學習分析視角下測繪地理信息專業教學資源庫開發

黃 瑞，曾晨曦，李長青

(1. 揚州市職業大學,江蘇 揚州 225009； 2. 國家測繪地理信息局,北京 100830； 3. 北京工業職業技術學院,北京 100042)

學習分析視角下測繪地理信息專業教學資源庫開發

黃 瑞1，曾晨曦2，李長青3

(1. 揚州市職業大學,江蘇 揚州 225009； 2. 國家測繪地理信息局,北京 100830； 3. 北京工業職業技術學院,北京 100042)

針對專業教學資源庫建設及應用現狀，分析了項目建設在用戶服務面向、信息資源組織及學習過程指導中存在的不足；嘗試基于學習分析的數據采集、模型分析、可視化反饋等技術優勢開發學習平臺；實現了專業教學資源庫的個性化施教功能，實現了解決自我差異分析、自我評估及導向分析及自我預測及監控分析等問題；以測繪地理信息專業中《地理信息系統基礎》課程資源庫開發為例，就學習分析在專業教學資源庫中的平臺框架設計、平臺運行流程設計中的具體應用進行了實證說明。

學習分析；專業教學資源庫；個性化學習；學習變革

2010年教育部正式啟動了職業教育專業教學資源庫(簡稱“資源庫”)項目，截至2015年底，中央財政總計投入3.8億元建設資金，支持建設了71個不同專業項目[1]。目前已經建成的各類多媒體信息資源達33萬余條，綜合訪問量達8900萬人次。資源庫項目的開展對規范專業教學要求、強化行業職業技能、共享優質教學資源、滿足學生自主學習，以及為培養高技能人才搭建終身學習平臺起到了重要作用[2-3]。然而，隨著用戶認識水平的提升和項目建設的不斷深入，資源庫項目正在被賦予更高要求，一些受傳統技術限制形成的建設瓶頸，正亟須引入新技術加以解決。學習分析(learning analysis,LA)在國際上被稱為“自學習管理系統問世以來，教育技術大規模發展的第三次浪潮”[4]。LA在學習信息采集、分析、評估及引導方面具有獨特的技術優勢，如何將LA引入資源庫項目開發中，對于解除項目發展技術瓶頸、提升項目建設績效具有重要意義，而目前關于這方面的探討較有限。本文嘗試基于學習分析，開展測繪地理信息專業教學資源庫的開發。

1 面向用戶需求，資源庫項目開發存在的不足

2010年《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020年)》指出：“資源庫項目建設的中心任務是為全國范圍內的教師教學、學生學習、企業員工培訓、社會愛好者學習提供優質專業教學資源，提供跨學校、跨地區，時時、處處、人人的無界化服務”[5]。這一建設目標從應用角度又可以具體為4類用戶的不同需求，即通過項目建設，教師可以豐富備課授課素材，提升專業教學水平，歸納專業發展資訊，以及完善人才培養方案；學生可以延展課堂學習空間，分享優質教學資源，提供個性學習引導，以及拓寬自主學習通道[6]；企業員工可以理解基礎作業原理，解答實際工作難題，建立行業全貌認識，以及搭建終身學習平臺；社會愛好者則可以開展基礎科普學習，理解相關生活熱點，探究問題解決方案，以及積累行業入門知識。雖然資源庫項目已經取得顯著成效，但項目的開發尚存在3方面的不足。

1.1 成果設計定位單一，服務面向局限

筆者整理分析了2011—2014年16個資源庫項目的申報資料。各院校在申請之初，針對4類用戶需求，提出了針對性的建設內容，然而在實際建設過程中，受制于建設人員、時間及技術條件的限制，成果服務面向單一的缺點非常明顯。資源庫建設由最初的“學習中心”弱化為“素材中心”，項目成果成為僅能滿足課堂教學、教師遴選素材的倉庫，而非引導4類用戶開展自我學習的交流平臺。服務面向單一化在很大程度上限制了有效用戶數的發展，局限了成果的服務效應。

1.2 資源開發缺乏導向，有效資源不足

目前資源庫項目開發存在“重建輕用”的傾向[7]，導致有的項目成果總量達到TG級，但滿足用戶需求的有效資源卻不足。究其原因：首先，資源組織更多遵循傳統課程教學中的邏輯關系，未反映用戶的實際使用需求，用戶在海量信息中難以找到目標資源；其次，單個資源建設過于追求高清教學視頻、三維動畫等新技術應用，有的項目這部分支出甚至占總費用的60%[8]，但是學習者真正需要的學習資料，如講解文字表達、教學案例選取、實驗數據組織等則缺少足夠重視。這都造成項目成果總體上雖有亮點，但整體質量堪憂。

