基于電子書包大數(shù)據(jù)下的個性化學習研究

（渤海大學教育與體育學院，遼寧錦州121000）

一、前言

大數(shù)據(jù)時代的到來，使人才的需求量日益增加，社會開始呼吁要有全新的教育教學手段，充分利用大數(shù)據(jù)的優(yōu)質(zhì)資源，培養(yǎng)有個性、有創(chuàng)新精神的人才，來適應未來社會的信息化與知識化的改革。個性化教育已經(jīng)是當今世界教育范圍內(nèi)被看好的教育主題。2006年，歐洲經(jīng)合組織（OECD）發(fā)表意見報告《面向明日之學校教育個性化》，就將個性化教育作為應對時代變革的重要教育議程。認為“一刀齊”的學校只適合組織安排，既不適合個人需要，也和知識社會的發(fā)展格格不入[1]。我國政府也曾在2010年發(fā)布《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》，并提出要關(guān)注學生不同特點和個性差異，發(fā)展每一個學生的優(yōu)勢潛能，鼓勵個性化發(fā)展，為每個學生都能提供相對適合的教育[2]。大數(shù)據(jù)的發(fā)展為個性化學習與教學提供了可能，電子書包作為大數(shù)據(jù)環(huán)境下學生發(fā)展個性化學習、教師發(fā)展個性化教學的一種教學工具，也對個性化學習的結(jié)果有良好的促進作用，使得個性化學習能夠更好地發(fā)展。

二、電子書包和教育大數(shù)據(jù)的基本構(gòu)成與解析

（一）電子書包的概念

電子書包可以說是主要針對小學教育的一種教學載體，致力于推進教育的信息化，提高學校和家庭教育之間的配合度，可以提供豐富的信息化資源。當然，這只是針對電子書包廣義上的一種解釋，關(guān)于電子書包真正的概念，學術(shù)界現(xiàn)在還并未有統(tǒng)一的觀點。有人認為電子書包即利用信息化設備進行教學的便攜式終端，認為它是學生個人學習的一種環(huán)境[3]；也有人認為它是一種以學生為主體，利用大量的優(yōu)質(zhì)教育資源，對學生課前預習、課中學習和課后預習提供教學指導的一種教學載體；更有人認為電子書包是在大數(shù)據(jù)的支持下，包含個人式的學習和交互式學習的工具，支持移動學習甚至終身學習的數(shù)字化學習空間，它所涵蓋的知識廣泛，資源優(yōu)質(zhì)，內(nèi)容豐富[4][5]。其實，從不同研究者對電子書包的解釋中不難看出，不管有多少種定義，最終的目的都是促進學生個性化學習。

（二）大數(shù)據(jù)的概念

大數(shù)據(jù)在近幾年來被許多的研究者所關(guān)注，它是在數(shù)據(jù)集的急劇擴展和匯聚的引領下，從數(shù)據(jù)科學中發(fā)展形成的一個研究前沿。對于到底什么是大數(shù)據(jù)？研究者們也還沒有給出一個統(tǒng)一的定義標準。大數(shù)據(jù)具有著數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)類型多、數(shù)據(jù)處理快速和數(shù)據(jù)價值密度低的4V特征，因此它能夠?qū)?shù)據(jù)進行實時的處理。另外大數(shù)據(jù)技術(shù)還包含四個模塊的內(nèi)容，即數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)應用，它們之間保持著循序漸進的關(guān)系，而且還能做到兩兩模塊之間的反饋和交互，如下圖1所示。

圖1 大數(shù)據(jù)技術(shù)模塊的構(gòu)成及關(guān)系

（三）大數(shù)據(jù)的基本構(gòu)成

教育大數(shù)據(jù)主要由以下幾個模塊組成：

1.數(shù)據(jù)獲取模塊

數(shù)據(jù)的獲取主要有三個范疇。首先是數(shù)據(jù)捕獲，主要以鍵盤記錄器、鼠標點擊流、觸屏捕獲器等作為獲取數(shù)據(jù)的方式，而捕獲的數(shù)據(jù)都來自于學生平時使用的平板、智能手機等移動終端設備。其次是多感知數(shù)據(jù)，主要以視覺探測、重力感應、遠程視頻交互為獲取方式，它主要借助電子書包的攝像和感應功能來對學生的外部行為進行記錄。最后是實時傳感數(shù)據(jù)，以實時定位數(shù)據(jù)、實時圖像顯示、及時反饋為獲取方式，利用電子書包中的定位系統(tǒng)、圖像傳感器、智能網(wǎng)絡的支持來反饋數(shù)據(jù)。

