毛剛 周躍良

[摘 ? 要] 以學習行為數(shù)據(jù)為基礎的教育大數(shù)據(jù)分析是當前研究的熱點，然而，當前研究更多地關注學習規(guī)律和特征發(fā)現(xiàn)、學習行為模式挖掘和學習風險預測，缺乏對學習者認知與元認知能力特征的深入分析和討論。針對這一問題，研究聚焦于學習者習慣性學習行為，采用文獻研究方法對學習分析相關實踐和認知心理研究進行理論分析，闡明習慣性行為與元認知之間的關系。研究圍繞元認知投入這一核心概念，從元認知投入的方式、力度和調控三個方面建立學習分析框架，并從元認知激活和保持兩個維度提出量化分析方法。研究以“現(xiàn)代教育技術應用”課程為實踐場景，分析了學習者習慣性行為數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)學習者元認知投入方式具有相對穩(wěn)定性;教育資源發(fā)布策略會對學習者元認知投入的力度和調控產生影響;與男生相比，女生在元認知投入的各個方面表現(xiàn)更優(yōu)。研究證實，該分析框架和方法能夠有效地支持對學習者習慣性行為的深度分析，揭示行為背后隱含的元認知投入特征。

[關鍵詞] 習慣性行為; 元認知; 學習投入; 學習分析; 教育大數(shù)據(jù)

[中圖分類號] G434 ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼] A

[作者簡介] 毛剛（1981—），男，湖北黃岡人。講師，博士，主要從事學習分析、教育數(shù)據(jù)挖掘、知識資源服務理論與方法等方面的研究。E-mail：catihg@sina.com。

一、問題的提出

基于學習者行為數(shù)據(jù)的分析和應用是教育大數(shù)據(jù)以及學習分析研究的重要內容。其中，學習行為數(shù)據(jù)是學習者在網(wǎng)絡學習活動中自然產生的副產品，記錄了學習者自主學習、同伴交互、研究探索的行為軌跡，是分析學習者行為特征和規(guī)律的重要資源。專門設計的學習分析工具能夠跟蹤學習者的學習進度和測評狀態(tài)，預測學生發(fā)展，為學習提醒和預警提供支持。學習分析的引入被認為是科學推進教育教學改革的核心驅動力。但是，面對多樣化的學習情境、動態(tài)的學習過程，學習分析實踐往往止步于對表象學習規(guī)律和特征的呈現(xiàn)，鮮有探討學習者內在的認知與元認知特征及其發(fā)展規(guī)律[1-2]。歸結起來，工程應用視角下的數(shù)據(jù)分析更著重方法的應用，研究設計很少考慮認知與學習科學的指引作用。因此，數(shù)據(jù)分析容易流于表面，難以解釋行為產生和發(fā)展的內在心理機制。

習慣性行為是學習過程中的一類特殊行為，這類行為通常是下意識的，往往帶有鮮明的個性化特征。相較于伴隨學習情境而動態(tài)產生的學習行為，習慣性行為具有一定的穩(wěn)定性，它可能會在不同場景中重復出現(xiàn)，存在固有的模式和特征，這類行為可以是有益學習經(jīng)驗的體現(xiàn)，也可能是不良學習習慣的外部表現(xiàn)。從特征工程的角度看，習慣性行為是一類最優(yōu)特征集，對其進行研究將有助于我們建立學習分析與認知科學的有機聯(lián)系，更準確地把握學習者內在的認知與元認知發(fā)展特征。遺憾的是，現(xiàn)有的學習分析研究通常將習慣性學習行為納入整體的學習行為范疇內，不加區(qū)別的分析處理容易將這些極具價值的特征弱化或泛化，獲得的結論也難以給予教和學以精準支持。面對這一問題，研究以學習者習慣性行為為研究對象，提出網(wǎng)絡學習空間下的元認知分析框架和計算方法，探索習慣性行為數(shù)據(jù)背后隱含的元認知能力特征。

二、基于學習者習慣性行為的元認知研究

作為學習過程中容易重復出現(xiàn)的一類行為，習慣性學習行為是學習者微妙而復雜思維方式的真實體現(xiàn)。從認知心理的角度分析這種行為發(fā)生的條件、存在的特征和形成的機制，有助于我們深刻理解習慣性行為與元認知的關系。在此基礎上，運用學習分析技術，采取回溯的方法，有助于我們考察其內在的特征和規(guī)律，理解行為所攜帶的目的、個性、思想等元素[3]。

