智能化數(shù)據(jù)挖掘?qū)W習(xí)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

羅利能，吳秋蓉，石瑩禹，徐浩霖，李鄉(xiāng)儒，肖江平，彭婉芬

(1.華南師范大學(xué) 數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510631；2.華南師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，廣東 廣州 510631；3.廣州犀靈信息科技有限責(zé)任公司，廣東 廣州 511458)

0 引 言

近年，隨著人工智能(AI)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、智能機(jī)器人、電力和綜合能源系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域中的成功應(yīng)用與突破[1-3]，AI技術(shù)不僅成為眾多企業(yè)確保競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵，也成為國(guó)家戰(zhàn)略的重點(diǎn)內(nèi)容。2018年4月，人民日?qǐng)?bào)海外版報(bào)道了AI近年的快速發(fā)展與相關(guān)專(zhuān)業(yè)人才的巨大缺口。另外，據(jù)人工智能人才白皮書(shū)[4]顯示，2017年前10個(gè)月內(nèi)AI人才需求量已經(jīng)大約達(dá)到了2016年的2倍，2015年的5.3倍。因此，以機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘和大數(shù)據(jù)分析等為代表的AI技術(shù)受到了廣泛關(guān)注，并導(dǎo)致了社會(huì)對(duì)相關(guān)技術(shù)崗位需求的急劇增加和嚴(yán)重的AI人才緊缺。

2019年教育部確定AI為新增重點(diǎn)支持領(lǐng)域，納入“國(guó)家關(guān)鍵領(lǐng)域急需高層次人才培養(yǎng)專(zhuān)項(xiàng)招生計(jì)劃”，希望高校能為國(guó)家關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域儲(chǔ)備戰(zhàn)略人才。因此，國(guó)內(nèi)各大高校紛紛開(kāi)設(shè)與AI相關(guān)的專(zhuān)業(yè)、學(xué)院。特別是，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的普及、教育信息化的深入推進(jìn)，人工智能類(lèi)人才的培養(yǎng)方式經(jīng)歷了許多變革。例如，在學(xué)習(xí)環(huán)境的開(kāi)放性方面[5]，許多高校老師都會(huì)結(jié)合在線教育平臺(tái)教授AI課程。但是，目前已有在線教育平臺(tái)存在許多不完善的地方[6]，例如，教師無(wú)法及時(shí)獲悉學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解程度，難于恰當(dāng)安排課程講解重點(diǎn)；AI知識(shí)體系過(guò)于龐大[7]，學(xué)生無(wú)從下手；與AI相關(guān)的課程作業(yè)往往沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案，教師批改作業(yè)有一定困難；學(xué)生并不了解自己對(duì)于課程知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。這些不足之處可能導(dǎo)致在線學(xué)習(xí)AI相關(guān)知識(shí)和技能的相關(guān)環(huán)節(jié)變得更加困難與復(fù)雜。因此，急需一個(gè)適合AI人才培養(yǎng)的在線平臺(tái)。

針對(duì)以上問(wèn)題，著力于開(kāi)發(fā)并不斷完善一個(gè)智能教育平臺(tái)——智能化數(shù)據(jù)挖掘?qū)W習(xí)平臺(tái)(DM_Edu)。這是一個(gè)高校數(shù)據(jù)挖掘類(lèi)課程的輔助教學(xué)平臺(tái)，同時(shí)具備大數(shù)據(jù)分析和智能化的功能[8]。本研究瞄準(zhǔn)了AI人才的市場(chǎng)需求，針對(duì)國(guó)內(nèi)高校的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的教育教學(xué)，致力于運(yùn)用智能化的系統(tǒng)功能升級(jí)傳統(tǒng)的課堂教學(xué)[9]。具體創(chuàng)新如下：

(1)學(xué)生在線根據(jù)課件預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)時(shí)，可以做難點(diǎn)標(biāo)注，教師可據(jù)此相應(yīng)地調(diào)整課堂教學(xué)；

(2)通過(guò)收集學(xué)生的在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)智能地向?qū)W生推薦適合的課外學(xué)習(xí)內(nèi)容，構(gòu)建知識(shí)圖譜，學(xué)生不僅可以更好地學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)，也有利于掌握AI體系的某一分支，促進(jìn)個(gè)性化戰(zhàn)略人才的培養(yǎng)；

