基于智慧教學環(huán)境的數(shù)據(jù)挖掘與應用

趙峰

(武漢商學院,湖北武漢 430000)

0 引言

在當前大數(shù)據(jù)飛速發(fā)展的時代背景下,數(shù)據(jù)挖掘技術開始在各個行業(yè)各個領域中得到廣泛應用,而在教育領域中,數(shù)據(jù)挖掘在智慧教學環(huán)境的構(gòu)建方面也有著良好的效果,但從目前來看,在實踐過程中仍面臨著一定的不利因素和爭議,基于此,有必要對其展開更加深層次的探索,進而確保數(shù)據(jù)挖掘同智慧教學環(huán)境構(gòu)建的高效結(jié)合。

1 相關概念闡述

1.1 智慧教學環(huán)境

良好的學習環(huán)境是教師開展教學活動以及提升學生學習質(zhì)量的重要基礎,而智慧教學環(huán)境主要指的是充分運用當前各種新型的大數(shù)據(jù)分析、云計算、人工智能以及物聯(lián)網(wǎng)技術等,構(gòu)建起更加高效的教學環(huán)境,最主要便體現(xiàn)在教師教學和學生學習兩方面內(nèi)容上。這一教學環(huán)境的出現(xiàn)不僅從根本上轉(zhuǎn)變教學資源建設的方式,還會改變原本教師的教學手段以及學生們的學習方式。在以往傳統(tǒng)教學環(huán)境中教師大多會采用單一枯燥的教學模式,但這種方式難以同當前的智慧教學環(huán)境相適應,而且還會導致各種數(shù)據(jù)資源出現(xiàn)大量浪費,基于此,相關教師務必要立足于智慧教學環(huán)境展開更加深層次的數(shù)據(jù)挖掘工作,進而在各項教學活動中進行有效應用,充分發(fā)揮出數(shù)據(jù)資源對于提升教學質(zhì)量的實質(zhì)性作用。

1.2 數(shù)據(jù)挖掘

數(shù)據(jù)挖掘主要指的是利用包括統(tǒng)計學、數(shù)學建模、人工智能以及機器學習等在內(nèi)的先進技術手段,在當前海量模糊的數(shù)據(jù)中提取出更加精煉有效的數(shù)據(jù)信息,并在對其分析和整理的過程中轉(zhuǎn)化成更加有價值的知識或者是信息,并作用在日常所開展的教學工作當中,為教學手段以及教學模式的優(yōu)化提供參考。數(shù)據(jù)挖掘的過程具有一定的復雜性,包括數(shù)據(jù)清洗、集成、挖掘等多個步驟,并具備著類聚、預測、分類以及數(shù)據(jù)關聯(lián)分析等多種功能。學校強化開展數(shù)據(jù)挖掘工作能夠?qū)Ξ斍暗慕虒W環(huán)境的各方面條件產(chǎn)生更加深層次的了解,進而采取相應的措施妥善解決各種問題,最終為教師和學生創(chuàng)造出更加科學高效的教學環(huán)境,并在現(xiàn)有的基礎上實現(xiàn)其智慧化水平的提升。

2 智慧教學環(huán)境基礎上的數(shù)據(jù)挖掘與應用

2.1 教師教學數(shù)據(jù)

2.1.1 數(shù)據(jù)挖掘

對于智慧教學環(huán)境中的課堂教學來說,其本身其實是一個動態(tài)的過程,其中涉及到多方面內(nèi)容,都能夠或多或少展現(xiàn)出教師教學的質(zhì)量和水平,例如教學方法的選擇、教學態(tài)度、教學思路、教學互動以及教學風格的呈現(xiàn)等,唯有對這方面數(shù)據(jù)展開更加全面的挖掘和分析才能夠真正科學評價教師的教學水平。基于此,學校應當針對上述模塊展開詳細的監(jiān)督調(diào)查工作,進而充分明確能夠影響教師教學能力的各方面信息,并在此基礎上綜合學生學習成績的內(nèi)在影響因素,進而從中找出教師在教學過程中所面臨的普遍性問題,進而采取針對性的措施進行妥善解決。數(shù)據(jù)挖掘技術的應用可以幫助教師自身對自己的教學能力產(chǎn)生更加明確認識。例如可以采用網(wǎng)絡調(diào)查法挖掘出學生對于教師教學態(tài)度的評價信息,敦促教師調(diào)整自己的教學理念以及教學態(tài)度。

