化呈現(xiàn)學(xué)習(xí)過程、書籍思維導(dǎo)圖、重難點(diǎn)筆記等功能。

4.2 典型需求設(shè)計(jì)

本軟件的主要需求內(nèi)容是學(xué)生用戶的自我學(xué)習(xí)力評價(jià)、學(xué)習(xí)過程評價(jià)、總結(jié)性評價(jià)及基于數(shù)據(jù)挖掘的三者循環(huán)反饋，如圖1所示。

圖1 自我學(xué)習(xí)力評價(jià)、學(xué)習(xí)過程評價(jià)、總結(jié)性評價(jià)循環(huán)Fig.1 Circle of self learning ability evaluation, learning process evaluation and summative evaluation

(1)自我學(xué)習(xí)力評價(jià)：注冊并審核通過的學(xué)生用戶首先開展自我學(xué)習(xí)力評價(jià)，包括認(rèn)知能力、意識調(diào)節(jié)、人格特質(zhì)；根據(jù)自我學(xué)習(xí)力評價(jià)結(jié)果提供高效學(xué)習(xí)時(shí)刻、時(shí)長等建議。

(2)學(xué)習(xí)過程評價(jià)：讀書學(xué)生用戶需自行上傳待學(xué)習(xí)文檔，系統(tǒng)抽取索引創(chuàng)建目錄；開始前系統(tǒng)提示設(shè)置學(xué)習(xí)目標(biāo)，學(xué)習(xí)過程中系統(tǒng)記錄學(xué)習(xí)行為（如翻頁時(shí)間、筆記次數(shù)、內(nèi)容等）；學(xué)生用戶記錄筆記時(shí)系統(tǒng)提示學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容和筆記進(jìn)行分級（如熟悉、了解、理解、掌握、識記、記憶、分解關(guān)鍵句、關(guān)鍵詞），同時(shí)聯(lián)想筆記庫中類似內(nèi)容；學(xué)習(xí)復(fù)盤時(shí)系統(tǒng)抽取目錄、筆記創(chuàng)建文檔大綱視圖便于復(fù)習(xí)；學(xué)習(xí)結(jié)束，系統(tǒng)呈現(xiàn)學(xué)習(xí)過程評價(jià)結(jié)果（學(xué)習(xí)習(xí)慣、堅(jiān)持性、注意力、自覺性等），主要為意識調(diào)節(jié)、人格特質(zhì)。

(3)總結(jié)性評價(jià)：費(fèi)曼學(xué)習(xí)法、系統(tǒng)自編測驗(yàn)、自我評估。費(fèi)曼學(xué)習(xí)法：由系統(tǒng)設(shè)定若干遵從費(fèi)曼學(xué)習(xí)法的典型問題：如請講述本書/本章的主要內(nèi)容、本書的核心方法/核心邏輯/應(yīng)用方向等；系統(tǒng)自編測驗(yàn)：系統(tǒng)根據(jù)大綱視圖及筆記內(nèi)容抽取關(guān)鍵詞形成題庫作為測驗(yàn)內(nèi)容；自我評估：學(xué)生用戶自行編寫題庫作為測驗(yàn)內(nèi)容并設(shè)定能力標(biāo)準(zhǔn)?？偨Y(jié)性評價(jià)結(jié)果主要為認(rèn)知能力。

5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)劃分為前臺用戶端子系統(tǒng)和后臺管理子系統(tǒng)。前臺用戶端子系統(tǒng)采用了Flutter開源框架進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括用戶中心、書籍管理、學(xué)習(xí)回顧。后臺采用基于Django框架技術(shù)快速搭建系統(tǒng)的管理子系統(tǒng)，包括用戶信息管理、書籍管理系統(tǒng)、學(xué)習(xí)記錄系統(tǒng)、筆記系統(tǒng)、總結(jié)性評價(jià)系統(tǒng)等。前臺用戶端子系統(tǒng)的用戶為學(xué)生，后臺用戶為管理員。

5.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

系統(tǒng)后臺的數(shù)據(jù)庫采用MySQL進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括用戶信息、書籍信息、筆記記錄、學(xué)習(xí)過程記錄、總結(jié)性評價(jià)記錄、學(xué)習(xí)力評價(jià)、大數(shù)據(jù)算法等數(shù)據(jù)庫實(shí)體信息。這些信息之間存在著一對一、一對多、多對多的聯(lián)系。例如，一個(gè)學(xué)生用戶只能生成一個(gè)學(xué)習(xí)力評價(jià)、一個(gè)學(xué)生用戶可以擁有多本書籍、多本書籍可以對應(yīng)多本筆記等。系統(tǒng)中主要實(shí)體的關(guān)系如圖2所示。

圖2：系統(tǒng)ERD關(guān)系圖Fig.2 Entity-relationship model of system(ERD)

6 主要功能模塊

6.1 用戶信息管理模塊實(shí)現(xiàn)

用戶可以根據(jù)自己的需求注冊或者匿名使用本App；自我學(xué)習(xí)力評價(jià)功能需用戶注冊后方可使用，用戶完成注冊后提示用戶完成自我學(xué)習(xí)力評價(jià)。自我學(xué)習(xí)力評價(jià)包括認(rèn)知能力、意識調(diào)節(jié)、人格特質(zhì)三個(gè)方面，具體界面如圖1所示。