(3)根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘類(lèi)作業(yè)的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了算法訓(xùn)練案例及其自動(dòng)測(cè)評(píng)功能，使得教師批改作業(yè)的負(fù)擔(dān)得以減輕，從而擁有更多時(shí)間對(duì)不同同學(xué)進(jìn)行個(gè)性化指導(dǎo)；

(4)通過(guò)收集學(xué)生的在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，可視化學(xué)生學(xué)習(xí)情況，讓學(xué)生更為直觀清晰地了解自己對(duì)課程的掌握程度。

1 平臺(tái)架構(gòu)

DM_Edu平臺(tái)結(jié)合大數(shù)據(jù)分析與推薦算法，不僅實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)教育平臺(tái)的功能，還為使用者提供智能化的教學(xué)服務(wù)。DM_Edu平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)分為以下三層：資源層、管理層、智能層。

1.1 資源層

資源層主要用于存儲(chǔ)平臺(tái)上的各種資源，包括教師的教學(xué)資源、學(xué)生的學(xué)習(xí)資源以及用戶(hù)數(shù)據(jù)等。教學(xué)資源，如教師根據(jù)課程特色和教學(xué)特點(diǎn)設(shè)計(jì)出的教學(xué)視頻和教學(xué)課件；學(xué)習(xí)資源，如學(xué)生分享的優(yōu)秀作業(yè)代碼或者在交流區(qū)分享的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)等；用戶(hù)數(shù)據(jù)，包括用戶(hù)基本數(shù)據(jù)和行為數(shù)據(jù)。其中，用戶(hù)行為數(shù)據(jù)是為智能層分析提供數(shù)據(jù)支撐。通過(guò)資源層，平臺(tái)可以有效存儲(chǔ)教學(xué)資源，使資源得到最大化利用。

平臺(tái)數(shù)字資源都存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，采用的數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行管理系統(tǒng)是Sqlite3[10]。這是一款開(kāi)源的小型嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)，目前已被幾乎所有的高級(jí)程序開(kāi)發(fā)語(yǔ)言所支持。它與Access相比更小、更快、容量更大、并發(fā)更高，是更適合平臺(tái)使用的中小型站點(diǎn)。

1.2 管理層

管理層主要是對(duì)DM_Edu平臺(tái)不同應(yīng)用的管理，包括用戶(hù)管理、資源管理、安全管理等。平臺(tái)將用戶(hù)劃分為教師用戶(hù)、學(xué)生用戶(hù)和管理員，并對(duì)三類(lèi)不同用戶(hù)的訪問(wèn)做相應(yīng)的授權(quán)[11]。資源管理是指平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和教學(xué)資源等進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)資源的高效使用。安全管理主要考慮實(shí)驗(yàn)環(huán)境安全、用戶(hù)信息安全等，為平臺(tái)的安全運(yùn)行提供保障。

管理層是進(jìn)行平臺(tái)管理的樞紐，它對(duì)系統(tǒng)資源的調(diào)度情況進(jìn)行分析和處理，并將結(jié)果展示至前端；同時(shí)也擔(dān)負(fù)著維護(hù)平臺(tái)安全的職責(zé)。

1.3 智能層

智能層是為了實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教育而設(shè)計(jì)的，是平臺(tái)智能化和個(gè)性化的引擎。平臺(tái)通過(guò)記錄用戶(hù)使用DM_Edu平臺(tái)的數(shù)據(jù)，構(gòu)建用戶(hù)行為追蹤和分析的基礎(chǔ)信息。據(jù)此，使用人工智能方法繪制用戶(hù)畫(huà)像并預(yù)測(cè)其學(xué)習(xí)情況。進(jìn)而，平臺(tái)為學(xué)生個(gè)性化地推薦相應(yīng)的學(xué)習(xí)資料，達(dá)到引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的目的。智能層可分為兩大板塊：用戶(hù)追蹤和智能分析。用戶(hù)追蹤板塊收集的數(shù)據(jù)通過(guò)智能分析板塊的算法為用戶(hù)提供智能化服務(wù)。