數(shù)據(jù)挖掘可以充分展現(xiàn)出教師個人信息方面的數(shù)據(jù),包括工作經(jīng)驗、科研情況以及學歷情況等,將該類信息數(shù)據(jù)整合起來進行分析能夠幫助學校更加高效完成對于教師綜合水平的評價。基于此,應當適當采用相應的關聯(lián)規(guī)則方法深層次挖掘教師個人信息以及教學評價結(jié)果,進而明確影響教師教學實效性的內(nèi)在原因,判斷出教師個人信息對于教學結(jié)果所產(chǎn)生的具體影響。由此可見,數(shù)據(jù)挖掘在提升學校教師隊伍專業(yè)性方面有著重要作用[1]。

2.1.2 應用

在對教師教學過程以及個人信息展開深入數(shù)據(jù)挖掘的過程中,學校能夠?qū)處煹木C合素質(zhì)產(chǎn)生更加直觀的認識。對于教師來說,其綜合素質(zhì)涉及到多方面內(nèi)容,包括身體素質(zhì)、智能素質(zhì)、道德素質(zhì)以及文化素質(zhì)等。學校可以根據(jù)上述數(shù)據(jù)信息的實際情況分析出教學素質(zhì)的具體表現(xiàn),并明確教師綜合素質(zhì)對于學生學習成效的影響,進而強化開展對于教師素質(zhì)的培養(yǎng),從教師層面著手提升教學活動的科學性和實效性。

除此以外,數(shù)據(jù)挖掘還可以應用在學校對于教師績效的評定上,此舉不僅能夠時刻敦促教師秉持著良好的工作態(tài)度,還能夠為學校的教學部門提供具體的信息數(shù)據(jù),以提升決策信息的科學性,為教學管理工作的高質(zhì)量進行提供數(shù)據(jù)支持。所以建議學校在教學管理中適當采用數(shù)據(jù)挖掘技術,并在數(shù)據(jù)挖掘的基礎上進行深層次的分析,進而達到穩(wěn)定教師隊伍的效果。

2.2 學習行為數(shù)據(jù)

2.2.1 數(shù)據(jù)挖掘

在智慧教學環(huán)境中,學校可以對學生的學習行為展開數(shù)據(jù)挖掘,該方面在工作主要在是采用學習算法、統(tǒng)計學和大數(shù)據(jù)挖掘等技術展開對于學生行為的數(shù)據(jù)分析和處理工作,旨在充分明確學生的學習行為以及學習結(jié)果之間的內(nèi)在關聯(lián),并在研究結(jié)果的基礎上對學生未來的學習趨勢進行預測和判斷。從本質(zhì)上來看,針對學生學習行為的數(shù)據(jù)挖掘其實是為了總結(jié)學生行為發(fā)展的客觀規(guī)律,進而解決學生行為上的各種實際問題。近些年來我國現(xiàn)代化信息技術飛速發(fā)展,這使得學生行為信息能夠在諸多方面上得到體現(xiàn),學校可以積極采用當前先進的網(wǎng)絡技術、云計算、電子書包應用以及物聯(lián)網(wǎng)技術等全方位深層次地獲取各個學生的行為數(shù)據(jù),與此同時數(shù)據(jù)能夠展現(xiàn)出十分龐大、復雜的特點。

在實際展開數(shù)據(jù)挖掘工作的過程中,工作人員需要確保其方向性,并構(gòu)建起相應的數(shù)據(jù)挖掘與分析模型或者采用測評工具開展工作。在當前智慧教學環(huán)境中,絕大部分研究都使用了ITIAS或者是它課堂觀測工具來實現(xiàn)對于學生課堂學習的量化,進而提升學生行為相關數(shù)據(jù)挖掘的有效性。該類數(shù)據(jù)挖掘手段能夠在各種先進的信息技術的加持下切實提升數(shù)據(jù)采集以及分析的質(zhì)量和效率,以便于為教師提供更加精準的數(shù)據(jù)展開教學反思。然而這種方法在應用的過程中有著相對較高的數(shù)據(jù)處理以及圖像抓取的技術要求,并且在對于課堂中各種隱藏信息的智能化、自動化記錄方面存在較高的難度[2]。

