基于學習過程數據挖掘與分析的在線教學反思研究*

魏順平韓艷輝王麗娜

（1．國家開放大學 信息化部，北京 100039；2．國家開放大學 外語教學部，北京 100039）

基于學習過程數據挖掘與分析的在線教學反思研究*

魏順平1韓艷輝2王麗娜1

（1．國家開放大學 信息化部，北京 100039；2．國家開放大學 外語教學部，北京 100039）

在互聯網時代，對從事在線學習輔導工作的輔導教師而言，基于學習過程記錄開展在線教學的反思以不斷改進在線教學這一做法不僅是可能的也是必要的。文章選取基于Moodle平臺的在線課程為樣本，應用學習分析技術，從一位輔導教師的視角，開展基于學習過程記錄的在線教學的反思研究。研究表明，學習分析技術在輔助教師開展在線教學反思是有效的，具體表現為：（1）通過師生群體平臺訪問行為分析，可幫助輔導教師重溫整個在線教學過程，彌補了師生分離狀態下輔導教師難以了解全班活動的不足。（2）通過師生交互論壇分析，可幫助輔導教師聚焦重點教學活動，并可實現比面授教學活動更為精確的分析。

在線教學；輔導教師；教學反思；學習分析；數據挖掘

引言

2011年以來，在美國頂尖大學中迅速發展起來并迅速影響世界的MOOC（大規模開放在線課程）模式無疑給“在線學習”這一學習形式樹立了成功應用的典范，該模式證明了只有當大學的課程、課堂教學、學生學習進程、學生體驗、師生互動過程等被完整、系統地在線實現[1]，特別是當輔導教師的存在以及相關系統指導活動實現時，在線學習才是有效的。這從一個側面說明，在線學習并不是純粹的學生自主學習，還需要充分發揮輔導教師的主導作用。

在線學習模式下，師生活動在時空上相對分離，盡管有同步教學活動發生，但更多時候是異步教學活動，因為異步教學更有助于滿足學習者的個性化學習需要。不同于課堂面授教學，輔導教師難以把握一門在線課程學習者學習開展情況的全貌。但是，通過在線學習平臺對學習過程的記錄，輔導教師了解課程的教學過程是可能的，而且基于學習過程記錄開展在線教學的反思以不斷改進在線教學這一做法也是必要的。

一 文獻探討

“教學反思”，顧名思義，反思對象就是教學過程，反思的基礎是對教學過程的忠實記錄。波斯納（Poser）將教師的成長發展與其對自己經驗的反思結合起來，提出了一個教師成長的公式:經驗+反思=成長。由此可見反思對教師成長以及專業發展的重要性。

教學反思的方法是多樣的。王映學、趙興奎[2]指出教學反思的途徑主要有錄像反思、日記反思、從學習者角度反思、與同事及專家的交流中反思以及通過向學生征詢意見反思。張大均[3]將教師成長的途徑從觀摩教學、微格教學、教學決策訓練和教學反思幾個方面來說明。俞國良等[4]則將教師的反思訓練列為錄像反思法、對話反思法和教學反思法。從上述方法中可以看到，教學反思的基礎是對教學過程的忠實記錄。在“日記反思法”中，第一步就是對教學中包含問題的教學事件進行詳細、忠實的描述。在“從學習者角度反思”中，第一步就是“簡要記下學習發生的時間、場合、涉及的學習內容和培訓（講授或主持）人員”。在微格教學法中，則通過錄像設備記錄教學全過程。

在信息化網絡時代，教師可以利用現代教育技術手段來實現教學過程的忠實記錄，進行有效的教學反思，從而更好地促進自身的專業發展[5]。各種新的網絡技術工具給我們的生活帶來了新的便利，同時也為教師提供了新的教學反思工具。近年來興起的學習分析技術可以成為教師開展在線教學反思的有力工具。學習分析技術是對學生生成的海量數據進行解釋和分析，以評估學生的學術進展，預測未來的表現，并發現潛在的問題[6]。對教師而言，學習分析技術可用來開展更為深入的教學分析，以便教師在數據分析的基礎上為學生提供更有針對性的教學干預[7]。在線學習中，在線學習平臺詳細記錄了師生行為，猶如課堂教學錄像。借助學習分析技術，分析師生行為記錄數據，可以再現在線學習過程，使教師能夠把握在線教學過程全貌，并了解每個教學環節、重要教學活動以及每個學生的種種細節，使原本模糊的印象數字化、清晰化，輔助教師反思其在教學設計、資源制作、學習引導、學習評價等方面的可取之處與不足之處。