1.3 過程學習缺乏指導，個性教學缺失

資源庫成果學習是一種長期的過程學習行為，為了提升學習效果，需要開展及時有效的過程指導[9]。目前的教學指導評估方式(如考試)，實際上屬于事后評價。這種評價行為具有滯后性，難以形成有效指導[10]。資源庫學習平臺中，應該嵌入學習指導模塊，通過相關技術手段，及時收集、整理學習過程中的相關數據，開展學習者行為分析，根據學習者的知識結構和能力，推送恰當學習資料，并監督評價學習過程，將測評結果以直觀形式反饋學習者，幫助學習者建立正確的學習方式，以提高學習績效。

2 學習分析與專業教學資源庫開發

LA的研究對象是學習者及其所處的環境，其目的是通過整理分析學習過程中的行為數據，預測評估學習過程中存在的問題，幫助學習者優化學習狀態及效果[11]。LA為解決不同類型用戶之間的差異分析、學習過程中的評估和引導分析、學習效果的預測及監控分析提供了技術可能。LA主要通過采集學習者年齡、性別、學習內容、學習時間及具體任務的完成情況等信息，存儲建立學習者基礎檔案，并在此基礎上判斷不同用戶的學習特征，實現不同類型學習者的差異化學習；在具體學習過程中，LA通過記錄學習過程中的相關數據，開展聚類、規則推理等模型分析，客觀、準確地判斷學習者當前狀態，準確推送目標學習資源，降低學習者的主觀隨意性，提供實時、過程性指導，幫助其合理定位和優化知識結構；在學習效果的評定和監測環節，LA通過學習平臺記錄的不同知識點掌握情況、解答時間及應用水平等評測數據，融合回歸分析、人工智能算法及人工神經網絡等技術手段，對學習過程開展預測和監控，鑒別出影響學習績效的因素，逐步提高學習者的知識結構。

3 基于LA的專業教學資源庫設計

2011—2013年，筆者團隊完成了工程測量專業教學資源庫開發建設，2016年又啟動了測繪地理信息專業教學資源庫項目開發。針對前次項目建設中存在的技術局限，本次嘗試將LA引入新項目的開發中，本文以《地理信息系統基礎》課程資源開發為例，具體說明開發思路。

3.1 平臺功能框架設計

《地理信息系統基礎》課程教學資源庫設計整體上要求簡潔、清晰地幫助學習者從海量信息中提取出有價值信息。為了實現該目標，如圖1所示，借鑒以往項目開發經驗[12]，提出在平臺設計中，將整體框架劃分為數據層、分析層、報告層、干預和適應層4個層次。數據層主要收集、整理課程資源學習過程中的相關數據，包括數據倉庫中的基本信息數據，網絡服務器中的用戶瀏覽日志，以及學習分析技術應用的其他信息；在分析層，由該層的分析引擎，通過分析模型開展數據分析；在報告層，根據4類學習用戶的不同需求，通過可視化工具，呈現各種數據的分析結果，并通知特征人群；最后在系統的干預和適應層，依據報告層獲得的學習分析結果和個人學習特征來量身定制學習方案，如可以根據學習者不同的學習能力和學習習慣，為他們推薦感興趣的教學內容和相關資料，完成個性化學習目標。

圖1 平臺整體設計

從這一思路出發，本次項目開發以Moodle平臺為基礎，設計時參考了美國《基于教育數據挖掘和學習分析促進教與學》報告[13]中自適應學習系統案例，并根據課程特點，對系統中的專題模塊作了較大修改。平臺設計根據學習者基礎及學習特征進行動態分層，為每個層級的學習者推送個性化學習資源，定制學習路徑，使每個學生都能找到自己的“最近發展區”[14]，充分發揮學習潛能，逐步超越知識邊界，從而不斷實現階躍式發展。此外，學習平臺還增加了助手功能模塊，平臺信息經過助手功能模塊智能處理后，把信息分別推送給不同學習者。而在教學輔導端，助手功能模塊可根據學習者的在線學習情況，反饋學習現狀，幫助教學輔導人員制定更合理的施教措施。

3.2 平臺的運行流程設計

平臺的運行流程如圖2所示。①學習者確定，4類學習者在初次登錄時，需填寫反映個人信息的基本信息量表，以明確學員的身份信息、學習風格及興趣偏好，為確定合理的學習導航方案提供信息依據；②初始能力評估，在具體教學課程開始之前，需要對學習者初始能力進行分析，通過設置難易等級不同的測試題，確定學習者的初始認知水平；③登錄學習，首次登錄學習后，進行所羅門學習風格量表測試，明確學習者學習風格，并將測評結果存放于個人信息檔案中； ④教學設計， 《地理信息系統基礎》課程是測繪地理信息專業的一門基礎專業課，根據4類用戶的學習需要，教學內容組織以實踐操作課程為主，理論指導課為輔，課程內容設計如圖3所示，圍繞空間數據采集、空間數據編輯、空間數據管理、空間數據查詢與分析及地理信息產品輸出等7個大方面組織，共設計為28個一級學習情境，每個學習情境服務單個具體知識點的理論講解與實踐操作，以任務驅動的教學形式指導學員完成學習任務；⑤推薦學習內容，基于LA中的社會網絡分析法、內容分析法及話語分析法等技術手段對學生的個性化特征進行模型化處理，對學習者行為進行分析，為學習者推薦合適的學習內容，對學習結果進行判斷和科學預測；⑥了解學習進度及狀態，教學者通過學習數據分析，掌握學習者的學習需求及規律，為不同學習者推送恰當的個性化學習資源、學習路徑，營造個性化學習環境，同時通過多元統計、因子及相關分析歸納影響學習績效的影響因素，預測教學效果，進行學習過程干預，以提升個體智慧發展；⑦學習測評及再學習，單元學習內容結束后進行實時測評，并將測評結果存放于學習者信息檔案中，所有分析結果也可以進行可視化呈現，學習者可以了解自身學習進度及知識掌握情況。以便有針對性的調整學習方案，提升再學習效率。

