教育數(shù)據(jù)挖掘研究

侯勇

摘 要：教育數(shù)據(jù)挖掘在從計算機科學(xué)本身作為一個領(lǐng)域應(yīng)運而生，利用 DM 技術(shù)能夠推進高等教育的教學(xué)、學(xué)習(xí)和研究。教育數(shù)據(jù)挖掘 的主要目標是使用大規(guī)模教育數(shù)據(jù)集來更好地了解學(xué)生學(xué)習(xí)并提供有關(guān)學(xué)習(xí)過程的信息。

關(guān)鍵詞：教育；數(shù)據(jù)挖掘；學(xué)習(xí)效果；行為

一、引言

在過去幾年中，來自各種學(xué)科（包括計算機科學(xué)、統(tǒng)計、數(shù)據(jù)挖掘和教育）的研究人員開始研究數(shù)據(jù)挖掘如何改善教育和促進教育研究。教育數(shù)據(jù)挖掘被公認為新興學(xué)科。教育數(shù)據(jù)挖掘 專注于開發(fā)方法來探索來自教育環(huán)境中的獨特數(shù)據(jù)類型。這些數(shù)據(jù)來自多個來源，包括來自傳統(tǒng)的面對面課堂環(huán)境、教育軟件、在線課件以及總結(jié)/高風(fēng)險測試的數(shù)據(jù)。這些來源越來越多地提供大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以進行分析，以便輕松解決以前不可行的問題，涉及學(xué)生群體之間的差異，或涉及不常見的學(xué)生行為。教育數(shù)據(jù)挖掘以多種方式為教育和教育研究做出貢獻。教育數(shù)據(jù)挖掘的貢獻影響了對教學(xué)和學(xué)習(xí)的思考，促進了教育軟件的改進，提高了軟件個性化學(xué)生學(xué)習(xí)體驗的能力。隨著教育數(shù)據(jù)挖掘作為一個研究領(lǐng)域的成熟，出現(xiàn)了一系列教育數(shù)據(jù)挖掘國際會議，教育數(shù)據(jù)挖掘雜志，一些高度被引用的論文，這都說明教育數(shù)據(jù)挖掘越來越受到教育界的關(guān)注。

二、教育數(shù)據(jù)挖掘研究內(nèi)容

教育數(shù)據(jù)挖掘只要研究內(nèi)容包括：與課程管理員和教育工作者溝通；維護和改進課程；生成推薦；預(yù)測學(xué)生的成績和學(xué)習(xí)成果；學(xué)生建模；域結(jié)構(gòu)分析等。

①.與課程管理員和教育工作者溝通。目的是幫助課程管理員和教育工作者分析學(xué)生的活動和課程的使用信息。此類目標最常用的技術(shù)是通過統(tǒng)計分析和可視化或報告進行探索性數(shù)據(jù)分析，以及過程挖掘。

②.維護和改進課程。目的是幫助課程管理者和教育工作者確定（尤其是使用有關(guān)學(xué)生使用和學(xué)習(xí)的信息）如何改進課程（內(nèi)容，活動，鏈接等）。用于此類目標的最常用技術(shù)是關(guān)聯(lián)，聚類和分類。

③.生成推薦。目的是向?qū)W生推薦當(dāng)前最適合他們的內(nèi)容（或任務(wù)或鏈接）。用于此類目標的最常用技術(shù)是關(guān)聯(lián)，排序，分類和聚類。

④ .預(yù)測學(xué)生的成績和學(xué)習(xí)成果。目的是根據(jù)課程活動中的數(shù)據(jù)預(yù)測學(xué)生的最終成績或其他類型的學(xué)習(xí)成果（例如保留學(xué)位課程或?qū)淼膶W(xué)習(xí)能力）。用于此類目標的最常用技術(shù)是分類，聚類和關(guān)聯(lián)。

⑤.學(xué)生建模。教育領(lǐng)域的用戶建模具有許多應(yīng)用程序，包括學(xué)生狀態(tài)和特征（如滿意度、動機、學(xué)習(xí)進度或某些類型的問題）的檢測（通常實時），這些特征會產(chǎn)生負面影響影響他們的學(xué)習(xí)結(jié)果（制造太多錯誤、誤用或過度使用幫助、玩弄系統(tǒng)、低效地探索學(xué)習(xí)資源等）、影響、學(xué)習(xí)風(fēng)格和偏好。這里的共同目標是從使用信息創(chuàng)建學(xué)生模型。這種類型的目標經(jīng)常使用的技術(shù)不僅是聚類、分類和關(guān)聯(lián)分析，還有統(tǒng)計分析、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)（包括貝葉斯知識追蹤）、心理測量模型和強化學(xué)習(xí)

