嚴(yán)大虎，龐迪迪

（江南大學(xué) 江蘇“互聯(lián)網(wǎng)+教育”研究基地，江蘇 無(wú)錫 214122）

0 引言

新一代信息技術(shù)的迅速發(fā)展促進(jìn)了學(xué)習(xí)環(huán)境理念及實(shí)踐的變革，同時(shí)為優(yōu)化學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)體驗(yàn)提供了支持。《教育部2021 年工作要點(diǎn)》明確以信息化為重點(diǎn)，以提升質(zhì)量為目標(biāo)積極推進(jìn)教育設(shè)施建設(shè)［1］，其中，學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量是提高學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效率，增強(qiáng)用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵。學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)注重構(gòu)思與革新［2］，但不少系統(tǒng)設(shè)計(jì)者注重學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)的完成情況，而非致力于解決學(xué)習(xí)者主體需求。為了設(shè)計(jì)有效支持自主學(xué)習(xí)及在線教學(xué)從而提高平臺(tái)服務(wù)績(jī)效的方案，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者需要從學(xué)習(xí)者主體需求出發(fā)，促使設(shè)計(jì)流程系統(tǒng)化、切實(shí)化。因此，探索一種系統(tǒng)化的科學(xué)范式對(duì)于推動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展以迎合數(shù)字化資源與環(huán)境改革的新轉(zhuǎn)變具有積極意義。

聯(lián)結(jié)復(fù)雜問(wèn)題和規(guī)劃改進(jìn)方案的過(guò)程在教育領(lǐng)域逐漸受到重視，設(shè)計(jì)思維通過(guò)以用戶為中心的設(shè)計(jì)過(guò)程，綜合思考與分析從而創(chuàng)造更多解決方案的設(shè)計(jì)可能性［3］，其蘊(yùn)含的“共情”“注重過(guò)程體驗(yàn)”“強(qiáng)調(diào)測(cè)試與迭代”等方面對(duì)學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。通常，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，多數(shù)設(shè)計(jì)者通過(guò)用戶調(diào)研等方式捕捉用戶需求，然而多數(shù)用戶的潛意識(shí)行為通過(guò)以上方式難以捕捉到，因此需要通過(guò)實(shí)時(shí)觀察，分析用戶未得到滿足或未曾表達(dá)的需求［4］。同時(shí)，在線平臺(tái)或系統(tǒng)架構(gòu)中數(shù)據(jù)采集層面的“埋點(diǎn)”技術(shù)能夠精準(zhǔn)獲得用戶行為的全面數(shù)據(jù)［5］，有效助力教育工作者突破經(jīng)驗(yàn)及主觀臆斷的視野局限［6］，為實(shí)現(xiàn)基于用戶的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)提供客觀依據(jù)?；诖耍疚囊朐O(shè)計(jì)思維理念，在整體構(gòu)思和設(shè)計(jì)行為兩方面指引學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，同時(shí)利用實(shí)時(shí)采集的用戶在線行為數(shù)據(jù)，表征行為路徑和用戶偏好、活躍度等信息，旨在精準(zhǔn)獲取系統(tǒng)用戶需求，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)效率并優(yōu)化其用戶體驗(yàn)。

