大數(shù)據(jù)分析與挖掘技術(shù)在高校學(xué)生線上學(xué)習(xí)中的應(yīng)用研究

張興科

[摘? ? ? ? ? ?要]? 隨著信息化教學(xué)條件的逐步成熟，各高校都在積極推行學(xué)生在線學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，這一模式實(shí)施的效果到底如何，可借助大數(shù)據(jù)分析與挖掘技術(shù)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，針對(duì)性地幫助教師與學(xué)生改進(jìn)教學(xué)與學(xué)習(xí)行為，從而進(jìn)一步提升學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量與教師的教學(xué)能力，為更好地實(shí)施在線教學(xué)提供有益借鑒。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 在線學(xué)習(xí);大數(shù)據(jù);應(yīng)用研究

[中圖分類號(hào)]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2020）01-0146-02

一、大數(shù)據(jù)分析與挖掘技術(shù)在線上教學(xué)中的應(yīng)用背景

目前，隨著教育信息化的快速發(fā)展，多數(shù)高校都開設(shè)了線上學(xué)習(xí)課程，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式及教師的教學(xué)方式發(fā)生了深刻變化，由教師主導(dǎo)的教學(xué)逐步變?yōu)閷W(xué)生主導(dǎo)的自學(xué)，這種教學(xué)模式充分激發(fā)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)和自學(xué)習(xí)能力，也會(huì)對(duì)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣養(yǎng)成及能力培養(yǎng)發(fā)揮重要的作用。

實(shí)施線上教學(xué)，教師應(yīng)為學(xué)生提供豐富的線上學(xué)習(xí)資源，資源包括教案、課件、教學(xué)視頻、習(xí)題等。線上教學(xué)實(shí)施主要借助網(wǎng)絡(luò)在教學(xué)平臺(tái)上由學(xué)生在課上或課下完成視頻觀看，對(duì)學(xué)習(xí)中遇到的問題可采用網(wǎng)上討論、網(wǎng)上答疑來解決，對(duì)學(xué)生當(dāng)堂課的學(xué)習(xí)情況可采用作業(yè)完成情況、在線測(cè)試等方式進(jìn)行分析。找出具體到該線上課程到底教學(xué)質(zhì)量如何、影響教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵因素有哪些、重要因素有哪些，對(duì)精準(zhǔn)地幫助教師進(jìn)行線上教學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)施線上教學(xué)過程、進(jìn)行教學(xué)效果的評(píng)定和教學(xué)反思提供重要的依據(jù)。

數(shù)據(jù)挖掘是指從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機(jī)的實(shí)際應(yīng)用大量數(shù)據(jù)中，提取出隱含在其中的、人們事先不知道的有用數(shù)據(jù)的模式的過程。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)融合了數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、知識(shí)工程技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)、人工智能技術(shù)、可視化技術(shù)等。當(dāng)大量課程采用線上教學(xué)方式讓大量學(xué)生網(wǎng)上學(xué)習(xí)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生海量的上網(wǎng)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括學(xué)生在線時(shí)長(zhǎng)、練習(xí)情況、教師學(xué)生互動(dòng)情況、學(xué)生作業(yè)完成情況、學(xué)生在線測(cè)試情況，以及學(xué)生最終考核結(jié)果等情況。通過大數(shù)據(jù)分析與挖掘技術(shù)對(duì)學(xué)生線上學(xué)習(xí)行為進(jìn)行監(jiān)控，通過可視化的分析結(jié)果和挖掘結(jié)果，可以幫助教師更好地掌控線上教學(xué)、教學(xué)效果分析，找出影響教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵因素。這可以幫助教師更加精準(zhǔn)地指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行線上學(xué)習(xí)，更好地進(jìn)行教學(xué)改進(jìn)，并進(jìn)一步提高教師的教學(xué)能力。

