王楠 張瑋

摘? ?要：網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者的資源應(yīng)用行為分析是學(xué)習(xí)分析領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。本研究通過(guò)文獻(xiàn)分析，系統(tǒng)梳理了國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于資源應(yīng)用行為分析的研究成果，提出了“收集-分析-應(yīng)用”于一體的資源應(yīng)用行為分析框架，將分析過(guò)程具體區(qū)別為描述型、診斷型和預(yù)測(cè)型三種類型，并采用“python”語(yǔ)言及“django”框架設(shè)計(jì)和開發(fā)了基于該框架的資源應(yīng)用行為分析系統(tǒng)，同時(shí)利用edX和案例網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院的真實(shí)數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)可用性進(jìn)行了驗(yàn)證。本研究對(duì)于探索網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者資源應(yīng)用行為特征，實(shí)現(xiàn)更為有效和精準(zhǔn)的遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)指導(dǎo)都有著重要意義。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者;資源應(yīng)用行為;行為分析系統(tǒng);系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G420 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章

一、引言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，教育信息化的水平也在不斷提高。越來(lái)越多的人開始使用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)，這些新技術(shù)的應(yīng)用也帶了教育數(shù)據(jù)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，探究數(shù)據(jù)的奧秘?zé)o疑將成為未來(lái)教育領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。學(xué)習(xí)分析、教育數(shù)據(jù)挖掘、教育大數(shù)據(jù)等方法的提出都是對(duì)這一數(shù)字時(shí)代的呼應(yīng)。網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)行為是發(fā)生于e-Learning環(huán)境中的、與學(xué)習(xí)相關(guān)的各種行為，其行為主體是學(xué)習(xí)者，行為客體則主要為數(shù)字化學(xué)習(xí)資源[1]。根據(jù)穆爾的學(xué)習(xí)行為交互分類理論，學(xué)習(xí)過(guò)程中有三種交互類型：學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)內(nèi)容的交互、學(xué)習(xí)者與教師的交互、學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)者的交互網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)交互行為。本研究所關(guān)注的資源應(yīng)用行為，其研究的主要對(duì)象就是關(guān)注學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)資源的交互，相對(duì)于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)行為而言，資源應(yīng)用行為更直接和具體，因而數(shù)據(jù)更容易被記錄和分析。

毫無(wú)疑問(wèn)，數(shù)據(jù)分析方法和分析技術(shù)在在線教育領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越多，其研究成果層出不窮，處于快速發(fā)展之中。比如社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析工具“SNAPP”能夠從學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)，通過(guò)可視化的方法顯示學(xué)生之間互動(dòng)情況;同時(shí)，已有內(nèi)容分析工具能夠利用視覺分析技術(shù)，獲得學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過(guò)程信息。本研究關(guān)注于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者資源應(yīng)用行為分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，一方面旨在彌補(bǔ)現(xiàn)有學(xué)習(xí)平臺(tái)分析功能的匱乏，已有的眾多在線學(xué)習(xí)平臺(tái)大多不具有深層次意義上的分析功能，或者甚至就沒(méi)有相應(yīng)功能，其分析過(guò)程和方法的標(biāo)準(zhǔn)化也根本無(wú)從談起;另一方面則是力圖使得面向?qū)W習(xí)者的行為分析可以更為便捷。

