基于電子書包大數據下的個性化學習研究

（渤海大學教育與體育學院，遼寧錦州121000）

一、前言

大數據時代的到來，使人才的需求量日益增加，社會開始呼吁要有全新的教育教學手段，充分利用大數據的優質資源，培養有個性、有創新精神的人才，來適應未來社會的信息化與知識化的改革。個性化教育已經是當今世界教育范圍內被看好的教育主題。2006年，歐洲經合組織（OECD）發表意見報告《面向明日之學校教育個性化》，就將個性化教育作為應對時代變革的重要教育議程。認為“一刀齊”的學校只適合組織安排，既不適合個人需要，也和知識社會的發展格格不入[1]。我國政府也曾在2010年發布《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》，并提出要關注學生不同特點和個性差異，發展每一個學生的優勢潛能，鼓勵個性化發展，為每個學生都能提供相對適合的教育[2]。大數據的發展為個性化學習與教學提供了可能，電子書包作為大數據環境下學生發展個性化學習、教師發展個性化教學的一種教學工具，也對個性化學習的結果有良好的促進作用，使得個性化學習能夠更好地發展。

二、電子書包和教育大數據的基本構成與解析

（一）電子書包的概念

電子書包可以說是主要針對小學教育的一種教學載體，致力于推進教育的信息化，提高學校和家庭教育之間的配合度，可以提供豐富的信息化資源。當然，這只是針對電子書包廣義上的一種解釋，關于電子書包真正的概念，學術界現在還并未有統一的觀點。有人認為電子書包即利用信息化設備進行教學的便攜式終端，認為它是學生個人學習的一種環境[3]；也有人認為它是一種以學生為主體，利用大量的優質教育資源，對學生課前預習、課中學習和課后預習提供教學指導的一種教學載體；更有人認為電子書包是在大數據的支持下，包含個人式的學習和交互式學習的工具，支持移動學習甚至終身學習的數字化學習空間，它所涵蓋的知識廣泛，資源優質，內容豐富[4][5]。其實，從不同研究者對電子書包的解釋中不難看出，不管有多少種定義，最終的目的都是促進學生個性化學習。

（二）大數據的概念

大數據在近幾年來被許多的研究者所關注，它是在數據集的急劇擴展和匯聚的引領下，從數據科學中發展形成的一個研究前沿。對于到底什么是大數據？研究者們也還沒有給出一個統一的定義標準。大數據具有著數據量大、數據類型多、數據處理快速和數據價值密度低的4V特征，因此它能夠對數據進行實時的處理。另外大數據技術還包含四個模塊的內容，即數據獲取、數據存儲、數據分析和數據應用，它們之間保持著循序漸進的關系，而且還能做到兩兩模塊之間的反饋和交互，如下圖1所示。

圖1 大數據技術模塊的構成及關系

（三）大數據的基本構成

教育大數據主要由以下幾個模塊組成：

1.數據獲取模塊

數據的獲取主要有三個范疇。首先是數據捕獲，主要以鍵盤記錄器、鼠標點擊流、觸屏捕獲器等作為獲取數據的方式，而捕獲的數據都來自于學生平時使用的平板、智能手機等移動終端設備。其次是多感知數據，主要以視覺探測、重力感應、遠程視頻交互為獲取方式，它主要借助電子書包的攝像和感應功能來對學生的外部行為進行記錄。最后是實時傳感數據，以實時定位數據、實時圖像顯示、及時反饋為獲取方式，利用電子書包中的定位系統、圖像傳感器、智能網絡的支持來反饋數據。

2.數據存儲模塊

學生通過使用電子書包產生的大數據，需要數據服務、數據管理、平臺管理和云計算等進行存儲。在數據服務方面主要以平臺數據服務、軟件數據服務、終端設備數據服務為存儲方法，通過電子書包數據平臺來服務學習管理系統。在數據管理方面能夠使電子書包中的電子學檔數據庫通過數據索引、數據倉庫、數據檢索和導航的方式，對數據進行存儲。在平臺管理方面通過教育云服務平臺對數據進行快速準確地計算。在云計算方面可通過私有云、公共云和混合云的方式對數據進行存儲。

