基于學(xué)習行為數(shù)據(jù)分析的混合式教學(xué)模式探究

邵雯娟

1 背景

針對以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的傳統(tǒng)教學(xué)在學(xué)生個性化發(fā)展與學(xué)習需求中出現(xiàn)的諸多弊端，近幾年以MOOC、SPOC為代表的新型線上教育模式得以興起，同時隨著以移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等為代表的新一代信息技術(shù)的發(fā)展，對當前教學(xué)、學(xué)習考核思維模式都有了新的發(fā)展需求，線上線下相結(jié)合的混合教學(xué)模式：教學(xué)新資源—微課、教學(xué)新形態(tài)—慕課、教學(xué)新模式—翻轉(zhuǎn)課堂已經(jīng)成為教育領(lǐng)域的前沿議題和實踐熱點。

混合教學(xué)模式突破了傳統(tǒng)教學(xué)模式的時空限制與學(xué)習方法的限制，使學(xué)習資源無限豐富，并可充分利用碎片時間，可促進教與學(xué)、教與教、學(xué)與學(xué)的全面互動，有利于師生之間的共同學(xué)習和提高，有利于學(xué)生自主學(xué)習和探究學(xué)習能力的提升。如何結(jié)合傳統(tǒng)大學(xué)課堂教學(xué)和“慕課”模式的優(yōu)勢，利用“線上線下混合教學(xué)教育理念”來對課程教學(xué)模式進行改革成為我們關(guān)注的課題[1]。

2 以學(xué)習行為為中心的混合式教學(xué)模式設(shè)計

本教學(xué)模型將學(xué)生、教師、環(huán)境、媒體等各個教學(xué)要素有機整合，利用在線學(xué)習和線下課堂教學(xué)的優(yōu)勢互補，融合各種技術(shù)和教學(xué)方式，綜合運用各種手段，實現(xiàn)多元混合，符合學(xué)與教規(guī)律，真正提升“教”與“學(xué)”的效果。

模型以實際課程的教學(xué)過程作為研究應(yīng)用案例，結(jié)合傳統(tǒng)課堂教學(xué)和線下教學(xué)模式的各自優(yōu)點，同時，借助移動信息化教學(xué)平臺和無線校園環(huán)境，為實施提供環(huán)境保障，從而設(shè)計線上線下混合教學(xué)模式的實施方案。

2.1 現(xiàn)狀分析

《計算機網(wǎng)絡(luò)課程》為計算機科學(xué)技術(shù)學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程以理論教學(xué)為主，實踐操作為輔，注重學(xué)生知識能力和操作技能的雙重培養(yǎng)。

目前，《計算機網(wǎng)絡(luò)》課程的教學(xué)模式仍以線下的“課堂講授”為主，課堂間缺少師生互動，在整個教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師的講解占據(jù)了課堂大部分時間，學(xué)生真正通過內(nèi)化理解的時間很少，而且課堂間缺少師生互動，學(xué)生過度依賴課堂的知識傳遞，大大降低了學(xué)生的學(xué)習興趣，從而導(dǎo)致學(xué)生缺乏主動性和獨立自主解決實際問題的能力?，F(xiàn)行的“課堂講授”的教學(xué)模式影響了學(xué)生學(xué)習的興趣和積極性，限制了學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展，阻礙了教學(xué)質(zhì)量的提高，不利于教師與學(xué)生的發(fā)展，因此，針對該門課程，亟待尋求一種多元化教學(xué)模式，不僅能增加學(xué)生的學(xué)習興趣，還能發(fā)掘?qū)W生自主性學(xué)習的動力，真正讓興趣與學(xué)習相融合[2-3]。