二、研究目標(biāo)和方法

本研究的目的在于設(shè)計(jì)開發(fā)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者資源應(yīng)用行為分析系統(tǒng)?；谝延醒芯?，本文通過(guò)文獻(xiàn)分析對(duì)國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于資源應(yīng)用行為分析模型以及主要分析方法進(jìn)行梳理，在此基礎(chǔ)之上提出了資源應(yīng)用行為分析框架，將分析過(guò)程分為描述型、診斷型和預(yù)測(cè)型，模型從宏觀角度對(duì)資源應(yīng)用分析系統(tǒng)的開發(fā)提供了建設(shè)性的意見;基于此框架，研究設(shè)計(jì)和開發(fā)了資源應(yīng)用行為分析工具，此工具實(shí)現(xiàn)接收教師或教學(xué)工作者上傳的資源應(yīng)用行為數(shù)據(jù)，并通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部的分析過(guò)程反饋分析結(jié)果，最終實(shí)現(xiàn)描述型、診斷型和預(yù)測(cè)型三方面核心功能。本研究的技術(shù)路線經(jīng)歷了理論建構(gòu)、技術(shù)實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用驗(yàn)證三個(gè)階段，相應(yīng)地綜合應(yīng)用了文獻(xiàn)分析、技術(shù)開發(fā)等研究方法。

理論建構(gòu)階段。主要研究了行為科學(xué)與行為主義學(xué)習(xí)理論、學(xué)習(xí)分析技術(shù)、學(xué)習(xí)者分類模型，并在此基礎(chǔ)之上，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)資源交互的環(huán)境特點(diǎn)，提出了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者資源應(yīng)用行為分析模型并建立了三個(gè)維度的分析方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)階段。主要研究可視化技術(shù)，數(shù)據(jù)分析方法，機(jī)器學(xué)習(xí)算法用來(lái)分析網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者資源應(yīng)用行為數(shù)據(jù)，以期評(píng)估學(xué)習(xí)過(guò)程，診斷學(xué)習(xí)情況，預(yù)測(cè)未來(lái)表現(xiàn)等。

應(yīng)用驗(yàn)證階段。主要是在資源應(yīng)用行為分析模型的基礎(chǔ)之上，通過(guò)使用Web開發(fā)技術(shù)以及數(shù)據(jù)分析方法、機(jī)器學(xué)習(xí)算法開發(fā)和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者資源應(yīng)用行為分析工具，工具能夠接收上傳的學(xué)習(xí)相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)選擇不同的分析方法獲取分析結(jié)果。最后使用工具分析案例網(wǎng)院成人教育的數(shù)據(jù)和部分MOOC開源數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證工具的可用性。

三、相關(guān)研究

國(guó)外對(duì)于資源應(yīng)用行為的研究更多偏向于應(yīng)用實(shí)踐方面。自2012年學(xué)習(xí)分析技術(shù)提出以來(lái)，越來(lái)越多的學(xué)者開始關(guān)注并研究學(xué)習(xí)者在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中的學(xué)習(xí)行為。美國(guó)普渡大學(xué)通過(guò)建立預(yù)測(cè)模型和使用相關(guān)可視化技術(shù)，對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，當(dāng)學(xué)習(xí)者可能出現(xiàn)學(xué)業(yè)不通過(guò)等危險(xiǎn)情況時(shí)，可視化信號(hào)就會(huì)將此信息傳遞給教師和學(xué)生，以便改善學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果[2]。A Anderson、D Huttenlocher等人通過(guò)對(duì)Coursera平臺(tái)上的課程數(shù)據(jù)分析得出課程參與度與學(xué)生績(jī)效的關(guān)系，優(yōu)秀學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)習(xí)慣以及激勵(lì)機(jī)制對(duì)學(xué)生參與度的影響[3]。麻省理工學(xué)院的PJ Guo、J Kim、R Rubin分析了edX上690萬(wàn)條視頻觀看記錄，統(tǒng)計(jì)分析后得出結(jié)論：少于六分鐘的視頻最吸引人[4]。本研究調(diào)研了現(xiàn)階段關(guān)于資源應(yīng)用行為的國(guó)內(nèi)研究，時(shí)間范圍從2004年到2016年，共搜索出1130篇文獻(xiàn)?？v觀目前國(guó)內(nèi)的研究成果，發(fā)現(xiàn)大體可以分為以下幾個(gè)方向：