因此，本文選取基于Moodle平臺的在線課程為樣本，應用學習分析技術，具體包括話語分析、社會網絡分析等分析技術，統計分析與可視化、聚類、預測、關系挖掘、文本挖掘等數據挖掘方法，以及SSAS、SPSS、UCINET、EXCEL、ICTCLAS中文分詞系統等工具[8]，從一位輔導教師的視角，開展基于學習過程記錄的在線教學反思研究，探索一種全新的教學反思形式。

二 研究樣本

本文選取國家開放大學主辦的網絡教育從業人員培訓班為研究對象。該培訓班依托Moodle平臺開設（網址:http://etutor.crtvu.cn），有“學生支持服務”、“在線學習輔導”和“在線課程設計”三門課，每門課的培訓時間為6周，學生通過Moodle平臺開展在線學習，輔導教師提供全程的在線輔導。本文具體選擇“在線學習輔導”課程第五期培訓班作為研究樣本。

三 數據分析與培訓反思

1 重溫整個教學過程——師生群體平臺訪問行為分析

通過對平臺模塊訪問、模塊訪問序列以及師生活動時間分布情況的分析，重新回顧教學過程，并對一些突出的數據表現加以解讀，使原本時空分離的師生活動再度整合，還原輔導教師的教學過程與學生學習過程的原貌。

表1 師生訪問平臺模塊情況（訪問頻次位列前五的模塊）

（1）平臺模塊訪問總體情況

童年時期幫助父母照看弟弟妹妹的女性，結婚生子后反而成不了好媽媽。密歇根大學一項研究發現童年時期過早承擔照看弟妹責任的女性，受幼年錯誤育兒觀念及行為的影響，日后對于寶寶的反應不敏感，有可能無法及時滿足寶寶的需求。

表1是該期培訓過程中，師生訪問Moodle平臺各模塊的頻次統計結果。

從統計結果可知，師生最常訪問的模塊是“forum”，占總活動頻次的近 50%，說明課堂討論是最主要的學習活動，也是這門基于討論的探究式課程學習的突出特點。其次就是“wiki”、“resource”和“assignment”三類行為。這三類行為的頻次和比例較為平均，是位列“Forum”之后的重要學習活動。在討論的基礎上，課程設計中的“wiki”其實是為了給學生協作式小組學習的機會，是除“forum”外學生之間重要的交互空間。“resource”（瀏覽資源）是學習內容重要的組成部分，在此基礎上參加討論和wiki協作學習，最終的學習成果以“assignment”（小論文、大論文）的形式呈現。這幾個模塊的頻次和比例分配較為合理，較好地還原了教學過程。

（2）平臺模塊訪問序列分析

我們已經了解了不同模塊的訪問頻次，下面我們再來了解一些師生訪問平臺模塊的路徑。

這里采用Microsoft順序分析和聚類分析算法，數據來源則是用戶每天瀏覽課程頁面產生的過程數據。筆者選取5個頻繁訪問模塊包括forum、wiki、assignment、resource和user（course除外，因為在該模塊主要發生登錄行為，并沒有實際的學習行為）的數據來分析模塊訪問序列，得到如圖1所示結果。由圖1可知，從user、resource、assignment、wiki四個模塊跳轉到forum的條件概率均比較高（分別為0.40、0.32、0.26、0.16），可見forum是一個活動中心模塊，也是一個重要的活動中介模塊，諸如 resource、assignment、wiki等活動可以從中再次啟動。而在由 forum跳轉到其他模塊的情形中，forum?resource的轉換組合的發生概率是最高的，達到 0.06。在發帖參與討論的過程中，發現問題、深入思考再繼續學習相關資源，這符合學習常規，也形成了討論帶動資源的學習兩者之間的良性互動，從而實現深度學習和反思。另外，resource模塊對其他模塊的支撐作用還表現為 assignment?resource，這一條件概率達到0.13，即學生在做作業的過程中要求助于資源模塊，這也是符合學習常規的。