二、大數(shù)據(jù)分析與挖掘技術(shù)在線上教學(xué)中的應(yīng)用分析

在信息化教學(xué)中利用大數(shù)據(jù)分析和挖掘技術(shù)，可分別對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)及教師教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘數(shù)據(jù)模型，找出成功要素，以便后期更好地實(shí)施在線教學(xué)。

（一）數(shù)據(jù)分析與挖掘在學(xué)生方面的應(yīng)用分析

在線學(xué)習(xí)記錄的大量數(shù)據(jù)首先是學(xué)生在利用教學(xué)平臺(tái)學(xué)習(xí)時(shí)留下的行為特征，把學(xué)生的行為特征通過分析與挖掘技術(shù)，找出學(xué)生學(xué)習(xí)的規(guī)律，分析出對(duì)提升學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)有重要作用的因素，從而針對(duì)性地幫助學(xué)生學(xué)習(xí)。

學(xué)生在線學(xué)習(xí)，要登錄賬戶后才能學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)方式主要是看視頻，由于每名學(xué)生自主學(xué)習(xí)的自律性、自控性不同，每名學(xué)生登錄的時(shí)間不同、頻次不同，看視頻的總時(shí)長(zhǎng)不同，看同一視頻觀看時(shí)暫停、中斷的頻次不同?？赏ㄟ^網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)后臺(tái)獲取學(xué)生的登錄次數(shù)和學(xué)習(xí)時(shí)間等數(shù)據(jù)，根據(jù)學(xué)生的成績(jī)情況，研究個(gè)體登錄時(shí)間是否能滿足線上學(xué)習(xí)的需要;研究整個(gè)學(xué)期中學(xué)習(xí)的高峰期、每天的學(xué)習(xí)高峰期，從群體角度和個(gè)體角度分析影響學(xué)習(xí)的因素;同時(shí)將分析結(jié)果和被研究學(xué)生的課表匹配，分析是否存在正課時(shí)間惡意刷課的行為。

學(xué)生在線學(xué)習(xí)過程中，會(huì)遇到各種問題，問題的解決可通過教師在線答疑、學(xué)生在線討論最終使問題得以解決，通過后臺(tái)可以記錄下學(xué)生經(jīng)常遇到的問題以及問題的解決方法，記錄下哪些學(xué)生愛提問，這部分學(xué)生的學(xué)業(yè)成績(jī)?nèi)绾?，通過分析與挖掘，確定愛提問學(xué)生與學(xué)習(xí)成績(jī)是否存在必然的關(guān)聯(lián);在學(xué)習(xí)論壇中有哪些是愛發(fā)帖的學(xué)生，哪些是愛回帖的學(xué)生，這部分學(xué)生的學(xué)業(yè)成績(jī)?nèi)绾?，這部分學(xué)生可能思維較活躍，以后能否長(zhǎng)期觀測(cè)該類學(xué)生，觀察此類學(xué)生的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展情況。

學(xué)生在線學(xué)習(xí)的課程，特別是自主學(xué)習(xí)的課程，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，會(huì)對(duì)有的知識(shí)點(diǎn)感興趣，有的知識(shí)點(diǎn)不是很感興趣，對(duì)教師制作的教學(xué)資源某些部分感興趣，某些資源不感興趣?？赏ㄟ^大數(shù)據(jù)分析挖掘技術(shù)找出同一門課中哪些知識(shí)點(diǎn)是學(xué)生喜歡的、愿意學(xué)的，對(duì)學(xué)生不感興趣的知識(shí)點(diǎn)找出原因及下一步的解決辦法。另外教師制作的教學(xué)資源中融入圖像、聲音、動(dòng)畫、模擬仿真等元素，可視化教學(xué)資源的設(shè)計(jì)布局、色彩、頁面格式等因素，也會(huì)影響學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的一些因素，可通過大數(shù)據(jù)分析與挖掘技術(shù)，找出教學(xué)資源的構(gòu)成元素中哪些類的可視化教學(xué)資源更受學(xué)生關(guān)注與青睞，后期制作教學(xué)資源時(shí)，教師可根據(jù)學(xué)生的喜好制作教學(xué)資源，進(jìn)一步提升學(xué)生喜愛在線學(xué)習(xí)的方式，進(jìn)一步提升在線學(xué)習(xí)的效率。