1 相關(guān)研究

1.1 學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為深入分析學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)研究，借助CNKI 以篇名“學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”進(jìn)行檢索，篩選出2001-2022 年近21 年且研究?jī)?nèi)容契合本研究主題的文章共172 篇，具體可分為以下兩個(gè)層面：①理論與方法層面。該類研究（65 篇）以移動(dòng)學(xué)習(xí)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的困境為突破點(diǎn)，基于教學(xué)目標(biāo)或?qū)W習(xí)理論挖掘系統(tǒng)功能定位與需求，探索系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)模型，如基于非線性學(xué)習(xí)理論的智能研修系統(tǒng)模型、干預(yù)系統(tǒng)模型、OO-ID 學(xué)習(xí)系統(tǒng)軟件建模方法［7-9］；②系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)層面。該類研究（107 篇）將目光投向系統(tǒng)功能優(yōu)化與技術(shù)革新，具體表現(xiàn)為系統(tǒng)各層級(jí)架構(gòu)與功能逐漸自動(dòng)化、智能化，如通過(guò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化路徑推薦、資源推薦、智能反饋與診斷，此外，“感知與交互”“VR”“穿戴設(shè)備”等虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)促使系統(tǒng)功能與服務(wù)日趨完善［10-12］。當(dāng)前關(guān)于學(xué)習(xí)系統(tǒng)的研究已較為全面，然而在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)過(guò)程中如何規(guī)范系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有效迭代過(guò)程，還亟需尋找一種系統(tǒng)化、流程化的開(kāi)發(fā)模式。而設(shè)計(jì)思維基于“同理心”設(shè)計(jì)，提倡利用反復(fù)構(gòu)思與創(chuàng)新的迭代過(guò)程解決問(wèn)題［13］，其模式有利于指引系統(tǒng)方案構(gòu)思與功能迭代的過(guò)程。

深入學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的需求分析方法可知，其主要分為以下兩種：一是通過(guò)梳理系統(tǒng)研究現(xiàn)狀從而歸納系統(tǒng)用戶需求，如對(duì)人工智能技術(shù)支持下的學(xué)習(xí)系統(tǒng)研究進(jìn)行橫向分析，總結(jié)用戶需求，有利于促進(jìn)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)［14］；二是研究者依據(jù)問(wèn)卷法、經(jīng)驗(yàn)法等方法展開(kāi)需求調(diào)研，如以問(wèn)卷與訪談相結(jié)合的方法獲取學(xué)習(xí)者基本信息以及學(xué)習(xí)者對(duì)移動(dòng)學(xué)習(xí)服務(wù)的期望與建議，為進(jìn)一步完善移動(dòng)學(xué)習(xí)支持服務(wù)系統(tǒng)提供參考［15］。由此可見(jiàn)，深入系統(tǒng)用戶進(jìn)行全面、詳細(xì)的需求分析是系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)過(guò)程中的核心環(huán)節(jié)。然而，上述需求分析方法難以保障用戶需求獲取的及時(shí)性、客觀性，進(jìn)而影響學(xué)習(xí)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)效率與服務(wù)質(zhì)量。

1.2 設(shè)計(jì)思維模式

設(shè)計(jì)思維是一種以人為本的問(wèn)題解決方法，以一種更富“同理心”的方式將問(wèn)題重置于情境中［16］，并強(qiáng)調(diào)分析式思維和創(chuàng)造性思維的平衡［17］，研究對(duì)設(shè)計(jì)思維相關(guān)模式進(jìn)行剖析與總結(jié)，其通過(guò)一系列過(guò)程與方法解決設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題及困難，如Simon 提出的三階段線性模式［18］、“BROWN 三階段模式”［19］以及目前應(yīng)用較為廣泛的EDIPT模型［20］。對(duì)比各模式的步驟與內(nèi)涵，歸納出設(shè)計(jì)思維模式包含以下3 個(gè)核心階段：①創(chuàng)設(shè)情境、設(shè)計(jì)方案，該階段強(qiáng)調(diào)在設(shè)計(jì)過(guò)程中的共情，注重以學(xué)習(xí)者角度獲取如知識(shí)學(xué)習(xí)、技能提升等真實(shí)需求，并明確需要解決的核心問(wèn)題及用戶意圖，同時(shí)主張思維發(fā)散和多維度構(gòu)思，進(jìn)而提供設(shè)計(jì)藍(lán)圖；②開(kāi)發(fā)制品、原型測(cè)試，該階段強(qiáng)調(diào)制品的生成，基于最優(yōu)方案開(kāi)發(fā)粗略原型并將其投入測(cè)試，并實(shí)現(xiàn)需求迭代與系統(tǒng)的迭代過(guò)程；③總結(jié)反思、實(shí)現(xiàn)遷移，該階段強(qiáng)調(diào)不斷分析與整合系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、測(cè)試過(guò)程中的問(wèn)題與不足，依據(jù)反饋結(jié)果進(jìn)行方案修訂，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各模塊間的遷移。其中，創(chuàng)設(shè)情境階段凸顯“共情”的作用，其作為設(shè)計(jì)思維實(shí)踐中的核心環(huán)節(jié)，有助于理解用戶使用產(chǎn)品過(guò)程中的困難及偏好，是定義和解決問(wèn)題的基礎(chǔ)。

