大規(guī)模私有在線課程微觀交互行為模式探究

程 罡 ，孫 迪，羅 恒

(1.國(guó)家開(kāi)放大學(xué) 學(xué)習(xí)資源部(數(shù)字圖書館)，北京 100039；2.大連理工大學(xué) 高等教育研究院，遼寧 大連 116024；3.華中師范大學(xué) 教育信息技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430079)

一、引言

學(xué)習(xí)本質(zhì)上是一系列隨著時(shí)間的展開(kāi)而發(fā)生不同行為的交互事件[1-3]，交互則是學(xué)習(xí)取得成功的重要基礎(chǔ)[4-8]。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究者認(rèn)為，對(duì)于交互的研究，不能忽視時(shí)間和順序這兩個(gè)重要的特征[9]。交互的時(shí)序特征可以幫助我們理解學(xué)習(xí)的發(fā)生、發(fā)展和結(jié)果[10]。隨著時(shí)間的推移，微觀而高頻的交互行為可以揭示學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中呈現(xiàn)的某些普遍行為模式[11][12]。因此，以時(shí)序性為基礎(chǔ)，對(duì)于大量微觀交互行為的深度挖掘，可以幫助我們探究學(xué)習(xí)過(guò)程中細(xì)粒度的交互模式，從而更好地理解學(xué)習(xí)過(guò)程。

在線學(xué)習(xí)中學(xué)習(xí)者的交互可以分為中觀的活動(dòng)和微觀的行動(dòng)兩個(gè)層面：中觀層面的交互活動(dòng)通常指在線學(xué)習(xí)平臺(tái)中設(shè)置的一系列交互操作的課程模塊，例如介紹、內(nèi)容、論壇、測(cè)驗(yàn)、作業(yè)等；微觀層面交互行為是指交互活動(dòng)中包含的具有教育意義的典型行為，如查看、刪除、寫入、創(chuàng)建等[13]。目前，大多數(shù)研究集中在活動(dòng)層面[14]，但是，活動(dòng)層面的研究掩蓋了學(xué)習(xí)過(guò)程中一些更為微觀和連續(xù)的行為，可能降低研究的意義，無(wú)法解釋學(xué)習(xí)過(guò)程中的某些重要方面。此外，在一個(gè)長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)習(xí)者行為模式的演變，以及多樣化的學(xué)習(xí)者群體之間交互模式的異同，也有待更深入的梳理和分析。

因此，本研究聚焦于微觀層面上的交互行為，采用序列模式挖掘(Sequential Pattern Mining)的方法，從更細(xì)粒度和更精確的層面上探究了不同成就的學(xué)習(xí)者群體之間交互行為模式的特點(diǎn)及其對(duì)學(xué)習(xí)的影響。從而更好地幫助教師和管理者在課程教學(xué)的不同階段識(shí)別不同類型的學(xué)習(xí)者，并給予更加有針對(duì)性的教學(xué)干預(yù)措施。

二、序列模式挖掘

序列模式挖掘(Sequential Pattern Mining)是一種通過(guò)尋找高頻行為序列來(lái)從研究微觀學(xué)習(xí)行為的方法，在對(duì)行為的時(shí)序特征進(jìn)行編碼的基礎(chǔ)上，該方法可以挖掘個(gè)人和群體的典型行為模式[15][16]。序列是一組有序的微觀行為操作，子序列是從原始序列中生成的新序列，它過(guò)濾掉一些無(wú)關(guān)行為，同時(shí)保持其余行為的相對(duì)位置(例如：“xaxxbxxcxxdx”序列中的“abcd”的子序列)[17]。給定一個(gè)存儲(chǔ)學(xué)習(xí)者交互信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，序列模式挖掘的目標(biāo)是在所有可能的學(xué)習(xí)者交互行為中找到最優(yōu)的序列[18][19]，進(jìn)而將不同學(xué)習(xí)成績(jī)的學(xué)習(xí)者分離到不同的學(xué)習(xí)過(guò)程中，其結(jié)果可以用于提高學(xué)習(xí)質(zhì)量和解決相關(guān)問(wèn)題[20]。

目前為止，大致有幾種經(jīng)典的序列挖掘技術(shù)。例如：廣義序列模式挖掘算法(Generalized Sequential Pattern Mining，簡(jiǎn)稱GSP)[21]、PexSPAM算法(Pex-Sequential PAttern Mining)[22]、基于等價(jià)類的序列模式挖掘算法(the Sequential Pattern Discovery using Equivalence classes，簡(jiǎn)稱SPADE)[23]、頻繁模式投影序列模式挖掘算法(Frequent Pattern-projected Sequential Pattern Mining，簡(jiǎn)稱FreeSpan)[24]，以及前綴投影序列模式挖掘算法(Prefix-projected Sequential Pattern Mining，簡(jiǎn)稱PrefixSpan)[25]。這些算法的總執(zhí)行時(shí)間、頻繁序列識(shí)別、最大使用內(nèi)存等等屬性各有優(yōu)劣，綜合而言PrefixSpan是一種更為有效的算法[26]。研究者對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的交互研究往往是基于不同類型的交互數(shù)據(jù)和分析方法而開(kāi)展的。

