數(shù)據(jù)驅(qū)動背景下成人自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型分析

白勝楠，何 磊

（河北廣播電視大學(xué)， 河北 石家莊 050080）

2019 年中國互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)發(fā)展報告提出，終身學(xué)習(xí)行為趨勢不斷擴(kuò)大化，追求多元化和滿足個性化的知識定制服務(wù)成為普遍需求，越來越多的人加入并習(xí)慣以在線教育作為主要獲取學(xué)習(xí)資源渠道展開學(xué)習(xí)。“地平線報告”從2015 年開始連續(xù)三年提出了自適應(yīng)學(xué)習(xí)技術(shù)作為長期、中期和短期在教學(xué)中解決在線教育的關(guān)鍵技術(shù)，可以看出技術(shù)的預(yù)測和發(fā)展存在較為一致的連續(xù)性[1]； 在2020 年，《地平線報告（教學(xué)版）》提出了6 項技術(shù)實(shí)踐，又再次強(qiáng)調(diào)了人工智能、自適應(yīng)學(xué)習(xí)等技術(shù)，這些技術(shù)不斷融入教育場景，賦能教育進(jìn)入智能時代，支撐技術(shù)底層的驅(qū)動力無疑是它們背后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)與人類文明相生相伴，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，在經(jīng)歷過一般性數(shù)據(jù)抽樣、信息時代后，進(jìn)入今天的以人工智能、萬物互聯(lián)、云計算為支撐的大數(shù)據(jù)時代，這個時代是對全量數(shù)據(jù)進(jìn)行全域獲取、分析、挖掘并支撐決策的時代。數(shù)據(jù)理念的傳播與應(yīng)用逐步深入，使得其內(nèi)涵也在不斷地變化和拓展，大數(shù)據(jù)的發(fā)展不僅僅因?yàn)槠鋽?shù)據(jù)“大”，更是因?yàn)榧夹g(shù)的發(fā)展和人們不斷豐富的應(yīng)用，使得數(shù)據(jù)成為人們思考問題、決策行為的基本出發(fā)點(diǎn)。這樣的理念同樣影響和刺激著教育行業(yè)，傳統(tǒng)高校建設(shè)把信息化建設(shè)慢慢轉(zhuǎn)向到智慧校園建設(shè)，期待數(shù)據(jù)讓學(xué)校更懂學(xué)員；而成人高校面對非全日制成人學(xué)員多樣化、個性化的學(xué)習(xí)層次、特點(diǎn)和需求，更迫切地需要數(shù)據(jù)的挖掘、分析、反饋，進(jìn)而有針對性地采取不同的因材施教方法。

一、數(shù)據(jù)驅(qū)動適應(yīng)改進(jìn)成人學(xué)習(xí)模式

數(shù)據(jù)驅(qū)動是通過采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行組織，形成信息流，在作決策或者系統(tǒng)優(yōu)化時，根據(jù)不同需求對信息流進(jìn)行提煉總結(jié)，從而在數(shù)據(jù)的支撐或者指導(dǎo)下進(jìn)行科學(xué)的行動。數(shù)據(jù)驅(qū)動成人學(xué)習(xí)主要有以下特征：數(shù)據(jù)形態(tài)方面——積累具備一定規(guī)模，對在線成人學(xué)習(xí)過程中結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與應(yīng)用，在組織形式上，相關(guān)模塊和系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)更注重匯聚、打通，根據(jù)需求進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗加工和標(biāo)準(zhǔn)化處理；數(shù)據(jù)場景方面——以滿足成人個性化學(xué)習(xí)需求為主，主要用于提升主動，并進(jìn)行智能化升級。利用算法進(jìn)行深入挖掘和分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與學(xué)習(xí)模塊的深度融合，比較典型的應(yīng)用是個性化推送、智能檢索等。

成人學(xué)習(xí)從心理和情感上可分為以下三種類型：主動型——學(xué)習(xí)需求來自能力提升或所在崗位的職業(yè)需要，愿意按照傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式進(jìn)行自身學(xué)習(xí)安排，但很難掌握有效的學(xué)習(xí)方法和路徑；被動型——認(rèn)為自己或許需要提升學(xué)歷，但對職業(yè)發(fā)展尚沒有清晰設(shè)計，以考試過關(guān)和畢業(yè)拿證為最終目的，被動性地學(xué)習(xí)導(dǎo)致他們無論是在態(tài)度上還是在學(xué)習(xí)能力的發(fā)展上都是被動而脅從的，無學(xué)習(xí)方法可言；無所謂型——只是根據(jù)自身的主觀感受和個人心情學(xué)習(xí)，并不考慮學(xué)習(xí)過程和結(jié)果，更不注重學(xué)習(xí)模式和方法。通過觀察和研究表明，成人學(xué)習(xí)更喜歡2/8 法則，即學(xué)得更少，卻學(xué)得更好。成人學(xué)習(xí)不再適合按部就班、傳統(tǒng)式的順序?qū)W習(xí)，學(xué)什么、如何學(xué)將完全交給數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的挖掘分析改進(jìn)成人學(xué)習(xí)模式，如表1 所示。

