數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用研究m

洪建峰

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)的普及，遠(yuǎn)程教育作為一種新興的教育手段和教育方式正迅猛發(fā)展，全國(guó)廣播電視大學(xué)系統(tǒng)、開(kāi)放大學(xué)系統(tǒng)、各高校網(wǎng)絡(luò)學(xué)院等，都在大力發(fā)展遠(yuǎn)程教育。遠(yuǎn)程教育是隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新型的教學(xué)形式。它與傳統(tǒng)教育的不同之處在于：人們可以不受時(shí)間和空間的限制，隨時(shí)隨地進(jìn)行交互式的學(xué)習(xí)活動(dòng)，獲取優(yōu)秀的教學(xué)資源，打破了傳統(tǒng)教育的時(shí)空限制，為學(xué)生提供了新的學(xué)習(xí)空間和時(shí)間，新的教學(xué)形式有利于學(xué)習(xí)者自學(xué)能力的增強(qiáng)、知識(shí)面的拓寬、綜合素質(zhì)的提高，遠(yuǎn)程教育推動(dòng)著高等教育的大眾化和終身化。

我們同時(shí)也看到，當(dāng)前的遠(yuǎn)程教育，主要依靠學(xué)習(xí)者的自主學(xué)習(xí)、學(xué)校小組的網(wǎng)上交流、學(xué)生與教師之間在網(wǎng)上互動(dòng)。由此可以看出，教師只能通過(guò)遠(yuǎn)程教育平臺(tái)，才能獲取學(xué)生學(xué)習(xí)情況，并根據(jù)學(xué)生對(duì)知識(shí)內(nèi)容的接受和掌握情況布置作業(yè)、制定答疑方案，更新網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)容，從而提高遠(yuǎn)程教育的教學(xué)質(zhì)量。但是遠(yuǎn)程教育中學(xué)生和教師的網(wǎng)上互動(dòng)，還不能做到課堂上那么直接、迅速，教師也不可能及時(shí)做出反應(yīng)和內(nèi)容調(diào)整。并且隨著遠(yuǎn)程教育的發(fā)展，遠(yuǎn)程教育人數(shù)的增多，學(xué)習(xí)者的各方面情況越來(lái)越復(fù)雜，如學(xué)習(xí)者的知識(shí)基礎(chǔ)、思維方式、接受能力、學(xué)習(xí)習(xí)慣、興趣愛(ài)好、生活條件等。如何能為每個(gè)學(xué)習(xí)者提供針對(duì)性強(qiáng)的遠(yuǎn)程教育服務(wù)，是一個(gè)十分值得研究的課題。

為此，現(xiàn)代開(kāi)放遠(yuǎn)程教育應(yīng)該由傳統(tǒng)教育的“以教師為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)習(xí)者為中心”，更好地為學(xué)習(xí)者提供各種教學(xué)支持服務(wù)。我們應(yīng)用的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育平臺(tái)，其后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中保存著大量與學(xué)生有關(guān)的數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)不是信息。我們要運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，從這些海量的數(shù)據(jù)中挖掘所蘊(yùn)涵的有益信息，并應(yīng)用到遠(yuǎn)程教育平臺(tái)上，為學(xué)習(xí)者提供更加優(yōu)質(zhì)的教育支持服務(wù)。

1 數(shù)據(jù)的挖掘

數(shù)據(jù)的挖掘，開(kāi)始于20世紀(jì) 80年代，伴隨人工智能技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，雖然發(fā)展歷史不長(zhǎng)，但在理論和技術(shù)上已取得重要進(jìn)展。數(shù)據(jù)挖掘就是從大量的、不完全的、噪聲的、模糊的、隨機(jī)的實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)中，提取隱含在其中、人們事先不知道的、但又是潛在有用的信息和知識(shí)的過(guò)程，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成有價(jià)值知識(shí)的一門(mén)新興技術(shù)。

1.1 數(shù)據(jù)挖掘的過(guò)程

數(shù)據(jù)挖掘的一般過(guò)程是：確定進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘的數(shù)據(jù)來(lái)源；對(duì)源數(shù)據(jù)的處理，即數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理和發(fā)現(xiàn)關(guān)系；建立模型，完善模型和應(yīng)用模型，如圖1所示：