線上線下混合教學(xué)模式是指在現(xiàn)代信息技術(shù)的支持下，教師在線上平臺提供教學(xué)視頻和知識點PPT等學(xué)習資源，學(xué)生課外自主完成對線上資源的學(xué)習，而在課堂上（線下）教師則對學(xué)生反映的重點難點內(nèi)容進行講解，解答學(xué)生的疑惑，促使學(xué)生更好地掌握知識[4]。線上線下混合教學(xué)模式將授課內(nèi)容移到課外（線上），學(xué)生通過在線視頻學(xué)習重點知識，通過課堂時間（線下）完成知識的消化吸收，這樣的教學(xué)模式使課堂內(nèi)容安排和時間分配發(fā)生了改變，使師生角色發(fā)生了改變，明確了學(xué)生在教學(xué)活動中的主體地位，線上線下混合模式可以很好地促進學(xué)生自主學(xué)習能力、協(xié)作溝通能力和創(chuàng)新能力的提升，可以極大地提升教學(xué)的效果，所以線上線下混合教學(xué)模式很好地結(jié)合傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式和“慕課”模式的互補優(yōu)勢，將促進我國高校大學(xué)教學(xué)改革的發(fā)展[1]。

2.2 實施環(huán)境

2017年，我校加大智慧校園建設(shè)力度，實現(xiàn)了校園無線網(wǎng)全覆蓋且無感知認證，校園無線網(wǎng)絡(luò)“i-zijin”覆蓋范圍包括學(xué)生宿舍、教學(xué)樓、圖書館、體育館以及校道等室外區(qū)域。無線局域網(wǎng)以其靈活布設(shè)、高帶寬和無線接入的優(yōu)勢，可以突破有線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點限制、實現(xiàn)多人同時上網(wǎng)的問題，大大地增加了校園網(wǎng)絡(luò)信息點，方便在校師生獲取信息，進一步提升學(xué)校的信息化水平，有效服務(wù)于教學(xué)工作。

當前我校數(shù)字化校園的環(huán)境建設(shè)初顯成效，結(jié)合信息化教學(xué)平臺的使用，可以突破地域、實踐的限制，在移動學(xué)習環(huán)境下，能更有效地呈現(xiàn)學(xué)習內(nèi)容，并且提供教師與學(xué)生之間的雙向交流，實現(xiàn)了線下、線上的師生互動，使得移動學(xué)習、實時互動成為可能，為混合式教學(xué)提供了實施環(huán)境。

另一方面，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的移動信息化教學(xué)管理平臺紛紛出現(xiàn)，如：藍墨云班課[5]、對分易[6]、雨課堂[7]、超星學(xué)習通[8]等，這些基于移動社交活動、即時互動教學(xué)管理平臺，具有即時互動的信息反饋特點，為傳統(tǒng)教育注入了新的活力，為廣大一線教師及教學(xué)管理者帶來了新的教學(xué)變革，是我國高等教育教學(xué)發(fā)展的又一種新方式。它們不僅使“教”更加簡單方便，也使“學(xué)”更加有趣高效，可以將不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下、不同學(xué)習情境下、不同客戶端的異構(gòu)學(xué)習數(shù)據(jù)完全收集起來，為學(xué)習分析提供了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.3 教學(xué)設(shè)計思路

以我?！队嬎銠C網(wǎng)絡(luò)課程》的教學(xué)過程為研究案例，使用信息化手段，將面對面的線下課題教學(xué)和線上學(xué)習相結(jié)合，協(xié)同開展混合教學(xué)的有效性研究。在移動學(xué)習環(huán)境下，突破了地域、實踐的限制，實現(xiàn)了線下、線上的師生互動。

本文采用“PDCA”循環(huán)法”來指導(dǎo)實施混合式教學(xué)過程[8]，即以提高學(xué)生的學(xué)習能力、實踐能力和創(chuàng)新能力為教學(xué)目標，從課前、課中、課后教學(xué)活動三個方面優(yōu)化原有的教學(xué)模式。通過學(xué)習行為數(shù)據(jù)的分析，評估混合式教學(xué)的效用，指導(dǎo)教師下階段的教學(xué)進程。