1.3 數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)性作用

教育領(lǐng)域的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的學(xué)情診斷、智能決策，數(shù)字化資源建設(shè)過(guò)程中的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)同樣助力于學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程。在線學(xué)習(xí)中用戶在系統(tǒng)中留下來(lái)的“痕跡”是表征用戶行為習(xí)慣及學(xué)習(xí)模式的客觀依據(jù)［21］，其中用戶與系統(tǒng)間的交互數(shù)據(jù)等能夠表征學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)特征，如日志數(shù)據(jù)是對(duì)用戶與系統(tǒng)交互過(guò)程的客觀記錄。此類數(shù)據(jù)規(guī)模龐大，類型多樣且更新速度快［22］，對(duì)各類日志數(shù)據(jù)的挖掘與分析、歸納與整理有助于設(shè)計(jì)者分析用戶行為規(guī)律，具體包括用戶行為習(xí)慣、用戶行為偏好、用戶需求等內(nèi)容［23］。此外，導(dǎo)航數(shù)據(jù)是最常用于推斷學(xué)生操作行為的實(shí)質(zhì)數(shù)據(jù)之一，如在計(jì)算機(jī)輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)中通過(guò)其學(xué)習(xí)者的導(dǎo)航行為分析其學(xué)習(xí)偏好［24］。為及時(shí)掌握學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)特征，研究者將數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)性作用聚焦于在線學(xué)習(xí)中的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，如網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境下獲取學(xué)習(xí)過(guò)程行為數(shù)據(jù)以了解學(xué)生瀏覽行為、互動(dòng)行為等相關(guān)信息［25］。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)既要滿足學(xué)習(xí)者日常學(xué)習(xí)需求，又要迎合系統(tǒng)的高質(zhì)量發(fā)展，數(shù)據(jù)可以為有效且精準(zhǔn)的需求分析、系統(tǒng)有效設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下設(shè)計(jì)思維指引的學(xué)習(xí)系統(tǒng)框架搭建

2.1 指引理念

學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以基于用戶需求且以滿足用戶需求為目標(biāo)，其與設(shè)計(jì)思維方法理念存在內(nèi)在一致性，二者都關(guān)注迭代過(guò)程和成果產(chǎn)出，設(shè)計(jì)思維對(duì)學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的指引作用如下：①基于真實(shí)需求指引設(shè)計(jì)策略，設(shè)計(jì)思維指引下的設(shè)計(jì)策略強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)者能夠站在用戶的角度，系統(tǒng)分析用戶與產(chǎn)品關(guān)聯(lián)，設(shè)身處地體驗(yàn)用戶需求、分析用戶特性、掌握用戶意圖，在此過(guò)程中將明確需要解決的真實(shí)問(wèn)題轉(zhuǎn)化成一套完整的系統(tǒng)功能需求，以完成方案設(shè)計(jì)；②深入開(kāi)發(fā)過(guò)程促進(jìn)方案實(shí)施，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者需要基于系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)與功能的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案運(yùn)用相關(guān)技術(shù)搭建系統(tǒng)架構(gòu)并開(kāi)發(fā)系統(tǒng)核心功能，并提供學(xué)習(xí)者所需的學(xué)習(xí)資源；③貫徹反思過(guò)程促進(jìn)系統(tǒng)優(yōu)化，設(shè)計(jì)思維指引下的系統(tǒng)優(yōu)化過(guò)程中，設(shè)計(jì)者對(duì)用戶在線行為數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與整理，歸納用戶問(wèn)題與系統(tǒng)優(yōu)劣點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)有效迭代，提升系統(tǒng)開(kāi)發(fā)效率。