用戶(hù)追蹤板塊實(shí)現(xiàn)的功能是追蹤學(xué)生在DM_Edu平臺(tái)中的學(xué)習(xí)行為。所謂學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，就是學(xué)生在DM_Edu平臺(tái)所進(jìn)行的操作，比如瀏覽頁(yè)面內(nèi)容，觀看教學(xué)視頻或課件，在討論區(qū)進(jìn)行提問(wèn)、解答、點(diǎn)贊、評(píng)論、探討等等。本平臺(tái)的追蹤流程為：在Web端使用js采集頁(yè)面信息，向日志服務(wù)器發(fā)出http請(qǐng)求，以將采集到的數(shù)據(jù)作為參數(shù)傳遞保存至頁(yè)面瀏覽類(lèi)日志。通過(guò)服務(wù)端采集日志，再匯總發(fā)送給下游鏈路消息隊(duì)列。通過(guò)js腳本將追蹤代碼嵌入到每一個(gè)頁(yè)面里，減少對(duì)網(wǎng)站工作代碼的侵入并保障頁(yè)面追蹤的全覆蓋。因此，用戶(hù)追蹤板塊記錄了同學(xué)們使用DM_Edu平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)、交流的信息。

智能分析板塊則是對(duì)學(xué)生的在線學(xué)習(xí)、交流數(shù)據(jù)進(jìn)行行為特征的分析，并對(duì)行為發(fā)展的趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)。DM_Edu平臺(tái)基于學(xué)生的行為數(shù)據(jù)和作業(yè)情況等學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，利用文本挖掘等算法，構(gòu)建用戶(hù)畫(huà)像[12]，探究用戶(hù)的學(xué)習(xí)行為偏好和興趣，構(gòu)建了個(gè)性化智能教學(xué)系統(tǒng)。

2 平臺(tái)功能模塊

基于上述系統(tǒng)架構(gòu)，將DM_Edu平臺(tái)的核心功能劃分為教學(xué)模塊、學(xué)習(xí)模塊、管理模塊以及智能化輔助學(xué)習(xí)模塊。DM_Edu平臺(tái)的功能模塊設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 DM_Edu平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)模塊

教學(xué)模塊是為高校數(shù)據(jù)挖掘類(lèi)課程教學(xué)的使用而設(shè)計(jì)的，包括教學(xué)資源和在線實(shí)驗(yàn)環(huán)境等。一方面，教師可利用平臺(tái)上已有資源或者自行上傳教學(xué)資源，靈活安排課程和教學(xué)內(nèi)容。另一方面，基于平臺(tái)的在線實(shí)驗(yàn)環(huán)境，教師不僅可以進(jìn)行課堂演示，還可以為學(xué)生布置作業(yè)，并利用系統(tǒng)對(duì)作業(yè)進(jìn)行自動(dòng)評(píng)分。此外，師生均可在討論交流區(qū)提問(wèn)，或?yàn)g覽、回答學(xué)生提出的問(wèn)題，這有助于教師及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、難點(diǎn)，有助于同學(xué)們及時(shí)釋疑和朋輩學(xué)習(xí)。

因此，DM_Edu平臺(tái)可減輕教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，使得教師能將更多的精力放在教學(xué)設(shè)計(jì)上，大幅度提高教學(xué)質(zhì)量；另外，平臺(tái)為學(xué)生提供難點(diǎn)標(biāo)注，并能以可視化方式展現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，教師據(jù)此可以更好、更及時(shí)地調(diào)整優(yōu)化教學(xué)安排。

2.2 學(xué)習(xí)模塊

學(xué)習(xí)模塊主要是提供給學(xué)生自主學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)。借助該模塊，選課學(xué)生既可以根據(jù)教師提供的教學(xué)資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，也可以利用平臺(tái)的在線實(shí)驗(yàn)環(huán)境完成教師布置的作業(yè)。此外，平臺(tái)還開(kāi)發(fā)了討論交流區(qū)。

討論交流區(qū)是用戶(hù)進(jìn)行問(wèn)答、分享的區(qū)域(如圖2所示)。在討論區(qū)中，學(xué)生可以提問(wèn)，也可以在線編輯學(xué)習(xí)筆記、心得體會(huì)、個(gè)人博客，或分享看過(guò)的優(yōu)質(zhì)資源；同時(shí)還能瀏覽或回答他人問(wèn)題，拓展自己對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的認(rèn)識(shí)[13]。與傳統(tǒng)的MOOC平臺(tái)討論區(qū)無(wú)人問(wèn)津的情況不同，DM_Edu平臺(tái)作為一個(gè)高校數(shù)據(jù)挖掘類(lèi)課程的輔助教學(xué)平臺(tái)，采用了積分獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，與課程最終成績(jī)相掛鉤，激勵(lì)學(xué)生積極參與討論。

圖2 討論交流區(qū)截圖

2.3 管理模塊

為了便于運(yùn)營(yíng)維護(hù)團(tuán)隊(duì)對(duì)平臺(tái)資源進(jìn)行分配及安全管理，該模塊開(kāi)發(fā)了用戶(hù)管理、資源管理和安全管理等三大管理功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)的高效管理。