表1 成人自適應(yīng)學(xué)習(xí)模式采集分析數(shù)據(jù)源

二、成人自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)分析

教育數(shù)據(jù)分析應(yīng)用服務(wù)用于改善成人教育相對師資薄弱、模式僵化、滿意度低等尷尬的現(xiàn)狀。數(shù)據(jù)驅(qū)動分析將輔助教師更好地調(diào)整和改進(jìn)教學(xué)策略，重構(gòu)教學(xué)計劃，完善課程的設(shè)計與開發(fā)；向成人推薦個性化的學(xué)習(xí)資源、任務(wù)、活動和學(xué)習(xí)路徑；成人學(xué)員通過數(shù)據(jù)分析結(jié)果了解自身學(xué)習(xí)進(jìn)度、知識能力缺漏，改進(jìn)路徑，并獲取適合自己的學(xué)習(xí)資源和支持服務(wù)。

自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)是數(shù)據(jù)驅(qū)動背景下大數(shù)據(jù)采集、分析和提供個性化學(xué)習(xí)服務(wù)的重要載體。“自適應(yīng)學(xué)習(xí)”的概念在美國的興起則更早，可以追溯到2 0 世紀(jì)末的智能輔導(dǎo)系統(tǒng)（I T S，Intelligent Tutoring Systems），甚至20 世紀(jì)中葉的斯金納教學(xué)機(jī)器。自適應(yīng)學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)環(huán)境與學(xué)習(xí)者之間的主動適應(yīng)性，要求個性化學(xué)習(xí)環(huán)境創(chuàng)設(shè)能夠最大限度地適應(yīng)目標(biāo)學(xué)習(xí)者不同特征，并以此來開展個性化且可調(diào)節(jié)性學(xué)習(xí)。[2]在自適應(yīng)學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)環(huán)境、內(nèi)容和形式要保持可調(diào)可變的持續(xù)性，系統(tǒng)可以對學(xué)員的學(xué)習(xí)表現(xiàn)和活動完成質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并給予及時反饋，依據(jù)反饋施以個性化導(dǎo)學(xué)，使學(xué)員獲取合適學(xué)習(xí)內(nèi)容的可能性最大化。自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型的核心是“采集”“分析”“反饋”，即實(shí)時獲取多維度數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)模型和機(jī)器算法分析學(xué)員當(dāng)前以及將來的學(xué)習(xí)狀態(tài)和需求模型，再將分析結(jié)果以新的教學(xué)活動內(nèi)容的形式推送給學(xué)員。

第一步“采集”涉及數(shù)據(jù)類型、標(biāo)簽粒度及難度、用戶歷史三部分內(nèi)容。目前應(yīng)用較為廣泛的自適應(yīng)學(xué)習(xí)采集的數(shù)據(jù)主要包括答題表現(xiàn)、學(xué)習(xí)過程、學(xué)員興趣；除此之外，社交行為（如論壇中發(fā)布評論）、活動評分、心情數(shù)據(jù)也在被采集數(shù)據(jù)范圍，但相對分析和決策權(quán)重較少。標(biāo)簽即業(yè)務(wù)需求的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，數(shù)據(jù)價值的核心承載在標(biāo)簽上。在難度標(biāo)記方面，除了難、中、易這樣最常見的劃分方法之外，有的工具會參考教育學(xué)研究中較為流行的知識難易分類方法，如韋伯的知識深度等級和布魯姆教育目標(biāo)分類法。[3]而在標(biāo)簽粒度方面，從粗到細(xì)，大致可以分為四類：通用標(biāo)準(zhǔn)、具體概念、分立的知識點(diǎn)與技能、認(rèn)知難易的層級。用戶歷史——需要充分考慮成人學(xué)員學(xué)習(xí)過程中的時間維度，這也是自適應(yīng)學(xué)習(xí)在建立學(xué)習(xí)者畫像時需要精細(xì)考量的維度。在同一個時間節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)類似的用戶，可能因?yàn)槠溥^往的學(xué)習(xí)歷史不同，而得到不同的下一步學(xué)習(xí)建議。