2.2 支持依據(jù)

用戶行為數(shù)據(jù)指學(xué)習(xí)者于學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集合，該數(shù)據(jù)是動(dòng)態(tài)變化的，由系統(tǒng)自動(dòng)、實(shí)時(shí)記錄并存儲(chǔ)。依據(jù)獲取方式可以劃分為交互數(shù)據(jù)、過(guò)程數(shù)據(jù)、本體數(shù)據(jù)3個(gè)維度，交互數(shù)據(jù)指用戶與系統(tǒng)間的交互操作數(shù)據(jù)，過(guò)程數(shù)據(jù)指學(xué)習(xí)者參與認(rèn)知活動(dòng)過(guò)程中的數(shù)據(jù)如測(cè)試、討論等數(shù)據(jù)，本體數(shù)據(jù)主要描述學(xué)習(xí)者個(gè)人的身份信息。其中，交互數(shù)據(jù)等反映學(xué)習(xí)者行為習(xí)慣和課堂活躍度等信息，過(guò)程數(shù)據(jù)有利于挖掘?qū)W習(xí)者學(xué)習(xí)路徑及偏好信息，進(jìn)而為獲取系統(tǒng)用戶需求并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的學(xué)習(xí)者信息提供客觀依據(jù)。用戶行為數(shù)據(jù)具體如圖1所示。

Fig.1 User behavior data classification圖1 用戶行為數(shù)據(jù)分類

2.3 框架構(gòu)建

在明晰三者關(guān)系的基礎(chǔ)上，提取設(shè)計(jì)思維3 個(gè)核心階段，將其與學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)維度相結(jié)合，形成以設(shè)計(jì)思維為理論導(dǎo)向，以數(shù)據(jù)信息及數(shù)據(jù)處理為過(guò)程，以學(xué)習(xí)系統(tǒng)為結(jié)果的設(shè)計(jì)過(guò)程，構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下設(shè)計(jì)思維指引的學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架，如圖2 所示。設(shè)計(jì)思維在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下形成設(shè)計(jì)者基于數(shù)據(jù)并如何分析數(shù)據(jù)以推進(jìn)設(shè)計(jì)與迭代過(guò)程的閉合循環(huán)路徑，其優(yōu)勢(shì)在于對(duì)相應(yīng)的反饋?zhàn)鞒稣_解釋以實(shí)現(xiàn)客觀的、以數(shù)據(jù)為依據(jù)的決策［26］。

Fig.2 Learning system design framework圖2 學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架

在指引理念層面，各階段設(shè)計(jì)思維是非線性的，可實(shí)現(xiàn)重復(fù)迭代。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者在創(chuàng)設(shè)情境、設(shè)計(jì)方案階段將用戶需求轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)功能需求，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為概念性設(shè)計(jì)草圖，促進(jìn)系統(tǒng)方案構(gòu)思，將設(shè)計(jì)理論轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)踐過(guò)程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)原型反復(fù)迭代。此外，在系統(tǒng)使用過(guò)程中記錄與總結(jié)用戶的操作行為數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化成可用的系統(tǒng)功能需求，并遷移至系統(tǒng)其他功能模塊。

本文將系統(tǒng)設(shè)計(jì)看作一個(gè)循環(huán)過(guò)程，主要包括設(shè)計(jì)、實(shí)施和優(yōu)化策略，3 種策略互有交叉、共同作用。系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)推動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程，系統(tǒng)優(yōu)化過(guò)程能夠促進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案質(zhì)量提升，具體如圖3所示。

Fig.3 System design process圖3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程

