大數(shù)據(jù)下開放教育自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的構(gòu)建

王曉晨 張 景

(山西開放大學(xué),山西 太原 030027)

近幾年，隨著我國科技水平的不斷提高，大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)運而生，主要采用精確計算的方式，尋找事物的本質(zhì)，同時，還能借助間接性的數(shù)據(jù)，對各個事物間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系進(jìn)行推測，幫助人們精確地認(rèn)識和把握事物發(fā)展規(guī)律，并制定相應(yīng)的決策。通過將大數(shù)據(jù)技術(shù)科學(xué)應(yīng)用于開放教育自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)構(gòu)建中，不僅可以實現(xiàn)對學(xué)生的精確化管理，還能有效地滿足學(xué)生個性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)需求，為實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析、挖掘和傳輸提供重要的技術(shù)支持。

一、大數(shù)據(jù)對開放教育的影響

隨著大數(shù)據(jù)分析技術(shù)和挖掘技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，大數(shù)據(jù)對開發(fā)教育產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，其具體影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

(一)產(chǎn)生自適應(yīng)學(xué)習(xí)要求

由于開放教育學(xué)生知識水平存在差異，所以，學(xué)生個性化學(xué)習(xí)成為開放教育的核心和關(guān)鍵。在大數(shù)據(jù)時代背景下，開放教育可以實現(xiàn)自適應(yīng)學(xué)習(xí)。即通過借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)平臺對學(xué)生的認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)能力等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動化采集和整理，并從這些數(shù)據(jù)中分析和挖掘出有價值的數(shù)據(jù)，從而全面地了解和把握學(xué)生的學(xué)習(xí)特點及風(fēng)格，進(jìn)而為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)路徑。

(二)發(fā)現(xiàn)開放教育規(guī)律

開放教育服務(wù)對象逐漸從精英人群向全民大眾轉(zhuǎn)變，逐漸完成了對專科、本科等各個教育層次相關(guān)的開放教育體系的制定和完善;開放教育職能在實際的履行過程中，逐漸向多元化、綜合化方向轉(zhuǎn)變，為成功構(gòu)建全民終身學(xué)習(xí)體系打下堅實的基礎(chǔ)。

(三)實現(xiàn)精準(zhǔn)管理

大數(shù)據(jù)技術(shù)與開放教育結(jié)合在實現(xiàn)精確管理方面發(fā)揮出重要作用。首先，可以有效地統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全化、可靠化存儲和管理。通過利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以制定和完善系統(tǒng)、規(guī)范的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)對多種類型數(shù)據(jù)的自動化收集、分類、存儲，從而形成大規(guī)模的教育數(shù)據(jù)庫，便于其他人員隨時隨地地查看和調(diào)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)。其次，可以最大限度地提高學(xué)生個性化管理水平。通過借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，實現(xiàn)對學(xué)生個體數(shù)據(jù)報告的精確獲取，便于針對不同學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，制定個性化教育管理方案，以實現(xiàn)對學(xué)生的個性化、精確化管理。最后，有利于管理層教育決策的精準(zhǔn)化。通過借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，徹底改變管理者經(jīng)營思想，采用多源數(shù)據(jù)結(jié)合的方式，對教育決策進(jìn)行智能化、精確化分析，從而提高教育決策制定的科學(xué)性和合理性。

二、學(xué)習(xí)系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)分析

為了提高系統(tǒng)的運行性能，滿足學(xué)生個性化的自適應(yīng)學(xué)習(xí)需求，技術(shù)人員要嚴(yán)格按照如圖1所示的系統(tǒng)框架設(shè)計示意圖，對系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計。從圖1中可以看出，該系統(tǒng)主要包含以下四個層次。

圖1 系統(tǒng)框架設(shè)計示意圖

(一)應(yīng)用層

應(yīng)用層所處理的對象主要包含不同用戶所處理的各種業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)主要包含學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)活動、學(xué)習(xí)工具、學(xué)習(xí)評價、學(xué)習(xí)策略等內(nèi)容。

(二)控制層

控制層作為開放教育自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的關(guān)鍵和核心，需要采用自適應(yīng)引擎的方式，在充分結(jié)合學(xué)生特征模型的基礎(chǔ)上，為學(xué)生提供個性化、智能化的學(xué)習(xí)服務(wù)。同時，為了最大限度地學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)服務(wù)體驗，還要全面地評價最終的服務(wù)結(jié)果[1]，在此基礎(chǔ)上，還要做好對引擎規(guī)則的優(yōu)化和完善，確保引擎能夠?qū)崿F(xiàn)智能化改進(jìn)和進(jìn)化。

