“大數(shù)據(jù)”與教育的思考

于方軍 翟俊明

摘要：未來世界是信息處理的世界，如何更好地分析數(shù)據(jù)并與別人分享數(shù)據(jù)，也將是未來教育發(fā)展的一個方向。師生們在對Moodle網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺的長時間研究應(yīng)用過程中積累了大量的數(shù)據(jù)，如何深入應(yīng)用這些數(shù)據(jù)，并通過分析這些數(shù)據(jù)對教育教學(xué)產(chǎn)生有意義的影響？本文通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)分析了所積累的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步擴展Moodle的功能，以期更好地為教育事業(yè)服務(wù)。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)挖掘；Moodle

Moodle網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，是基于社會建構(gòu)主義教育理論而開發(fā)的課程管理系統(tǒng)（CMS）。我校自2006年開始學(xué)習(xí)和使用Moodle平臺來支持教學(xué)，積累了大量的復(fù)雜數(shù)據(jù)，如何充分有效地使用這些數(shù)據(jù)成為了一個新課題。在讀了涂子沛老師的《大數(shù)據(jù)》后發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘是一種有效利用這些數(shù)據(jù)的方法。目前，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)已經(jīng)在商業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛使用，如銀行、股市、保險、醫(yī)藥、零售等。將其應(yīng)用于教育領(lǐng)域，勢必成為教育信息化發(fā)展的一種重要趨勢。

本研究選取本校利用Moodle搭建的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，以2007～2012年學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)作為研究對象，平臺（網(wǎng)址：http：//www.stjyzx.net/moodle）開設(shè)了初中階段的全部課程，特別是信息技術(shù)課全程在平臺上開展教學(xué)，學(xué)生通過Moodle平臺開展學(xué)習(xí)，并通過平臺提交自己的學(xué)習(xí)成果，利用平臺進(jìn)行學(xué)習(xí)效果檢測。選取2008級學(xué)生（2011年畢業(yè)）作全程跟蹤研究樣本。選取2007級～2010級學(xué)生作對比研究樣本。

本研究立足于基礎(chǔ)教育，以期在普通中學(xué)從事教學(xué)工作的教師都能從本研究中獲益，所以只采用Moodle平臺本身提供一些表格，利用Excel對研究樣本開展Moodle平臺日志挖掘、測驗數(shù)據(jù)挖掘和互動評價數(shù)據(jù)挖掘研究，以期探索網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)活動分布特點，師生交互、生生交互的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點，為網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺上輔助教學(xué)的開展情況及教師利用網(wǎng)絡(luò)開展教學(xué)支持服務(wù)提供參考。

● 訪問日志的數(shù)據(jù)挖掘

網(wǎng)絡(luò)平臺都提供了訪問日志的功能，記錄用戶對平臺的訪問情況。通過分析這些數(shù)據(jù)，能了解學(xué)生的學(xué)習(xí)偏好、上網(wǎng)時間、感興趣學(xué)科、影響網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的因素等。Moodle平臺對訪問情況的記錄包括日志、活動報表、參與報表三部分（Moodle2.3變?yōu)椤叭罩尽薄ⅰ皶r時日志”、“課程活動”、“課程成員”又添加一個“時時日志”，其他三項為翻譯不同）。“日志”記錄了全體用戶所訪問的平臺模塊、各種操作以及發(fā)生的時間；“活動報表”利用日志數(shù)據(jù)表，對該門課程中訪問平臺各個模塊的具體情況進(jìn)行分類匯總；“參與報表”可以得到具體學(xué)生和教師的訪問平臺模塊和各類操作行為情況、學(xué)生的訪問平臺時間特點等，并對其進(jìn)行統(tǒng)計和分析，將分析結(jié)果進(jìn)行可視化表示。

1.對平臺模塊總體訪問情況──日志

下頁表1是同一門課程學(xué)習(xí)過程中，2007～2010級5個人數(shù)相等或相近班級，師生訪問平臺的統(tǒng)計結(jié)果。從統(tǒng)計結(jié)果可知，師生最初對平臺的應(yīng)用不是很熟練，局限于資源瀏覽、作業(yè)提交等操作；2009級9班和10班由不同教師分別設(shè)計上課，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)差距說明課堂參與程度與教師對課程的設(shè)計是有關(guān)聯(lián)的；2010級的兩個班也是不同老師授課，但課程設(shè)計是在往年集體設(shè)計基礎(chǔ)上的不斷完善和改進(jìn)。由此可見這種基于Moodle平臺的集體備課更容易實現(xiàn)資源共享和流程化的管理，可以更有效地通過技術(shù)來彌補教師人格魅力的不足，這樣就可將教師的差異性對學(xué)生學(xué)習(xí)效果影響降至最低。