圖1 數(shù)據(jù)挖掘過(guò)程

1) 確定數(shù)據(jù)來(lái)源：遠(yuǎn)程教育平臺(tái)除了是一個(gè)學(xué)習(xí)平臺(tái)以外，它還是一個(gè)豐富的數(shù)據(jù)源，其中隱藏著大量的有用數(shù)據(jù)。

2) 數(shù)據(jù)處理：對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行采集、預(yù)處理，從而發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。由于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是以單一的數(shù)據(jù)資源，以數(shù)據(jù)庫(kù)為中心進(jìn)行各種類(lèi)型的數(shù)據(jù)處理工作，而不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)處理有不同的處理特點(diǎn)，若數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)缺乏組織性，則數(shù)據(jù)庫(kù)中隱藏的信息將難以用查詢(xún)和統(tǒng)計(jì)方法展示出來(lái)。

采集數(shù)據(jù)是遠(yuǎn)程教育平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中隱藏著的大量數(shù)據(jù)，如每個(gè)學(xué)生以自己的學(xué)號(hào)、賬號(hào)登陸平臺(tái)，系統(tǒng)根據(jù)學(xué)號(hào)記錄學(xué)習(xí)行為，有訪問(wèn)時(shí)間、訪問(wèn)頻率、訪問(wèn)資源類(lèi)型、參加的 BBS、停留的時(shí)間等；數(shù)據(jù)預(yù)處理是對(duì)于遠(yuǎn)程教育平臺(tái)中記錄的各種數(shù)據(jù)，要先去掉原先無(wú)用的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)歸類(lèi)，為數(shù)據(jù)挖掘做準(zhǔn)備。發(fā)現(xiàn)關(guān)系是發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)程教育平臺(tái)數(shù)據(jù)中的關(guān)系，如學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為與資源類(lèi)型的關(guān)系等。

3) 建立模型：根據(jù)數(shù)據(jù)關(guān)系，建立模型，并對(duì)模型進(jìn)行完善，以便能滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的要求。

4) 應(yīng)用模型：對(duì)建立的模型，應(yīng)用到實(shí)際系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)遠(yuǎn)程教育平臺(tái)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，可以直接應(yīng)用到平臺(tái)的功能建設(shè)與更新。

1.2 數(shù)據(jù)挖掘的方法

數(shù)據(jù)挖掘方法可分為描述、分類(lèi)、聚類(lèi)或發(fā)現(xiàn)關(guān)聯(lián)規(guī)則和序列模式等。

1) 關(guān)聯(lián)分析：是為了挖掘出隱藏在數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系，找到隱藏的關(guān)聯(lián)規(guī)則。

2) 序列模式分析：分析數(shù)據(jù)間的前后或因果關(guān)系,就是在實(shí)踐數(shù)據(jù)中，找到那些“一些項(xiàng)跟隨另一些項(xiàng)”的內(nèi)部事務(wù)模式。學(xué)習(xí)活動(dòng)序列模式挖掘問(wèn)題由于其數(shù)據(jù)源和需要挖掘的模式的特殊性，許多問(wèn)題有待解決。如訪問(wèn)序列的集成，學(xué)生感興趣的序列模式上的約束表達(dá)及帶約束的序列模式挖掘算法等。

3) 分類(lèi)和聚類(lèi)分析：其輸入集是一組記錄集合和集中標(biāo)記，所謂標(biāo)記是指一組具有不同特征的類(lèi)別。目前，已有很多種分別分析模型得到應(yīng)用，其中的幾種經(jīng)典模型是線形回歸模型、決策樹(shù)模型、基于規(guī)則的模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。聚類(lèi)分析法不同于分類(lèi)規(guī)則，其輸入集是一組未標(biāo)定的記錄，也就是說(shuō)次數(shù)輸入的記錄還沒(méi)有進(jìn)行任何分類(lèi)。其目的是根據(jù)一定的規(guī)則，合理地劃分記錄集合，并用顯式和隱式的方法描述不同的類(lèi)別，目前已開(kāi)發(fā)出很多的聚類(lèi)分析工具。