學(xué)生在線學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)形式、學(xué)習(xí)時(shí)間沒有一個(gè)定式，教師應(yīng)經(jīng)常性地監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，根據(jù)在線學(xué)習(xí)過程中的分階段測(cè)試，找出成績(jī)優(yōu)的學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)規(guī)律，找出成績(jī)?nèi)醯膶W(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)規(guī)律，再挖掘出一種具有通用性的能改善絕大多數(shù)學(xué)生質(zhì)量的培養(yǎng)模型，教師可根據(jù)培養(yǎng)模型對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中存在嚴(yán)重背離培養(yǎng)模型的情況進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，對(duì)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行必要的指導(dǎo)，對(duì)照學(xué)生的學(xué)習(xí)情況對(duì)學(xué)生成績(jī)進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)可能不及格的學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)行為干預(yù)和預(yù)警。

（二）數(shù)據(jù)分析與挖掘在教師方面的應(yīng)用分析

教師利用在線學(xué)習(xí)平臺(tái)實(shí)施教學(xué)，也會(huì)有信息在平臺(tái)記錄，如資源部署、作業(yè)留置、答疑信息等，在對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)行分析與挖掘的同時(shí)，對(duì)教師教學(xué)行為的分析與挖掘同等重要，可通過對(duì)教師教學(xué)行為的分析與挖掘找出影響教學(xué)質(zhì)量的一些重要因素，提升教師教學(xué)環(huán)節(jié)的把控與改進(jìn)，進(jìn)而提升整體的教學(xué)質(zhì)量。

分析教師教學(xué)行為對(duì)學(xué)習(xí)者的影響程度。在線學(xué)習(xí)課程，教師起到幕后策劃、實(shí)施方略、資源調(diào)配、學(xué)習(xí)監(jiān)控、授課答疑、分類指導(dǎo)、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)、等作用，在具體到在線教學(xué)實(shí)施過程中，后臺(tái)也可記錄教師進(jìn)入課程總數(shù)、發(fā)表課程通知總數(shù)、添加教學(xué)資源總數(shù)、發(fā)布測(cè)試次數(shù)、添加視頻次數(shù)、布置作業(yè)次數(shù)、論壇區(qū)回文次數(shù)、批改作業(yè)次數(shù)等信息，對(duì)此類信息進(jìn)行分析與挖掘，分析教師教學(xué)行為對(duì)學(xué)習(xí)者線上成績(jī)的影響。

教師進(jìn)行在學(xué)習(xí)平臺(tái)實(shí)施教學(xué)，能夠提升教師學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，也能夠提升教師的教學(xué)能力。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，教師面對(duì)復(fù)雜的在線課堂及更加復(fù)雜的教育對(duì)象，教師作為管理者的角色需要管理教學(xué)資源、組織課程內(nèi)容、合理安排教學(xué)策略、管理在線學(xué)習(xí)者、管理學(xué)生作業(yè)等，教師的信息化應(yīng)用能力得以大幅提升，通過大數(shù)據(jù)分析與挖掘技術(shù)，找出信息化教學(xué)效果開展好的老師參加信息化技能大賽，通過參加比賽“以賽促教、以賽促學(xué)”，既可提升教學(xué)質(zhì)量，也可促進(jìn)教師教學(xué)能力的進(jìn)一步提高。

三、大數(shù)據(jù)分析與挖掘技術(shù)在線上教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例