2.對活動的參與情況──活動報表

下面以2009級和2010級學(xué)生為統(tǒng)計對象，對同一學(xué)習(xí)主題的學(xué)生在各個活動模塊中的參與情況進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果如表2所示，表中主要統(tǒng)計了五次“互動評價”活動和一次“測驗”活動的參與次數(shù)。從表2可以看出，2010級學(xué)生的參與率遠(yuǎn)高于2009級，主要原因是因為教師在2010級設(shè)計教學(xué)時，實行了“代幣制”獎勵（獎勵可以為一段有趣動畫、一個能撥號上網(wǎng)的賬號或一個QQ號等），學(xué)生如果在“互動評價”和“測驗”中達(dá)到某個標(biāo)準(zhǔn)就能獲得一個獎勵，而前幾級都是采用教師檢查督促的方法。通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，實行“代幣制”獎勵后，學(xué)生參與活動的次數(shù)達(dá)到之前的2～4倍。說明對于初中階段的學(xué)生這種“代幣制”獎勵依然有效，且由于Moodle平臺統(tǒng)計是即時性質(zhì)的，學(xué)生只要達(dá)到要求，Moodle平臺將自動出現(xiàn)獎勵，所以在網(wǎng)絡(luò)平臺上使用效果會更加及時有效。這一點可以通過完成此活動時間跨度的數(shù)據(jù)挖掘得以驗證。

3.對具體模塊的參與情況──參與報表

這一報表可以對具體學(xué)生，對具體模塊的參與情況做出更加細(xì)致的統(tǒng)計，通過這些數(shù)據(jù)挖掘可以發(fā)現(xiàn)某個學(xué)生，對哪個模塊感興趣以及對應(yīng)產(chǎn)生的效果。本研究選取了五名偏科生進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績和學(xué)科模塊的參與情況統(tǒng)計是正相關(guān)的，教師可以參照參與活動不活躍的學(xué)生，開展有針對的教學(xué)干預(yù)。如何利用Moodle平臺對其加以糾正，又將是進(jìn)一步研究的一個方向。

從上述分析可知，通過挖掘Moodle平臺日志，我們可以了解 Moodle平臺各模塊的訪問頻率、了解學(xué)生在平臺中所開展的各種活動的狀況、發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)偏好，并依據(jù)學(xué)生的平臺訪問行為對學(xué)生進(jìn)行歸類，這些挖掘得到的信息將有助于教師改進(jìn)教學(xué)活動設(shè)計和對學(xué)生學(xué)習(xí)情況的把握。

● 測驗數(shù)據(jù)的挖掘

在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師一般通過考試分?jǐn)?shù)對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評價，而對于試題分析、試卷分析、學(xué)生題目完成情況分析卻由于傳統(tǒng)紙質(zhì)試卷統(tǒng)計上的費時費力，變得很難完成，從而使教學(xué)評價的作用不能有效發(fā)揮，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺在這些方面是有優(yōu)勢的。Moodle平臺的測驗?zāi)K有很好的統(tǒng)計分析功能，既有全體學(xué)生整體完成情況統(tǒng)計，又有具體到每一位學(xué)生每一個問題的單項分析（如下頁表3所示）。目前，采取數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對學(xué)生進(jìn)行成績分析，可以從以下幾個方面入手：

1.試題分析

在測驗結(jié)構(gòu)分析中，對那些存在異常情況的試題（如30題平臺會以紅色顯示）進(jìn)行標(biāo)記，并利用平臺記錄的數(shù)據(jù)對試題進(jìn)行校正。每個試題的采用容易度指數(shù)在50%～70%之間均勻分布為最好。這一界限的設(shè)定將直接反應(yīng)題目的鑒別能力。通過對題目進(jìn)行難易程度的劃分，可以對試題進(jìn)行一個良性的評價，同時有利于對學(xué)生學(xué)習(xí)情況的科學(xué)評價，還有利于教師有針對性地對題目進(jìn)行講解。

2.試卷分析

如下頁表3前兩行所示，對本次考試總體成績及試卷進(jìn)行了分析，在數(shù)據(jù)挖掘中，對試題的難度使用首次答題平均分和成績中值表示，這個數(shù)據(jù)將可以為試卷的組成提供選題的根據(jù)，從而對考試分?jǐn)?shù)的分布偏度和分布形態(tài)產(chǎn)生直接的影響。理想情況下，整個試卷的分?jǐn)?shù)分布偏度為0，本次測驗為負(fù)偏度說明題目較容易。

3.學(xué)生分析

Moodle平臺的測驗?zāi)Ｊ接卸喾N，本測驗設(shè)置了多次試答取最高分顯示模式，以便學(xué)生在考試或者測試后立即獲得成績和排名，通過“回顧”找到自己學(xué)習(xí)知識點的優(yōu)勢和不足，及時調(diào)整下一步的努力方向。因此可以通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對學(xué)生的多次試答成績進(jìn)行分析，從而分析學(xué)生的進(jìn)步情況、學(xué)習(xí)障礙、知識點和知識單元的掌握情況等，還可以利用一些更復(fù)雜的分析工具對其進(jìn)行各科目測試成績的橫向比較。