三、基于序列挖掘的學(xué)習(xí)交互研究

(一)基于文本和視頻數(shù)據(jù)的序列模式研究

大多數(shù)研究者主要基于文本數(shù)據(jù)對(duì)學(xué)習(xí)中的時(shí)序交互進(jìn)行研究，例如討論、學(xué)習(xí)反思、語(yǔ)篇文本、課程日記等。這類研究的學(xué)習(xí)環(huán)境主要是協(xié)作學(xué)習(xí)。例如，Chiu和Khoo將54名小學(xué)生分成了18個(gè)小組，收集了他們?cè)谟?jì)算機(jī)輔助環(huán)境下進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)的51,338個(gè)對(duì)話文本[27]。研究者們將對(duì)話分為認(rèn)知活動(dòng)、元認(rèn)知活動(dòng)、關(guān)系活動(dòng)、程序性活動(dòng)和開(kāi)小差活動(dòng)，通過(guò)挖掘序列關(guān)系來(lái)預(yù)測(cè)較低和較高的認(rèn)知水平。李艷燕等人結(jié)合領(lǐng)域本體、自然語(yǔ)言處理和關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘技術(shù)，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一個(gè)兼具智能化和可視化的整合性工具，集文本分析和內(nèi)容分析為一體，用于協(xié)作學(xué)習(xí)中的交互過(guò)程的分析和評(píng)價(jià)[28]。Chu等人確定并分析了大規(guī)模開(kāi)放在線課程論壇中的交互討論模式。他們使用LIP-Miner算法分析學(xué)習(xí)者和教師的交互，并找出了所有高頻的交互模式[29]。

為了強(qiáng)調(diào)協(xié)作學(xué)習(xí)是通過(guò)不斷演變的對(duì)話交互來(lái)實(shí)現(xiàn)的，基于1到6年級(jí)學(xué)習(xí)者的語(yǔ)篇文本，Chen等人對(duì)可以區(qū)分語(yǔ)篇文本中多樣性主題的序列模式進(jìn)行了挖掘。研究發(fā)現(xiàn)某些頻繁出現(xiàn)的序列模式可以有效的區(qū)分學(xué)習(xí)者在知識(shí)建構(gòu)的過(guò)程中體現(xiàn)出的多樣性主題，例如：持續(xù)性的理論化，證據(jù)的綜合使用，以及所提出的理論的問(wèn)題化[30]。2019年，Zheng等人研究了在線聊天和學(xué)習(xí)者日志中自我交互和社交交互活動(dòng)中的序列，及其對(duì)學(xué)習(xí)者群體的影響[31]。該數(shù)據(jù)來(lái)自高中和大學(xué)的156名學(xué)習(xí)者，他們?cè)谟?jì)算機(jī)支持的協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境中完成了一項(xiàng)STEM的學(xué)習(xí)任務(wù)。結(jié)果表明，成功的學(xué)習(xí)者群體表現(xiàn)出更頻繁和更多樣化的監(jiān)控和調(diào)節(jié)活動(dòng)；此外，社會(huì)交互的時(shí)間可以影響合作學(xué)習(xí)的成功。

一些研究人員除了通過(guò)文本數(shù)據(jù)來(lái)分析學(xué)習(xí)行為的序列模式，還通過(guò)分析視頻數(shù)據(jù)來(lái)挖掘有意義的序列模式。例如，基于3組不同學(xué)習(xí)策略，Sung等人對(duì)于視頻記錄的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行序列和頻率分析，確定了65名小學(xué)生的不同行為交互模式。他們發(fā)現(xiàn)，使用手機(jī)導(dǎo)學(xué)的學(xué)習(xí)者群體與同伴之間的雙向交互水平更高，與學(xué)習(xí)相關(guān)的討論也更多[32]。同樣，為了研究在協(xié)作學(xué)習(xí)的不同階段中，交互事件的時(shí)間序列是如何出現(xiàn)的，Malmberg等人對(duì)于為期兩個(gè)月的課程中22小時(shí)的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行了序列和時(shí)間分析。研究結(jié)果表明，協(xié)同調(diào)控、規(guī)劃、元認(rèn)知監(jiān)控在任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中起到了促進(jìn)作用[33]。宋宇等人為了對(duì)課堂對(duì)話的過(guò)程性規(guī)律進(jìn)行解析，采用關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘等方法對(duì)255節(jié)中小學(xué)課堂對(duì)話的演進(jìn)序列進(jìn)行了分析。研究發(fā)現(xiàn)不同科目的對(duì)話演進(jìn)規(guī)律區(qū)分明顯；高質(zhì)量的課堂對(duì)話以螺旋式結(jié)構(gòu)延展上升，發(fā)揮了知識(shí)建構(gòu)的作用[34]。

(二)基于行為日志的序列模式研究

序列模式挖掘的另一項(xiàng)研究的重點(diǎn)是通過(guò)分析學(xué)習(xí)者留在學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)中的行為日志文件(Log Files)來(lái)揭示序列行為模式的深層次特征。Nesbit和同事使用gStudy軟件收集了103名大學(xué)生自主學(xué)習(xí)的日志文件。他們使用日志解析和數(shù)據(jù)挖掘的方法，從復(fù)雜的微觀交互行為中識(shí)別出連貫的學(xué)習(xí)行為，并在此基礎(chǔ)上，挖掘出了一組參與者普遍采用的序列模式[35]。楊現(xiàn)民通過(guò)序列模式挖掘的方式，探索學(xué)習(xí)者在網(wǎng)絡(luò)資源共享平臺(tái)中對(duì)學(xué)習(xí)資源的瀏覽、編輯、分享、評(píng)論、上傳等不同類型行為的模式，探索行為之間的高頻轉(zhuǎn)換模式以改進(jìn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)，以及優(yōu)化資源共享社區(qū)運(yùn)營(yíng)的策略[36]。Doko等人基于學(xué)習(xí)者的視頻觀看日志、視頻片段和時(shí)間序列數(shù)據(jù)，運(yùn)用序列挖掘的方法解碼了學(xué)習(xí)過(guò)程。他們引入了序列模式挖掘的理論和方法來(lái)識(shí)別最重要或最困難的學(xué)習(xí)，建構(gòu)了一個(gè)通過(guò)序列模式挖掘方法來(lái)理解最困難的學(xué)習(xí)主題的模型[37]。王亮基于學(xué)習(xí)者與平臺(tái)資源的交互行為，創(chuàng)建了時(shí)間序列前后關(guān)系的特征變量，建立了機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)模型，并驗(yàn)證了隨時(shí)間推移的模型準(zhǔn)確性和應(yīng)用價(jià)值，探討了學(xué)習(xí)者在時(shí)間跨度中學(xué)習(xí)行為隨時(shí)間序列前后關(guān)聯(lián)帶來(lái)的結(jié)果影響[38]。

