大數(shù)據(jù)環(huán)境下智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型構(gòu)建及應(yīng)用研究

陳強(qiáng) 彭剛 鄧美玲

摘要：隨著教育信息化的深入推進(jìn)，傳統(tǒng)的教育模式已經(jīng)難以滿足學(xué)習(xí)者的多元化需求。因此，智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，旨在通過(guò)運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)手段，給學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化和高效的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。文章探討在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，如何構(gòu)建智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型并應(yīng)用于Python程序設(shè)計(jì)課程中。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型；Python程序設(shè)計(jì)課程

一、引言

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，教育領(lǐng)域正面臨前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在教育過(guò)程中產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)涵蓋了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)結(jié)果、興趣和愛(ài)好等方面，它的興起為智能學(xué)習(xí)模型提供了基本的數(shù)據(jù)支持。智能學(xué)習(xí)是一種以學(xué)習(xí)者為中心的學(xué)習(xí)方法，它依靠信息技術(shù)對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)結(jié)果等進(jìn)行分析，以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)和高效學(xué)習(xí)。智能學(xué)習(xí)概念的普及，為智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型的研究提供了理論基礎(chǔ)。

智慧學(xué)習(xí)模型是一種基于人工智能技術(shù)的學(xué)習(xí)方法，旨在提供個(gè)性化、自適應(yīng)和智能化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，為智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型提供了技術(shù)支持。例如，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以有效處理和分析海量數(shù)據(jù)，挖掘?qū)W習(xí)者的潛在需求和學(xué)習(xí)規(guī)則；人工智能技術(shù)可以自動(dòng)篩選和整合學(xué)習(xí)資源，為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源和服務(wù)。

二、智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型的研究現(xiàn)狀

智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型的研究和應(yīng)用，為教育信息化的發(fā)展提供了新的思路和方法。智慧學(xué)習(xí)模型研究現(xiàn)狀呈現(xiàn)出多元化、交叉性的特點(diǎn)，各種技術(shù)和方法不斷涌現(xiàn)，為智慧教育的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)有力的支持。黃榮懷在智慧教育、智慧學(xué)習(xí)等領(lǐng)域有深入的研究和貢獻(xiàn)，提出了“智慧教育”的概念，認(rèn)為智慧教育是一種數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、個(gè)性化、終身化的教育形態(tài)，是利用現(xiàn)代信息技術(shù)促進(jìn)教育變革和發(fā)展的新階段。王良周在智慧學(xué)習(xí)模型的計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用方面有重要的貢獻(xiàn)，提出一種基于深度學(xué)習(xí)的智慧學(xué)習(xí)模型，該模型能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行自動(dòng)分析和處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像中物體的識(shí)別、分類和定位等功能。這種智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型可以應(yīng)用于圖像檢索、目標(biāo)跟蹤、人臉識(shí)別等領(lǐng)域，為人們的生活和工作帶來(lái)極大的便利。智慧學(xué)習(xí)算法已經(jīng)得到廣泛的研究和應(yīng)用，如基于數(shù)據(jù)挖掘的個(gè)性化推薦算法、基于機(jī)器學(xué)習(xí)的自動(dòng)評(píng)估算法等。

通過(guò)大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的結(jié)合，智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型能夠?qū)崿F(xiàn)個(gè)性化和高效的學(xué)習(xí)，幫助學(xué)習(xí)者更好地掌握知識(shí)和技能。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用場(chǎng)景的不斷擴(kuò)大，智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。

三、智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型的核心功能

智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型通過(guò)分析學(xué)習(xí)者的行為、反饋和學(xué)習(xí)成果，不斷優(yōu)化教學(xué)策略和資源推薦，以幫助學(xué)習(xí)者更高效地掌握知識(shí)和技能。這些模型還可以利用大數(shù)據(jù)和算法優(yōu)化學(xué)習(xí)路徑，預(yù)測(cè)學(xué)習(xí)者的困難點(diǎn)，并提供個(gè)性化的練習(xí)和輔導(dǎo)，從而增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。

智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型的核心功能有四個(gè)：第一，個(gè)性化學(xué)習(xí)。根據(jù)學(xué)習(xí)者的興趣、學(xué)習(xí)風(fēng)格和進(jìn)展，提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容和任務(wù)。第二，自適應(yīng)評(píng)估。根據(jù)學(xué)習(xí)者的表現(xiàn)和反饋，自動(dòng)調(diào)整難度和教學(xué)方式，以滿足學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求。第三，智能教學(xué)輔助。通過(guò)智能提示、解釋和反饋，幫助學(xué)習(xí)者理解和應(yīng)用知識(shí)。第四，實(shí)時(shí)監(jiān)控和反饋。通過(guò)實(shí)時(shí)追蹤學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)進(jìn)程和表現(xiàn)，提供及時(shí)的反饋和改進(jìn)建議。

四、智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型構(gòu)建——以Python程序設(shè)計(jì)課程為例