3.數據分析模塊

數據分析模塊主要有四種分析方式。首先是相關分析，是以關聯規則分析、序列節點分析、社會網絡分析為分析方法，從學習者通過電子書包的學習軌跡和學習行為來分析學習者對知識的掌握情況，包括學習者的學習內容、學習方式以及學習結果等。然后是模式分析，是指以數據建模、仿真模擬、拓撲分析作為分析方法，對學習者的圖像、語音和通信進行數據分析，以實現智能化的識別與判讀。其次是預測分析，是指以決策樹、回歸分析和時序分析作為分析方法，對學習者已經產生的學習記錄進行學習結果的分析預測。最后是文本挖掘，以文本聚類、觀點分析、概念挖掘為分析方式，通過對學生學習過程中產生大量的文本進行挖掘整理，來對學生的知識水平和掌握知識的情況進行分析。

4.數據應用模塊

數據應用模塊是對數據分析的結果進行決策和應用。在學習分析方面，主要是通過建立學習檔案等對學生的課堂學習、知識點的掌握等進行查閱分析，以了解學生的學習情況，并給學習者提供智能評估和反饋。個性化服務是指為學生提供個性化學習方案以及個性化評價方案和資源推薦等，來促進學習者的個性化學習，提高他們的創新能力[6]?；跀祿臎Q策是指通過調整教學目標、實施干預管理和開展課后補救來對學生在學習過程中出現的問題進行適當的調整。

三、電子書包大數據下個性化學習的發展契機

（一）教育信息化要求學生要個性化發展

《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》在基礎教育信息化發展水平框架中提到，學校教育方式的改革要在學生多樣性、個性化學習方面的改革上得到突破?！熬W絡學習空間人人通”作為“十二五”教育信息化建設“三通兩平臺”的一個重要的組成內容，為學生的個性化學習提供了更廣泛的學習空間[7]。從國家關于教育信息化的政策就可以看出，個性化學習已經越來越成為國家發展創新型人才的一種必要的途徑，而促進學生的個性化發展也正體現了國家政策的宗旨。

（二）電子書包大數據為學生個性化學習提供方便條件

隨著網絡的發展，無疑給教育帶來了很多的優勢。而電子書包的出現，更是給學習者和教育者提供了更有效的學習模式。從學生的角度說，電子書包是個人的學習空間，學生可以根據自己的方式去進行學習，電子書包中包含的學習資源可以給其帶來更廣闊的想象空間，促進其個性化發展。從教育者的角度說，電子書包可以幫助他們對學習者的學習行為進行分析，為教育者培養學生的個性化創新能力提供幫助。盡管現在業界對于電子書包沒有一個統一的定義，但是電子書包確實是為學生的個性化發展提供了有效途徑。

四、電子書包大數據下學生學習行為的分析

（一）在內容上的分析

電子書包的學習內容包括了四點。首先，主要是基于交互式的電子教材中的知識點進行學習，在學習的過程中，學習者可以對這些知識點進行重點標記，并進行相互交流，而這些學習行為生成的大數據信息可以被看做是對大數據中教學教材的總結。其次，是從教學的數字資源方面分析，數字資源系統包含了課件、視頻點播和課外內容，這些數據記錄的是學生學習過的視頻或者是在交互學習之后完成的測試、學生當前學過的課外資源等。然后，是從作業與考試系統方面分析，這里主要包括了學生日常的作業和各類考試的測評，產生的數據信息是對學習者學習結果、測評結果等的記錄。最后，從互動交流系統分析，這里面主要包括了互動答題解疑、學習社區、家校交流等內容，生成的信息數據可以看做是學生之間、學習環境之間互動交流的記錄[8]。

（二）在類型上的分析

電子書包學習行為大數據的類型分析，主要是基于學生自身選擇的學習類型。這主要包括學習者學習終端中所包含的視音頻資源、圖片類資源、數字動畫類資源以及文本類資源這四種資源。其中視音頻類資源、數字動畫類資源包含的內容主要都是來源于電子教材系統和數字資源系統，圖片類資源的來源除了電子教材系統和數字資源系統之外，還來源于作業與考試系統，它們的資源主要生成半結構化或非結構化數據。而文本類資源主要來源于電子教材系統、數字資源系統等，文本類的資源主要生成結構化數據[9]。