（一）習慣性學習行為與元認知

習慣性學習行為是學習者在長期的學習和訓練過程中形成的一種下意識的、自然的行為。在不斷重復出現(xiàn)的、相似的學習情境中，學習目標和學習需求引發(fā)學習動機，從而引起了學習者技術使用的信念和態(tài)度變化，進而形成操作意向，并影響其組合方式、持續(xù)程度以及持久性。隨著時間的增長以及知識內化的加深，這些操作逐漸變?yōu)闊o意識的、自動完成的習慣性學習行為[4]。習慣性學習行為的出現(xiàn)具有情境性，例如：任務開始階段的預覽、閱讀中的批注、數(shù)學解題后的驗算是傳統(tǒng)學習情境下的習慣性學習行為;在網(wǎng)絡學習環(huán)境下，信息查詢、視頻點擊與回看、內容分享與協(xié)作討論、自我學習進度跟蹤等日益成為學習者習慣性的行為選擇。

作為一種下意識的、自動完成的自然行為，習慣性學習行為包含豐富的“元認知”要素。元認知的本質是個體對當前認知活動的調節(jié)，這種調節(jié)活動通過監(jiān)測和控制兩種基本過程得以實現(xiàn)[5]。在常態(tài)化的學習過程中，學習者對自我學習的調控能力與知識記憶、文本理解、問題分析、綜合創(chuàng)新能力一樣，也是在長期的學習過程中訓練出來的，表現(xiàn)為習慣性的心理或行為模式。心理能量理論認為，人的心理能量是有限的，在執(zhí)行自我控制過程中，如對抗本能、抵御外部干擾時，需要消耗心理能量;在能量不足時，學習者更傾向于提取頭腦中已存儲的反應方式來開展活動。在習慣性行為形成的過程中，它通過不斷重復建立起環(huán)境與反應的認知聯(lián)系。在后期執(zhí)行過程中，當個體處于熟悉的環(huán)境，就會自動激活大腦中已經(jīng)形成的一系列行為反應，做出相對應的習慣性動作[6]。例如：在閱讀活動中，有的學習者注意力集中，習慣采用邊讀邊記的方式對閱讀文本進行深加工，而有些學習者則會采用“舒適”的方式進行學習，閱讀隨意且呈現(xiàn)碎片化特征[7]。這些習慣性的學習行為帶有鮮明的個性化特征，對其進行分析能夠揭示學習者內在的元認知控制和調節(jié)水平。

（二）基于教育大數(shù)據(jù)的元認知研究

傳統(tǒng)上，對學習者元認知進行研究通常采用測量量表、報告與訪談、假想情境等方法，注重對學習者元認知知識、元認知體驗和元認知監(jiān)控三個維度的調查[8]。這些方法在研究靜態(tài)的、結果性的元認知要素方面具有較好的作用，但是在面對真實任務情境時，元認知是以什么形式呈現(xiàn)出來的？我們如何觀察它？采用什么方法對其進行有效測量？鮮有研究針對這些問題給出滿意的答案。

基于教育大數(shù)據(jù)的學習分析是近年來備受關注的一種全新方法。學習者在網(wǎng)絡學習過程中遺留下來的瀏覽記錄（包含對象標簽、時間和頻次等信息）、測評成績、交互文本等逐步匯聚，形成教育大數(shù)據(jù)。通過分析這些數(shù)據(jù)，研究者或多或少地涉及元認知量化分析領域。例如：吳林靜等人采用聚類分析方法分析學習者的交互數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)勤奮型、消極型、中規(guī)中矩型和三好學生型四種類型的學習者在行為表現(xiàn)上各有差異[9];李爽等通過分析學習者行為轉化序列，發(fā)現(xiàn)在線學習者可以分為低投入式、淺層次投入式、績效投入式、循序漸進式、隨機參與式等五種不同的行為參與模式[10];江波等分析學習者在虛擬學習平臺上的學習行為，發(fā)現(xiàn)學習者群體可以分為順其自然型、積極學習型和消極學習型[11]。事實上，這些研究結論中包含了相當?shù)膶W習者認知或元認知要素，只是還處于模糊的、主觀歸納的階段，沒有清晰地對學習者內在認知和元認知發(fā)展特征進行分類討論。