用戶(hù)管理子模塊通過(guò)將用戶(hù)分為不同組，并賦予其不同的權(quán)限，以便于對(duì)用戶(hù)進(jìn)行管理以及資源權(quán)限調(diào)度。

DM_Edu平臺(tái)主要的兩大資源是在線實(shí)驗(yàn)環(huán)境和教學(xué)資源。實(shí)驗(yàn)環(huán)境是系統(tǒng)在線實(shí)驗(yàn)功能的基本保障；而教學(xué)資源庫(kù)包含了大量的教學(xué)視頻、課件和示例代碼。資源管理通過(guò)對(duì)這兩大資源進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)資源的高效使用。

安全管理包括實(shí)驗(yàn)環(huán)境安全和用戶(hù)信息安全。實(shí)驗(yàn)環(huán)境安全方面目前通過(guò)限制用戶(hù)可編寫(xiě)代碼片段的長(zhǎng)度及其運(yùn)行時(shí)間上限降低對(duì)內(nèi)存、硬盤(pán)的潛在風(fēng)險(xiǎn)；研發(fā)團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將來(lái)添加代碼自動(dòng)預(yù)檢查功能和代碼運(yùn)行中行為檢測(cè)功能，進(jìn)一步降低用戶(hù)程序?qū)?nèi)存信息的潛在威脅的檢測(cè)、硬盤(pán)空間和信息安全的檢測(cè)等。在用戶(hù)信息安全方面，實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)密碼的加密、通過(guò)郵箱的密碼重置功能；將來(lái)擬添加基于手機(jī)短信和安全問(wèn)題回答等措施的密碼找回方案，進(jìn)一步提升用戶(hù)信息的安全性。

2.4 大數(shù)據(jù)分析模塊

大數(shù)據(jù)分析模塊通過(guò)對(duì)用戶(hù)在平臺(tái)的行為數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，利用文本挖掘、聚類(lèi)分析等算法進(jìn)行行為建模，以構(gòu)建用戶(hù)畫(huà)像，幫助用戶(hù)自我評(píng)估、了解和提升。該模塊包括用戶(hù)追蹤，用戶(hù)畫(huà)像和可視化學(xué)習(xí)過(guò)程等三個(gè)功能。

用戶(hù)追蹤是為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)智能化提供數(shù)據(jù)支撐而設(shè)計(jì)的。將用戶(hù)的行為分為參與、堅(jiān)持、專(zhuān)注、交互、學(xué)術(shù)挑戰(zhàn)、學(xué)習(xí)的自我監(jiān)控等六種類(lèi)型。該平臺(tái)以此分類(lèi)作為用戶(hù)在線學(xué)習(xí)行為的主要分析維度。用戶(hù)追蹤模塊記錄了用戶(hù)的平臺(tái)登陸次數(shù)，對(duì)教師回帖次數(shù)以及觀看視頻時(shí)長(zhǎng)等數(shù)據(jù)，詳見(jiàn)表1。

表1 在線學(xué)習(xí)行為分析框架

用戶(hù)畫(huà)像是基于對(duì)用戶(hù)在線學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)的聚類(lèi)分析、預(yù)測(cè)等形成的用戶(hù)概要描述。用戶(hù)畫(huà)像反映了用戶(hù)的興趣愛(ài)好、知識(shí)掌握情況等(如圖3所示)，可用于對(duì)其實(shí)踐能力進(jìn)行評(píng)估，幫助用戶(hù)自我認(rèn)識(shí)。目前，該功能的具體實(shí)現(xiàn)仍在探索、優(yōu)化中。

可視化學(xué)習(xí)過(guò)程。平臺(tái)會(huì)對(duì)用戶(hù)在系統(tǒng)中的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，例如，在平臺(tái)上的點(diǎn)擊、瀏覽等基本行為數(shù)據(jù)。并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和可視化展示。這些信息的收集和可視化展示有助于學(xué)生直觀地掌握自己的學(xué)習(xí)情況(如圖4、圖5所示)。借此，學(xué)生不僅能及時(shí)查缺補(bǔ)漏，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)質(zhì)量；也更容易自醒和優(yōu)化調(diào)整自己的學(xué)習(xí)行為。

圖3 用戶(hù)畫(huà)像構(gòu)建原理

圖4 某同學(xué)的作業(yè)成績(jī)動(dòng)態(tài)(成績(jī)?yōu)?0分制)