第二步“分析”基于采集的數(shù)據(jù)之上，對學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行分析，從而完成雙方的匹配。這一步具體包括如下兩大部分。第一，學(xué)習(xí)者分析有五種常用方法：加權(quán)平均，例如決定學(xué)習(xí)者答題時長和答題正誤權(quán)重如何分配；確定閾值，例如平均分需要達(dá)到何種水平才能視作對知識點(diǎn)的掌握；協(xié)同過濾，比較學(xué)習(xí)者畫像間的相似性，將同類學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)路徑進(jìn)行互相推薦；概率建模，基于用戶行為數(shù)據(jù)為其具體掌握某項技能的概率進(jìn)行預(yù)測；測試數(shù)據(jù)，基于歷史答題正誤進(jìn)行推薦與做對或做錯內(nèi)容相似的學(xué)習(xí)內(nèi)容。第二，學(xué)習(xí)內(nèi)容分析路徑有三種類型——“唯一選擇”“可返回選擇”“可變量選擇”。[4]“唯一選擇”依賴于一個預(yù)先設(shè)計好的技能樹或內(nèi)容地圖，這份地圖對于平臺內(nèi)所有內(nèi)容之間的邏輯關(guān)系作了完全的梳理。如果學(xué)員在完成一道測試題目出錯時，不同的錯誤選項將會帶領(lǐng)學(xué)員進(jìn)入不同的下一項學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)。這種方法理解起來最為容易，但不夠靈活、可延展性低。“可返回選擇”是在“唯一選擇”版本上的進(jìn)一步優(yōu)化，它允許學(xué)員返回之前學(xué)習(xí)過的單元重新學(xué)習(xí)，不像“唯一選擇”那樣，只能有單一的前進(jìn)方向。這相當(dāng)于在一個原本只是不斷前進(jìn)的決策樹中加入了循環(huán)邏輯。但這仍然依靠對內(nèi)容地圖的提前設(shè)計，其設(shè)計難度較大。“可變量選擇”與學(xué)習(xí)者分析中提到的“協(xié)同過濾”有關(guān)。它給學(xué)員推薦的下一步學(xué)習(xí)建議不限于提前設(shè)計好的內(nèi)容地圖，而是基于其他類似學(xué)員在平臺中的學(xué)習(xí)行為，隨著學(xué)習(xí)進(jìn)度的深入不斷調(diào)整和改變學(xué)習(xí)內(nèi)容地圖的一種算法，這樣的算法支持更靈活的學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃。

第三步“反饋”是指自適應(yīng)學(xué)習(xí)工具基于采集數(shù)據(jù)和分析結(jié)果對如何向用戶投遞內(nèi)容、投遞多少內(nèi)容進(jìn)行隨時的調(diào)整。通過對采集、分析、反饋三個步驟不同策略的選擇，自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)可以對專業(yè)化數(shù)據(jù)如學(xué)習(xí)投入程度、學(xué)習(xí)效率、活躍時間、預(yù)測分?jǐn)?shù)等進(jìn)行采集處理，建立實(shí)時數(shù)倉和離線數(shù)倉，并對各種結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而形成數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)趨勢、學(xué)習(xí)偏好、學(xué)習(xí)策略等之間的映射關(guān)系；向?qū)W員呈現(xiàn)下一步學(xué)習(xí)或評估所應(yīng)該做的準(zhǔn)備，以及隨時間變化的可視化圖示。

三、自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)在成人教育領(lǐng)域面臨的問題

目前國內(nèi)有關(guān)自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多——面向終身學(xué)習(xí)特別是基礎(chǔ)教育的一些在線教育機(jī)構(gòu)相繼在自己的教學(xué)系統(tǒng)中進(jìn)行了自適應(yīng)的改造和優(yōu)化，學(xué)習(xí)者的用戶體驗(yàn)不斷得到優(yōu)化，學(xué)習(xí)效果得到大幅提升，極大地激發(fā)了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。在成人教學(xué)領(lǐng)域中，自適應(yīng)學(xué)習(xí)要直面以下四個問題，并在領(lǐng)域探索實(shí)踐中依據(jù)問題需求答案和突破：（1）它在學(xué)習(xí)中改變的是什么？（2）在學(xué)習(xí)中因何而改變？（3）在何時發(fā)生這種改變？（4）怎樣才能使學(xué)習(xí)發(fā)生這種改變？這四個問題，分別是自適應(yīng)學(xué)習(xí)的四個維度，也是適應(yīng)的——對象、來源、時間或情境及方法。

