基于數(shù)據(jù)分析方法的線上教學(xué)數(shù)據(jù)預(yù)警機(jī)制探究

應(yīng)榮斌 涂現(xiàn)峰 陳夢(mèng)露 張寅昊

摘要：本文主要討論在教育大數(shù)據(jù)的背景下，如何利用數(shù)據(jù)進(jìn)行教學(xué)管理的問題。隨著線上教學(xué)和互聯(lián)網(wǎng)混合式教學(xué)的不斷發(fā)展，教學(xué)數(shù)據(jù)不斷積累，利用好教學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)于學(xué)生、服務(wù)于教學(xué)是值得探索和實(shí)踐的，本文對(duì)學(xué)生線上學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，發(fā)現(xiàn)影響學(xué)生最終成績(jī)的判別指標(biāo)，建立線上教學(xué)數(shù)據(jù)的預(yù)警機(jī)制，為教師及時(shí)干預(yù)學(xué)生線下學(xué)習(xí)提供依據(jù)。

關(guān)鍵字：大數(shù)據(jù);學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù);教學(xué)管理;預(yù)警機(jī)制;

一、引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)收集技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的快速發(fā)展，使得各行各業(yè)的數(shù)據(jù)量爆發(fā)式增長(zhǎng)，同時(shí)分析方法的逐步完善也使挖掘數(shù)據(jù)背后的價(jià)值稱為可能，大數(shù)據(jù)對(duì)社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生深刻影響，大數(shù)據(jù)的相關(guān)研究和應(yīng)用也稱為世界各國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要衡量指標(biāo)。疫情期間將網(wǎng)絡(luò)教育推到了最高點(diǎn)，這是在中國(guó)教育發(fā)展的一次契機(jī)，也是教育史上濃墨重彩的一筆。國(guó)外教育依托于大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)行為分析已日趨成熟，但中國(guó)線上教育和教育平臺(tái)上的數(shù)據(jù)如何運(yùn)用仍需探索，隨著教育資源的不斷開發(fā)分享以及越來越多的平臺(tái)支持，通過學(xué)習(xí)行為的數(shù)據(jù)分析更好的提升學(xué)習(xí)者的體驗(yàn)，提升教師在教學(xué)過程中與學(xué)生之間對(duì)接能力仍需挖掘。本文通過對(duì)教學(xué)平臺(tái)學(xué)生學(xué)習(xí)行為產(chǎn)生的多維度數(shù)據(jù)處理分析，以期達(dá)到增強(qiáng)學(xué)生線下學(xué)習(xí)的把控性，及時(shí)干預(yù)學(xué)生線下學(xué)習(xí)情況，提高教學(xué)管理的精準(zhǔn)性的目的。

二、數(shù)據(jù)分析在高校教育中的可行性

在高校傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，教師和學(xué)生接觸時(shí)間和機(jī)會(huì)不多，教師了解學(xué)生的平常學(xué)習(xí)情況的渠道也有限，這樣就導(dǎo)致教師對(duì)大多數(shù)學(xué)生課下學(xué)習(xí)情況掌握度基本為零。即使教師通過最后學(xué)生的成績(jī)以及錯(cuò)誤地方能夠判斷出學(xué)生的共性問題，但老師仍無法了解到學(xué)生的個(gè)性問題。隨著程序語言的普及以及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、數(shù)據(jù)分類技術(shù)的不斷發(fā)展，教師可以通過學(xué)生的日常行為運(yùn)用這些技術(shù)來記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，通過數(shù)據(jù)挖掘來判斷學(xué)生的問題，可以在第一時(shí)間知道自己的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)情況，所以在大數(shù)據(jù)時(shí)代，高校教育依托于大數(shù)據(jù)來進(jìn)行教學(xué)管理的變革與創(chuàng)新迫在眉睫。

（一）學(xué)習(xí)教育平臺(tái)的崛起

首先大數(shù)據(jù)分析要依托于學(xué)習(xí)平臺(tái)，隨著網(wǎng)絡(luò)資源不斷的開放，各大學(xué)習(xí)平臺(tái)已有數(shù)據(jù)沉淀，如“中國(guó)大學(xué)MOOC”、“超星”等平臺(tái)觀看教學(xué)視頻的記錄數(shù)據(jù)。教育平臺(tái)的不斷完善能讓學(xué)生更容易的找到自己需要的課程以及來彌補(bǔ)線下課程中的不足，在線教育也成為一種主流模式，不少高校采取線上線下雙線程教育模式（OMO模式）成為現(xiàn)在發(fā)展的方向。