(三)數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層在具體的運用中，主要借助感知層，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的持續(xù)化、精確化采集和整理，同時，還能形成相應(yīng)的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)日志、數(shù)據(jù)點擊流，其中，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)日志內(nèi)部主要包含圖像、動畫、音頻、影像等學(xué)習(xí)相關(guān)的資料[2]。此外，在數(shù)據(jù)層的應(yīng)用背景下，還能形成規(guī)模龐大的原始數(shù)據(jù)池，原始數(shù)據(jù)池主要包含以下兩種類型，一種是結(jié)構(gòu)化原始數(shù)據(jù)池，另一種是半結(jié)構(gòu)化原始數(shù)據(jù)池。

(四)感知層

感知層主要是由攝像頭、話筒、手機(jī)、平板電腦、筆記本、傳感器、情感探測等部分組成，通過感知層，可以幫助學(xué)生更好地感知和獲取多種類型的學(xué)習(xí)資源[3]。數(shù)據(jù)來源渠道主要包含以下幾個系統(tǒng)，如學(xué)生信息系統(tǒng)、職業(yè)生涯規(guī)劃系統(tǒng)、學(xué)生作業(yè)系統(tǒng)等。

三、系統(tǒng)功能模塊設(shè)計分析

在大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用背景下，為了更好地提高開放教育自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的運行性能，滿足學(xué)生的個性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)需求[4]，現(xiàn)將該系統(tǒng)劃分為以下四大模塊，分別是自適應(yīng)模塊、學(xué)生畫像模塊、預(yù)警與干預(yù)模塊、學(xué)習(xí)激勵模塊。系統(tǒng)功能模塊設(shè)計示意圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計示意圖

(一)自適應(yīng)模塊設(shè)計

自適應(yīng)模塊作為系統(tǒng)的主要模塊，在具體的設(shè)計中，通過借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的自動化采集和整理，同時，還要借助有價值的數(shù)據(jù)，對其他功能模塊進(jìn)行觸發(fā)，從而全面地了解和把握學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣特點以及風(fēng)格，在此基礎(chǔ)上，形成學(xué)生學(xué)習(xí)風(fēng)格所對應(yīng)的專業(yè)特長，以提高學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)體驗[5]，然后，系統(tǒng)會自動根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，向?qū)W生推送學(xué)生感興趣的學(xué)習(xí)資源。學(xué)生在獲得這些學(xué)習(xí)資源后，可以快捷、方便地選用合適的學(xué)習(xí)資源，以實現(xiàn)對相關(guān)知識的學(xué)習(xí)和鞏固，從而熟練地掌握和應(yīng)用所學(xué)知識，同時，教師可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格特征，對學(xué)生開展因材施教教學(xué)工作[6]。

(二)學(xué)生畫像模塊設(shè)計

學(xué)生畫像模塊在具體的設(shè)計中，需要全面地采集和整理學(xué)生的畫像特征，同時，借助平臺在科學(xué)分析大數(shù)據(jù)相關(guān)信息的功能，多方位、多角度地展示學(xué)生的不同維度，然后，學(xué)生根據(jù)系統(tǒng)所展示的自我畫像，全面地了解和把握自身的認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)風(fēng)格和學(xué)習(xí)習(xí)慣等。此外，教師要通過觀察班級所有同學(xué)的學(xué)生畫像，全面地了解和把握班級中所有學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格和學(xué)習(xí)習(xí)慣，為后期實現(xiàn)因材施教的教學(xué)目的提供重要的依據(jù)和參考。此外，學(xué)校管理者通過觀察系統(tǒng)所呈現(xiàn)的全體學(xué)生畫像[7]，可以直觀、有效地了解教師在各個教學(xué)階段所對應(yīng)的真實教學(xué)水平，為后期制定相關(guān)教育決策打下堅實的基礎(chǔ)。另外，教師通過觀察系統(tǒng)所呈現(xiàn)的學(xué)生畫像，可以進(jìn)一步了解和認(rèn)識學(xué)生當(dāng)前的實際學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)狀態(tài)，便于教師對學(xué)生進(jìn)行針對性地輔導(dǎo)，從而最大限度地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和效果。

