多元化提高在線學習主動性的方法研究

顧曉清，倪彤光，薛磊

（常州大學計算機與人工智能學院，江蘇常州 213164)

0 引言

隨著信息技術水平的提高，在線學習模式為學習者提供了多樣化和個性化的學習機會，同時也為教師的教學和學生的學習帶來新的問題。盡管擁有管理課堂的理論和實踐知識，但大多數教師在管理在線學習方面仍缺乏經驗。因為教師和學生之間的分離，在線教學無法像傳統課堂那樣實現有效互動。傳統課堂里，教師與學生自然互動，通過表情、眼神交流以及其他積極的非語言交流方式來表達支持和鼓勵，而這些在在線教學中是很難發生的。因此，幫助學生提高參與度和持久性、保持學習的興趣是在線學習中必須要考慮的因素。而這一問題也成為近期教育研究領域的熱點。例如，Qureshi 等人[1]通過多模式學習和可穿戴技術來捕獲學生在線學習的實時數據。Salas-Pilco 等人[2]建議給教師提供專業培訓，改善互聯網連接和確保高質量在線學習資源。為了更好地完成教學評價工作，Mu 等人[3]深入挖掘和分析在線文本，構建了教學評價文本語料庫，并對其進行了情感分類。He 等人[4]利用網絡大數據提出了基于網絡平臺的混合式教學模式，分析學生情感狀況和學習結果。鄔婉瑩[5]從完善線上學習平臺和優化學習資源入手，提出大學生在線自主學習模式優化策略。楊孟嬌等人[6]采用逼近理想解排序法對學習行為進行測評，構建在線學習測評模型。

研究者將學生參與視為一個復雜的多維結構，包括行為維度、認知維度和情感維度[7-8]。這三個不同但相互關聯的維度都有其特定的特征。行為維度是研究最多的一個維度，它被表達為明確和可觀察的行為。它的定義包括參與、互動、協作、成就、績效、技能發展和學習活動完成等。認知維度與學生的目的、學習動機、自我調節學習、自我效能、感知能力、批判性思維和反思、額外學習努力以及理解復雜思想的能力有關。情感維度是指學生對老師、同學和課程的態度，以及滿足感和幸福感等。情感維度直接影響行為維度和認知維度的效果，良好的情感維度往往對應積極的學習結果，如良好的學習成績、自我調節學習和學習幸福感。本文探討了在線學習中提高學習主動性的方法，以提高學生參與度、激發學習興趣和增強積極情感。然后通過在線學習數據挖掘，對獲得的學生信息進行相應分析。基于所得結果的反饋，設計并調整了在線教學模式。通過這種方式，可以解決在線教學中師生無法互動、缺乏學習反饋等問題。

1 多元化提高大學生在線學習主動性的方法

學生參與在線學習可以解釋為：行為投入，體現為學生積極參與在線學習活動的表現。認知投入，體現為學生在線學習的動機和要求自主學習的意愿。情感投入，體現為學生在在線學習中表現出的積極態度。本研究從提高學生在線學習中行為投入、認知投入和情感投入三個方面來多元化提高大學生在線學習主動性。

1.1 行為投入的提高

首先，建立“行為契約”機制。教師與學生達成在線課堂的“行為契約”，對不當行為進行限制，例如持續遲到、擾亂討論、咄咄逼人、消極抵制回答問題、談論不相關的話題、未經允許離開課堂、忽視完成預期任務、持續關閉攝像頭等引起破壞課堂教學次序的行為是禁止的。簡而言之,這些不當行為被定義為在線學習中的擾亂教學的行為，也作為教師管理在線課堂的依據，為提高教學質量提供必要的保障。

其次，統計在線學習平臺使用情況、視頻學習情況、完成作業和測試完成情況等指標。具體地，在線學習平臺使用情況包括：在線學習平臺總時長、在線學習平臺登錄次數、在線學習平臺登錄天數、瀏覽資源數、訪問公告次數。視頻學習情況包括：觀看視頻總數、觀看視頻總時長、視頻觀看間隔、視頻觀看跳數、視頻復看率等。完成作業和測試完成情況包括：作業完成率、作業得分、測試完成率、測試得分等。這些學生行為投入提供最直接、最有效的學習診斷和測評。

1.2 認知投入的提高

首先，教師通過使用不同的教學方法在在線學習平臺整合信息和通信技術來擴展教學實踐。在線教學中教師不是簡單地敘述教學內容，而是讓學生成為積極的學習者。大量文獻證明，在學習過程中增加學生的選擇，學生就越能控制自己的學習。本研究在在線教學的設計中提供學生更多的選擇，如設計半開放式作業、提供作業主題、格式等可選擇項。在這種情況下，學生更投入學習的意愿明顯增強，且更能從學習中體驗到更多的成功。

其次，統計在線學習平臺中論壇參與度情況，包括：論壇登錄次數、論壇登錄天數、發帖數、發帖字數、回復數、回復字數等。在線學習平臺中論壇使用情況體現學生在自主意識下主動參與教學互動、主動完成學業的狀況。

第三，設計在線學習認知行為的在線調查問卷。調查問卷主要采取量表的設計，包含客觀題和主觀題兩大類型。主觀題以問答題為主，涉及學生對教學內容、授課方式、授課進度等內容的意見和建議。調查問卷主要通過問卷星平臺，安排在一定學習階段結束時進行，提供最直接的學習反饋，為教師、教育管理部門提供有針對性的教育增值服務，也是作為教師組織下一階段教學任務的重要參考。