首先，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者將設(shè)計(jì)原則作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本準(zhǔn)則，這意味著目標(biāo)系統(tǒng)不僅要為學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)提供支持，還要將學(xué)生的學(xué)習(xí)需求體現(xiàn)于學(xué)習(xí)活動(dòng)中?；谝陨显瓌t對(duì)用戶進(jìn)行需求進(jìn)行分析并將其轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)總體架構(gòu)需求，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)包括框架設(shè)計(jì)、子系統(tǒng)集成、層級(jí)與模塊設(shè)計(jì)等關(guān)鍵設(shè)計(jì)步驟。其次，基于系統(tǒng)架構(gòu)與功能模塊設(shè)計(jì)方案開(kāi)展實(shí)施策略，該策略基于系統(tǒng)各功能模塊開(kāi)發(fā)學(xué)習(xí)系統(tǒng)原型，其包含系統(tǒng)功能開(kāi)發(fā)過(guò)程和反復(fù)測(cè)試過(guò)程兩個(gè)核心部分。具體而言，依據(jù)系統(tǒng)總體架構(gòu)開(kāi)發(fā)所對(duì)應(yīng)的模塊完善系統(tǒng)核心功能，同時(shí)為提升系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者需開(kāi)發(fā)用于課程學(xué)習(xí)資源的功能組件，如課件、案例及學(xué)習(xí)視頻的上傳、保存等功能。此外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者將系統(tǒng)粗略原型投入測(cè)試，為系統(tǒng)優(yōu)化策略的實(shí)施提供基礎(chǔ)。最后，基于系統(tǒng)原型測(cè)試的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與結(jié)果分析，從系統(tǒng)界面、功能豐富性等維度綜合衡量系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量，并檢測(cè)系統(tǒng)功能與用戶需求間的差距，以對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案作進(jìn)一步優(yōu)化與完善。

在數(shù)據(jù)支持層面，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)貫穿系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)施、分析與優(yōu)化的全過(guò)程，數(shù)據(jù)來(lái)源包括系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)、本體數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù)3 個(gè)維度，依據(jù)此數(shù)據(jù)源進(jìn)行有目的的提取、分揀、歸類以獲取其價(jià)值信息，通過(guò)數(shù)據(jù)與學(xué)習(xí)者信息間的相互映射，為設(shè)計(jì)者將需求信息轉(zhuǎn)化為方案需求提供依據(jù)，從而為設(shè)計(jì)思維模式流程提供決策信息，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué)化，進(jìn)而為學(xué)習(xí)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐，促進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與迭代過(guò)程。

3 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下設(shè)計(jì)思維指引的學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例

3.1 案例設(shè)計(jì)

邀請(qǐng)華東地區(qū)某211 高校教育技術(shù)學(xué)30 名大二學(xué)生參與測(cè)試，并依托數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)課展開(kāi)。首先，任課教師說(shuō)明并介紹系統(tǒng)運(yùn)行流程，其次發(fā)布相同（數(shù)量和內(nèi)容）的有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)的訓(xùn)練題目，要求學(xué)生使用該系統(tǒng)在線練習(xí)，之后要求學(xué)生參與系統(tǒng)可用性調(diào)查（SUS）［27］以從側(cè)面驗(yàn)證系統(tǒng)使用效果，問(wèn)卷總分不小于60分則證明系統(tǒng)具有可用價(jià)值。研究對(duì)SUS 問(wèn)卷進(jìn)行信度與效度分析，其中α=0.895，各維度分量表的Cronbach′s Alpha 系數(shù)在0.894～0.919 區(qū)間，說(shuō)明該問(wèn)卷信度良好；KMO=0.874，Bartlett′s 為0.000，說(shuō)明該問(wèn)卷效度良好。選擇該量表有以下原因：在樣本較少的情況下，該量表的結(jié)果仍具有較高可靠性，經(jīng)驗(yàn)證其可以有效區(qū)分系統(tǒng)可用性。最后收集并整理相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.2 案例實(shí)施

研究依據(jù)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下設(shè)計(jì)思維指引的學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架設(shè)計(jì)案例實(shí)踐流程，基于數(shù)據(jù)庫(kù)課程教學(xué)現(xiàn)狀開(kāi)展需求分析、明確系統(tǒng)功能、開(kāi)發(fā)解決方案、集成系統(tǒng)資源、組織學(xué)習(xí)活動(dòng)、系統(tǒng)測(cè)試、系統(tǒng)評(píng)估等實(shí)踐環(huán)節(jié)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)“SQL 學(xué)習(xí)系統(tǒng)”設(shè)計(jì)與優(yōu)化，具體如圖4所示。

