混合教學(xué)模式下基于教學(xué)班學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)風(fēng)格挖掘

李卓群，梅宇軒

（華東交通大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院 江西 南昌 330000）

OBE 倡導(dǎo)以學(xué)生為中心，踐行OBE 理念下的教學(xué)目標(biāo)達(dá)成應(yīng)“因材施教”，在教學(xué)中尊重學(xué)生學(xué)習(xí)風(fēng)格的差異性，進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)設(shè)計(jì)[1]。在線教育的快速發(fā)展，不僅打破了傳統(tǒng)課堂學(xué)習(xí)的時(shí)空約束，吸引了更多的教育者和學(xué)習(xí)者，還留下了大量的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)。這些學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)為實(shí)現(xiàn)基于不同學(xué)習(xí)風(fēng)格的個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)提供了有力的支撐[2]。充分挖掘教育大數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行分析，可以獲得不同學(xué)習(xí)者群體的學(xué)習(xí)行為規(guī)律，并根據(jù)不同的學(xué)習(xí)風(fēng)格提出不同的學(xué)習(xí)支持服務(wù)策略，從而為提升學(xué)習(xí)效果提供數(shù)據(jù)支撐和決策參考。

有許多學(xué)者利用線上學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，應(yīng)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)或設(shè)計(jì)高效的挖掘算法展開(kāi)學(xué)生學(xué)習(xí)風(fēng)格的分類(lèi)研究[3-4]，但大部分研究使用的數(shù)據(jù)量較大，適用于對(duì)學(xué)生整體學(xué)習(xí)風(fēng)格的劃分。有研究指出[5]，學(xué)習(xí)風(fēng)格應(yīng)與教師的教學(xué)策略相匹配才能取得良好的學(xué)習(xí)效果，不同的教學(xué)班級(jí)的學(xué)習(xí)風(fēng)格可能存在較大差異，因此，根據(jù)教學(xué)班情況，分析學(xué)習(xí)風(fēng)格，對(duì)于教學(xué)策略的實(shí)施者——教師更具價(jià)值。本文通過(guò)實(shí)例給出了一種利用教學(xué)班數(shù)據(jù)分析學(xué)生學(xué)習(xí)風(fēng)格的方法，可以利用常規(guī)的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)對(duì)班級(jí)學(xué)習(xí)風(fēng)格進(jìn)行劃分，以幫助教師更有針對(duì)性地實(shí)施教學(xué)策略。

1 學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)挖掘

1.1 學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

本文選取某高校兩個(gè)教學(xué)班級(jí)：2019 級(jí)物流工程和2019 級(jí)物流管理作為研究對(duì)象，依托學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺(tái)中“物流信息系統(tǒng)”與“運(yùn)籌學(xué)”兩門(mén)課程收集相關(guān)線上線下學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。根據(jù)學(xué)習(xí)通中的功能設(shè)計(jì)和兩門(mén)課程的實(shí)際教學(xué)活動(dòng)安排，選取的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)包括：視頻觀看時(shí)長(zhǎng)（VIDEO_MIN）、章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)（STUDY_COUNT）、課程互動(dòng)（INTERACTION_30%）、作業(yè)完成時(shí)間（h1—h8）、任務(wù)點(diǎn)完成量（STUDY_COUNT）、作業(yè)得分（HOMEWORK_30%）、課程積分（PRACTICE）和考試成績(jī)（grade）。以2019 級(jí)物流工程“物流信息系統(tǒng)”課程為例，提取此線上課程學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，其中包括視頻觀看時(shí)長(zhǎng)、章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)、作業(yè)得分、課程互動(dòng)、八次課后作業(yè)提交時(shí)間、課程積分和考試成績(jī)等共十四個(gè)具體行為數(shù)據(jù)。視頻觀看時(shí)長(zhǎng)、章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)、作業(yè)得分、課程互動(dòng)、課程積分和考試成績(jī)?yōu)橄到y(tǒng)直出數(shù)據(jù)，h1 至h8 為每位學(xué)生每次課后作業(yè)完成時(shí)間與截止日期的相對(duì)時(shí)間，共取八次。部分學(xué)生數(shù)據(jù)如圖1 所示。

圖1 部分學(xué)生學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)