盡管基于教育大數(shù)據(jù)的學習分析還處于探索階段，但這種研究方法顯然更具潛力，其主要優(yōu)勢是顯而易見的：第一，研究情境的自然性，能夠對常態(tài)化學習過程實現(xiàn)跟蹤分析;第二，研究過程的非干擾性，可以在盡量少干預或不干預學習者的狀態(tài)下收集數(shù)據(jù);第三，研究結果的有效性，由于前述原因，研究結果具有較高的信效度，能夠實現(xiàn)對學習過程的有效支持。但是，這種分析仍然有較大發(fā)展空間，其中存在的問題主要包括：第一，基于大數(shù)據(jù)的學習行為研究缺乏基礎性框架，在分析設計和結果闡釋上摻雜著各種經(jīng)驗化的表述;第二，數(shù)據(jù)處理技術主導的特征提取或模式識別沒有直指學習者內在學習特點和規(guī)律，缺乏對學習者認知與元認知特征的深入分析;第三，數(shù)據(jù)分析著重對沉積性數(shù)據(jù)的挖掘，鮮有對動態(tài)學習過程中的時序性、發(fā)展性特征的研究。

三、基于學習者習慣性行為的元認知投入分析建模

學習者習慣性學習行為中隱現(xiàn)的元認知是多樣化的，從量化分析的角度對元認知進行測評需要明確其包含的要素，厘清要素之間的關系。學習投入作為一個綜合性的概念，在指導認知心理實驗研究轉向實踐應用的過程中提供了基礎性的參考框架。以此為基礎，有助于構建習慣性行為與元認知之間的映射關系，并為量化分析提供一致性的計算框架。

（一）學習者元認知投入分析框架

從學習投入視角探討學生的學習過程特征是近幾年學習分析研究關注的重點議題。盡管研究者對學習投入的概念觀點不一，但是在學習投入的內涵理解上則形成了一定的共識：第一，學習投入是行為、認知和情感三個方面交互作用形成的綜合性概念;第二，學習投入聚焦學習者主動性、自我監(jiān)控和學習策略等內容;第三，學習投入強調學習者對學習時間的有效管理和注意力的保持與分配;第四，學習投入關注學習者與周圍世界的多向互動，以及在此過程中獲得自我效能感、意義感和歸屬感等情感體驗[12]。

學習投入為元認知分析提供了基本的概念框架。首先，學習投入是對大量元認知要素參與學習的綜合性表述，其中包括元認知知識、元認知體驗和元認知監(jiān)控三個方面的要素;其次，學習投入是一個過程性概念，強調學習過程中的元認知要素參與，即學習者對自我認知過程的計劃、監(jiān)控、調節(jié)和反思;最后，學習投入是一個具有關聯(lián)性與協(xié)同性的概念，凸顯出元認知參與的持續(xù)性，二者在持續(xù)交互過程中的協(xié)同發(fā)展主要表現(xiàn)在活動規(guī)劃、策略選擇、過程調控、學習結果預測和評價等方面[8]。

在關注“學習測量”的背景下，對學習者元認知投入進行分析需要對基礎概念框架進行進一步的發(fā)展。學習行為作為學習投入的外在表現(xiàn)，是衡量認知投入和情感投入的重要中介。相關研究者對衡量學習行為投入的指標進行了系統(tǒng)的整理與歸納，包括持久性、計劃、任務管理、努力、堅持、專注、學習活動參與、合作學習等多項指標[3]。從元認知分析的角度看，這些指標可以分為三類：第一，元認知投入方式，主要用來描述學習者“參與”學習活動的形式，其中包括自主學習和協(xié)作交互兩類，前者注重個體學習的“努力程度”，后者關注“活動參與”的水平。第二，元認知投入力度，主要描述學習過程中個體的努力程度，專注和堅持是這種努力程度的直接體現(xiàn)。專注反映出學習者對注意力的控制和分配;堅持是學習者在學習任務或問題解決過程中展現(xiàn)出的勇于挑戰(zhàn)、堅持不懈的意志品質。第三，元認知投入調控，主要描述學習者對自我學習的管理和控制，其中，包括時間管理和策略調節(jié)兩項關鍵要素。時間管理有雙重內涵，其中包括時間的有效管理和規(guī)律性;策略調節(jié)是學習者通過計劃、監(jiān)控和調節(jié)的持續(xù)循環(huán)，確保學習的方向性和有效性。