(三)基于不同學(xué)習(xí)主題的序列模式研究

其他對(duì)于微觀學(xué)習(xí)行為序列挖掘的研究集中于一些特定的學(xué)習(xí)領(lǐng)域或主題，如學(xué)習(xí)風(fēng)格、基于游戲的學(xué)習(xí)、概念映射過(guò)程和推薦系統(tǒng)等。Graf等人指出，在計(jì)算機(jī)輔助環(huán)境中基于不同學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格提供支持，可以提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)績(jī)效。因此，他們調(diào)查了在線課程中學(xué)習(xí)者導(dǎo)航的行為模式。結(jié)果表明，不同學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)習(xí)者使用不同的學(xué)習(xí)方式與課程進(jìn)行交互[39]。同樣，F(xiàn)atahi等人認(rèn)識(shí)到識(shí)別序列行為模式可以為確定學(xué)習(xí)風(fēng)格提供有用的信息。他們挖掘了一些高頻的序列行為模式。結(jié)果表明，序列行為模式對(duì)于學(xué)習(xí)風(fēng)格的預(yù)測(cè)具有較高的準(zhǔn)確性[40]。

為了幫助理解學(xué)習(xí)過(guò)程，一些研究者將注意力轉(zhuǎn)向基于游戲的學(xué)習(xí)環(huán)境，挖掘典型的序列行為模式。Hou編寫了一份大型多人在線教育游戲平臺(tái)中學(xué)習(xí)者的操作日志，以分析學(xué)習(xí)者的知識(shí)構(gòu)建、同伴交互和問(wèn)題解決過(guò)程[41]。2015年，他又研究了基于游戲的學(xué)習(xí)過(guò)程中的交互行為模式[42]。2017年，通過(guò)利用學(xué)習(xí)者與嵌入游戲環(huán)境中的各種工具交互時(shí)獲取的游戲玩法數(shù)據(jù)，Kang等人擴(kuò)展了以往關(guān)于學(xué)習(xí)者認(rèn)知過(guò)程中行為模式的研究，他們將統(tǒng)計(jì)分析與序列模式挖掘相結(jié)合，對(duì)不同專業(yè)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)模式進(jìn)行了分析[43]。

受序列模式挖掘技術(shù)在各種學(xué)習(xí)環(huán)境中的應(yīng)用啟發(fā)，有研究者提出用通過(guò)挖掘?qū)W習(xí)交互模式來(lái)探究學(xué)習(xí)者概念圖的構(gòu)建。他們采用了序列模式分析的方法對(duì)187名大學(xué)生的概念映射數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，創(chuàng)建高級(jí)概念圖的學(xué)習(xí)者使用的映射序列模式是相似的[44]。類似地，2018年，Sun等人運(yùn)用序列模式分析了綜合概念圖和課堂投票系統(tǒng)對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)表現(xiàn)、注意行為和與相關(guān)腦電波的影響。結(jié)果表明，課前紙筆概念映射法提高了學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)較低的學(xué)習(xí)者的測(cè)驗(yàn)成績(jī)，而投票概念映射法在激發(fā)學(xué)習(xí)者的課堂注意力方面效果顯著[45]。

對(duì)于自動(dòng)推薦系統(tǒng)的研究是時(shí)序行為分析的另一個(gè)應(yīng)用。研究者認(rèn)為具有相似學(xué)習(xí)狀態(tài)的其他學(xué)習(xí)者對(duì)相似的資源也會(huì)有相同的體驗(yàn)，因此他們?cè)噲D建立一種可以基于教師預(yù)期或其他成功學(xué)習(xí)者經(jīng)驗(yàn)的導(dǎo)航模式[46]。例如，Chen等人提出了一種基于學(xué)習(xí)者序列行為模式的混合推薦系統(tǒng)框架。在篩選與內(nèi)容相關(guān)的信息后，應(yīng)用序列模式挖掘算法確定了潛在的有用信息，并用于指導(dǎo)用戶的學(xué)習(xí)過(guò)程[47]。

四、現(xiàn)存研究的局限性

綜上所述，許多研究采用了序列挖掘技術(shù)，基于文本數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)和腦電波數(shù)據(jù)來(lái)提取學(xué)習(xí)者的微觀行為模式。這些數(shù)據(jù)來(lái)自小學(xué)、高中、大學(xué)和大型在線開(kāi)放課程的學(xué)習(xí)者。教育環(huán)境包括協(xié)作學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)、基于游戲的學(xué)習(xí)或概念映射活動(dòng)。一些研究顯示了時(shí)序分析在探究學(xué)習(xí)者交互行為方面的有效性和穩(wěn)定性。一些研究使用序列行為模式來(lái)區(qū)分表現(xiàn)、認(rèn)知、元認(rèn)知或?qū)W習(xí)風(fēng)格各異的學(xué)習(xí)者。另外一些研究將挖掘微觀行為模式應(yīng)用于開(kāi)發(fā)推薦系統(tǒng)。總體來(lái)說(shuō)，這一系列研究的最終目標(biāo)都是力求從微觀上探究學(xué)習(xí)者鮮為人知的行為模式，為學(xué)習(xí)提供適當(dāng)?shù)闹С趾椭苯拥姆答乕48]。