2.數(shù)據(jù)存儲模塊

學生通過使用電子書包產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)，需要數(shù)據(jù)服務、數(shù)據(jù)管理、平臺管理和云計算等進行存儲。在數(shù)據(jù)服務方面主要以平臺數(shù)據(jù)服務、軟件數(shù)據(jù)服務、終端設備數(shù)據(jù)服務為存儲方法，通過電子書包數(shù)據(jù)平臺來服務學習管理系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)管理方面能夠使電子書包中的電子學檔數(shù)據(jù)庫通過數(shù)據(jù)索引、數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)檢索和導航的方式，對數(shù)據(jù)進行存儲。在平臺管理方面通過教育云服務平臺對數(shù)據(jù)進行快速準確地計算。在云計算方面可通過私有云、公共云和混合云的方式對數(shù)據(jù)進行存儲。

3.數(shù)據(jù)分析模塊

數(shù)據(jù)分析模塊主要有四種分析方式。首先是相關(guān)分析，是以關(guān)聯(lián)規(guī)則分析、序列節(jié)點分析、社會網(wǎng)絡分析為分析方法，從學習者通過電子書包的學習軌跡和學習行為來分析學習者對知識的掌握情況，包括學習者的學習內(nèi)容、學習方式以及學習結(jié)果等。然后是模式分析，是指以數(shù)據(jù)建模、仿真模擬、拓撲分析作為分析方法，對學習者的圖像、語音和通信進行數(shù)據(jù)分析，以實現(xiàn)智能化的識別與判讀。其次是預測分析，是指以決策樹、回歸分析和時序分析作為分析方法，對學習者已經(jīng)產(chǎn)生的學習記錄進行學習結(jié)果的分析預測。最后是文本挖掘，以文本聚類、觀點分析、概念挖掘為分析方式，通過對學生學習過程中產(chǎn)生大量的文本進行挖掘整理，來對學生的知識水平和掌握知識的情況進行分析。

4.數(shù)據(jù)應用模塊

數(shù)據(jù)應用模塊是對數(shù)據(jù)分析的結(jié)果進行決策和應用。在學習分析方面，主要是通過建立學習檔案等對學生的課堂學習、知識點的掌握等進行查閱分析，以了解學生的學習情況，并給學習者提供智能評估和反饋。個性化服務是指為學生提供個性化學習方案以及個性化評價方案和資源推薦等，來促進學習者的個性化學習，提高他們的創(chuàng)新能力[6]?；跀?shù)據(jù)的決策是指通過調(diào)整教學目標、實施干預管理和開展課后補救來對學生在學習過程中出現(xiàn)的問題進行適當?shù)恼{(diào)整。

三、電子書包大數(shù)據(jù)下個性化學習的發(fā)展契機

（一）教育信息化要求學生要個性化發(fā)展

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》在基礎教育信息化發(fā)展水平框架中提到，學校教育方式的改革要在學生多樣性、個性化學習方面的改革上得到突破?！熬W(wǎng)絡學習空間人人通”作為“十二五”教育信息化建設“三通兩平臺”的一個重要的組成內(nèi)容，為學生的個性化學習提供了更廣泛的學習空間[7]。從國家關(guān)于教育信息化的政策就可以看出，個性化學習已經(jīng)越來越成為國家發(fā)展創(chuàng)新型人才的一種必要的途徑，而促進學生的個性化發(fā)展也正體現(xiàn)了國家政策的宗旨。