圖1 各模塊之間的跳轉情況

（3）不同時期各模塊訪問特點

接下來結合時間維度，了解不同時期平臺各模塊訪問特點，以了解不同時期師生關注重點的變化。計算出本期培訓不同周此平臺模塊訪問頻次分布情況，并繪制師生在主要學習模塊的活動頻次占比隨時間分布的折線圖，得到如圖2所示結果。

圖2 師生在主要學習模塊的活動頻次隨時間分布情況

2 聚焦重點教學活動——師生論壇交互分析

師生在論壇的討論發言是本課程的一項重點教學活動。通過這一活動，相關教學信息得以傳遞，各種其他教學活動得以依次展開，課程知識也在這里不斷呈現，支持服務也在這里相繼給出。

（1）師生交互的數量與內容

該課程討論活動在6個學習單元分散展開，本期培訓班發帖數量累計743個，如表2所示。

表2 論壇活動總體情況

由表 2可知，輔導教師的發帖量基本呈緩慢下降的趨勢。從該趨勢我們可以看到，在第 1周“學習指南”和第2周“第一單元:什么是在線輔導？”兩周的教學中，由于是在線教學的開始階段，輔導教師需要更多地引導學生進行討論，投入相對更多的時間。從第3周開始，數據顯示，輔導教師的發帖量開始有所減少，從將近50%的比例下降到40%左右。這是因為，經過前兩周的學習，由于輔導教師的有效引導，學生保持了較高的積極性，效果明顯。從第3周開始，輔導教師有意減少了發帖的量，注意留給學生更多的時間思考并參與討論，這時候學生明顯上升到了討論的主角這一角色，這說明輔導教師對于討論的把握和控制比較成功。

（2）師生交互發帖的內容

作者采用傅騫、魏順平等[9]研發的術語提取算法從所發帖子中提取了約240個術語，如表3所示。這些術語的出現頻次為4909次（其中輔導教師使用976次，約占20%）；在481個帖子中出現（其中教師帖為204個），占帖子總數的65%。從另外一個角度說，有1/3左右的帖子沒有出現任何術語。由此可見，論壇的主要功能是開展課程知識討論，次要功能則是激發并維持學生的學習動機，引導、鼓勵學生不斷參加學習。

表3 論壇發帖中的高頻術語（前20個）

在前10位術語中，“輔導”出現了3次，“在線（遠程）”出現了4次，這比較好地體現了本課程的特點，即在線學習輔導。而排在前兩位的是“輔導教師”和“電大”，這更能說明這次培訓的內容和對象的特點。無一例外，本次培訓的對象全部來自電大系統，所以他們對本系統是最關注的，另外他們對如何做好“輔導教師”也是最關心的，所以他們選擇了這門課。從這些術語可以看出，本期的討論比較成功，課程的設計也比較合理，能夠滿足學生的需求。

接著，作者對各單元使用的普通詞匯（包括動詞和名詞等實詞，不含虛詞，不含術語）使用頻次進行統計，以體現輔導教師的語言藝術和輔導特色。其中使用頻次排名前十的普通詞匯分別是“同學、加油、學生、謝謝、可以、學習、問題、課程、研究、討論”。“加油”和“謝謝”這兩個詞的大量使用反映了輔導教師為學生提供的情感支持。輔導教師時時刻刻不忘鼓勵、支持任何一位學生的發言和進步，處處對他們的討論表示感謝，無論發言是否精彩，無論對他們的觀點是否贊同，都通過“加油”和“謝謝”表示感謝。

（3）師生交互的動態過程與靜態結構

我們從師生交互發帖時間分布以及師生交互網絡分析來了解師生交互的動態過程與靜態結構。本培訓課程設有6個單元外加大論文指導環節（實際上是7個單元），計劃教學時間是6周，一個單元用時一周。理想情況下，學生應該在規定的學習時間內完成相應單元的活動，但事實并非如此。以每個單元的“話題討論”為例，某個單元的話題往往要持續3周才會真正結束。各單元討論活動隨時間分布情況如表4所示。

表4中帶*號的數字部分是在單元規定學習時間內的發帖數量，但是每個單元在規定學習時間后，在隨后的2至3周還陸續有帖子發出來。于是從第3單元開始，將會有3個單元的活動疊加在一起。出現這種疊加現象，可能較大程度上是由工學矛盾造成的。學生不能及時完成本周的學習活動，所以會往后拖延。其實，從學生的角度是可以理解的，這也要求我們的在線教學要有一定的靈活性。同時，也恰恰是在第3周開始出現第一個assgignment（小論文），學生的負擔開始加重。正是當“新債舊債”交織在一起的時候，出現了連鎖式疊加的現象。當然，這種現象也會無形中增加輔導教師的負擔。