然而，我們必須看到，這些研究大多是在實(shí)驗(yàn)或準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行的，參與者較少，時(shí)間跨度也比較短。只有極少數(shù)的研究者試圖從大規(guī)模私有在線課程(Massive Private Online Courses, MPOCs)常態(tài)化教學(xué)的交互行為中提取微觀行為模式[49]。大規(guī)模私有在線課程通常在各國(guó)的開(kāi)放大學(xué)的日常教學(xué)中被廣泛使用，這些常態(tài)下的大規(guī)模在線課程擁有龐大的學(xué)習(xí)者群體，并積累了大量的、長(zhǎng)期的、非實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下的在線學(xué)習(xí)行為。但是，由于對(duì)于大規(guī)模開(kāi)放在線課程(MOOCs)的追捧，使研究者們極大地忽視對(duì)MPOCs中學(xué)習(xí)者行為的研究，這是非常令人遺憾的。此外，目前的序列模式挖掘研究很少關(guān)注行為模式在學(xué)習(xí)過(guò)程中隨著時(shí)間的發(fā)展和變化[50]。這是因?yàn)榇罅康脑诰€學(xué)習(xí)者、長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)過(guò)程、非實(shí)驗(yàn)的日常環(huán)境以及行為數(shù)據(jù)的巨大量級(jí)，對(duì)研究人員在微觀層面上分析細(xì)粒度的學(xué)習(xí)行為是巨大的挑戰(zhàn)。

因此，在本研究中，我們嘗試運(yùn)用序列模式挖掘的方法，聚焦于微觀的交互行為數(shù)據(jù)，突破目前的研究局限，探究非實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下，在大型私有在線課程中日常學(xué)習(xí)交互的行為序列模式及其演變。研究問(wèn)題如下：高成就組的交互行為有哪些特點(diǎn)?低成就組的交互行為有哪些特點(diǎn)?行為模式對(duì)學(xué)業(yè)成就有什么影響和區(qū)分？

五、研究方法

(一)研究背景

本研究選取了某開(kāi)放大學(xué)學(xué)位課程的必修課，該課程旨在幫助學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)Windows操作系統(tǒng)、Internet、MS office軟件和計(jì)算機(jī)安全的基本知識(shí)和技能。1到3周是課程學(xué)習(xí)的初期；4到16周以三次小組學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，進(jìn)行主要內(nèi)容的學(xué)習(xí)。17到20周為復(fù)習(xí)考試階段。期末考試在第20周。1490名學(xué)習(xí)者中有1375人最終參加了課程考試。

課程中的交互活動(dòng)模塊有8個(gè)：介紹與公告(簡(jiǎn)稱IA)，學(xué)習(xí)者可以在此獲得課程描述和信息；課程內(nèi)容(簡(jiǎn)稱CT)，即學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)7個(gè)課程章節(jié)的內(nèi)容；學(xué)習(xí)資源(簡(jiǎn)稱RS)，包括關(guān)于內(nèi)容的常見(jiàn)問(wèn)題、實(shí)驗(yàn)指南、期末考試模擬測(cè)試和不同類型的材料，以提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)；作業(yè)與測(cè)驗(yàn)(簡(jiǎn)稱AQ)，用于鞏固學(xué)習(xí)；學(xué)習(xí)績(jī)效(簡(jiǎn)稱PS)，學(xué)習(xí)者在其中檢查自己和同伴的學(xué)習(xí)表現(xiàn)；論壇(簡(jiǎn)稱FM)，學(xué)習(xí)者與老師和同伴行進(jìn)行討論交流；小組學(xué)習(xí)(簡(jiǎn)稱GL)，學(xué)習(xí)者基于項(xiàng)目進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)，第4周、第8周、第12周有3次強(qiáng)制性小組學(xué)習(xí)；課程評(píng)估(簡(jiǎn)稱CE)，學(xué)習(xí)者在完成課程后對(duì)教師、同伴和課程進(jìn)行評(píng)估。

(二)研究數(shù)據(jù)

初始的交互行為包括：檢查(C h e c k)、查看(View)、提交(Submit)、測(cè)試(Test)、完成(Complete)、搜索(Search)、訂閱(Subscribe)、刪除(Delete)、讀取(Read)、更新(Update)、設(shè)置(Set up)、評(píng)估(Eevaluate)、創(chuàng)建(Ccreate)、添加(Add)、刪除(Remove)、扮演角色(Role)。在提取交互行為的過(guò)程中，我們添加了活動(dòng)背景來(lái)實(shí)時(shí)細(xì)化交互行為的教育意義，例如：“AQcheck”，檢查作業(yè)與測(cè)驗(yàn)；“CTview”，查看課程內(nèi)容； “FMcheckPS”，在論壇中查看學(xué)習(xí)績(jī)效；“FMupdate”，更新論壇主題； “RScreate”，創(chuàng)建資源；等等。最后提取了44種具有教育意義的微觀交互行為，如表1所示。

表1 研究提取的44種微觀交互行為

續(xù)表1

根據(jù)課程計(jì)劃，我們將課程分為三個(gè)階段：課程初期；小組學(xué)習(xí)階段；復(fù)習(xí)考試。根據(jù)最終課程成績(jī)的C級(jí)，將學(xué)習(xí)者分為高成就組(成績(jī)＞=C，人數(shù)=974)和低成就組(成績(jī)＜C，人數(shù)=401)。用C作為分界線是因?yàn)榈陀贑的學(xué)習(xí)者是不及格的。因此，在課程的3個(gè)階段中，兩個(gè)成就組構(gòu)成了6個(gè)原始數(shù)據(jù)集。