3.2.1 原型制作

Fig.4 Design and implementation process of the“ SQL learning system”圖4 “SQL學(xué)習(xí)系統(tǒng)”設(shè)計(jì)與實(shí)踐流程

數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與應(yīng)用課程具有較強(qiáng)實(shí)踐性，針對(duì)學(xué)生編程工具安裝困難、編程能力較低等問(wèn)題，任課教師將問(wèn)題概念化以形成系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，之后初步設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)“SQL學(xué)習(xí)系統(tǒng)”，旨在提升學(xué)生數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)學(xué)習(xí)績(jī)效。系統(tǒng)架構(gòu)如下：基礎(chǔ)層包括資源庫(kù)和知識(shí)庫(kù)，功能層用于支持學(xué)生課上課下的學(xué)習(xí)過(guò)程，數(shù)據(jù)層主要記錄與存儲(chǔ)學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)。其次確定系統(tǒng)功能為：資源表模塊為開(kāi)展學(xué)習(xí)活動(dòng)提供基本的資源與知識(shí)庫(kù)，如題庫(kù)、試卷信息等；測(cè)試模塊學(xué)生編輯查詢語(yǔ)句并提交從而完成測(cè)試，該模塊記為A 查詢模式，是系統(tǒng)的核心功能模塊，界面包含文本框、提交查詢按鈕，學(xué)生通過(guò)文本框的形式輸入查詢語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)查詢功能，界面布置簡(jiǎn)潔、功能分布清晰；導(dǎo)航模塊為學(xué)生快速入手提供指引；記錄保持器模塊用于實(shí)時(shí)收集和儲(chǔ)存學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)及學(xué)生與系統(tǒng)間交互的數(shù)據(jù)。最后，基于系統(tǒng)架構(gòu)與功能原型，教師將系統(tǒng)投入測(cè)試，之后收集A 查詢模式下的學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)。

3.2.2 迭代與優(yōu)化

案例基于系統(tǒng)原型展開(kāi)實(shí)踐，首先對(duì)“SQL 學(xué)習(xí)系統(tǒng)”記錄的行為數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，細(xì)化學(xué)生需求。若學(xué)生嘗試次數(shù)較多（包含答案正確下的方案嘗試和答案錯(cuò)誤下的再次嘗試）并測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)，表示學(xué)生的學(xué)習(xí)投入度相對(duì)較大，側(cè)面驗(yàn)證該測(cè)試模塊能夠較好地滿足學(xué)生學(xué)習(xí)需求和課堂練習(xí)；若測(cè)試時(shí)間短、嘗試次數(shù)較少且錯(cuò)誤信息較多，則表明學(xué)生學(xué)習(xí)投入度相對(duì)較低。其次，對(duì)學(xué)生測(cè)試過(guò)程的錯(cuò)誤信息進(jìn)行具體分析，如圖5 所示。a 模塊顯示，學(xué)生對(duì)于同一個(gè)問(wèn)題進(jìn)行3 次嘗試，在第2 次輸入查詢語(yǔ)句時(shí)通配符書(shū)寫(xiě)出錯(cuò)，說(shuō)明學(xué)生不清楚通配符的書(shū)寫(xiě)；b 模塊顯示，對(duì)比學(xué)生兩次答題情況，發(fā)現(xiàn)該生第一次答題過(guò)程中缺少括號(hào)導(dǎo)致查詢結(jié)果出錯(cuò)。一道題目的兩次嘗試間隔時(shí)間較長(zhǎng)，說(shuō)明學(xué)生編程時(shí)間較長(zhǎng)。最后，任課教師依據(jù)存在的問(wèn)題，列出更新的需求清單，如：為查詢界面提供新的格式；針對(duì)知識(shí)點(diǎn)難度較大而導(dǎo)致學(xué)生錯(cuò)誤率高的現(xiàn)象，為幫助學(xué)生快速了解要查詢的內(nèi)容，添加注釋功能；針對(duì)學(xué)生編程時(shí)間較長(zhǎng)等現(xiàn)象，在測(cè)試模塊中添加提示功能或通過(guò)改善界面呈現(xiàn)方式，從而提高學(xué)生練習(xí)速度。