圖5 某同學(xué)的課件瀏覽時(shí)長(zhǎng)

2.5 智能化輔助學(xué)習(xí)模塊

為了提高用戶(hù)的學(xué)習(xí)效率并提供更好的體驗(yàn)，該平臺(tái)為數(shù)據(jù)挖掘的學(xué)習(xí)者開(kāi)發(fā)了以下智能化功能：

學(xué)習(xí)者可對(duì)知識(shí)難點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注。在用戶(hù)瀏覽課件時(shí)，可對(duì)課件進(jìn)行難點(diǎn)標(biāo)注，并將結(jié)果呈現(xiàn)到教師端，使得教師能更好地了解學(xué)生對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的理解程度，從而能在課堂中進(jìn)行難點(diǎn)講解，促進(jìn)學(xué)生的理解。在難點(diǎn)標(biāo)注中，系統(tǒng)以課件的“頁(yè)”作為知識(shí)點(diǎn)度量的基本單位。另外，為了能更準(zhǔn)確地反映學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解程度，避免學(xué)生由于懶惰而不對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行難點(diǎn)標(biāo)注，平臺(tái)擬開(kāi)發(fā)更為智能的功能，即基于學(xué)生瀏覽某頁(yè)課件的時(shí)長(zhǎng)，來(lái)評(píng)定該頁(yè)知識(shí)點(diǎn)對(duì)學(xué)生的理解難度。

基于上述難點(diǎn)標(biāo)注信息，DM_Edu平臺(tái)可個(gè)性化地為學(xué)習(xí)者提供精準(zhǔn)推薦(如圖6所示)。基于收集的難點(diǎn)標(biāo)注和教師預(yù)先的知識(shí)點(diǎn)標(biāo)注信息，平臺(tái)會(huì)為學(xué)習(xí)者推薦個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源，實(shí)現(xiàn)因材施教[14]。若對(duì)每一教學(xué)資源都進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)標(biāo)注，必然會(huì)增添教師的負(fù)擔(dān)，因此，平臺(tái)后期擬結(jié)合半監(jiān)督學(xué)習(xí)等方法[15-16]，對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行自動(dòng)或半自動(dòng)標(biāo)記，減輕教師負(fù)擔(dān)。

圖6 精準(zhǔn)推薦實(shí)例

給予學(xué)習(xí)者智能化的測(cè)評(píng)。在用戶(hù)使用過(guò)程中，平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境免費(fèi)開(kāi)放，用戶(hù)可進(jìn)行程序填空題的在線實(shí)踐演練，平臺(tái)對(duì)演練結(jié)果自動(dòng)測(cè)評(píng)[17]，并根據(jù)用戶(hù)的解答給出恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)。在接下來(lái)的計(jì)劃中，準(zhǔn)備進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)如下功能：當(dāng)用戶(hù)作業(yè)有所錯(cuò)漏時(shí)，平臺(tái)將在互聯(lián)網(wǎng)中檢索出相應(yīng)的解決方法以及對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)，給出其鏈接；對(duì)解答錯(cuò)誤類(lèi)型進(jìn)一步細(xì)分，以供系統(tǒng)做出更具體的智能診斷和個(gè)性化學(xué)習(xí)建議與修改提示。據(jù)此，系統(tǒng)可有效地提升用戶(hù)的學(xué)習(xí)效率，讓用戶(hù)能在短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)自己的不足并快速修改，進(jìn)而提高用戶(hù)尤其是新手的學(xué)習(xí)興趣以及實(shí)踐能力。

為學(xué)習(xí)者構(gòu)建知識(shí)圖譜。AI知識(shí)體系極為龐大，容易令人無(wú)從下手，特別是初學(xué)者。因此，計(jì)劃在平臺(tái)上實(shí)時(shí)記錄每位用戶(hù)在線學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)，分析每位用戶(hù)所學(xué)內(nèi)容。系統(tǒng)據(jù)此為用戶(hù)構(gòu)建知識(shí)圖譜[18]，并作為個(gè)性化推薦算法中的一些輔助信息，從而增強(qiáng)推薦算法的挖掘能力，更好地為用戶(hù)提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容及學(xué)習(xí)方案[19]。目前，知識(shí)圖譜構(gòu)建功能的具體實(shí)現(xiàn)還在探究、優(yōu)化中。