（三）在實時處理上的分析

電子書包在實時處理學習行為上的分析主要體現在個性化學習內容的實時交互、練習評測及時反饋和學習交流同步互動等方面。其中，學習內容的實時交互，體現在電子教材系統和數字資源系統，主要包括一些數字、文字、學習內容圖片和視頻的交互，這些交互信息促成了電子書包中數據的交互。練習評測及時反饋體現在作業與考試系統中，主要包括實時練習、在線評測、對學生學習與練習結果進行解析等，這些信息促成電子書包中及時反饋的大數據。學習交流同步互動體現在互動交流系統中，主要包括實時的交流、解疑、同步的討論等，這些信息促成電子書包中同步互動的大數據[10]。

可以看出，電子書包所含有的學習數據符合大數據大量化、多樣化、實時處理的特點。所以這些數據對于學習者的學習行為，特別是在培養學習者個性化學習和多元化學習方面提供了支持。

五、電子書包大數據下個性化學習的設計

（一）個性化學習設計的影響因素

個性化學習環境的設計對于個性化學習設計來說，是必不可少的一個影響因素，只有把對學習環境的設計做的恰到好處，這樣才能更有利于個性化學習的全面建設。學習環境設計包含著許多方面，我們可以把學習環境設計簡單地分為在學習內容、學習工具、學習活動、學習策略等方面的設計，如下圖2所示。

圖2 學習環境設計

（二）個性化學習環境的設計

1.學習內容的設計

個性化學習的內容來源主要是電子書包中的電子教材和數字資源。所以學習內容的設計一定要能夠使學習者在這種大數據的支持下自主地選擇學習內容，并且能對學習者所選學習內容進行及時的反饋。通過分析學習者對所選內容的學習行為、學習進度、資料的查閱進行整理和分析，進而得出學習者自主選擇學習的最終情況，并能夠根據分析得出的數據給出相應的解決途徑或建議。

2.學習工具的設計

學習工具的設計一定要注意符合學習者的學習興趣，在現有的平板電腦或者一些移動終端的學習工具的使用中，教育者一定要充分利用這些教學工具，使它們與教學活動緊密結合。除此之外，在學習工具的設計中，一定要考慮資源整合的問題，最大限度地讓學習工具與豐富的資源有效結合，帶給學生最優質的學習資源，讓學習者的學習感受更強烈，更適應學習工具。

3.學習策略的設計

構建個性化的學習環境，學習策略的設計是必不可少的。學習策略的設計可以體現在以下兩個方面，一個是學習者的知識攝取階段。在這一階段里，學生根據學習的策略能夠自主選擇要學習的內容，掌握學習的重點，找到適合自己的學習模式，有利于學生個性化學習的實現。第二個就是在學習結束之后的評價階段，在整個學習過程中，生成對學生的每一個知識點的學習記錄，教師更清楚地掌握學生對自主選擇的學習內容的理解情況，并能夠對學習的效果進行評價，把每一次的評價結果存儲到數據庫中，在學習的最后總結評價階段給學習者提出個性化的評價，有利于學習者在個性化學習中創造能力的提高。

4.學習活動的設計

個性化學習活動的設計對學生的學習興趣有積極的促進作用。它與學習工具有異曲同工之妙，都更加有利于學習者吸引知識，一個好的學習活動的設計會在學習的開始就把學習者帶入到學習中去，再加上學習工具的運用，就可以更有利于學生對自主選擇的學習內容的掌握，滿足學習者的多方位需求與學習目標[11]。在培養學生自主學習和獨立思考能力的同時，也可以反映學生真實的學習情況，有利于對學生的學習情況作出判斷并給出建議。

六、結語

電子書包的大數據對于個性化學習有著促進作用，從電子書包的發展到與大數據的結合，這些都是教育信息化希望看到的成果。大數據的發展給學習資源的獲取、應用和分析帶來了巨大的便利。而通過對大數據的使用，使得學生的個性化學習無論是從學習行為上來說還是從學習環境上來說，都取得了不錯的進展。不論是學習資源的獲取還是學習環境的設計，目的都是培養學生的創造能力，促進學生的個性化發展，而電子書包在大數據環境下的出發點也恰好為目的的實現提供可能。當然，電子書包大數據的學習模式現在還只是處于初級階段，家長和社會的懷疑或是一些客觀因素的影響，使得電子書包還沒有得到全面的發展。就遼寧省來說，電子書包的使用也只在少數，但不可否認的是，隨著大數據時代的發展，信息化設備與個性化學習的結合，一定會是促進學生個性化發展必不可少的途徑。