Fig.5 “A query mode” error message圖5 “A查詢模式”錯(cuò)誤信息

綜合比較上一階段的設(shè)計(jì)方案并更新A 查詢模塊，針對(duì)學(xué)生編程時(shí)間較長(zhǎng)、查詢錯(cuò)誤率較高等問(wèn)題，基于課程目標(biāo)綜合考慮可行性、技術(shù)性等因素，從A 查詢模式的界面、功能兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。并且，依據(jù)“SQL 查詢”學(xué)習(xí)內(nèi)容增添檢索信息表，之后基于更新后的方案進(jìn)行版本更新，記為B 查詢模式，其界面以表格形式呈現(xiàn)，包括查詢表的列名、表的注釋、所屬列的類型、勾選框4 個(gè)部分，學(xué)生只需勾選查詢的內(nèi)容并點(diǎn)擊提交即可完成查詢。該模式在促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用的同時(shí)，能夠減少因拼寫(xiě)導(dǎo)致的錯(cuò)誤次數(shù)，縮短答題時(shí)間。具體查詢模塊界面如圖6 所示。最后將該模式投入相同流程的測(cè)試，記錄B 查詢模式下學(xué)生的交互數(shù)據(jù)及行為數(shù)據(jù)。

Fig.6 “ SQL learning system ”query mode圖6 “SQL學(xué)習(xí)系統(tǒng)”查詢模塊

本階段具體包括對(duì)比兩類查詢模式的數(shù)據(jù)記錄，以歸納系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)與不足，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)功能、界面、處理能力的針對(duì)性改進(jìn)與保留。對(duì)于學(xué)生使用B 查詢模式的在線學(xué)習(xí)行為，教師收集學(xué)生的測(cè)試數(shù)據(jù)如學(xué)生答題正確率、錯(cuò)誤信息，登錄與訪問(wèn)數(shù)據(jù)如登錄時(shí)長(zhǎng)、訪問(wèn)次數(shù)等，以比較學(xué)生在兩類模式下的學(xué)習(xí)偏好、學(xué)習(xí)活躍度等變化，從而獲得該查詢模式下的界面友好性、體驗(yàn)感、程序運(yùn)行與功能的數(shù)據(jù)反饋?？偨Y(jié)B 查詢模式下的優(yōu)點(diǎn)與不足，為下一輪有效迭代提供據(jù)。

3.3 效果分析

依據(jù)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下設(shè)計(jì)思維指引的學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架，對(duì)案例收集到的30 份數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，收集學(xué)生在2 周（共4課時(shí)）的在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。由于學(xué)生登錄地址相同，具體從實(shí)踐過(guò)程中的測(cè)試數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)、日志內(nèi)容進(jìn)行分析，如圖7 所示。日志數(shù)據(jù)顯示，相較于A 查詢模式，B 查詢模式中的測(cè)試時(shí)長(zhǎng)說(shuō)明學(xué)生對(duì)優(yōu)化后的功能上具有更高的學(xué)習(xí)積極性，平時(shí)頁(yè)面停留時(shí)間、平均訪問(wèn)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，表明學(xué)生在B 查詢模式中的活躍度有所增加，說(shuō)明該模式具有更高的運(yùn)行效率。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，B 查詢模式中的測(cè)試次數(shù)相對(duì)增多且錯(cuò)誤次數(shù)有所減少。同時(shí)結(jié)合操作行為日志記錄數(shù)據(jù)可知，此模式下學(xué)生的修改操作明顯減少，表明在B 查詢模式中學(xué)生對(duì)測(cè)試題目進(jìn)行了多次探索，其中錯(cuò)誤次數(shù)減少表明優(yōu)化后的界面和輸入方式能夠有效減小學(xué)生犯錯(cuò)概率。雖然存在學(xué)生因熟悉測(cè)試題目而減少錯(cuò)誤次數(shù)的可能，但相對(duì)而言，B 查詢模式的程序運(yùn)行性能更高，能夠有效提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率，其功能與優(yōu)化效果更能受到學(xué)生認(rèn)可。