（1）關(guān)于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)行為的理論研究，其中包括天津外國(guó)語(yǔ)大學(xué)楊麗娜等關(guān)于行為動(dòng)機(jī)的研究，文中從心理因素、技術(shù)因素和資源因素三個(gè)方面建立了行為發(fā)生的前因模型，并對(duì)提出的因素進(jìn)行了驗(yàn)證[5];華中師范大學(xué)彭文輝在對(duì)學(xué)習(xí)行為內(nèi)涵深入研究的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)學(xué)習(xí)行為的OCCP分類模項(xiàng)，以及網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)行為的“S-F-T”三維分類模型，這兩種模型是抽象和形式化描述學(xué)習(xí)行為序列的基礎(chǔ)[6]。遼寧師范大學(xué)李玉斌等學(xué)者以計(jì)劃行為理論為指導(dǎo)，構(gòu)建起具有9個(gè)潛在變量的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)行為模型（USEBM）[7]。

（2）關(guān)于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)行為分析系統(tǒng)的研究，其中包括陜西師范大學(xué)王麗娜以對(duì)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)行為系統(tǒng)分析為基礎(chǔ)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)行為評(píng)價(jià)的目的和指標(biāo)，設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)行為的評(píng)價(jià)模型[8];華中師范大學(xué)黃克斌等通過(guò)分析常見的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)行為量化參數(shù)，設(shè)計(jì)了一個(gè)智能化的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)行為分析系統(tǒng)[9];中南大學(xué)吳玲艷運(yùn)用Web Services和Web日志挖掘等技術(shù)，設(shè)計(jì)并初步實(shí)現(xiàn)了包含行為采集、行為統(tǒng)計(jì)分析、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)三個(gè)模塊的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)行為分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)[10]。

（3）關(guān)于行為指標(biāo)的分析研究，國(guó)家開放大學(xué)魏順平等通過(guò)記錄學(xué)習(xí)者對(duì)網(wǎng)絡(luò)課程不同模塊的瀏覽及跳轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，分析學(xué)生對(duì)資源的使用情況[11]。國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)范潔通過(guò)對(duì)決策樹中C4.5算法的研究，提出了一種基于屬性相關(guān)性的C4.5決策樹規(guī)則生成算法預(yù)測(cè)學(xué)生成績(jī)[12]。東北師范大學(xué)馬杰等人運(yùn)用多元回歸分析預(yù)測(cè)與學(xué)生課程總分呈顯著相關(guān)的教學(xué)模塊，通過(guò)預(yù)測(cè)模型快速定位重點(diǎn)模塊，從而提高教學(xué)效果[13]。

綜上所述發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外在資源應(yīng)用行為的研究上收獲頗豐。各種模型、各種系統(tǒng)、各種分析方法層出不窮。將這些研究仔細(xì)分析對(duì)比以后不難發(fā)現(xiàn)，雖然學(xué)者們?cè)诟髯匝芯康幕A(chǔ)上都取得了一些突破，但大家更多是依照自己的研究領(lǐng)域和方向，以及能夠獲得的資源設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)和方法，而各種方法和系統(tǒng)之間差別較大，沒(méi)有形成一個(gè)統(tǒng)一的體系或者框架。這就導(dǎo)致研究成果的實(shí)踐性比較差。現(xiàn)如今，越來(lái)越多人來(lái)到線上進(jìn)行學(xué)習(xí)，但是在線平臺(tái)和系統(tǒng)的不同也導(dǎo)致了數(shù)據(jù)整合上的困難，雖然大數(shù)據(jù)分析技術(shù)已逐漸的成熟，但是在基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)上如達(dá)不到一定的統(tǒng)一，這將使得未來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者資源應(yīng)用的分析過(guò)程變得更加復(fù)雜。

四、前期研究

本研究在對(duì)這些學(xué)習(xí)分析模型進(jìn)行分析總結(jié)的基礎(chǔ)之上，加之對(duì)學(xué)習(xí)者在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境中的資源應(yīng)用行為進(jìn)行了相關(guān)研究，提出了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者資源應(yīng)用行為分析框架，如圖1所示。本模型主要借鑒了學(xué)習(xí)分析模型中的三個(gè)主要過(guò)程和循環(huán)結(jié)構(gòu)。