（二）電子書包大數(shù)據(jù)為學生個性化學習提供方便條件

隨著網(wǎng)絡的發(fā)展，無疑給教育帶來了很多的優(yōu)勢。而電子書包的出現(xiàn)，更是給學習者和教育者提供了更有效的學習模式。從學生的角度說，電子書包是個人的學習空間，學生可以根據(jù)自己的方式去進行學習，電子書包中包含的學習資源可以給其帶來更廣闊的想象空間，促進其個性化發(fā)展。從教育者的角度說，電子書包可以幫助他們對學習者的學習行為進行分析，為教育者培養(yǎng)學生的個性化創(chuàng)新能力提供幫助。盡管現(xiàn)在業(yè)界對于電子書包沒有一個統(tǒng)一的定義，但是電子書包確實是為學生的個性化發(fā)展提供了有效途徑。

四、電子書包大數(shù)據(jù)下學生學習行為的分析

（一）在內(nèi)容上的分析

電子書包的學習內(nèi)容包括了四點。首先，主要是基于交互式的電子教材中的知識點進行學習，在學習的過程中，學習者可以對這些知識點進行重點標記，并進行相互交流，而這些學習行為生成的大數(shù)據(jù)信息可以被看做是對大數(shù)據(jù)中教學教材的總結(jié)。其次，是從教學的數(shù)字資源方面分析，數(shù)字資源系統(tǒng)包含了課件、視頻點播和課外內(nèi)容，這些數(shù)據(jù)記錄的是學生學習過的視頻或者是在交互學習之后完成的測試、學生當前學過的課外資源等。然后，是從作業(yè)與考試系統(tǒng)方面分析，這里主要包括了學生日常的作業(yè)和各類考試的測評，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息是對學習者學習結(jié)果、測評結(jié)果等的記錄。最后，從互動交流系統(tǒng)分析，這里面主要包括了互動答題解疑、學習社區(qū)、家校交流等內(nèi)容，生成的信息數(shù)據(jù)可以看做是學生之間、學習環(huán)境之間互動交流的記錄[8]。

（二）在類型上的分析

電子書包學習行為大數(shù)據(jù)的類型分析，主要是基于學生自身選擇的學習類型。這主要包括學習者學習終端中所包含的視音頻資源、圖片類資源、數(shù)字動畫類資源以及文本類資源這四種資源。其中視音頻類資源、數(shù)字動畫類資源包含的內(nèi)容主要都是來源于電子教材系統(tǒng)和數(shù)字資源系統(tǒng)，圖片類資源的來源除了電子教材系統(tǒng)和數(shù)字資源系統(tǒng)之外，還來源于作業(yè)與考試系統(tǒng)，它們的資源主要生成半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。而文本類資源主要來源于電子教材系統(tǒng)、數(shù)字資源系統(tǒng)等，文本類的資源主要生成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)[9]。

（三）在實時處理上的分析

電子書包在實時處理學習行為上的分析主要體現(xiàn)在個性化學習內(nèi)容的實時交互、練習評測及時反饋和學習交流同步互動等方面。其中，學習內(nèi)容的實時交互，體現(xiàn)在電子教材系統(tǒng)和數(shù)字資源系統(tǒng)，主要包括一些數(shù)字、文字、學習內(nèi)容圖片和視頻的交互，這些交互信息促成了電子書包中數(shù)據(jù)的交互。練習評測及時反饋體現(xiàn)在作業(yè)與考試系統(tǒng)中，主要包括實時練習、在線評測、對學生學習與練習結(jié)果進行解析等，這些信息促成電子書包中及時反饋的大數(shù)據(jù)。學習交流同步互動體現(xiàn)在互動交流系統(tǒng)中，主要包括實時的交流、解疑、同步的討論等，這些信息促成電子書包中同步互動的大數(shù)據(jù)[10]。

可以看出，電子書包所含有的學習數(shù)據(jù)符合大數(shù)據(jù)大量化、多樣化、實時處理的特點。所以這些數(shù)據(jù)對于學習者的學習行為，特別是在培養(yǎng)學習者個性化學習和多元化學習方面提供了支持。

五、電子書包大數(shù)據(jù)下個性化學習的設計

（一）個性化學習設計的影響因素

個性化學習環(huán)境的設計對于個性化學習設計來說，是必不可少的一個影響因素，只有把對學習環(huán)境的設計做的恰到好處，這樣才能更有利于個性化學習的全面建設。學習環(huán)境設計包含著許多方面，我們可以把學習環(huán)境設計簡單地分為在學習內(nèi)容、學習工具、學習活動、學習策略等方面的設計，如下圖2所示。