Fig.7 User behavior data statistics graph（A query mode+B query mode）圖7 用戶行為數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（A查詢模式+B查詢模式）

為全面分析兩類查詢模式存在差異的原因，對(duì)回收的SUS 量表進(jìn)行分析研究。每個(gè)量表包含10 個(gè)問(wèn)題，所有問(wèn)題都采用李克特量表（從非常不同意到非常同意）。共回收有效問(wèn)卷29 份，問(wèn)卷有效率96.7%，對(duì)問(wèn)卷各項(xiàng)進(jìn)行分析，得到29 名學(xué)生對(duì)A、B 兩種查詢模式的評(píng)分，依次為60.5、68.75，如表1 所示。問(wèn)卷中B 查詢模式的標(biāo)準(zhǔn)差較小，說(shuō)明大部分學(xué)生對(duì)B 查詢模式應(yīng)用效果的評(píng)價(jià)較為集中，表明B 查詢模式更受學(xué)生歡迎，系統(tǒng)功能及界面得到了適當(dāng)優(yōu)化，證明數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下設(shè)計(jì)思維指導(dǎo)的學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化實(shí)踐取得了良好效果。

對(duì)兩類查詢模式的可用性反饋情況（每個(gè)問(wèn)題）進(jìn)行詳細(xì)分析，總結(jié)出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因。對(duì)于A 查詢模式：①大部分學(xué)生認(rèn)為A 查詢模式很容易使用，其中70%的學(xué)生非常同意，21%的學(xué)生比較同意，說(shuō)明其界面及功能較簡(jiǎn)單，使用體驗(yàn)度較高；②A 查詢模式的使用大多需要技術(shù)人員幫助，其中19%的學(xué)生非常同意，41%的學(xué)生比較同意，說(shuō)明該查詢模式的使用需要一定的知識(shí)儲(chǔ)備與資源。

Table 1 Results of SUS questionnaire survey表1 SUS問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果

對(duì)于B 查詢模式：①界面中的知識(shí)點(diǎn)提示功能使得B查詢模式不需要大量的知識(shí)儲(chǔ)備，學(xué)生有信心學(xué)會(huì)使用該查詢模式，其中50%的學(xué)生非常同意，40%的人比較同意；②有學(xué)生認(rèn)為該模式的界面不夠簡(jiǎn)潔，使用起來(lái)較為麻煩，66.8%的學(xué)生表示同意，其中13%的學(xué)生非常同意；③勾選的查詢形式減少了學(xué)生單詞拼寫(xiě)錯(cuò)誤的概率，其中30%的學(xué)生非常同意，30%的學(xué)生比較同意。

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于設(shè)計(jì)思維核心階段和學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，構(gòu)建了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下設(shè)計(jì)思維指引的學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架，并依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與應(yīng)用課程展開(kāi)實(shí)踐，通過(guò)系統(tǒng)記錄的行為數(shù)據(jù)及調(diào)查數(shù)據(jù)綜合分析，挖掘?qū)W習(xí)者需求、使用感受進(jìn)而將其轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)需求，為系統(tǒng)修改與完善提供全面、及時(shí)、精準(zhǔn)、客觀的依據(jù)。研究仍存在以下不足：針對(duì)課堂開(kāi)展系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化實(shí)踐，并驗(yàn)證數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下設(shè)計(jì)思維指引的學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架有效性，缺乏大規(guī)模課程、非課堂模式的實(shí)踐探究，在指引非一線教育工作者實(shí)踐方面缺乏相應(yīng)探索。因此，下一階段的系統(tǒng)優(yōu)化需要多元的設(shè)計(jì)思路、豐富的在線活動(dòng)、更切合實(shí)際的實(shí)踐探索。