（二）智能產(chǎn)品的高校普及率

在中國(guó)大學(xué)智能產(chǎn)品的普及率是100%，有些學(xué)生不止有智能手機(jī)更有ipad，電腦都電子化產(chǎn)品可以使用，這證明高校的學(xué)生是一定有機(jī)會(huì)以及一定有能力進(jìn)行線上教學(xué)的，所以在線上教育的模式是可行的。

三、數(shù)據(jù)分析在高校教育模式中的國(guó)內(nèi)外探索

（一）國(guó)內(nèi)研究狀況

在我國(guó)，教育是一項(xiàng)大事業(yè)，另有根據(jù)十九大研究報(bào)告提出的，建設(shè)教育強(qiáng)國(guó)是中華民族偉大復(fù)興的基礎(chǔ)工程，同時(shí)國(guó)家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃，指出利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息技術(shù)，推動(dòng)“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的發(fā)展，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源共建共享。基于推動(dòng)教育現(xiàn)代化，國(guó)內(nèi)教育、科研工作者在不斷研究和探索[1]，互聯(lián)網(wǎng)混合式教育方法不斷呈現(xiàn)以及實(shí)踐[2]、MOOC數(shù)量和質(zhì)量的不斷提升、部分高校利用學(xué)情分析、分層輔導(dǎo)推行“1+N”教學(xué)課堂等，都是對(duì)教育大數(shù)據(jù)的嘗試。國(guó)內(nèi)關(guān)于教育大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)化、個(gè)性化的應(yīng)用主要集中在K12階段，在高校應(yīng)用方面仍需探索。在我國(guó)，高校教育模式中還存在不少落后的地方，需要不斷的追進(jìn)與世界的距離，取得較為成功的結(jié)果。

（二）世界范圍內(nèi)研究狀況

近些年來，隨著人類社會(huì)進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，大數(shù)據(jù)在各個(gè)領(lǐng)域影響著人類，教育大數(shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)的子集。教育大數(shù)據(jù)在美國(guó)各高校也得到實(shí)際的應(yīng)用，比如美國(guó)普渡大學(xué)為應(yīng)對(duì)校內(nèi)日益下降的新生保有率的課程信號(hào)項(xiàng)目，此項(xiàng)目是能夠幫助學(xué)生取得學(xué)習(xí)成功的系統(tǒng)，授課教師基于預(yù)測(cè)模型為學(xué)生在課程學(xué)習(xí)階段提供有意義的學(xué)習(xí)反饋;[3]再比如Knewton自學(xué)習(xí)適應(yīng)平臺(tái)，將內(nèi)容供應(yīng)商（如劍橋）所提供的優(yōu)質(zhì)內(nèi)容與其獨(dú)特的技術(shù)和個(gè)性化服務(wù)對(duì)接，進(jìn)而提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，支持建構(gòu)新型學(xué)習(xí)方式，自適應(yīng)學(xué)習(xí);[4]再比如希維塔斯跨校學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過對(duì)海量數(shù)據(jù)的分析查找導(dǎo)致輟學(xué)和學(xué)習(xí)成績(jī)表現(xiàn)不良的警告性信號(hào)，[5]很多心理學(xué)家提出多元智能理論強(qiáng)調(diào)，每個(gè)人都是獨(dú)特的，學(xué)校和教師的任務(wù)就是尋找出符合學(xué)生特點(diǎn)的教育模式。現(xiàn)如今的教育大數(shù)據(jù)可以很好的完成這項(xiàng)任務(wù)，通過數(shù)據(jù)篩選，幫助高校學(xué)生進(jìn)行選課，充分挖掘?qū)W生潛力，培養(yǎng)更多專業(yè)化且個(gè)性化的學(xué)生。

四、線上學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)應(yīng)用數(shù)據(jù)分析實(shí)際案例