以我院實(shí)施信息化教學(xué)的超星平臺(tái)數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，以學(xué)生學(xué)習(xí)積累的平時(shí)數(shù)據(jù)為研究重點(diǎn)，以學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)為目標(biāo)，為保證數(shù)據(jù)盡可能真實(shí)、準(zhǔn)確，把平臺(tái)中采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的過濾，去除不必要的數(shù)據(jù)項(xiàng)，保留學(xué)習(xí)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)的主要因素：①課前預(yù)習(xí);②登錄次數(shù); ③學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng);④提問搶答;⑤學(xué)生提問;⑥作業(yè)完成;⑦學(xué)生成績(jī)。對(duì)上述采集的數(shù)據(jù)對(duì)每名學(xué)生的每項(xiàng)內(nèi)容均分為A、B、C、D四個(gè)等級(jí)，A代表很好，B代表較好，C代表一般，D代表較差。最終形成如下形式的表格：

利用SQL Server中集成的Analysis Manager 樹窗格中的“挖掘模型”，通過向?qū)Ы⑼诰蚰Ｐ?，依?jù)學(xué)習(xí)成績(jī)?yōu)锳的讀取客戶決策樹，生成的決策樹如下圖：

通過圖示顏色及生成條件可以看出，在線上學(xué)習(xí)挖掘的各數(shù)據(jù)項(xiàng)中，提問搶答情況與學(xué)生成績(jī)的關(guān)聯(lián)度最高，其次是登錄次數(shù)對(duì)學(xué)生成績(jī)的影響較大。定性分析為提問搶答成績(jī)好的學(xué)生基本都是平常學(xué)習(xí)接受能力強(qiáng)、知識(shí)靈活的學(xué)生，因此最終成績(jī)會(huì)更好;登錄次數(shù)多的學(xué)生，基本不是靠刷時(shí)長(zhǎng)學(xué)習(xí)，而是根據(jù)個(gè)人興趣及學(xué)習(xí)需要，隨時(shí)上網(wǎng)學(xué)習(xí)的學(xué)生，這部分學(xué)生成績(jī)也會(huì)很好。其他數(shù)據(jù)項(xiàng)對(duì)學(xué)生成績(jī)影響較弱。

四、結(jié)語

在信息化教育時(shí)代，高校教師利用網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)平臺(tái)進(jìn)行授課，在授課平臺(tái)中產(chǎn)生大量的教師教學(xué)數(shù)據(jù)和學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、挖掘并理解這些數(shù)據(jù)，進(jìn)而為學(xué)生設(shè)計(jì)出更具應(yīng)用性的學(xué)習(xí)環(huán)境、改進(jìn)自身教學(xué)實(shí)踐、促進(jìn)自身專業(yè)發(fā)展，以及找到學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律、指導(dǎo)學(xué)生提高學(xué)習(xí)效率、更加有效地進(jìn)行學(xué)習(xí)，是當(dāng)今高校教育信息化進(jìn)程中的重要課題。本文大數(shù)據(jù)分析與挖掘在教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例僅就學(xué)生部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行研究，教師教學(xué)數(shù)據(jù)及更多數(shù)據(jù)項(xiàng)的采集、分析、挖掘?qū)⑹窍乱徊窖芯康闹攸c(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張進(jìn)良，何高大.學(xué)習(xí)分析：助推大數(shù)據(jù)時(shí)代高校教師在線專業(yè)發(fā)展[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2014（1）.

[2]顏磊，祁冰.基于學(xué)習(xí)分析的大學(xué)生深度學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)挖掘與分析[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2017（8）.

[3]彭紹東.大數(shù)據(jù)時(shí)代網(wǎng)上學(xué)習(xí)行為研究的挖掘方法模型與應(yīng)用[J].電化教育研究，2017，38（1）.

[4]連衛(wèi)民.基于數(shù)據(jù)挖掘的高職高專教學(xué)評(píng)估應(yīng)用研究[D].鄭州大學(xué)，2006.

[5]劉占波.數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在教師教學(xué)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究[J].軟件，2019，40（2）.

編輯 張 俐