資源應(yīng)用行為的整個(gè)分析過(guò)程主要是由數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析和知識(shí)應(yīng)用三個(gè)部分組成。第一個(gè)階段是數(shù)據(jù)收集。收集的數(shù)據(jù)主要來(lái)自于在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)以及日志文件，數(shù)據(jù)庫(kù)和日志文件里保留了學(xué)習(xí)者與網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源交互的大部分行為數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)的來(lái)源不同，所以需要將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理，其中包括標(biāo)準(zhǔn)化處理、刪除存在誤差的數(shù)據(jù)以及對(duì)空值進(jìn)行填充等。資源應(yīng)用行為分析模型中使用的數(shù)據(jù)是學(xué)習(xí)者與網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源交互時(shí)產(chǎn)生的行為數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以根據(jù)不同的特點(diǎn)分為行為過(guò)程數(shù)據(jù)和行為結(jié)果數(shù)據(jù)。其中，行為過(guò)程數(shù)據(jù)是指網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中與學(xué)習(xí)資源交互時(shí)產(chǎn)生的操作型數(shù)據(jù)，例如：登陸時(shí)間、登陸時(shí)長(zhǎng)、練習(xí)時(shí)長(zhǎng)等。行為結(jié)果數(shù)據(jù)是指由一連串操作行為以后產(chǎn)生的結(jié)果型數(shù)據(jù)。例如：學(xué)生練習(xí)的成績(jī)、系統(tǒng)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況的評(píng)價(jià)、是否通過(guò)考試等。

第二個(gè)階段是數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)分析階段基于數(shù)據(jù)分析方法、機(jī)器學(xué)習(xí)算法等，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。此模型中將數(shù)據(jù)分析分為三種不同類型的分析，主要包括：描述型分析、診斷型分析、預(yù)測(cè)型分析。描述型分析是根據(jù)事先分析的成果，將某些數(shù)據(jù)集中，以某種直觀、概括、全面的形式將需要表達(dá)的信息展現(xiàn)出來(lái)。教師可以通過(guò)這些直觀的結(jié)果迅速發(fā)現(xiàn)整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中的一些特點(diǎn)，總結(jié)出一些規(guī)律等。由于學(xué)習(xí)者心理因素、成長(zhǎng)環(huán)境等因素的不同，導(dǎo)致在在學(xué)習(xí)過(guò)程中表現(xiàn)出特點(diǎn)也有所差別，識(shí)別出這些不同不僅可以幫助教師更好的了解學(xué)習(xí)者，為個(gè)性化教學(xué)提供保障。診斷型分析就是利用資源應(yīng)用行為數(shù)據(jù)建立學(xué)習(xí)者分類模型，接著再根據(jù)模型對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行分類，并針對(duì)不同的學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化的指導(dǎo)方法，改善學(xué)習(xí)結(jié)果。教師需要根據(jù)診斷的結(jié)果，按照學(xué)習(xí)者的偏好和習(xí)慣組織學(xué)習(xí)活動(dòng)和資源，以便取得更好的教學(xué)效果。預(yù)測(cè)型分析主要是根據(jù)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)平臺(tái)中留下的行為數(shù)據(jù)，使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，最終達(dá)到預(yù)測(cè)學(xué)習(xí)績(jī)效的目的。此類型的分析可以幫助教師找到那些可能無(wú)法通過(guò)考試的學(xué)習(xí)者，教師需要對(duì)這些學(xué)習(xí)者采取必要的措施以改善學(xué)習(xí)行為。