圖2 學習環(huán)境設計

（二）個性化學習環(huán)境的設計

1.學習內(nèi)容的設計

個性化學習的內(nèi)容來源主要是電子書包中的電子教材和數(shù)字資源。所以學習內(nèi)容的設計一定要能夠使學習者在這種大數(shù)據(jù)的支持下自主地選擇學習內(nèi)容，并且能對學習者所選學習內(nèi)容進行及時的反饋。通過分析學習者對所選內(nèi)容的學習行為、學習進度、資料的查閱進行整理和分析，進而得出學習者自主選擇學習的最終情況，并能夠根據(jù)分析得出的數(shù)據(jù)給出相應的解決途徑或建議。

2.學習工具的設計

學習工具的設計一定要注意符合學習者的學習興趣，在現(xiàn)有的平板電腦或者一些移動終端的學習工具的使用中，教育者一定要充分利用這些教學工具，使它們與教學活動緊密結(jié)合。除此之外，在學習工具的設計中，一定要考慮資源整合的問題，最大限度地讓學習工具與豐富的資源有效結(jié)合，帶給學生最優(yōu)質(zhì)的學習資源，讓學習者的學習感受更強烈，更適應學習工具。

3.學習策略的設計

構(gòu)建個性化的學習環(huán)境，學習策略的設計是必不可少的。學習策略的設計可以體現(xiàn)在以下兩個方面，一個是學習者的知識攝取階段。在這一階段里，學生根據(jù)學習的策略能夠自主選擇要學習的內(nèi)容，掌握學習的重點，找到適合自己的學習模式，有利于學生個性化學習的實現(xiàn)。第二個就是在學習結(jié)束之后的評價階段，在整個學習過程中，生成對學生的每一個知識點的學習記錄，教師更清楚地掌握學生對自主選擇的學習內(nèi)容的理解情況，并能夠?qū)W習的效果進行評價，把每一次的評價結(jié)果存儲到數(shù)據(jù)庫中，在學習的最后總結(jié)評價階段給學習者提出個性化的評價，有利于學習者在個性化學習中創(chuàng)造能力的提高。

4.學習活動的設計

個性化學習活動的設計對學生的學習興趣有積極的促進作用。它與學習工具有異曲同工之妙，都更加有利于學習者吸引知識，一個好的學習活動的設計會在學習的開始就把學習者帶入到學習中去，再加上學習工具的運用，就可以更有利于學生對自主選擇的學習內(nèi)容的掌握，滿足學習者的多方位需求與學習目標[11]。在培養(yǎng)學生自主學習和獨立思考能力的同時，也可以反映學生真實的學習情況，有利于對學生的學習情況作出判斷并給出建議。

六、結(jié)語

電子書包的大數(shù)據(jù)對于個性化學習有著促進作用，從電子書包的發(fā)展到與大數(shù)據(jù)的結(jié)合，這些都是教育信息化希望看到的成果。大數(shù)據(jù)的發(fā)展給學習資源的獲取、應用和分析帶來了巨大的便利。而通過對大數(shù)據(jù)的使用，使得學生的個性化學習無論是從學習行為上來說還是從學習環(huán)境上來說，都取得了不錯的進展。不論是學習資源的獲取還是學習環(huán)境的設計，目的都是培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力，促進學生的個性化發(fā)展，而電子書包在大數(shù)據(jù)環(huán)境下的出發(fā)點也恰好為目的的實現(xiàn)提供可能。當然，電子書包大數(shù)據(jù)的學習模式現(xiàn)在還只是處于初級階段，家長和社會的懷疑或是一些客觀因素的影響，使得電子書包還沒有得到全面的發(fā)展。就遼寧省來說，電子書包的使用也只在少數(shù)，但不可否認的是，隨著大數(shù)據(jù)時代的發(fā)展，信息化設備與個性化學習的結(jié)合，一定會是促進學生個性化發(fā)展必不可少的途徑。