本文以Python程序設(shè)計(jì)課程為例，構(gòu)建一個(gè)集教學(xué)資源、學(xué)習(xí)工具、交流社區(qū)于一體的智慧在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，如圖1所示。該平臺(tái)基于人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，能夠智能推薦學(xué)習(xí)資源、自動(dòng)評(píng)估學(xué)習(xí)成果、支持個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑，提高學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)質(zhì)量。

（一）教學(xué)資源

教學(xué)資源是指為教學(xué)活動(dòng)的有效開(kāi)展提供的素材、條件和環(huán)境等支持，包括各種軟件、硬件和人力資源。在智慧教育中，教學(xué)資源也包括智慧教室、智能終端、網(wǎng)絡(luò)課程、數(shù)字化教材等，以及各種數(shù)字化學(xué)習(xí)資源。這些數(shù)字化學(xué)習(xí)資源能夠滿足學(xué)習(xí)者的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，提高學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

Python程序設(shè)計(jì)課程智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型的主要教學(xué)資源有教材與教案、在線課題、實(shí)驗(yàn)案例、習(xí)題庫(kù)和學(xué)習(xí)資料。

（二）學(xué)習(xí)工具

學(xué)習(xí)工具是幫助學(xué)習(xí)者更有效地進(jìn)行學(xué)習(xí)的工具。課程智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型提供以下學(xué)習(xí)工具：在線編程環(huán)境，學(xué)習(xí)者可以在線編寫(xiě)、調(diào)試、運(yùn)行Python代碼；代碼審查工具，審查學(xué)習(xí)者的代碼，提供修改建議和錯(cuò)誤提示；學(xué)習(xí)筆記工具，允許學(xué)習(xí)者記錄學(xué)習(xí)筆記，方便回顧和總結(jié)知識(shí)點(diǎn)；在線問(wèn)答社區(qū)，方便學(xué)習(xí)者之間互相交流和解決問(wèn)題，并獲得及時(shí)的學(xué)習(xí)反饋；學(xué)習(xí)進(jìn)度管理工具，學(xué)習(xí)者可以方便地選擇課程、制訂學(xué)習(xí)計(jì)劃、跟蹤學(xué)習(xí)進(jìn)度。

（三）交流社區(qū)

交流社區(qū)是指具有相似興趣或需求的人們聚集在一起，通過(guò)各種方式進(jìn)行交流和互動(dòng)的社區(qū)。這種社區(qū)通常存在于線上或線下，可以為成員提供信息共享、知識(shí)交流、經(jīng)驗(yàn)分享等支持。

課程智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型提供以下交流社區(qū)：第一，學(xué)習(xí)論壇。通過(guò)社交網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建學(xué)習(xí)者之間的互動(dòng)交流平臺(tái)，促進(jìn)學(xué)習(xí)者之間的知識(shí)分享和經(jīng)驗(yàn)交流。第二，社交群組。支持學(xué)習(xí)者創(chuàng)建學(xué)習(xí)小組，與同學(xué)一起學(xué)習(xí)和討論問(wèn)題，讓學(xué)習(xí)者分享學(xué)習(xí)心得、討論問(wèn)題、互相幫助。第三，問(wèn)答板塊。學(xué)習(xí)者在問(wèn)答板塊上提問(wèn)和回答問(wèn)題，互相幫助解決問(wèn)題。第四，作品展示區(qū)。允許學(xué)習(xí)者展示自己的作品和項(xiàng)目，互相學(xué)習(xí)和借鑒。第五，學(xué)習(xí)日志。支持學(xué)習(xí)者撰寫(xiě)學(xué)習(xí)日志，記錄自己的學(xué)習(xí)過(guò)程和心得體會(huì)。

（四）智能推薦與評(píng)估

通過(guò)在線學(xué)習(xí)平臺(tái)采集學(xué)習(xí)者在Python程序設(shè)計(jì)課程中的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，包括學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)、學(xué)習(xí)進(jìn)度、練習(xí)成績(jī)、討論參與度等，并存儲(chǔ)采集的數(shù)據(jù)，建立學(xué)習(xí)者個(gè)人學(xué)習(xí)檔案。分析這些數(shù)據(jù)后，平臺(tái)可以提取出學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)特征和行為習(xí)慣，為后續(xù)的個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃和資源生成提供數(shù)據(jù)支持。

第一，推薦學(xué)習(xí)資源。根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)歷史和興趣愛(ài)好，智能推薦相關(guān)的學(xué)習(xí)資源。根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)進(jìn)度和需求，動(dòng)態(tài)生成個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源。根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況，整合在線教程、課題資料、經(jīng)典案例、練習(xí)題等資源，為學(xué)習(xí)者提供豐富多樣的學(xué)習(xí)內(nèi)容。同時(shí)，智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)還支持學(xué)習(xí)者上傳自己創(chuàng)作的學(xué)習(xí)資源，實(shí)現(xiàn)資源的共享和交流。

第二，評(píng)估學(xué)習(xí)成果。通過(guò)人工智能技術(shù)，對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，包括課程管理、學(xué)習(xí)進(jìn)度管理、學(xué)習(xí)評(píng)估管理等。通過(guò)在線編程環(huán)境、代碼審查工具、學(xué)習(xí)進(jìn)度管理工具等，對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)成果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并將結(jié)果反饋給學(xué)習(xí)者，以便其調(diào)整學(xué)習(xí)策略，提高學(xué)習(xí)效果。