3 教學(xué)實(shí)踐結(jié)果

DM_Edu平臺(tái)正在華南師范大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院的數(shù)據(jù)挖掘類(lèi)課程中進(jìn)行第三個(gè)學(xué)期的教學(xué)試用。通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘類(lèi)課程與DM_Edu平臺(tái)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)課堂模式和多元互動(dòng)混合型教學(xué)模式。

借助平臺(tái)，教師實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為主體的主動(dòng)式個(gè)性化學(xué)習(xí)的翻轉(zhuǎn)課堂模式[20]。通過(guò)線上的教學(xué)資源、討論交流區(qū)，學(xué)生課前可以更容易地提前了解將要學(xué)習(xí)的知識(shí)，而針對(duì)學(xué)生在課件上所標(biāo)注的難點(diǎn)，教師相應(yīng)地優(yōu)化課堂講解的重點(diǎn)。借助DM_Edu平臺(tái)，教師將傳統(tǒng)的先教后學(xué)模式轉(zhuǎn)換為先有線上輔助的自學(xué)、后有課堂教授模式，提高了教學(xué)效率和效果。

結(jié)合平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了“課堂教學(xué)+網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)+個(gè)性化自主學(xué)習(xí)”相結(jié)合的數(shù)據(jù)挖掘類(lèi)課程多元互動(dòng)混合式教學(xué)模式[21]。利用平臺(tái)豐富的教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容多元化，例如，由教師或高年級(jí)學(xué)生制作的教學(xué)內(nèi)容，依據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容而產(chǎn)生的個(gè)性化推薦資源與平臺(tái)外資源鏈接等。此外，平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)多種元素的互動(dòng)，包括但不限于通過(guò)討論交流區(qū)實(shí)現(xiàn)的師生互動(dòng)、生生互動(dòng)，以及根據(jù)學(xué)生的難點(diǎn)標(biāo)注，平臺(tái)優(yōu)化調(diào)整推薦的學(xué)習(xí)內(nèi)容而實(shí)現(xiàn)的人機(jī)互動(dòng)。因此，相比于傳統(tǒng)的“課堂講授型”教學(xué)模式，平臺(tái)以多元化的方式豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容，改變了學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

該研究設(shè)計(jì)并不斷完善了基于Django框架[22]的DM_Edu平臺(tái)。該平臺(tái)結(jié)合深度學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)，將“互聯(lián)網(wǎng)+”、AI和數(shù)據(jù)挖掘等人工智能與人才的培養(yǎng)相融合，使得用戶(hù)可借助在線的個(gè)性化、智能化學(xué)習(xí)，提升學(xué)習(xí)效率和效果。對(duì)于學(xué)生，平臺(tái)會(huì)結(jié)合其個(gè)人的學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)偏好，在頁(yè)面一側(cè)推薦資源，可視化學(xué)習(xí)情況數(shù)據(jù)，以便于學(xué)生更好地掌握知識(shí)，提升自我；對(duì)于教師，通過(guò)作業(yè)自動(dòng)批改功能、線上互動(dòng)和多學(xué)習(xí)階段與多方位的智能反饋，任課教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)得以減輕、教學(xué)設(shè)計(jì)更有針對(duì)性，能夠?qū)⒏嗟木ν度胝n程準(zhǔn)備中。通過(guò)對(duì)討論交流區(qū)中學(xué)生提出的問(wèn)題以及學(xué)生對(duì)課件的難點(diǎn)標(biāo)注，教師能更精準(zhǔn)地把握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時(shí)查缺補(bǔ)漏，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量。對(duì)于課程教學(xué)，結(jié)合DM_Edu平臺(tái)，可以改革課程，為學(xué)生構(gòu)建出個(gè)性化協(xié)作式的學(xué)習(xí)環(huán)境，促進(jìn)形成新型的學(xué)習(xí)方式，使得學(xué)生可以更好地掌握AI技術(shù)。

隨著DM_Edu平臺(tái)的使用人數(shù)與在線課程越來(lái)越多，平臺(tái)接下來(lái)將進(jìn)一步結(jié)合半監(jiān)督學(xué)習(xí)等方法完善難點(diǎn)標(biāo)注與智能化測(cè)評(píng)功能。此外，計(jì)劃實(shí)時(shí)記錄每位用戶(hù)在線學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合多元信息，構(gòu)建用戶(hù)的知識(shí)圖譜，以更好地為用戶(hù)提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容以及學(xué)習(xí)方案，滿(mǎn)足用戶(hù)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)挖掘類(lèi)課程的需求。