第三個(gè)階段就是知識(shí)應(yīng)用。知識(shí)應(yīng)用的對(duì)象主要是教師、學(xué)生以及從事教學(xué)相關(guān)的工作者。經(jīng)過(guò)相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析以后，教師根據(jù)分析的結(jié)果，結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和已知的學(xué)生特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的知識(shí)應(yīng)用。由于分析類型的不同，知識(shí)應(yīng)用的方法也不相同。可以分為可視化、個(gè)性化和預(yù)測(cè)三種?？梢暬侵笇?shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)用圖表的方式呈現(xiàn)，利用計(jì)算機(jī)的處理能力將海量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成直觀可見的圖形圖像，將復(fù)雜不容易理解的信息表示出來(lái)。個(gè)性化是根據(jù)診斷型分析中分析結(jié)果，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中資源應(yīng)用行為的不同表現(xiàn)，診斷出屬于具體的類別，然后針對(duì)不同類型的學(xué)習(xí)者，提供個(gè)性化的指導(dǎo)方法。預(yù)測(cè)是將當(dāng)前學(xué)生的資源應(yīng)用行為放入預(yù)測(cè)型分析模型中，對(duì)學(xué)生下一階段學(xué)習(xí)結(jié)果或者學(xué)習(xí)行為進(jìn)行預(yù)測(cè)。

最后，模型還強(qiáng)調(diào)了循環(huán)結(jié)構(gòu)，模型將知識(shí)應(yīng)用的結(jié)果反饋給收集數(shù)據(jù)、分析系統(tǒng)的管理者，或者教輔人員根據(jù)返回的結(jié)果重新設(shè)計(jì)和改善收集的數(shù)據(jù)，提高分析的準(zhǔn)確度。需要注意的是，整個(gè)分析過(guò)程是在宏觀和微觀環(huán)境下工作的，這里的環(huán)境包含了影響整個(gè)分析過(guò)程的各方面要素條件。

五、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及開發(fā)

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

根據(jù)資源應(yīng)用分析工具自身的特點(diǎn)和使用環(huán)境，整體的設(shè)計(jì)都需要遵循以下幾個(gè)原則：

（1）簡(jiǎn)便性

分析工具的使用者大多是一些計(jì)算機(jī)技術(shù)能力較弱的教師，對(duì)于他們來(lái)說(shuō)只需要掌握一些簡(jiǎn)單的操作獲得自己想要的結(jié)果。所以在這個(gè)系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)和流程設(shè)計(jì)中一定要注意操作的簡(jiǎn)便性，能夠使計(jì)算機(jī)水平一般的人也能夠使用此工具。

（2）獨(dú)立性

如上所說(shuō)，工具的分析功能可能隨時(shí)需要調(diào)整，在這個(gè)過(guò)程中就需要注意系統(tǒng)的獨(dú)立性。其中每個(gè)分析功能需要獨(dú)立出來(lái)，當(dāng)系統(tǒng)需要改變某個(gè)分析方法的時(shí)候，要保證其能夠不影響其他功能的分析過(guò)程。

（3）可擴(kuò)展性

可擴(kuò)展性能夠保證系統(tǒng)對(duì)變化及時(shí)做出反應(yīng)。系統(tǒng)的功能不僅需要調(diào)整，更多的時(shí)候需要增加某個(gè)某塊或某種功能，此時(shí)較強(qiáng)的可擴(kuò)展性能夠使系統(tǒng)迅速適應(yīng)這種變化。

（4）準(zhǔn)確性

毋庸置疑，此工具最主要的功能就是分析方法的使用。而這些分析方法必須保證其一定的準(zhǔn)確性，只有正確的分析結(jié)果才能幫助教師了解和改善學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

分析工具的整個(gè)工作過(guò)程可以看做是一個(gè)“黑盒”，工具的使用者只需要按照工具給出的格式上傳數(shù)據(jù)，具體分析功能將交給系統(tǒng)來(lái)完成。使用者在上傳文件之后，點(diǎn)擊自己需要分析的部分就可以獲得相應(yīng)的分析結(jié)果。因此，根據(jù)系統(tǒng)功能確定系統(tǒng)的輸入和輸出，系統(tǒng)的輸入是用戶上傳的學(xué)習(xí)者相關(guān)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的輸出是具體的分析結(jié)果，如圖2所示。