總之，利用這些信息，教師可以持續(xù)地對測驗進(jìn)行維護(hù)。例如，教師可以刪除不規(guī)范的題目，修改太難或太簡單的問題。這些分析結(jié)果可為學(xué)生了解自己的學(xué)習(xí)狀況、教師監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況提供參考，并為教師做出教學(xué)決策提供依據(jù)。

目前應(yīng)用存在的主要問題有：①某些學(xué)科試題編輯的難度大，如數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等學(xué)科涉及一些特殊符號，在試題編輯時一些填空、證明、計算題設(shè)計有一定難度。令人欣慰的是Moodle平臺是個開放性平臺，全世界對它感興趣的人都在不斷完善它，如WIRIS就是一個專門為數(shù)學(xué)開發(fā)的插件，利用它可以完成大部分?jǐn)?shù)學(xué)試題編輯。②有些題目還無法實現(xiàn)自動判分，不能及時反饋，如語文、英語學(xué)科的作文就只能輔助以人工判分。

● Moodle平臺的互動評價（Workshop）的數(shù)據(jù)挖掘

“互動評價”是其他網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺所不具備的，Moodle平臺的互動評價是為教學(xué)“量身定制”的，評價可以具體到學(xué)生作品的某個具體的點，并且能用具體的分?jǐn)?shù)和等級體現(xiàn)。互動評價是同學(xué)間的評價。即由同班級學(xué)生，針對某個作品進(jìn)行學(xué)習(xí)成果互評。在此過程中，學(xué)生的角色不再只是被評價者，不只是完成自己的作業(yè)，還要對別人的作品進(jìn)行評價，因此要仔細(xì)欣賞別人的作品，表達(dá)自己的觀點、提出批判及建議的同時也要學(xué)習(xí)別人的優(yōu)點。而就被評者的角色而言，學(xué)生在接受別人的建議后，進(jìn)一步修改作品。通過反復(fù)的評價及修改，在互動評價過程中，學(xué)生們可以借此不斷地累積學(xué)習(xí)經(jīng)驗。所以互動評價不只是評價，其過程更是一個學(xué)習(xí)的過程。而“學(xué)生自評”顧名思義就是學(xué)生根據(jù)教師給出的評價標(biāo)準(zhǔn)和自己的完成過程及滿意程度給自己的作品做出評價，是學(xué)生提高自我認(rèn)識、促進(jìn)自我反省的過程。對互動評價的數(shù)據(jù)挖掘主要從以下三方面進(jìn)行。

1.教師參與情況統(tǒng)計分析

Moodle2.0后的版本對互動評價進(jìn)行了改寫，將教師和學(xué)生置于同等位置，減小了教師對學(xué)生的評價干預(yù)。通過兩種評價比較分析發(fā)現(xiàn)，如果評價設(shè)計合理，不僅能正確評價學(xué)生，并且更有利于培養(yǎng)學(xué)生公正評價自己和他人的態(tài)度。

2.學(xué)生評價對象分配統(tǒng)計分析

Moodle2.0后的版本中學(xué)生的評價對象既可以隨機分配也可以手動分配。為促使小組成員公正互評，防止惡評，可以進(jìn)行分組用組成績評價學(xué)生，分配時“啟用防止同組學(xué)生互評”選項，每一個作品評價人數(shù)和每一個成員評價作品數(shù)都控制在5人以上，這樣每一學(xué)生對同一作品評價行為都受到其他人制約。通過對不同版本評價的數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，在學(xué)生的時間允許情況下，參與評價的人數(shù)越多評價結(jié)果越趨于合理。

3.學(xué)生評價數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析

最初使用互動評價時，采用了讓學(xué)生對評價作品打分方法評價作品。弊端是學(xué)生評價作品標(biāo)準(zhǔn)不同，而且學(xué)生很難區(qū)分分?jǐn)?shù)細(xì)微差別。隨著應(yīng)用深入，在評價表中設(shè)計了“是/否”、“好/中/差”（3級）、“很好/好/中/差/很差”（5級）等評價標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合打分方法，使得學(xué)生對作品既有定量評價，又有定性評價。通過對比研究發(fā)現(xiàn)評價結(jié)果更加趨于合理。

總之，通過對網(wǎng)絡(luò)課程的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，可為教師提供如學(xué)生在線參與學(xué)習(xí)活動情況、學(xué)生的學(xué)習(xí)偏好、學(xué)習(xí)效果等信息，通過這些信息教師可以進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)策略，以提高教學(xué)效果和質(zhì)量。通過研究發(fā)現(xiàn)教師在課程中的主導(dǎo)作用在逐漸淡化，成為了課程設(shè)計的“幕后導(dǎo)演”，雖然沒有了“主演”的風(fēng)光，卻從更深層次決定了課程的質(zhì)量。

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