⑥.域結(jié)構(gòu)分析。目的是使用預(yù)測學(xué)生表現(xiàn)的能力來確定領(lǐng)域結(jié)構(gòu)，以衡量領(lǐng)域結(jié)構(gòu)模型的質(zhì)量。為此目的，可以利用測試或?qū)W習(xí)環(huán)境中的性能。用于此類目標的最常用技術(shù)是關(guān)聯(lián)規(guī)則，聚類方法和空間搜索算法。

三、教育數(shù)據(jù)挖掘研究途徑

第一個途徑是開發(fā)計算工具和技術(shù)，確定哪些工具和技術(shù)最適合使用大型教育數(shù)據(jù)集，并查找評估指標和模型擬合的最佳做法。此類工作的示例包括嘗試不同的可視化技術(shù)，以了解如何查看和理解數(shù)據(jù)。由于教育數(shù)據(jù)集通常是縱向的，包括幾個月，有時包括幾年，并且在此期間可能會與學(xué)生進行豐富的交互，因此需要一些理解數(shù)據(jù)的方法。

第二個途徑是確定我們應(yīng)該問什么問題。有幾個明顯的候選者：全班是否對材料了解得足夠好，可以繼續(xù)下去？是否有學(xué)生需要補習(xí)指導(dǎo)？哪些學(xué)生可能需要學(xué)術(shù)輔導(dǎo)才能順利完成學(xué)業(yè)？這些問題是幾千年來教師們提出和回答的。教育數(shù)據(jù)挖掘 當(dāng)然使我們能夠以數(shù)據(jù)為導(dǎo)向，更準確地回答此類問題；然而，教育數(shù)據(jù)挖掘的潛力要大得多。

教育數(shù)據(jù)挖掘的第三個途徑是發(fā)現(xiàn)誰是教育利益相關(guān)者，他們可以受益于教育數(shù)據(jù)挖掘可能帶來的更豐富的報告。顯而易見的有意者是"天地"和"教師"。然而，學(xué)生的父母呢？他們收到報告有意義嗎？除了成績單和家長-教師會議外，很少與家長溝通孩子的表現(xiàn)。大多數(shù)家長都太忙了，無法詳細報告孩子的上學(xué)情況，但有些蒸餾的信息呢？如果孩子沒有完成當(dāng)天到期的家庭作業(yè)，通知家長的系統(tǒng)可能是有益的。同樣，如果學(xué)生的成績明顯下降，這種變化可以通過教育數(shù)據(jù)挖掘檢測出來，家長可以被告知。

其他利益相關(guān)者包括校長，他們可以被告知教師相對于同齡人處境艱難，以及學(xué)校表現(xiàn)不佳的領(lǐng)域。最后，還有學(xué)生自己。

四、結(jié)論

可以將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用于教育系統(tǒng)以改善學(xué)習(xí)效果，這可以看作是一種形成性的評估技術(shù)。形成性評估是對仍在開發(fā)中的教育計劃的評估，目的是不斷改進該計劃。檢查學(xué)生如何學(xué)習(xí)，用數(shù)據(jù)挖掘?qū)W(xué)生行為進行分析，是一種以形成性方式評估教學(xué)設(shè)計的方法，并且可以幫助教師改進教學(xué)材料。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可用于收集信息，這些信息可用于幫助教育設(shè)計人員，在設(shè)計或修改教學(xué)方法時，將這些信息做為改進教學(xué)方法的基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]Fernandes，Eduardo，Holanda，Maristela，Victorino，Marcio，等.Educational data mining：Predictive analysis of academic performance of public school students in the capital of Brazil[J].Journal of Business Research，2019，94.

[2]Keshav Singh Rawat，I.V.Malhan.A Hybrid Classification Method Based on Machine Learning Classifiers to Predict Performance in Educational Data Mining：ICCCN 2018，NITTTR Chandigarh，India[M]// Proceedings of 2nd International Conference on Communication，Computing and Networking.2019.

基金項目：蚌埠學(xué)院2018年度高層次人才科研啟動經(jīng)費項目（BBXY2018KYQD07）。2019年蚌埠學(xué)院質(zhì)量工程項目一般項目（2019JYXML9，2019JYXML14）。2019年安徽省教育廳教育教學(xué)研究一般項目（2019jyxm0474）