用戶點(diǎn)擊自我學(xué)習(xí)力評價(jià)，完成后提交，系統(tǒng)調(diào)用監(jiān)聽按鈕提交表單數(shù)據(jù)，確認(rèn)所有項(xiàng)目完成填寫后，調(diào)用UploSelfEval(res)方法后臺接口傳遞JSON結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)至學(xué)習(xí)力評價(jià)數(shù)據(jù)庫，App端顯示自我學(xué)習(xí)力評價(jià)已完成。

6.2 書籍管理模塊實(shí)現(xiàn)

用戶打開本地書籍后，系統(tǒng)首先提示確認(rèn)本次學(xué)習(xí)目的。學(xué)習(xí)目的包括精讀、略讀、瀏覽、速讀。在右下方“我的”也可以自行設(shè)定其他學(xué)習(xí)目的。用戶關(guān)閉書籍后，該書籍自動(dòng)存入書架便于下次閱讀。

用戶閱讀書籍記錄筆記時(shí)，系統(tǒng)提示用戶對筆記分級：熟悉、了解、理解、掌握、識記、記憶，并提示分解關(guān)鍵句、關(guān)鍵詞。如圖3所示。

圖3 閱讀界面Fig.3 Interface of reading book

圖4 復(fù)盤界面Fig.4 Interface of reading summary

App默認(rèn)不開啟筆記云識別，本地筆記識別中內(nèi)置中文詞義相似庫，為用戶提供一定準(zhǔn)確度的聯(lián)想記憶素材。在“我的”當(dāng)中開啟筆記云識別后調(diào)用百度語言處

…………理應(yīng)用技術(shù)分析關(guān)鍵詞詞義相似度，提升詞義相似度匹配的準(zhǔn)確度，為用戶提供更加準(zhǔn)確的聯(lián)想記憶素材。

用戶閱讀單獨(dú)章節(jié)或者整本書籍后，可開展總結(jié)性評價(jià)，總結(jié)性評價(jià)由費(fèi)曼學(xué)習(xí)法、系統(tǒng)自編測驗(yàn)、自我評估，綜合評估讀書效果。

6.3 學(xué)習(xí)回顧模塊實(shí)現(xiàn)

用戶上傳書籍后，系統(tǒng)提示是否收集學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)，用戶同意后收集學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)。學(xué)習(xí)過程中收集的數(shù)據(jù)維度為書籍類型、讀書時(shí)刻、讀書時(shí)長、是否建立目錄、筆記分級及相應(yīng)數(shù)量、讀書完畢距總結(jié)性評價(jià)時(shí)長、總結(jié)性評價(jià)結(jié)果，線性回歸算法布置于服務(wù)器端，用戶完成5次讀書和總結(jié)性評價(jià)后系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)，以總結(jié)性評價(jià)為因變量，以書籍類型、讀書時(shí)刻、讀書時(shí)長、是否建立目錄、筆記數(shù)量、讀書完畢距總結(jié)性評價(jià)時(shí)長為自變量進(jìn)行多元變量回歸，并完成用戶學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)挖掘。用戶學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)挖掘完畢后存放于服務(wù)器端，用戶點(diǎn)擊學(xué)習(xí)回顧模塊時(shí)，系統(tǒng)調(diào)用Review(res)方法發(fā)送請求至數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫返回響應(yīng)數(shù)據(jù)。

學(xué)習(xí)回顧模塊為用戶呈現(xiàn)讀書時(shí)刻、讀書時(shí)長、筆記數(shù)量等統(tǒng)計(jì)維度數(shù)據(jù)；App完成數(shù)據(jù)挖掘后向用戶呈現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果，包括影響學(xué)習(xí)效果的學(xué)習(xí)習(xí)慣排序、推薦高效讀書時(shí)刻時(shí)長、推薦的復(fù)習(xí)時(shí)間間隔等，如圖4所示。

7 結(jié)語

本文在總結(jié)現(xiàn)有學(xué)習(xí)類App特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一款基于教育心理學(xué)與數(shù)據(jù)挖掘的自主學(xué)習(xí)App的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)思路，引導(dǎo)學(xué)生用戶開展學(xué)前診斷性評價(jià)、學(xué)中輔導(dǎo)與監(jiān)控、學(xué)后自編測驗(yàn)幫助學(xué)生用戶加強(qiáng)元認(rèn)知及自我認(rèn)知，引導(dǎo)用戶形成并完善自主學(xué)習(xí)方法。

引用

[1] 吳玉輝.費(fèi)曼學(xué)習(xí)法在材料科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用探索[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2019,16(29):175-176.

[2] 方阿麗.Web開發(fā)主流框架技術(shù)研究[J].無線互聯(lián)科技,2021,18(8):64-65+96.

[3] HAN Jia-wei,Micheline Kamber,PEI Jian.數(shù)據(jù)挖掘概念與技術(shù)[M].范明,孟小峰,譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.