(三)序列模式挖掘過(guò)程

第一步：序列分段，以及壓縮重復(fù)行為。首先，在每個(gè)數(shù)據(jù)集中，原始交互行為的數(shù)據(jù)被編碼成一系列事件序列，其中事件=[時(shí)間，用戶ID，交互行為，活動(dòng)模塊]。為了保持交互行為模式的意義，當(dāng)檢測(cè)到超過(guò)180秒的無(wú)交互行為的時(shí)間間隔時(shí)，我們將這些行為序列分解為子序列。選擇180秒這個(gè)時(shí)間框架是由于如果學(xué)習(xí)者在3分鐘內(nèi)沒(méi)有交互，在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為學(xué)習(xí)者已經(jīng)在學(xué)習(xí)中分心。序列分段之后，我們對(duì)頻繁發(fā)生的交互行為進(jìn)行壓縮，其目的是提高序列模式挖掘的效率。我們會(huì)用 “+”對(duì)連續(xù)出現(xiàn)的相同的交互行為進(jìn)行壓縮，例如：[GLviewCT-GLviewCT-GLviewCTAQsbm-GLviewCT]中重復(fù)出現(xiàn)的“GLviewCT”，對(duì)其壓縮之后，序列變?yōu)閇GLviewCT+-AQsbm-GLviewCT]。行為模式的最小長(zhǎng)度設(shè)置為包含三個(gè)行為，如果至少一個(gè)行為具有“+”，則設(shè)置為兩個(gè)交互行為。

第二步：序列模式挖掘。在本研究中，使用前綴投影序列模式挖掘算法(PrefixSpan)來(lái)挖掘每個(gè)數(shù)據(jù)集中高頻的候選行為模式(頻率閾值為50%)。

第三步：序列聚類。采用層次聚類算法對(duì)有相似時(shí)序特征的行為模式進(jìn)行聚類。

通過(guò)在6個(gè)數(shù)據(jù)集的每個(gè)數(shù)據(jù)集上運(yùn)行上述三個(gè)步驟，確定了每個(gè)階段每個(gè)成就組的交互行為模式，進(jìn)而明確了研究問(wèn)題的答案。

六、研究結(jié)果

序列挖掘技術(shù)旨在識(shí)別超過(guò)一定閾值的高頻率的行為模式。在本研究中，交互行為序列的頻率閾值為50%，挖掘結(jié)果顯示，學(xué)習(xí)者交互行為的序列主要來(lái)自于三個(gè)交互活動(dòng)：學(xué)習(xí)績(jī)效(PS)、論壇(FM)、小組學(xué)習(xí)(GL)。由于在介紹與公告(IA)、課程內(nèi)容(CT)、作業(yè)與測(cè)驗(yàn)(AQ)、課程評(píng)估(CE)、學(xué)習(xí)資源(RS)等五個(gè)活動(dòng)中的交互行為序列沒(méi)有達(dá)到50%的閾值，所以本研究沒(méi)有挖掘到與這五個(gè)活動(dòng)相關(guān)的行為模式。只有“GLviewCT”的行為顯示了現(xiàn)有序列行為與“課程內(nèi)容(GL)”這一活動(dòng)之間的聯(lián)系，這從某種程度上顯示了學(xué)習(xí)者可能更傾向于在小組活動(dòng)中查看課程內(nèi)容，而不是直接查看課程內(nèi)容。

(一)高成就組交互行為的特點(diǎn)

在學(xué)習(xí)績(jī)效(PS)、論壇(FM)、小組學(xué)習(xí)(GL)這三個(gè)活動(dòng)中的交互序列，大多數(shù)都是從學(xué)習(xí)績(jī)效(PS)中的行為開(kāi)始，然后是論壇(FM)中的行為，最后是小組學(xué)習(xí)(GL)的行為。但是，與這三種課程活動(dòng)相關(guān)的高頻行為是不同的。學(xué)習(xí)績(jī)效(PS)中的兩個(gè)行為“PSviewUser”(查看用戶績(jī)效)和“PSviewOv”(查看整體績(jī)效)是所有序列中最常見(jiàn)的交互行為，這意味著學(xué)習(xí)者花了很多精力來(lái)回顧自己和同學(xué)的表現(xiàn)。這些行為表明，在整個(gè)在線課程的過(guò)程中，學(xué)習(xí)者不斷地對(duì)自己和他人進(jìn)行評(píng)估和比較。

在論壇(F M)活動(dòng)中，高頻的行為只有“FMsrch”(在論壇中搜索)和“FMcheckPS”(在論壇中查看學(xué)習(xí)績(jī)效)。因?yàn)樵诰€學(xué)習(xí)系統(tǒng)無(wú)法準(zhǔn)確記錄學(xué)習(xí)者所搜索的內(nèi)容，所以無(wú)法深入地了解學(xué)習(xí)者搜索的細(xì)節(jié)。而在小組學(xué)習(xí)(GL)中，雖然有許多頻繁出現(xiàn)的行為，但是這些行為中并不包含“GLviewPl”(在小組學(xué)習(xí)中查看學(xué)習(xí)計(jì)劃)，這意味著雖然學(xué)習(xí)者在小組學(xué)習(xí)(GL)中表現(xiàn)得很積極，但可能對(duì)導(dǎo)師制定小組學(xué)習(xí)計(jì)劃不夠重視。

一個(gè)非常值得注意的高頻行為是“checkPS”，即“檢查學(xué)習(xí)績(jī)效”，它出現(xiàn)在不同的活動(dòng)，如“FMcheckPS”(在論壇中查看學(xué)習(xí)績(jī)效)和“GLcheckPS”(在小組學(xué)習(xí)中查看學(xué)習(xí)績(jī)效)。這表明，學(xué)習(xí)者各種學(xué)習(xí)活動(dòng)中都對(duì)學(xué)習(xí)績(jī)效表現(xiàn)出極大的興趣。“GLviewCT”是另一個(gè)高頻行為，說(shuō)明學(xué)習(xí)者在進(jìn)行小組學(xué)習(xí)花了大量時(shí)間結(jié)合小組學(xué)習(xí)任務(wù)來(lái)學(xué)習(xí)相關(guān)的課程內(nèi)容。