4) 孤立點(diǎn)分析：經(jīng)常存在一些數(shù)據(jù)對(duì)象，它們不符合數(shù)據(jù)的一般模型。這樣的數(shù)據(jù)對(duì)象被稱(chēng)為孤立點(diǎn)，它們的數(shù)據(jù)與其他部分不同或不一致。在遠(yuǎn)程教育中存在的孤立點(diǎn)學(xué)生、教師可以對(duì)其情況進(jìn)行具體分析給予指導(dǎo)，也可以合理的排除它們，使孤立點(diǎn)的影響最小化。

2 數(shù)據(jù)挖掘在遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用

數(shù)據(jù)挖掘在現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育中有很多應(yīng)用，以?xún)蓚€(gè)方面為例，介紹其模型在實(shí)際中的應(yīng)用。

2.1 學(xué)習(xí)者個(gè)性化服務(wù)的應(yīng)用

要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教育個(gè)性化服務(wù)，關(guān)鍵是在學(xué)習(xí)個(gè)體的數(shù)據(jù)進(jìn)行差異化的分析與處理。首先，需要對(duì)參加學(xué)習(xí)的個(gè)體情況進(jìn)行分類(lèi)與安排相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)程；其次，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，知識(shí)表示的內(nèi)容需要根據(jù)對(duì)學(xué)習(xí)者的個(gè)性要求具有不同的形式；最后，就是要對(duì)每個(gè)階段的學(xué)習(xí)進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)估與反饋。我們確定學(xué)生的注冊(cè)信息（如學(xué)生在申請(qǐng)接受遠(yuǎn)程教育時(shí)提交的個(gè)人注冊(cè)信息，包含性別、年齡、文化程度、興趣愛(ài)好、學(xué)習(xí)目的等），學(xué)生的行為信息（如學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的時(shí)間、活動(dòng)記錄、測(cè)試情況等）以及課件庫(kù)（如各類(lèi)例題、自測(cè)題、圖片、動(dòng)畫(huà)、音頻、視頻等教學(xué)素材）等為數(shù)據(jù)源。

利用數(shù)據(jù)挖掘的基本方法，根據(jù)學(xué)生的興趣愛(ài)好和自身情況對(duì)學(xué)生進(jìn)行分類(lèi)，為學(xué)生推薦有關(guān)課程、知識(shí)點(diǎn)或者學(xué)習(xí)資源，并在學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中利用分類(lèi)和聚類(lèi)分析不斷調(diào)整，因材施教，傳給不同類(lèi)型的學(xué)生不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容；根據(jù)學(xué)生的問(wèn)題、測(cè)試成績(jī)挖掘關(guān)聯(lián)規(guī)則，給學(xué)生指出沒(méi)有掌握的知識(shí)點(diǎn)和學(xué)習(xí)建議，并且可以提供給學(xué)生針對(duì)沒(méi)有掌握的知識(shí)點(diǎn)的補(bǔ)充資源，以便學(xué)生盡快掌握；教師根據(jù)每個(gè)學(xué)生的個(gè)性、學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)反饋，及時(shí)調(diào)整教育策略，制定適合學(xué)生個(gè)性的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)活動(dòng)等。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用使遠(yuǎn)程教育能夠根據(jù)學(xué)生的具體情況安排教學(xué)，因材施教、最大可能地提高遠(yuǎn)程教育的作用和效率，推動(dòng)高等教育的大眾化和終身化。

2.2 教學(xué)資源建設(shè)的應(yīng)用

在教學(xué)資源建設(shè)方面，我們以遠(yuǎn)程教育平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)為數(shù)據(jù)源，以學(xué)習(xí)者的網(wǎng)上學(xué)習(xí)行為為數(shù)據(jù)源，尋找學(xué)習(xí)者關(guān)注度（學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)時(shí)間為指標(biāo)）與教學(xué)資源建設(shè)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立模型，從而來(lái)調(diào)整教學(xué)資源的建設(shè)策略，從而提升教學(xué)資源的質(zhì)量。

采集學(xué)校直屬學(xué)院，2008年級(jí)會(huì)計(jì)學(xué)專(zhuān)業(yè)284名學(xué)生的網(wǎng)上學(xué)習(xí)時(shí)間為數(shù)據(jù)源，以2012年秋季學(xué)期，共有7門(mén)課程供學(xué)生學(xué)習(xí)，全學(xué)期7門(mén)課程共有87364人次的訪問(wèn)量，學(xué)生在線學(xué)習(xí)總時(shí)間達(dá)到5577.48個(gè)小時(shí)。各課程學(xué)生上網(wǎng)時(shí)間分布情況，如圖2所示：