第三，個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑。根據(jù)數(shù)據(jù)處理和分析的結(jié)果，結(jié)合Python程序設(shè)計(jì)課程的特點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo)，教師為學(xué)習(xí)者制訂個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑。對(duì)于Python程序設(shè)計(jì)課程，教師可以根據(jù)學(xué)習(xí)者的編程基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)進(jìn)度和興趣，為其推薦合適的學(xué)習(xí)內(nèi)容、練習(xí)題目和拓展資源等，并推薦個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑和學(xué)習(xí)計(jì)劃。

第四，學(xué)習(xí)預(yù)警與提醒。根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況和成績(jī)表現(xiàn)，及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)和提醒通知，幫助學(xué)習(xí)者及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)狀態(tài)。學(xué)習(xí)者在Python程序設(shè)計(jì)課程中遇到問(wèn)題時(shí)，可以通過(guò)學(xué)習(xí)預(yù)警與提醒獲取解決方案和指導(dǎo)建議。

第五，智能統(tǒng)計(jì)分析。教師利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)的挖掘，可以分析出學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)習(xí)慣、能力水平、興趣愛(ài)好等信息，為后續(xù)的個(gè)性化學(xué)習(xí)提供數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，系統(tǒng)可以根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)進(jìn)度和成績(jī)，為其推薦合適的學(xué)習(xí)資源和路徑，幫助他們更好地掌握Python程序設(shè)計(jì)的知識(shí)和技能。

以上智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型的構(gòu)建和應(yīng)用，可以提高Python程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)質(zhì)量，幫助學(xué)習(xí)者更好地掌握編程知識(shí)和技能，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新能力和解決問(wèn)題的能力。

五、結(jié)語(yǔ)

智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型是一種基于大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的綜合性學(xué)習(xí)平臺(tái)，旨在提供個(gè)性化和高效的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。通過(guò)數(shù)據(jù)采集、處理和分析，智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型可以了解學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)習(xí)慣、能力水平和興趣愛(ài)好等信息，從而為其制訂個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑，并動(dòng)態(tài)生成學(xué)習(xí)資源。同時(shí)，智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型還具備智能化教學(xué)輔助、社交化學(xué)習(xí)體驗(yàn)、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)與反饋等功能，以幫助學(xué)習(xí)者更好地掌握知識(shí)和技能，提高學(xué)習(xí)效果。在Python程序設(shè)計(jì)課程中的應(yīng)用表明，智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型能夠有效激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，為個(gè)性化和高效的學(xué)習(xí)提供有力的支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃榮懷，劉夢(mèng)彧，劉嘉豪，等.智慧教育之“為何”與“何為”：關(guān)于智能時(shí)代教育的表現(xiàn)性與建構(gòu)性特征分析[J].電化教育研究，2023（1）.

[2]吳曉如，劉邦奇，袁婷婷.新一代智慧課堂：概念、平臺(tái)及體系架構(gòu)[J].中國(guó)電化教育，2019（3）.

[3]王良周，于衛(wèi)紅.大數(shù)據(jù)視角下的學(xué)習(xí)分析綜述[J].中國(guó)遠(yuǎn)程教育，2015（3）.

[4]周偉，杜靜，汪燕，等.面向智慧教育的學(xué)習(xí)環(huán)境計(jì)算框架[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2022（5）.

[5]孫健，徐碩，李健.Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)混合式教學(xué)改革[J].計(jì)算機(jī)教育，2023（10）.

[6]尚戰(zhàn)陽(yáng)，楊絢，王金仙，等.智慧教育背景下基于微信群+ “雨課堂”混合式教學(xué)模式的應(yīng)用探討[J].河南醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2023（6）.

[7]祝智庭，盧琳萌，王馨怡，等.智慧教育理論與實(shí)踐在中國(guó)的發(fā)展：十年回顧與近未來(lái)展望[J].中國(guó)遠(yuǎn)程教育，2023 （12）.

[8]朱彥同.高校“智慧+思政”教育傳播體系的構(gòu)建研究[J].傳播與版權(quán)，2023（22）.

基金項(xiàng)目：2022年廣東省本科高校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程建設(shè)項(xiàng)目（粵教高函[2023]4號(hào)）“‘?dāng)?shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)建設(shè)與實(shí)踐”，項(xiàng)目編號(hào)：JY2022001602；2021年?yáng)|莞城市學(xué)院青年教師發(fā)展基金項(xiàng)目自然科學(xué)類“大數(shù)據(jù)環(huán)境下個(gè)性化智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型的構(gòu)建研究”，項(xiàng)目編號(hào)：KY2022004801；2022年?yáng)|莞城市學(xué)院課程教學(xué)改革項(xiàng)目“基于OBE理念的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)改革研究”，項(xiàng)目編號(hào)：JY2022014901。

（作者單位：東莞城市學(xué)院人工智能學(xué)院）