高成就組學(xué)習(xí)者的行為模式隨著課程階段的變化也在不斷演變。課程初期，學(xué)習(xí)者的行動(dòng)主要集中在檢查學(xué)習(xí)績(jī)效、論壇搜索、創(chuàng)建群組、添加群組成員、查看群組注冊(cè)、查看課程內(nèi)容等方面，其頻率最高的學(xué)習(xí)行為序列為“PSviewUser-PSviewOv-FMsrch+-FMcheckPS-GLcreate-GLadd-GLviewCT”。這樣的行為表明學(xué)習(xí)者正在為未來(lái)幾周的學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備。在小組學(xué)習(xí)階段中，行為模式比課程初期更加復(fù)雜。學(xué)習(xí)者專注于添加或刪除成員，為成員分配角色，評(píng)估成員，查看課程內(nèi)容。特別是這個(gè)階段的最高頻發(fā)生的學(xué)習(xí)行為序列非常復(fù)雜(“PSviewUser-PSviewOv-FMsrch+-FMcheckPS-GLcreate-GLadd-GLremv-GLrole-GLviewCT-GLcheckPS+-GLcheckEnrl-GLevltMb-PSviewUser-PSviewOv-FMsrch+-FMcheckPSGLcreate-GLadd-GLrole-GLviewCT”)，這意味著高成就組的學(xué)習(xí)者非常重視小組的建設(shè)。相比之下，在復(fù)習(xí)考試階段，高成就組學(xué)習(xí)者的模式非常簡(jiǎn)單，學(xué)習(xí)者的行為集中在檢查學(xué)習(xí)績(jī)效和查看課程內(nèi)容(“PSviewUser-PSviewOv-FMsrch+-FMcheckPS-GLviewCT-GLcheckPS+”)，這說(shuō)明他們關(guān)心自己的整個(gè)課程階段的績(jī)效，并為期末考試進(jìn)行準(zhǔn)備。

(二)低成就組交互行為的特點(diǎn)

與高成就組類似，主要的行為序列也來(lái)自學(xué)習(xí)績(jī)效(PS)、論壇(FM)和小組學(xué)習(xí)(GL)，而其他五個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)中的交互行為沒(méi)有被挖掘出來(lái)。低成就組學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)績(jī)效(PS)、論壇(FM)和小組學(xué)習(xí)(GL)這三個(gè)活動(dòng)中的某些高頻行為與高成就組學(xué)習(xí)者的高頻行為相同，如：“PSviewUser”(查看用戶績(jī)效)、“PSviewOv”(查看整體績(jī)效)、“FMsrch”(在論壇中搜索)、“FMcheckPS”(在論壇中查看學(xué)習(xí)績(jī)效)等。在小組學(xué)習(xí)(GL)中，也沒(méi)有包含“GLviewPl” (在小組學(xué)習(xí)中查看學(xué)習(xí)計(jì)劃)的行為，這說(shuō)明低成就組的學(xué)習(xí)者也沒(méi)有重視教師給出的學(xué)習(xí)計(jì)劃。

另一方面，低成就組行為模式的演變并不是非常的清晰。從課程初期和小組學(xué)習(xí)階段，低成績(jī)組學(xué)習(xí)者的交互行為一直分散在學(xué)習(xí)績(jī)效(PS)、論壇(FM)和小組學(xué)習(xí)(GL)這三個(gè)活動(dòng)中，行為模式比較復(fù)雜多樣；直至考試階段，低成就組學(xué)習(xí)者的行為模式才變得相對(duì)簡(jiǎn)單。但是，總體上來(lái)說(shuō)，低成就組學(xué)習(xí)者的行為模式在三個(gè)階段中的演變并不明顯。

(三)行為模式對(duì)學(xué)業(yè)成就的影響和區(qū)分

行為模式對(duì)學(xué)業(yè)成就的影響和區(qū)分主要集中在以下幾個(gè)方面：高頻行為、高頻序列、模式的演變。

1.高頻行為

高頻行為 “GLviewCT”(在小組學(xué)習(xí)中查看課程內(nèi)容)，明顯將高成就組的學(xué)習(xí)者與低成就組學(xué)習(xí)者區(qū)分開(kāi)來(lái)。“GLviewCT”的行為表明高成就學(xué)習(xí)者比低成就學(xué)習(xí)者更傾向于在學(xué)習(xí)的過(guò)程中查看課程內(nèi)容，這說(shuō)明高成就學(xué)習(xí)者緊密地基于課程內(nèi)容進(jìn)行了小組學(xué)習(xí)，而低成就學(xué)習(xí)者將注意力分散在小組建設(shè)和角色分配的各種行為中，而不是學(xué)習(xí)相關(guān)的課程內(nèi)容。

另一方面，查看學(xué)習(xí)績(jī)效，如“PSview”“checkPS”等，是兩個(gè)成就組中學(xué)習(xí)者共同的高頻行為，雖然這一行為與學(xué)業(yè)成就的高低無(wú)關(guān)，但是非常明顯地體現(xiàn)了所有學(xué)習(xí)者對(duì)于自己和同伴學(xué)習(xí)績(jī)效的關(guān)注，這里不再贅述。

2.高頻序列

高低成就組的另一個(gè)區(qū)別是高頻率序列的數(shù)量。在課程過(guò)程的每個(gè)階段，高成就組的行為序列模式比低成就組的要少。這一結(jié)果意味著低成就組學(xué)習(xí)者的行為模式比高成就組學(xué)習(xí)者的行為模式更加離散。