圖2 各課程學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間總數(shù)分布情況

從圖2中可看出，課程二、課程四比較受到學(xué)生的歡迎與關(guān)注。分析原因后發(fā)現(xiàn)，課程二為《審計(jì)案例分析》，課程四為《會(huì)計(jì)案例分析》，而這2門(mén)課程資源中包含有各種案例與分析，教學(xué)內(nèi)容比較吸引學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。

再以對(duì)課程二的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，我們進(jìn)行了詳細(xì)分析，學(xué)生對(duì)各個(gè)學(xué)習(xí)欄目關(guān)注度情況，如圖3所示：

圖3 學(xué)生在各個(gè)欄目學(xué)習(xí)時(shí)間分布比例情況

從數(shù)據(jù)中，可以看出，學(xué)生對(duì)教學(xué)輔導(dǎo)的關(guān)注度要比其他的內(nèi)容要明顯得多，因?yàn)榻虒W(xué)輔導(dǎo)內(nèi)容是課程學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容，其包含有各種教學(xué)知識(shí)點(diǎn)、教學(xué)難點(diǎn)與教學(xué)重點(diǎn)，而交流互動(dòng)方面，也深受學(xué)生的關(guān)注，特別是實(shí)時(shí)在線交流與非實(shí)時(shí)在線提問(wèn)、答疑對(duì)學(xué)生幫助都比較大，所以深受學(xué)生的關(guān)注。在線測(cè)試為檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果的重要手段，結(jié)合記分作業(yè)、單元測(cè)試等內(nèi)容，與學(xué)習(xí)者的最終成績(jī)有密切關(guān)系，也受到學(xué)習(xí)者的關(guān)注。

對(duì)教學(xué)輔導(dǎo)的內(nèi)容再進(jìn)行分析，教學(xué)輔導(dǎo)的內(nèi)容主要包含有：教學(xué)文檔、教學(xué)PPT、教學(xué)視頻、案例分析以及其他內(nèi)容等組成。學(xué)生對(duì)各種教學(xué)內(nèi)容的關(guān)注度情況，如圖 4所示：

圖4 學(xué)生對(duì)各類(lèi)教學(xué)內(nèi)容的關(guān)注情況

教學(xué)文檔主要展示的課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)，受到的關(guān)注度也比較高，教學(xué) PPT可通過(guò)下載到本地后再觀看，學(xué)生在線觀看比較少。教學(xué)視頻是教學(xué)的重要內(nèi)容，受到學(xué)習(xí)者的重點(diǎn)關(guān)注，有36%多的學(xué)習(xí)時(shí)間在觀看視頻。案例分析的內(nèi)容具有實(shí)用性，所以，也能吸引學(xué)生的關(guān)注。

3 總結(jié)

通過(guò)對(duì)學(xué)生大量反饋信息的提取建立數(shù)據(jù)模型，把無(wú)以計(jì)數(shù)、若隱若現(xiàn)的信息碎片組合成具有決策價(jià)值的信息拼圖，數(shù)據(jù)挖掘?yàn)槲覀兲峁┝艘环N新的思路。

遠(yuǎn)程教育教學(xué)活動(dòng)作為一個(gè)有機(jī)的整體，各教學(xué)環(huán)節(jié)之間有密切的關(guān)系，這種關(guān)系是提供個(gè)性化教育的關(guān)鍵，個(gè)性化的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)，將是一個(gè)具有智能的系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠根據(jù)學(xué)生的不同個(gè)性特點(diǎn)和需求進(jìn)行教學(xué)與提供幫助，使得學(xué)生學(xué)習(xí)，從原來(lái)被動(dòng)的信息索取轉(zhuǎn)變成主動(dòng)獲取信息。同時(shí)根據(jù)學(xué)生比較關(guān)注的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容建設(shè)的策略，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)習(xí)效果，推動(dòng)課程建設(shè)，促進(jìn)遠(yuǎn)程教育的發(fā)展。

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