1.3 情感投入的提高

學生情感投入是對學習活動和學習環境的情感反應。提高情感投入將使在線課堂變得生動，也可以幫助學生克服由于在線學習固有的距離而存在的障礙。使用機器學習技術可以采集在線課堂中的學生人臉圖像，并進行人臉情感識別。人臉情感識別是通過計算機對人臉圖像進行情感表達相關的特征提取，并使用分類器進行識別。本研究使用人臉幾何特征和紋理特征，分別利用人臉面部的特征點之間的幾何關系和人臉圖像像素性質來提取人臉表情特征。分類器則使用課題組提出的子空間和支持向量嵌入的稀疏表示分類方法(sparse representation classify embedding subspace mapping and support vector,SRCSM-SV)[9]。SRC-SM-SV 方法在傳統稀疏表示模型的基礎上，將訓練樣本投影到子空間，利用訓練樣本的結構信息和類別標簽信息，提取人臉豐富和具有鑒別性的特征。SRC-SM-SV方法在模型中融入支持向量機，增強稀疏表示編碼的分類性能。模型的求解使用交替迭代的方法，使得算法的優化過程簡單高效。最終學習到的分類器將學生面部情感分為無聊、困惑、沮喪和滿意4種狀態。顯然，表現出無聊、困惑、沮喪這3種狀態的學生應是教師重點專注的人群。在線課堂上教師可以采取提問、知識點再次剖析等方式加強與這部分同學交流，課后可以采取一對一輔導的方式答疑解惑。

2 方法實踐

本研究的實踐數據來自本校大一至大三學生的數據。通過在線學習平臺信息收集、在線問卷調查和學生面部圖像收集，共采集到300位計算機與人工智能學院學生有效樣本數據，涉及“數據結構”“軟件工程”和“機器學習”三門課程。“數據結構”數據來自170名學生，占樣本總數的56.67%，其中男生120人，女生50人。“軟件工程”數據來自80名學生，占樣本總數的26.67%，其中男生50 人，女生30 人。“機器學習”數據來自50 名學生，占樣本總數的16.67%，其中男生30人，女生20人。本研究計算了這些學生對應課程在在線學習時的期末成績，并與2018年采取傳統線下學習時的期末成績進行了對比，期末成績各分數段(%)比較如表1所示。表1將學生總評成績分為6檔，分別是＜30 分、30-59 分、60-69 分、70-79 分、80-89 分和90分以上。根據表中結果，可以看出本研究提出的用于提高在線學習主動性的多元化方法是有效的。在線學習和課堂教學對應的60分以上人數比例是相當的，在線學習90分以上的人數比例甚至高于課堂教學，這是因為在線學習期間學生課余活動較少、人際交往更簡單，對于學習專注度高的學生來說，每天用于學習的時間要長于傳統課堂學習。從在線學習中行為投入、認知投入和情感投入三個方面確實能提高大學生在線學習主動性，能夠克服在線學習障礙，加強重要的師生情感聯系，并幫助學生保持專注。也說明對于具備較高自主學習能力的學生來說，能順利適應多種教學模式。在線課堂上學生參與度越高，最終收獲良好的學習成績和成就感。但也注意到，在線學習下30分以上的人數較課堂教學情況下的比例高，這一部分成績對應的是少部分自主學習能力弱的學生，也是在今后的教學工作中需要教師進一步加強與之聯系，并提供針對性的教育服務的對象。

研究還對比了在線學習中不同性別學生的學習狀況，結果如圖1所示。圖1結果顯示，女生在三門課的平均成績均略高于男生，主要是男生成績在低分段的比例較高。根據任課老師的反饋和學生樣本數據的分析，女生在課堂參與、與教師互動、學習平臺中論壇參與度等指標上要優于男生，但男女生在在線課堂上表露出無聊、困惑、沮喪情感的比例是相當的。

圖1 平均成績比較

3 討論

面對在線學習的發展趨勢，如何提高在線教育質量是當務之急。部分教師面臨缺乏信息技術技能和在線教育培訓的困境，學生則往往缺乏實驗環境和實踐課。本研究經過調研和實踐，后續有以下幾點研究方向為：

1)建立在線虛擬實驗室。實驗和實踐可以提高學生對課程的興趣，并通過建立直觀聯系來促進更深入地學習。虛擬實驗室為這些問題提供了一個方便、強大和有效的解決方案，最終也能激發以學生為中心的學習。虛擬實驗室可以提供了一種靈活和用戶友好的方法，供教師定義，學生通過嚴格的數學模型和計算機模擬進行實驗。

2)增加在線學習平臺“陪伴”和“監督”服務。目前在線學習平臺重在分析在線學習行為特征，構建在線學習測評數據模型，為遠程教育學校提供學習測評的方法。而在線學習中，學生成功的主要障礙是難以與他們建立人際和情感聯系。為了更好地激勵和鼓勵學生，可以使用在線自習室、虛擬社區、數字會議等多種方式提供可以與其他同學共同學習，并可以安排任課教師進入這些平臺為學生答疑和輔導。

3)建立一定的監督和約束機制。少部分學生在線學習期間容易被網絡游戲吸引而無法專注學習，為了督促這部分同學進入學習狀態，指導學生制定學習計劃，對學習進行規劃，將學習過程視為自我展示的過程，形成自主學習和自我激勵意識。

4 結束語

借助于先進的互聯網技術和豐富的學習資源，在線學習這一教學模式作為傳統線下教學的有益補充會長期存在，傳統課堂和網絡課堂的混合教學模式使得教學形式得到極大的擴展。本研究從提高學生在線學習中行為投入、認知投入和情感投入三個維度開展工作，探討了通過多種方法和措施來提高學生參與在線學習的主動性。在今后的教學實踐中，還需結合課程特色和學生反饋，動態調整教學方法，為大學生在線學習提供更好的教育服務。