圖2 平臺運行流程

4 結 語

LA在專業教學資源庫開發中的應用，開辟了資源庫項目成果個性化學習的新途徑，較之傳統的資源庫項目開發，它真正促成了“以學習者為中心”學習模式的建立。由于個性化學習的開展本身需要較復雜的技術條件，LA在我國目前仍處于理論分析及應用的初步嘗試階段，可供借鑒的成熟案例較少，本次項目開發處于中期開發階段，因此項目研究的基礎數據在全面性和準確性方面還存在局限，如目前收集的數據基本僅來自于學生用戶的操作數據，并不能反映用戶數據的全貌特征。另外在數據分析階段，如何建立數據與學習結果之間的量化關系也是LA亟待解決的技術問題。在后續研究中，將嘗試引入“人腦機接口技術”“智能學習技術”，推進LA在測繪地理信息專業教學資源庫項目開發中的進一步研究。

圖3 課程內容設計

[1] 魏順平,王博,侯小菊. 基于大數據的職業教育專業教學資源庫運行監測設計研究[J].中國遠程教育(綜合版),2016(6):68-72.

[2] 張美娜，王彤，歐陽偉，等. 高職道橋專業信息化共享教學資源建設研究與實踐[J].中國職業技術教育,2015(2)：32-35.

[3] 孟麗，白玲，楊偉銘.e-Learning在測繪專業教育中的應用研究[J].測繪通報,2007(5):73-76.

[4] 祝智庭，沈德梅. 學習分析學：智慧教育的科學力量[J].電化教育研究，2013(5)：5-12.

[5] 李利平.高教育專業教學資源庫建設的改革思考[J].中國高教研究,2011(6)：90-91.

[6] 趙紅,李敬軍.測繪專業人才培養模式的探索與實踐[J].測繪通報,2013(1)：101-103.

[7] 楊誠. 高職專業教學資源庫建設探析[J].職教論壇,2015(14):89-92.

[8] 魏民.提高職業教育信息化水平加快推進現代職業教育體系建設[J].中國職業技術教育,2014(21)：221-226.

[9] 蔣慧峰.基于學習者視角的學習分析技術優勢研究[J].成人教育,2016,36(1):23-25.

[10] 何克抗.“學習分析技術”在我國的新發展[J].電化教育研究,2016(7):5-13.

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[13] BIENKOWSKI M,FENG M. Enhancing Teaching and Learning Through Educational Data Mining and Learning Analytics: Anissue Bief[R]. Washington, DC:SRI International,2012.

[14] 穆肅,左萍萍.信息化教學環境下課堂教學行為分析方法的研究[J].電化教育研究,2015(9):62-69.

DevelopmentoftheMajorTeachingResourceLibraryofSurveyingandMappingGeographicInformationfromthePerspectiveofLearningAnalysis

HUANG Rui1,ZENG Chenxi2,LI Changqing3

(1. Yangzhou Polytechnic College, Yangzhou 225009, China; 2. State Bureau of Surveying, Mapping and Geoinformation, Beijing 100830, China; 3. Beijing Polytechnic College, Beijing 100042, China)

According to the present situation of the construction and application of the major teaching resources library, this paper analyzes the problems existing in the construction, including the user service, the organization of information resources and the guidance of the learning process. This paper tries to develop a learning platform based on the data acquisition, model analysis and visual feedback. Besides, it tries to achieve the personalized teaching function and solve the problems such as self discrepancy analysis, self assessment and orientation analysis, self analysis and monitoring analysis. Therefore, a case study of the curriculum resources development on geographic information system in the major of surveying and mapping geographic information is introduced. This paper makes an empirical analysis on the application of learning analysis in the design of the platform framework and the design of the platform operation flow.

learning analysis；major teaching resources database；personalized learning；learning change

黃瑞,曾晨曦,李長青.學習分析視角下測繪地理信息專業教學資源庫開發[J].測繪通報，2017(11)：151-154.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0367.

P208；G64

A

0494-0911(2017)11-0151-04

2017-02-28

教育部工程測量專業教學資源庫建設(2011017);江蘇省國土資源與地理信息重點專業群建設(2012Z003)

黃 瑞(1980—)，男，博士，副教授，主要從事測繪地理信息專業教育。E-mail:1546028308@qq.com