第一，自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)適應(yīng)和改變對象：針對成人學(xué)習(xí)的興趣和關(guān)注點(diǎn)，適當(dāng)?shù)馗淖兘虒W(xué)內(nèi)容，可以通過區(qū)分任務(wù)或項目的難度水平改變內(nèi)容。同時，改變學(xué)習(xí)內(nèi)容的表現(xiàn)形式和路徑選擇，針對成人自由靈活、變量參數(shù)較為豐富的特點(diǎn)，設(shè)置多項數(shù)據(jù)埋點(diǎn)，根據(jù)分析結(jié)果匹配埋點(diǎn)進(jìn)而改變學(xué)習(xí)路徑。

第二，自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)適應(yīng)和改變依據(jù)：成人學(xué)習(xí)模型需更多參考數(shù)據(jù)來源和參數(shù)設(shè)定，因此首先要考慮改變學(xué)習(xí)參數(shù)，如學(xué)習(xí)者特征和學(xué)習(xí)結(jié)果，優(yōu)化自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型設(shè)計；其次要考慮學(xué)習(xí)者和系統(tǒng)的交互設(shè)計，如學(xué)習(xí)者對于學(xué)習(xí)模型可視化的反饋和調(diào)整交互；最后是教學(xué)環(huán)節(jié)中的變量數(shù)據(jù)指標(biāo)的設(shè)定，如教學(xué)目標(biāo)、反饋類型等。

第三，自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)適應(yīng)和改變時間：第三個維度是適應(yīng)性學(xué)習(xí)的時間或情境。這個包括靜態(tài)的用戶建模和動態(tài)的用戶建模，靜態(tài)用戶模型收集主數(shù)據(jù)后，通常不會再次更改，幾乎不使用學(xué)習(xí)算法來更改模型。動態(tài)用戶模型允許更新的用戶模型。更新模型可能參照學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)進(jìn)度或與系統(tǒng)的交互的變化。一般是一次測量學(xué)習(xí)者特征之后進(jìn)行首次調(diào)整，隨后基于學(xué)習(xí)者交互參數(shù)持續(xù)進(jìn)行自適應(yīng)建模和調(diào)整。

第四，自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)適應(yīng)和改變方法：基本方法為系統(tǒng)控制的適應(yīng)，以及學(xué)習(xí)者控制的適應(yīng)。系統(tǒng)控制的適應(yīng)強(qiáng)調(diào)由固定的程序算法干預(yù)控制；而學(xué)習(xí)者控制的適應(yīng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者可以完全控制學(xué)習(xí)環(huán)境和內(nèi)容。[5]兩種適應(yīng)方法各有優(yōu)劣，在實(shí)際自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中優(yōu)化做法是共享控制適應(yīng)，首先選擇一組合適的學(xué)習(xí)材料或任務(wù)，然后考慮學(xué)習(xí)者的特征調(diào)優(yōu)適應(yīng)參數(shù)變量，隨后，學(xué)習(xí)者可以自由地選擇材料或任務(wù)，使得控制策略最優(yōu)。

四、成人自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的未來

第一，自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)為成人學(xué)員選擇適合的學(xué)習(xí)內(nèi)容。海量學(xué)習(xí)資源讓成人學(xué)習(xí)者選擇困難，通過收集學(xué)習(xí)者在平臺上利用不同學(xué)習(xí)資源的次數(shù)、時長、頻率等數(shù)據(jù)，自適應(yīng)學(xué)習(xí)工具能夠更好地判斷哪些類型的材料更適合這名學(xué)習(xí)者，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的個性化。

第二，自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)教會成人學(xué)員設(shè)計學(xué)習(xí)路徑。自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)提高學(xué)員的學(xué)習(xí)效率，同時，它將進(jìn)一步幫助成人學(xué)員“學(xué)會學(xué)習(xí)”。系統(tǒng)通過回顧為學(xué)習(xí)者規(guī)劃的不同學(xué)習(xí)路徑，總結(jié)其學(xué)習(xí)特點(diǎn)，生成關(guān)于其學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)偏好的報告，幫助學(xué)習(xí)者了解最適合自己的學(xué)習(xí)方式。未來的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)將納入對學(xué)習(xí)動機(jī)、創(chuàng)造性、耐力、自律性等心理因素的測量。[6]這些都可能是幫助成人學(xué)員更好地認(rèn)識自己、促進(jìn)其自主學(xué)習(xí)的設(shè)計。

第三，自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)將展現(xiàn)更真實(shí)和全面的學(xué)員學(xué)習(xí)過程及細(xì)節(jié)，這有可能顛覆成人教學(xué)兩側(cè)對學(xué)科知識結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。通過海量的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，可能會發(fā)現(xiàn)曾經(jīng)反復(fù)思考的學(xué)科知識點(diǎn)之間的依存關(guān)系或許并非普適的。這對于教育者、研究者乃至成人學(xué)員而言都會是重要的認(rèn)知更新。