3.模式的演變

課程初期，高成就組專注于小組建設(shè)和課程內(nèi)容，為即將到來(lái)的學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備。其學(xué)習(xí)小組的構(gòu)建模式也相對(duì)簡(jiǎn)單，包括“GLcreate-GLadd-GLcheckEnrl”這樣的行為。但是，低成就組在正式的小組學(xué)習(xí)之前做了更多的行為，比如“GLremv-GLrole-GLevltMb”。在小組學(xué)習(xí)的階段，相比低成就組，高成就組的模式也比較簡(jiǎn)單集中。但是，在低成就組中，學(xué)習(xí)者的行為模式在其課程初期到小組學(xué)習(xí)階段沒(méi)有發(fā)生明顯的變化。復(fù)習(xí)考試階段，高成就組的復(fù)雜行為模式明顯減少，學(xué)習(xí)者的行動(dòng)變得非常簡(jiǎn)單，只專注于檢查成績(jī)和復(fù)習(xí)課程內(nèi)容。這表明高成就學(xué)習(xí)者的行為模式從課程學(xué)習(xí)到準(zhǔn)備考試階段的顯著變化。低成就學(xué)習(xí)者在復(fù)習(xí)考試階段的行為模式雖然也產(chǎn)生了一些變化，但是他們還是花了一些時(shí)間來(lái)增加小組成員、分配角色、評(píng)估成員，說(shuō)明他們有一些應(yīng)該在前期完成的小組學(xué)習(xí)任務(wù)沒(méi)有完成，只能在復(fù)習(xí)階段補(bǔ)上這部分的功課。

可以看出，高低成就組行為模式的演變是不一樣的。高成就組的行為模式發(fā)生了明顯的變化。這說(shuō)明他們根據(jù)不同的學(xué)習(xí)任務(wù)和課程階段調(diào)整了自己的學(xué)習(xí)策略，這也許為他們?cè)谡麄€(gè)學(xué)期中進(jìn)行高質(zhì)量的學(xué)習(xí)提供了支持。另一方面，低成就組行為模式缺乏變化也意味著他們可能沒(méi)有主動(dòng)隨著學(xué)習(xí)任務(wù)和階段的在不同主動(dòng)調(diào)整自己的策略，整個(gè)課程中，低成就組的學(xué)習(xí)者都處在一個(gè)注意力相對(duì)分散的狀態(tài)。

七、討論與展望

在本研究中，我們面向大規(guī)模私有在線課程的學(xué)習(xí)者，聚焦于微觀層面的學(xué)習(xí)交互行為，運(yùn)用序列挖掘以及層次聚類的方法，對(duì)學(xué)習(xí)者的交互行為模式進(jìn)行了探究和分析。本研究的價(jià)值在于：在非實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下采集了大規(guī)模的樣本開(kāi)展分析，在微觀的交互行為層面而不是交互活動(dòng)層面識(shí)別高度重復(fù)的交互模式，并且探討了高低成就學(xué)習(xí)者群體的行為模式特點(diǎn)及其與學(xué)習(xí)成就的關(guān)聯(lián)。序列挖掘技術(shù)研究了一些學(xué)習(xí)活動(dòng)中的詳細(xì)行為模式，挖掘出的高頻交互行為我們理解學(xué)習(xí)是如何發(fā)生的以及如何更好地促進(jìn)學(xué)習(xí)成效提供了機(jī)會(huì)：

(一)任務(wù)驅(qū)動(dòng)的課程設(shè)計(jì)更加匹配MPOC學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)方式

在經(jīng)典的成人學(xué)習(xí)理論中一直強(qiáng)調(diào)成人學(xué)習(xí)的一大特點(diǎn)是目標(biāo)明確、結(jié)果導(dǎo)向的。本次研究在數(shù)據(jù)上再次證實(shí)了這個(gè)觀點(diǎn)。不論高成就組還是低成就組，不論是學(xué)習(xí)的哪個(gè)階段，所有高頻學(xué)習(xí)行為序列模式的起點(diǎn)都是查看學(xué)習(xí)績(jī)效。同時(shí)，在被挖掘出的行為模式中，學(xué)生直接訪問(wèn)課程內(nèi)容的行為都沒(méi)有出現(xiàn)，大量出現(xiàn)的是在小組活動(dòng)中訪問(wèn)學(xué)習(xí)內(nèi)容。這種學(xué)習(xí)路徑和我們通常認(rèn)為的“先學(xué)習(xí)章節(jié)內(nèi)容、再完成學(xué)習(xí)任務(wù)和作業(yè)”的學(xué)習(xí)方式有極大的差異。數(shù)據(jù)顯示，MPOC學(xué)習(xí)者更普遍的方式是直接找到那些和學(xué)習(xí)成績(jī)相關(guān)的作業(yè)和學(xué)習(xí)活動(dòng)，在完成任務(wù)的過(guò)程中來(lái)學(xué)習(xí)在線課程。如果學(xué)習(xí)內(nèi)容不能有機(jī)融合到學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)活動(dòng)中，在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的過(guò)程中被學(xué)生頻繁訪問(wèn)的可能性是很小的。因此，教師在設(shè)計(jì)MPOC課程時(shí)，最佳的方式是采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)、活動(dòng)引領(lǐng)的方式，將重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容貫穿到學(xué)生完成任務(wù)和活動(dòng)的學(xué)習(xí)路徑中。僅僅在課程中提供按照章節(jié)方式排列的學(xué)習(xí)內(nèi)容，其有效性會(huì)大大降低。

(二)教師可以通過(guò)監(jiān)測(cè)不同階段的高頻行為模式來(lái)預(yù)測(cè)MPOC學(xué)習(xí)者可能的成績(jī)