大學(xué)生在校學(xué)習(xí)和生活過程中會(huì)產(chǎn)生大量顯性和隱形數(shù)據(jù)，這些教育大數(shù)據(jù)經(jīng)整合分析可產(chǎn)生較大的價(jià)值，比如信息管理系統(tǒng)涵蓋學(xué)生基本信息、學(xué)習(xí)成績(jī)、大賽成果、獎(jiǎng)助貸以及處分記錄等;一卡通系統(tǒng)可記錄學(xué)生生活信息，如何時(shí)就餐，何時(shí)出勤歸寢，何時(shí)上網(wǎng)以及上網(wǎng)時(shí)長(zhǎng)等;圖書館系統(tǒng)可記錄學(xué)生去圖書館次數(shù)、借閱書籍、借閱時(shí)長(zhǎng)等信息等，這些都屬于課外數(shù)據(jù)。在線上教學(xué)和線上線下融合教學(xué)理念大力倡導(dǎo)下以及各大學(xué)習(xí)平臺(tái)，如雨課堂、微助教、學(xué)習(xí)通等發(fā)展和完善下，使得在學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中的PPT、視頻、試題、作業(yè)、考試、討論題等產(chǎn)生的考勤記錄、課件觀看時(shí)長(zhǎng)、視頻回放觀看時(shí)長(zhǎng)、課堂習(xí)題參與以及正確度、課堂討論參與以及次數(shù)、作業(yè)提交時(shí)間、作業(yè)完成次數(shù)、作業(yè)評(píng)分等學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)得以沉淀，這類課內(nèi)數(shù)據(jù)的分析可以很好的建立成績(jī)預(yù)警，精準(zhǔn)及時(shí)干預(yù)學(xué)生的課程學(xué)習(xí)，糾正學(xué)生課程學(xué)習(xí)不良態(tài)度，提高課程學(xué)習(xí)效果。

（一）高校教育新模式管理模型

根據(jù)平常使用的線上教學(xué)平臺(tái)、網(wǎng)課學(xué)習(xí)平臺(tái)，再加上學(xué)校所有的教學(xué)管理平臺(tái)和教務(wù)管理系統(tǒng)共同構(gòu)成后端數(shù)據(jù)支撐，這是所有數(shù)據(jù)的來源以及分析所用到的，再將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到事先所設(shè)計(jì)的因式之中，分析出數(shù)據(jù)結(jié)果，再將結(jié)果反饋到前端頁面中，如圖1。

（二）線上授課問題點(diǎn)

學(xué)生線下學(xué)習(xí)不易把控，特別是線上授課，容易出現(xiàn)如下問題：①資源空置，教師上傳的課件、電子教材、教學(xué)視頻、練習(xí)題等資源利用率不高;②測(cè)驗(yàn)檢測(cè)真實(shí)性下降，靠教師主觀甄別難度大，測(cè)驗(yàn)、作業(yè)等互發(fā)答案;③直播出勤易造假，無法確保學(xué)生線上學(xué)習(xí)是否真實(shí)參與，這為基于教學(xué)數(shù)據(jù)的預(yù)警機(jī)制探究提供了應(yīng)用前提。

（三）核心內(nèi)容和數(shù)據(jù)管理行為

本研究主要對(duì)課內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，借助教師在微助教平臺(tái)線上授課線性代數(shù)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)：學(xué)生的簽到情況、課堂參與討論、回答問題、課后作業(yè)評(píng)分、課后作業(yè)提交時(shí)間、課后錄像觀看時(shí)長(zhǎng)等，以及學(xué)生的最終卷面成績(jī)，通過分析向老師反饋該注意哪些學(xué)生，幫助任課老師改善教學(xué)管理以及學(xué)習(xí)教程和進(jìn)度，保證學(xué)生清晰認(rèn)識(shí)到自己學(xué)習(xí)程度，基本研究路徑為線上教學(xué)多維基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集獲取→數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理→確定變量→選用分析方法→結(jié)論分析應(yīng)用，即研究的基本思路是根據(jù)學(xué)生多維度學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行合理分類，選用合適的分析方法，建立各類學(xué)生的判別指標(biāo)，建立線上教學(xué)數(shù)據(jù)的預(yù)警機(jī)制，識(shí)別學(xué)習(xí)態(tài)度不端正易出現(xiàn)掛科的學(xué)生，及時(shí)進(jìn)行干預(yù)，增強(qiáng)對(duì)學(xué)生線下學(xué)習(xí)的把控性。

借助教師的線上授課微助教平臺(tái)賬號(hào)，獲取作業(yè)提交時(shí)間、作業(yè)得分、簽到、觀看直播時(shí)長(zhǎng)、觀看回放、參與討論、參與課堂答題以及最終期末考試卷面成績(jī)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集，原始數(shù)據(jù)比較雜亂，不便于直接分析，故需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，變量說明以及數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理如表1所示。