數(shù)據(jù)挖掘模型的建立主要指的是將各種類型的數(shù)據(jù)挖掘方法結(jié)合起來,并在此基礎上構(gòu)建起學生的畫像,其中包含著各個學生的優(yōu)勢以及特點,并能夠?qū)ζ湮磥淼陌l(fā)展數(shù)據(jù)進行預測。以科大訊飛為例。科大訊飛主要采用了“四建模三分析”的方法,綜合考慮學生的內(nèi)外部特征以及影響,進而分別完成對于學生主動學習行為以及學習路徑和知識點的行為建模以及領域建模,針對學生在學習過程中所產(chǎn)生的各種行為展開組件分析。在組件分析以及行為建模方面可以進行回歸預測,立足于數(shù)據(jù)的實際類型以及分析需求等具體情況,可適當選用逐步回歸、邏輯回歸以及線性回歸等手段,而針對領域建模則開展文本分析挖掘。但不管選擇何種數(shù)據(jù)挖掘手段,都應當嚴格按照可行、可用的基本思路,緊緊圍繞著學生影響因素等學生行為數(shù)據(jù)科學設計相應的數(shù)據(jù)采集框架。比如從學習設計、學習活動過程以及學習結(jié)果三方面內(nèi)容著手,對這些能夠?qū)W生學習成效造成影響的學習行為展開深層次挖掘,或者還可以利用課堂學習參與度識別器,通過學生的面部表情挖掘?qū)W生學習參與情況的相關數(shù)據(jù)。

2.2.2 應用

立足于學生學習行為數(shù)據(jù)挖掘基礎上的學習分析具有極多的應用優(yōu)勢,例如其分析過程較為完整精確,數(shù)據(jù)來源比較廣泛和多樣,與此同時,能夠在分析結(jié)果的基礎上對學習結(jié)果進行預測并采取相應的干預措施,在當前的教育領域受到了較為廣泛的關注。這使得各種學習分析的理論模型以及工具層出不窮,其涵蓋的主體也比較多樣,涉及到教師、課程、學習者群體以及學習者個人等。在正式展開學習分析工作之前,應當先對所需要進行分析的對象、工具內(nèi)容以及數(shù)據(jù)來源進行進一步明確。學習行為數(shù)據(jù)挖掘基礎上的分析工作側(cè)重于對學習行為的內(nèi)在規(guī)律進行發(fā)現(xiàn)和總結(jié)。從本質(zhì)上來看,基于智慧教學環(huán)境的學生行為分析是比較系統(tǒng)化的過程中,主要是在不斷記錄和分析學生行為數(shù)據(jù)的過程中,進行探索出更加科學的學習行為基本理論,設計出更加高質(zhì)量的學習分析工具,并實現(xiàn)其應用效果的提升,與此同時應當高效落實學生學習行為數(shù)據(jù)的可視化設計以及分析[3]。

具體來說便是指在進行行為建模的過程中對學生畫像進行不斷的優(yōu)化調(diào)整,針對學生偏好展開更加連續(xù)和系統(tǒng)的分析工作,切實保障對于學生個性化學習的診斷水平,為后續(xù)對學生發(fā)展進行更加科學合理的預測奠定堅實的基礎,最終探索出更加高質(zhì)量的學生學習行為優(yōu)化策略。數(shù)據(jù)挖掘應用的過程中能夠在對學生行為影響學習成效的相關因素產(chǎn)生更加明確的認識,并采用回歸分析、相關性分析以及因子分析等手段對主要的行為進行了解,并明確各個不同學生群體所特有的學習行為路徑。與此同時還要進行相應的關聯(lián)規(guī)則分析,這樣一來便能夠?qū)⒏黝悓W生的實際行為同其綜合成果以及學習成效充分聯(lián)系起來,并在學習行為等數(shù)據(jù)的基礎上對學業(yè)成就進行預測,進而提供優(yōu)化開展學習活動的相關策略[4]。在這一過程中,數(shù)據(jù)挖掘真正實現(xiàn)了作用與優(yōu)化教學環(huán)境的目標,使得數(shù)據(jù)得以真正生成和流動,為教師教學策略的調(diào)整和優(yōu)化提供必要條件。在智慧教學環(huán)境當中,學生無論是同平臺、教師、資源還是同學之間都有著大量的互動,所以可以利用相關技術的基礎上采用回歸分析法以及社會網(wǎng)絡分析法對學生的互動行為進行分析,這便能夠?qū)W生的參與和投入程度更加直觀地展現(xiàn)出來,進而更加充分明確學生具體所具有的情感傾向和認知結(jié)構(gòu),并第一時間根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果針對學生的問題采取及時干預的措施。

3 結(jié)論

綜上所述,靈活采用數(shù)據(jù)挖掘技術能夠更加直觀地展現(xiàn)出教師教學以及學生學習的實際情況,有助于學校及時采取相應的措施來解決各方面問題,對于校園環(huán)境以及教學環(huán)境的智慧化發(fā)展有著積極的促進作用。基于此,學校應當加強對于數(shù)據(jù)挖掘技術的重視,為學校整體智慧教學環(huán)境的優(yōu)化提供必要條件。