目前的在線教學(xué)平臺(tái)通常都能夠提供比較完善的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，但是基于學(xué)習(xí)分析的決策輔助功能的普及程度仍然不高。在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)高低成就組的學(xué)習(xí)者確實(shí)有不同類型的微觀學(xué)習(xí)行為序列，例如在不同的學(xué)習(xí)活動(dòng)中頻繁觀看課程內(nèi)容的行為，無(wú)論在哪個(gè)課程階段，都可以將高低成就群體區(qū)分開(kāi)來(lái)。此外，高成就組學(xué)習(xí)者具備的根據(jù)不同任務(wù)情境調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)策略的能力，在低成就組中并沒(méi)有觀察到。這些研究結(jié)果為細(xì)粒度層面的交互行為模式的研究提供了一個(gè)新的視角，有助于教師進(jìn)一步了解學(xué)習(xí)者的在線行為，并在教學(xué)過(guò)程中針對(duì)不同類型的學(xué)習(xí)者設(shè)計(jì)專門的教學(xué)干預(yù)措施，并且可以幫助教師在不同的教學(xué)周期中提前識(shí)別有可能發(fā)展為低成就的學(xué)習(xí)者，并適時(shí)地給予指導(dǎo)和幫助。對(duì)于在線教學(xué)平臺(tái)的研發(fā)者而言，可以將基于行為序列模式的分析和輔助決策功能提供給教師，讓教師能及時(shí)發(fā)現(xiàn)不同階段下需要進(jìn)行干預(yù)的學(xué)習(xí)者，讓更多的學(xué)習(xí)者能夠獲得更好地學(xué)業(yè)成就。

(三)小組討論的活躍者并不一定能取得更高的學(xué)習(xí)績(jī)效

本研究中的數(shù)據(jù)表明，高低成就組的學(xué)習(xí)者在小組學(xué)習(xí)和論壇討論中都進(jìn)行了積極的表現(xiàn)，低成就組的學(xué)習(xí)者甚至在這些活動(dòng)中表現(xiàn)得更為頻繁，但他們并沒(méi)有取得更好的成就。這也與以往一些研究結(jié)果的呈現(xiàn)有所不同：以前的很多研究者強(qiáng)調(diào)小組學(xué)習(xí)和論壇討論中的合作對(duì)學(xué)習(xí)者成績(jī)的積極影響，但這種積極的影響在本次研究的數(shù)據(jù)分析中沒(méi)有體現(xiàn)出來(lái)。這種差異可能和課程的具體設(shè)計(jì)有關(guān)，但是這一結(jié)論也可以提醒課程設(shè)計(jì)者、組織線上討論的教師和研究者，重新審視論壇討論和小組學(xué)習(xí)對(duì)不同學(xué)習(xí)環(huán)境中學(xué)習(xí)者的影響。這種分析結(jié)果也可能為在線教育的管理者審視課程中討論活動(dòng)的有效性提供新的工具和視角。

之前，許多研究表明行為模式能夠區(qū)分不同學(xué)習(xí)成就的學(xué)習(xí)者群體，本研究中雖然也有類似的結(jié)果，但是出于嚴(yán)謹(jǐn)性考慮，在本課程中所發(fā)現(xiàn)的結(jié)果目前可以解釋為：學(xué)習(xí)者成績(jī)的差異可能與三個(gè)活動(dòng)(學(xué)習(xí)績(jī)效、論壇和小組學(xué)習(xí))所挖掘的交互行為模式有關(guān)。因?yàn)楸菊n程中還有其他五個(gè)活動(dòng)：介紹與公告(IA)、課程內(nèi)容(CT)、作業(yè)與測(cè)驗(yàn)(AQ)、課程評(píng)估(CE)、資源(RS)，這些活動(dòng)中沒(méi)有挖掘出的行為模式可能會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)成就產(chǎn)生一定的影響。我們認(rèn)為這一結(jié)論可能表明了本文所分析的課程設(shè)計(jì)的有效性，即教師設(shè)計(jì)了多個(gè)小組活動(dòng)來(lái)串聯(lián)學(xué)習(xí)內(nèi)容，按照任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式安排學(xué)習(xí)路徑的學(xué)習(xí)者，比在課程中按照自己的學(xué)習(xí)路徑來(lái)訪問(wèn)課程內(nèi)容、作業(yè)和測(cè)驗(yàn)等模塊的學(xué)習(xí)者，更有機(jī)會(huì)在最終的期末考試中取得好成績(jī)。此外，以往的研究集中在傳統(tǒng)學(xué)校背景下的小范圍實(shí)驗(yàn)或準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)者，研究對(duì)象和研究數(shù)據(jù)的量級(jí)都比較小，這與我們的研究非常不同。本研究面對(duì)的是日常狀態(tài)下，大規(guī)模私有在線課程的學(xué)習(xí)者群體，并且沒(méi)有針對(duì)研究對(duì)象專門進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)或準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。因此，本研究得出的結(jié)論可能不會(huì)與以往的研究完全相似。

最后，本課程在小組學(xué)習(xí)階段中從第4周開(kāi)始到底16周結(jié)束，在第4周、第8周、第12周有3次強(qiáng)制性小組學(xué)習(xí)。這三次小組學(xué)習(xí)是本課程的主要學(xué)習(xí)任務(wù)，但是本研究在沒(méi)有對(duì)這三次小組學(xué)習(xí)進(jìn)行單獨(dú)細(xì)分的行為模式挖掘。這說(shuō)明在后續(xù)研究中，我們可以將三次小組學(xué)習(xí)化為獨(dú)立階段，對(duì)于學(xué)習(xí)者行為模式的微觀細(xì)節(jié)和演變過(guò)程進(jìn)行更詳細(xì)地分析。此外，對(duì)于本課程中五個(gè)沒(méi)有達(dá)到閾值的學(xué)習(xí)活動(dòng)：介紹與公告(IA)、課程內(nèi)容(CT)、作業(yè)與測(cè)驗(yàn)(AQ)、課程評(píng)估(CE)、資源(RS)，在后續(xù)研究中也可以針對(duì)性的對(duì)其進(jìn)行序列模式挖掘，以探究更細(xì)致的學(xué)習(xí)者微觀行為模式。