(三)預(yù)警與干預(yù)模塊設(shè)計

預(yù)警模塊主要負(fù)責(zé)對學(xué)生考試成績的計算和分析，便于教師全面地了解學(xué)生考試合格率，干預(yù)模塊通過全面地收集和整理系統(tǒng)分析結(jié)果，并將其安全、可靠地發(fā)送給教師和學(xué)生[8]。該模塊在具體的設(shè)計中，需要根據(jù)學(xué)生的真實學(xué)習(xí)水平，在充分結(jié)合形成性考核的基礎(chǔ)上，采用引擎分析的方式，分析和判斷學(xué)生在考試中所對應(yīng)的合格率，為后期是否對學(xué)生進(jìn)行預(yù)警和干預(yù)創(chuàng)造良好的條件。經(jīng)過分析和判斷后，確定出需要預(yù)警與干預(yù)的學(xué)生[9]，并對這些學(xué)生發(fā)送近期學(xué)習(xí)成果以及相關(guān)數(shù)據(jù)報告，該數(shù)據(jù)報告主要采用統(tǒng)計圖形式呈現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)，學(xué)生根據(jù)數(shù)據(jù)報告，可以全面地了解自己在未來期末考試中所對應(yīng)的掛科率，從而警惕學(xué)生認(rèn)真進(jìn)入復(fù)習(xí)備戰(zhàn)的狀態(tài)。同時，系統(tǒng)還能自動啟動干預(yù)機(jī)制，該干預(yù)機(jī)制主要包含以下兩種，一種是系統(tǒng)干預(yù)機(jī)制，另一種是人工干預(yù)機(jī)制。系統(tǒng)干預(yù)機(jī)制主要是指系統(tǒng)通過向?qū)W生自動推送優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)資源，確保學(xué)生獲取到符合自己學(xué)習(xí)習(xí)慣和特點的學(xué)習(xí)資料，從而實現(xiàn)對學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)的智能化干預(yù)。人工干預(yù)機(jī)制主要是指系統(tǒng)自動將學(xué)生相關(guān)預(yù)警信息發(fā)送給教師，確保教師可以根據(jù)這些預(yù)警信息，對學(xué)生進(jìn)行有針對性的監(jiān)督，督促學(xué)習(xí)者積極主動地學(xué)習(xí)，只有這樣，才能完成因材施教的教學(xué)目標(biāo)。在預(yù)警與干預(yù)模塊的應(yīng)用背景下，在考核前一段時間，系統(tǒng)就能對學(xué)生進(jìn)行自動提醒和預(yù)警，并幫助學(xué)生進(jìn)行課前練習(xí)，使得學(xué)生提前進(jìn)入到復(fù)習(xí)狀態(tài)，從而最大限度地提高學(xué)生的考核成績，避免學(xué)生出現(xiàn)掛科現(xiàn)象。

(四)學(xué)習(xí)激勵模塊設(shè)計

并非所有學(xué)生都能夠?qū)W(xué)習(xí)產(chǎn)生濃厚興趣，所以，平臺需要設(shè)計學(xué)習(xí)激勵模塊，采用寓教于樂的方式，將教育和娛樂進(jìn)行充分結(jié)合，讓學(xué)生在娛樂中體會到學(xué)習(xí)的樂趣，只有這樣，才能充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性[10]。此外，通過運用該模塊，可以在充分結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，向?qū)W生自動下發(fā)課后作業(yè)，然后，由教師或者系統(tǒng)對學(xué)生進(jìn)行監(jiān)督，確保他們能夠保質(zhì)保量地完成課后作業(yè)。此外，系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以根據(jù)學(xué)生今日的學(xué)習(xí)狀態(tài)，向系統(tǒng)反饋學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的問題，此時，系統(tǒng)會采用引擎分析的方式，快速查詢學(xué)生畫像，并根據(jù)學(xué)生畫像，向?qū)W生推送相應(yīng)的課外休閑活動，并將其作為一種獎勵，幫助學(xué)生降低學(xué)習(xí)壓力。這些學(xué)習(xí)問題主要包含三個不同等級：如果學(xué)生今日學(xué)習(xí)狀態(tài)良好，并無出現(xiàn)學(xué)習(xí)問題，此時，系統(tǒng)會自動將人物畫像所對應(yīng)的名字標(biāo)記為綠色；如果出現(xiàn)小的學(xué)習(xí)漏洞問題，系統(tǒng)會自動將其標(biāo)記為紅色，并對預(yù)警與干預(yù)模塊進(jìn)行觸發(fā)，這時，系統(tǒng)會自動向?qū)W生推送漏洞補(bǔ)充相關(guān)練習(xí)題。另外，如果學(xué)生當(dāng)日所掌握的知識比例在40%以下，系統(tǒng)會直接觸發(fā)預(yù)警模塊，此時，該學(xué)生的名字會立馬標(biāo)記為紅色，系統(tǒng)將該學(xué)生的真實學(xué)習(xí)情況及時有效地推送給教師[11]，同時，還要為學(xué)生整理若干道典型例題，便于學(xué)生進(jìn)行針對性地練習(xí)。在系統(tǒng)或者教師的干預(yù)下，如果學(xué)生所完成的例題數(shù)量達(dá)到了80%以上，該學(xué)生的名字會自動轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色標(biāo)記，以起到激勵學(xué)生學(xué)習(xí)的作用。