判斷xi對(duì)y值的影響，調(diào)用R語言，得出y=1.33x1-0.33x2+0.66x4+1.62x5-0.09x6+0.46x7-0.81，其中x1與x5在p=0.05下有顯著意義，由結(jié)果可以分析，學(xué)生在布置完線上作業(yè)，越早提交，對(duì)應(yīng)的卷面成績(jī)?cè)礁?學(xué)生在線上授課結(jié)束后，主動(dòng)觀看回放，對(duì)應(yīng)的卷面成績(jī)?cè)礁?其中線下作業(yè)成績(jī)高、課堂討論參與度高并不一定對(duì)應(yīng)卷面成績(jī)高;簽到對(duì)最終成績(jī)的高低沒有影響。也就是說，對(duì)于線上授課，容易掛科的同學(xué)會(huì)有平時(shí)作業(yè)成績(jī)較好、作業(yè)截止時(shí)間將近提交、觀看直播、不觀看回放、課堂討論參與、課堂答題參與度不高的特征，數(shù)據(jù)表明，需特別注意作業(yè)截止前提交或遲交、與未主動(dòng)觀看回放交集的學(xué)生，此類學(xué)生掛科概率較高，線上授課的教師可提前干預(yù)此類學(xué)生，做好疏導(dǎo)工作。

通過此操作可以基本模擬大數(shù)據(jù)下高校教育的一種新的模式。首先運(yùn)用數(shù)據(jù)加工以及大數(shù)據(jù)相關(guān)理論和技術(shù)在對(duì)應(yīng)模塊進(jìn)行應(yīng)用操作，然后我們通過基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)分析歸納，在此之前，因?yàn)閿?shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)的核心，數(shù)據(jù)的兼容性是我們需要面對(duì)的，所以在操作前要統(tǒng)一好數(shù)據(jù)的形式。

四、結(jié)語

本研究是在大數(shù)據(jù)背景下，對(duì)課內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘的嘗試，利用教師在線上教學(xué)所沉淀的學(xué)生學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析方法，對(duì)多維復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以分析結(jié)果為依托，識(shí)別學(xué)生分類的關(guān)鍵指標(biāo)，以期為教師提供一定正確度的學(xué)生掛科預(yù)警，在實(shí)踐過程中，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的方法是否恰當(dāng)、選擇的變量是否完備以及分析的方法是否科學(xué)仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。毋庸置疑的是在數(shù)據(jù)更容易積累和獲取的前提下，利用好數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生更大的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]劉清堂，王洋，雷詩(shī)捷，張思.教育大數(shù)據(jù)視角下的學(xué)習(xí)分析應(yīng)用研究與思考[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2017，35（03）：71-77.

[2]吳志紅，劉學(xué)平.面向線上線下混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的研究與實(shí)踐[J].遼寧大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，47（03）：284-288.

[3]劉艷華，徐鵬.大數(shù)據(jù)教育應(yīng)用研究綜述及其典型案例解析——以美國(guó)普渡大學(xué)課程信號(hào)項(xiàng)目為例[J].軟件導(dǎo)刊（教育技術(shù)），2014，13（12）：47-51.

[4]李玲靜，汪存友.Knewton：學(xué)習(xí)分析支持下的自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)[J].成人教育，2019，39（07）：29-34.

[5]徐鵬，王以寧，劉艷華，張海.大數(shù)據(jù)視角分析學(xué)習(xí)變革——美國(guó)《通過教育數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析促進(jìn)教與學(xué)》報(bào)告解讀及啟示[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2013，31（06）：11-17.

作者簡(jiǎn)介：

應(yīng)榮斌，2001.02.18，男，漢，浙江臺(tái)州人，嘉興南湖學(xué)院，本科在讀，

涂現(xiàn)峰，1993.1.5，男，漢，河南信陽人，嘉興南湖學(xué)院，碩士，助教;研究方向：隨機(jī)微分方程。

陳夢(mèng)露，2001.8.18，女，漢，浙江溫州人，嘉興南湖學(xué)院，本科在讀

張寅昊，1986.5.27，男，漢，浙江嘉興人，嘉興南湖學(xué)院，碩士，工程師;研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。

本文是嘉興南湖學(xué)院2020年度SRT計(jì)劃項(xiàng)目教育大數(shù)據(jù)—基于判別分析教學(xué)數(shù)據(jù)預(yù)警機(jī)制探究（NH8517203112）的研究成果