表4 各單元討論活動隨時間分布情況

根據輔導教師和學生發帖、回帖的關系，借助UCINET社會網絡分析工具，可繪制師生交互網絡圖，如圖3所示。從圖3可以看出，所有24個成員（包括輔導教師，如圖中編號為68的正方形節點）均在一個網絡中，不存在孤立的成員。

圖3 師生交互網絡

四 研究結論

本文選取基于 Moodle平臺的在線課程為樣本，應用學習分析技術，從一位輔導教師的視角，開展基于學習過程記錄的在線教學反思研究，探索了一種全新的教學反思形式。研究表明，借助學習分析技術，分析師生行為記錄數據，可以再現在線學習過程，使教師能夠把握在線教學過程全貌，并了解每個教學環節、重要教學活動以及每個學生的種種細節，使原本模糊的印象數字化、清晰化，輔助教師反思其在教學設計、資源制作、學習引導、學習評價等方面的可取之處與不足之處。

由于所選研究樣本是以小班教學為特色的培訓班，樣本量有限，本文提出的基于在線學習分析的教學反思方法還有待在更大樣本范圍內驗證，并且在數據分析結果解釋與反思中引入質的研究方法，使得解釋與反思能夠透過數據現象發現本質。

[1]李曼麗,張羽,黃振中.大規模開放在線課程:正在醞釀高等教育革新[N].中國科學報,2013-5-30.

[2]王映學,趙興奎.教學反思:概念、意義及其途徑[J].教育理論與實踐,2006,(3):53-56.

[3]張大均.教學心理學[M].重慶:西南師范大學出版社,1997:74-80.

[4]俞國良,辛自強,林崇德.反思訓練是提高教師素質的有效途徑[J].高等師范教育研究,1999,(4):69-73.

[5]韋寧彬.現代教育技術支持下的教師教學反思研究[J].教學與管理,2012,(09):27-28.

[6]Johnson L, Adams S, Cummins M. The NMC horizon report: 2012 higher education edition[Z]. Austin, Texas: The New Media Consortium.

[7]Chen E, Heritage M, Lee J. Identifying and monitoring students’ learning needs with technology[J]. Journal of Education for Students Placed at Risk, 2010,(3):309-332.

[8]魏順平.學習分析技術:挖掘大數據時代下教育數據的價值[J].現代教育技術,2013,(2):5-11.

[9]傅騫,魏順平,王斌,等.教育技術領域術語提取研究[J].現代教育技術,2008,(5):60-65.

Reflections on Online Teaching and Learning Based on Data Mining and Analysis of Learning Process Data

WEI Shun-ping1HAN Yan-hui2WANG Li-na1
(1. R&D Center for E-Learning, the Open University of China, Beijing, China 100039; 2. Faculty of Foreign Language, the Open University of China, Beijing, China 100039)

In the internet era, it is possible and necessary for tutors who engage in online teaching launch reflective online teaching based on learning process to continuously improve online teaching. Based on the sample of Moodle online course, online teaching reflection according to learning process from the perspective of tutors is conducted by employing learning analytics, exploring a new form of teaching reflection. Research indicates that learning analytics is effective in supporting tutors’ reflections on interactive online teaching and learning. Firstly, analysis on tutors’ and learners’ behaviors happening on LMS can help tutors grasp the full picture of learners’ development situation in an online course. Secondly, the analysis on interactive forums can help tutors focus on key teaching and learning activities, and achieve a more accurate analysis in contrast with face-to-face teaching activities.

online learning; online tutor; teaching reflections; learning analytics; data mining

G40-057

A【論文編號】1009—8097（2015）06—0089—07【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2015.06.014

編輯:小西

本文為全國教育科學“十二五”規劃2013年度教育部重點課題“學習分析技術及其在網絡高等教育中的應用研究”（項目編號：DCA130229）的研究成果。

魏順平，副研究員，博士，研究方向為教育數據挖掘，郵箱為wsp@ouchn.edu.cn。

2014年11月1日