1.2 學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)挖掘

本文采用較成熟的K—means算法對(duì)上節(jié)得到的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)分析。K—means 算法中，需要事先設(shè)定聚類(lèi)的K 值，本文利用手肘法確定K 值。計(jì)算不同K值下的Inertia（慣性）值，發(fā)現(xiàn)當(dāng)K 值小于4 時(shí)，聚類(lèi)誤差急劇下降，K 值大于4 時(shí)下降的速率減緩，形成了一個(gè)類(lèi)似于手肘的形狀。因此本文設(shè)定K 值為4，進(jìn)行后序?qū)嶒?yàn)。

在確定K 值之后，利用上節(jié)整理好的學(xué)生學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)操作，可得到學(xué)習(xí)者聚類(lèi)結(jié)果。為了表現(xiàn)每類(lèi)的學(xué)習(xí)行為特征，以雷達(dá)圖的形式展現(xiàn)聚類(lèi)后的學(xué)習(xí)行為特征，如圖2 所示。

圖2 學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)聚類(lèi)雷達(dá)圖

2 學(xué)習(xí)行為與學(xué)習(xí)風(fēng)格的關(guān)系分析

2.1 基于聚類(lèi)特征確定學(xué)習(xí)風(fēng)格

從上一節(jié)的聚類(lèi)結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，不同的類(lèi)別具有不同的學(xué)習(xí)行為特征。如圖2 所示，聚類(lèi)1 各方面表現(xiàn)較為平均，學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)、學(xué)習(xí)次數(shù)、視頻觀看時(shí)長(zhǎng)等體現(xiàn)學(xué)習(xí)投入的學(xué)習(xí)行為表現(xiàn)都非常一般，但仍獲得了中等偏上的成績(jī)，學(xué)習(xí)者可能具有一定的學(xué)習(xí)能力，但未合理運(yùn)用；聚類(lèi)2 學(xué)生的學(xué)習(xí)次數(shù)、視頻觀看時(shí)長(zhǎng)、作業(yè)完成量都是群體中的最大值，說(shuō)明此類(lèi)學(xué)生的學(xué)習(xí)投入多，并且互動(dòng)次數(shù)也最多，說(shuō)明學(xué)習(xí)主動(dòng)性高，綜合成績(jī)也表現(xiàn)最好；聚類(lèi)3 這類(lèi)學(xué)生學(xué)習(xí)行為較差，從學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)看，對(duì)學(xué)習(xí)的投入小，同時(shí)成績(jī)也不高；聚類(lèi)4 這類(lèi)學(xué)生有較好的學(xué)習(xí)行為，學(xué)習(xí)投入大，但成績(jī)卻屬于中下。

通過(guò)上述對(duì)聚類(lèi)結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)四類(lèi)學(xué)習(xí)人群在學(xué)習(xí)投入和學(xué)習(xí)能力上存在不同。因此，根據(jù)學(xué)習(xí)投入和學(xué)習(xí)能力，對(duì)學(xué)習(xí)風(fēng)格進(jìn)行劃分。把學(xué)習(xí)風(fēng)格的維度劃分為學(xué)習(xí)投入維和學(xué)習(xí)能力維，其中學(xué)習(xí)投入維度可分為努力型和微努力型；學(xué)習(xí)能力維度可分為強(qiáng)能力型和弱能力型，如表1 所示。

表1 學(xué)習(xí)風(fēng)格維度劃分

2.2 比較分析

為了驗(yàn)證聚類(lèi)得到的學(xué)習(xí)風(fēng)格與學(xué)習(xí)行為之間的關(guān)系，進(jìn)一步研究不同群體、不同學(xué)習(xí)課程的聚類(lèi)結(jié)果，本小節(jié)進(jìn)行比較分析，比較同一門(mén)課程、不同班級(jí)和同一班級(jí)不同課程的聚類(lèi)結(jié)果。

應(yīng)用上節(jié)方法可分別得到2019 級(jí)物流管理專(zhuān)業(yè)物流信息系統(tǒng)課程和2019 級(jí)物流工程“運(yùn)籌學(xué)”課程的聚類(lèi)情況，各學(xué)習(xí)風(fēng)格的人數(shù)比較情況如表2 和表3 所示。