所設(shè)計的線上線下混合模式的實施具體步驟如下：通過云課堂平臺收集并整理學(xué)生的各種數(shù)據(jù)，如登錄頻率、學(xué)習時間、學(xué)習進度、答題情況等信息，通過運用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對學(xué)習者進行評價和跟蹤。

(1)課前計劃（Plan）

授課之前，教師準備線上資源，制作教學(xué)視頻、多媒體課件等教學(xué)素材，上傳到線上平臺，明確知識要點和預(yù)習重點。另外在視頻播放過程中設(shè)計一些練習作業(yè)題，促使學(xué)生產(chǎn)生疑問，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習積極性。采用隨堂測試，對學(xué)生已有知識能力和預(yù)習情況的分析，選擇合適的內(nèi)容起點，確保課程的正常運行和分析結(jié)果的有效性。

(2)課中教學(xué)執(zhí)行（Do）

采用線上互動、答疑，線下自學(xué)的翻轉(zhuǎn)巧堂的教學(xué)模式，為學(xué)生搭建無縫的學(xué)習空間，使得所采集的學(xué)習行為數(shù)據(jù)更能體現(xiàn)學(xué)生的真實學(xué)習狀態(tài)。

(3)課后效果檢查（Check）和教學(xué)總結(jié)（Action）

對學(xué)習者的測試結(jié)果數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，對學(xué)生的學(xué)習行為進行分析，評價線上線下混合模式教學(xué)的效果，通過實施過程中得出的成效和存在的問題進行教學(xué)反思，在后續(xù)實踐中不斷改進和優(yōu)化教學(xué)方案，進一步提升后續(xù)教學(xué)的效果。

圖1 混合教學(xué)模式設(shè)計思路

3 基于學(xué)習行為的數(shù)據(jù)分析

混合教學(xué)設(shè)計依托移動教學(xué)平臺開展課程的學(xué)習，使得學(xué)生的線上、線下學(xué)習行為均可采集、可測量，反映學(xué)生課上和課后學(xué)習的全過程，為教學(xué)提供決策依據(jù)。線下學(xué)習行為包含：在線簽到、在線投票、課堂搶答、課堂討論、課堂測試、互動討論等功能，線上學(xué)習行為包括：資源學(xué)習、資源下載、課程點播、作業(yè)管理、問卷調(diào)查、答疑討論、資源共享等。

3.1 活動參與度分析

(1)活動構(gòu)成

參加本教學(xué)活動的教學(xué)班學(xué)生數(shù)為131人，共開展84項混合教學(xué)活動，其中，小組任務(wù)占12項和課堂表現(xiàn)占35項，頭腦風暴12項，討論答疑9項，課堂互動類活動占比90.95%?；宇悈⑴c782人次，提交結(jié)果1421個，測試類活動參與253人次，交卷總數(shù)260個。從活動數(shù)量和參與度，反映出混合教學(xué)活動充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習參與性，真實地反映了學(xué)生們的學(xué)習狀態(tài)。

圖2 教學(xué)活動構(gòu)成

(2)活動總體參與度

教學(xué)活動中參與率最高的是簽到活動，占比98.37%，這項活動得分門檻低，形式簡單，因此學(xué)生們參與度最高。其次是投票問卷，占比97.01%，討論答疑（96.02%）和頭腦風暴（94.65%）相比前兩項，隨著對學(xué)生學(xué)習投入度的要求的提高，參與度也相應(yīng)降低。參與度最低的是測試和作業(yè)小組活動，兩者對于知識的掌握程度、學(xué)習態(tài)度都有相應(yīng)的門檻要求，因此學(xué)生的參與意愿度也隨之下降。

圖3 教學(xué)活動參與度

(3)討論答疑活動

討論答疑活動參與度從開課之初（3月2日）從86.57%上升到97.01%（3月6日），表示這段時間學(xué)生的學(xué)習主動積極型得到了充分的激勵。但隨著課程的推進，特別在進入到第3章數(shù)據(jù)鏈路層后，學(xué)習難度漸進，具體表現(xiàn)為：活動參與度在4月3日小幅度下降為79.85%，之后一直保持在相對穩(wěn)定的80%左右的參與度。