四、開放教育自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)面臨的問題

開放教育自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)在具體的構(gòu)建和設(shè)計中，主要面臨一些技術(shù)難題，如數(shù)據(jù)采集效率低、數(shù)據(jù)分布式存儲實現(xiàn)困難、數(shù)據(jù)兼容性不高等問題，為此，技術(shù)人員要重視對這些問題的分析和解決。

(一)數(shù)據(jù)采集問題

數(shù)據(jù)采集作為開放教育自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的核心，主要面臨以下技術(shù)問題，開發(fā)人員需要重點分析和解決數(shù)據(jù)采集問題。據(jù)相關(guān)專家記載：“研究數(shù)據(jù)采集技術(shù)和問題的工作達(dá)到了99%”從這一數(shù)據(jù)，可以看出，數(shù)據(jù)采集面臨著很大的挑戰(zhàn)和困難。此外，所采集的數(shù)據(jù)除了包含用戶的個人基本信息外，還包含行為數(shù)據(jù)等海量過程性數(shù)據(jù)，如何高效快捷地采集這些數(shù)據(jù)是技術(shù)人員必須解決和思考的問題。

(二)數(shù)據(jù)存儲問題

在大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用背景下，開放教育自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)在具體的構(gòu)建中，經(jīng)常面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)是數(shù)據(jù)存儲問題，在對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲期間，通常會涉及多種先進(jìn)的數(shù)據(jù)分布式存儲技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)以及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等各種技術(shù)的挑戰(zhàn)，例如：計算機(jī)硬件數(shù)據(jù)分析能力、超級計算機(jī)技術(shù)以及分布式計算技術(shù)等。這些技術(shù)仍然處于發(fā)展階段，至今沒有形成比較成熟的商業(yè)產(chǎn)品。

(三)數(shù)據(jù)兼容性問題

開放教育自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)在具體的構(gòu)建中，由于數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)千差萬別，曠職數(shù)據(jù)編碼格式也存在一定的差異性，導(dǎo)致各個系統(tǒng)之間無法快捷、有效地共享數(shù)據(jù)，造成這一問題出現(xiàn)的根本原因是各個系統(tǒng)在建設(shè)期間沒有形成系統(tǒng)、完善的數(shù)據(jù)規(guī)劃機(jī)制，導(dǎo)致數(shù)據(jù)平臺缺乏一定的兼容性和統(tǒng)一性。

五、結(jié)語

綜上所述，通過利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，設(shè)計一套功能強(qiáng)大、性能良好的開放教育自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，通過利用該系統(tǒng)不僅可以拓展學(xué)生的知識面，還能為學(xué)生提供多樣化的學(xué)習(xí)資源和個性化的學(xué)習(xí)方式，從而對學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行有目的、有針對性地指導(dǎo)。對于學(xué)校管理人員而言，通過利用該系統(tǒng)，可以對學(xué)生的真實學(xué)習(xí)情況進(jìn)行智能化分析和預(yù)測，并將最終的預(yù)測結(jié)果形象、直觀地呈現(xiàn)在用戶面前，為相關(guān)決策的制定提供重要的依據(jù)和參考。