表2 同門(mén)課程（“物流信息系統(tǒng)”）不同班級(jí)聚類(lèi)情況比較

表3 相同班級(jí)（19 物流工程）不同課程聚類(lèi)情況比較

從表2 可以看出，同一門(mén)課程不同班級(jí)各個(gè)學(xué)習(xí)風(fēng)格人數(shù)相差較大，反映出兩個(gè)班不同的學(xué)習(xí)風(fēng)格。結(jié)合實(shí)際情況分析，由于“物流信息系統(tǒng)”是屬于技術(shù)型課程，需要學(xué)生有較強(qiáng)的工科思維，所以工科背景的2019 級(jí)物流工程班級(jí)在能力方面要總體強(qiáng)于物流管理班級(jí)，這也導(dǎo)致兩個(gè)班不同學(xué)習(xí)風(fēng)格的人數(shù)比例相差較大。

從表3 可以看出，利用同一班級(jí)兩門(mén)課程的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)得到的學(xué)習(xí)風(fēng)格分類(lèi)結(jié)果相差不大，“物流信息系統(tǒng)”和“運(yùn)籌學(xué)”同屬工科類(lèi)課程，說(shuō)明在同類(lèi)型課程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)可以用于刻畫(huà)學(xué)習(xí)風(fēng)格，而且學(xué)習(xí)風(fēng)格具有一致性。

由2019 級(jí)物流工程、物流管理專(zhuān)業(yè)學(xué)生，物流信息系統(tǒng)課程結(jié)果分類(lèi)與運(yùn)籌學(xué)課程結(jié)果分類(lèi)對(duì)比可得：聚類(lèi)得到的分類(lèi)法具有一定的應(yīng)用價(jià)值，按照學(xué)生在學(xué)習(xí)中的投入水平和能力水平，可以教學(xué)班為單位，把學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格分為四類(lèi)：微努力強(qiáng)能力型、努力強(qiáng)能力型、微努力弱能力型、努力弱能力型。

3 結(jié)論

本文利用廣泛應(yīng)用的學(xué)習(xí)通平臺(tái)的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，針對(duì)具體的課程和班級(jí)進(jìn)行學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)聚類(lèi)分析，并根據(jù)聚類(lèi)特征數(shù)據(jù)對(duì)聚類(lèi)結(jié)果進(jìn)行解釋?zhuān)褜W(xué)習(xí)行為分為兩個(gè)維度：學(xué)習(xí)投入維度和學(xué)習(xí)能力維度。根據(jù)這兩個(gè)維度把聚類(lèi)結(jié)果劃分為四類(lèi)學(xué)習(xí)風(fēng)格，并且利用此方法對(duì)同一課程不同班級(jí)和同一班級(jí)不同課程進(jìn)行了比較分析，發(fā)現(xiàn)不同班級(jí)各學(xué)習(xí)風(fēng)格類(lèi)別人數(shù)存在明顯差異，而同一班級(jí)在同類(lèi)型課程中表現(xiàn)出相似的學(xué)習(xí)風(fēng)格。因此，對(duì)于同一班級(jí)，教師可以利用先導(dǎo)課程的數(shù)據(jù)分析了解相應(yīng)班級(jí)的學(xué)習(xí)風(fēng)格，并有針對(duì)性地采取教學(xué)策略；而對(duì)于同一門(mén)課程，不同教學(xué)班級(jí)，教師也應(yīng)根據(jù)不同的學(xué)習(xí)風(fēng)格采取不同的教學(xué)策略。

與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，混合式教學(xué)模式由于有線上教學(xué)平臺(tái)的參與，可以更方便、更有效地收集到學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。不同的線上教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)的功能會(huì)有差別，而不同課程、不同教師也會(huì)根據(jù)課程需要、教學(xué)策略設(shè)計(jì)等選擇使用平臺(tái)不同的功能。因此，學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)在每門(mén)課程中并不完全相同。為了能夠區(qū)分出學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格，教師應(yīng)從學(xué)習(xí)投入和學(xué)習(xí)能力兩個(gè)維度設(shè)計(jì)線上學(xué)習(xí)活動(dòng)，保證能夠識(shí)別出學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格，并以此為依據(jù)開(kāi)展教學(xué)設(shè)計(jì)，以提升混合式學(xué)習(xí)的教學(xué)效果。