圖4 討論答疑活動參與度

3.2 學(xué)習行為分析

通過前期教學(xué)活動的開展，教師“伴隨式”采集到學(xué)生在學(xué)習行為過程中產(chǎn)生的各類狀態(tài)信息，形成了反映真實學(xué)習情況的學(xué)習行為數(shù)據(jù)源。接下來，我們對樣本數(shù)據(jù)進行了預(yù)處理，然后運用數(shù)據(jù)挖掘算法中的K-means算法進行分類，獲取各類與學(xué)習行為屬性的關(guān)系，挖掘某個群體的學(xué)習規(guī)律，更好地實施個性化教學(xué)活動。

K-means算法是一種基于樣本間距離的聚類方法，采用均方差作為標準測度函數(shù)。一個象元樣本按某一原則，歸屬于某一組類后，就要重新計算這個組類的均值，并且以新的均值作為凝聚中心點進行下一次象元聚類。在全部象元樣本按某一組的類中心分類之后，再計算修改各類的均值，作為下一次分類的凝聚中心點。K-means算法的輸入條件為：聚類個數(shù)K，輸出結(jié)果為滿足方差最小標準的K個聚類[10]。

我們首先將學(xué)習行為數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)清洗和預(yù)處理后，按照學(xué)習行為熟悉分為8個維度，各學(xué)習行為屬性的值為量化后的經(jīng)驗值，樣本數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 學(xué)習行為屬性及數(shù)據(jù)樣本

使用K-means算法進行6次迭代后，學(xué)習行為聚類結(jié)果分為以下3大類：

表2 學(xué)習行為聚類結(jié)果

各大類的聚類中心為：

表3 聚類中心

從聚類結(jié)果來看，分類3和分類1、分類2間的特征差距主要體現(xiàn)在：測試活動和作業(yè)小組任務(wù)活動上。分類1的測試活動和課堂表現(xiàn)等線下教學(xué)活動參與性較低，教師應(yīng)多關(guān)注此類學(xué)生的課堂注意力，多發(fā)起線下課堂互動，以增加該類同學(xué)的課堂積極型。分類2的測試和小組任務(wù)完成情況都較好，學(xué)習效果良好，課堂表現(xiàn)也積極進取，教師應(yīng)多給予鼓勵和關(guān)注，繼續(xù)保持好的學(xué)習習慣。分類3的線上活動參與度較低，對視頻資源學(xué)習和作業(yè)小組任務(wù)態(tài)度都不積極，學(xué)習態(tài)度滯后，教師應(yīng)給予特殊關(guān)注，多輔導(dǎo)該類學(xué)生解決學(xué)習上的難題。

圖5 學(xué)習行為分類特征的雷達圖

4 結(jié)語

本文設(shè)計了一種以學(xué)習行為為中心的混合式教學(xué)模式，并在課程教學(xué)中真實運用該教學(xué)改革。通過使用K-means算法對個性化的學(xué)習行為進行數(shù)據(jù)聚類分析，挖掘群體的共性學(xué)習特征，幫助我們作出下階段的教學(xué)決策。

分析結(jié)果表明，該混合式教學(xué)模式的開發(fā)和應(yīng)用，不僅能夠彌補傳統(tǒng)課堂的一些問題和短板，提升學(xué)生的學(xué)習積極性，也能增強教師與學(xué)生之間的互動和交流，使學(xué)生能在這種協(xié)同式的學(xué)習中獲得更好的學(xué)習效果。下階段的探索研究中，我們還將對混合教學(xué)模式進行進一步的探索，對教學(xué)環(huán)節(jié)進行更精細化的設(shè)計，使用更多的大數(shù)據(jù)分析工具來推進和驗證教學(xué)改革。