綜合以上分析，從量化分析的視角構建元認知投入分析框架，如圖1所示。

（二）學習者元認知投入計算方法

學習者元認知投入分析框架主要描述元認知要素之間的關系，將自主學習、協(xié)作學習、堅持、專注等定性的特征描述轉化為可觀察、可記錄和易于分析的量化指標是問題的關鍵。在學習邊界愈發(fā)模糊的情境下，課堂學習和網(wǎng)絡學習的混合使教學場景日益復雜，學習組織形式和規(guī)模也在發(fā)生動態(tài)變化。這種學習生態(tài)的變化對元認知測量的內容和方法提出了新的挑戰(zhàn)。在分析的內容上，除了傳統(tǒng)的學習參與、注意力保持、樂于挑戰(zhàn)、自我監(jiān)控等內容，還需要關注網(wǎng)絡學習空間中的元認知要素：一是空間維度的元認知分布，包括學習者在網(wǎng)絡學習空間中的路徑選擇、注意分布和策略應用等;二是時間維度的元認知控制，包括學習時間管理、學習內容階段性分配、學習活動中的行為序列等。

對多維度的學習者元認知投入水平進行計算需要解決分析結果的一致性問題。第一，表述方式的一致性。這里，引入認知心理研究中的激活水平與保持水平兩個術語，規(guī)范化處理元認知投入水平的各項指標。激活水平（Arousal Level，AL）主要用來表示為適應認知活動需要，學習者依據(jù)既有的習慣調動的元認知方式、策略或模式。保持水平（Retention Level，RL）主要用來表示與認知活動相匹配的時間要素，包括個體努力、注意力、信念等。第二，數(shù)據(jù)比較上的一致性。這里采取相對水平計算方法，即以班級為單位，以行為表現(xiàn)前10%的學習者為基準，計算每位學習者相關維度的元認知投入水平，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的歸一化。

依據(jù)以上分析，形成基于學習者習慣性行為的元認知投入水平計算方法，見表1。

四、案例研究：師范生混合式學習中的

元認知特征分析

當前，混合式教學逐步成為高校課程改革的重要方向。高校課堂教學日益關注教學過程，重視學生的過程性表現(xiàn)。已有的網(wǎng)絡學習平臺通常能夠提供基礎性的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，但是，這些數(shù)據(jù)對于充分了解學生、把握其學習過程特征是遠遠不夠的。有時候，教師更希望了解學生是如何學習的，他們對自我學習的管理和控制是否達到了課程標準的要求?；诖?，研究以課題組所承擔的課程為實踐情境，分析學生在混合式學習中的元認知投入狀態(tài)，為教學干預和課程優(yōu)化提供依據(jù)。

（一）研究情境

研究以高校師范生專業(yè)基礎課“現(xiàn)代教育技術應用”為實踐場景。該課程開設的目的在于普及現(xiàn)代教育技術理念和方法在學科教學中的應用，培養(yǎng)學生應用現(xiàn)代教育信息技術裝備、開展信息技術支持的教學能力。課程面向本科三年級學生，采用混合式教學模式。其中，實驗操作技能訓練在公共課實驗室中進行，基礎理論與方法通過網(wǎng)絡自主學習平臺開展。網(wǎng)絡學習資源依托浙江省高等學校在線開放課程共享平臺，為學生提供課程資料、練習測試、互動討論、學習情況自動分析與反饋等學習支持。學生在學習本課程之前已經(jīng)在此平臺上學習過其他專業(yè)課程，熟悉平臺的使用。課題組在教學研討中提出，在不同資源發(fā)布策略下，學生的自主學習表現(xiàn)有較大差異。為進一步辨析這種差異的實質及其對學生的影響，在同一學期設計兩種教學資源發(fā)布策略，為研究創(chuàng)建條件。其中，1班在課程開始時獲得了全部的章節(jié)內容資源和測試項目;2班則定期獲得發(fā)布的教學資源和測試。

（二）數(shù)據(jù)獲取

數(shù)據(jù)獲取采用學習系統(tǒng)自動采集和手工采集兩種方式。網(wǎng)絡學習平臺能夠自動統(tǒng)計課程情況、班級情況和學生情況3個層面、28個維度的數(shù)據(jù)。根據(jù)研究情境，篩選學習者在網(wǎng)絡學習平臺下的習慣性行為數(shù)據(jù)，其中包括教學視頻觀看數(shù)量與時間、協(xié)作討論與發(fā)帖、歷次學習時間、分級測驗完成度與成績、綜合測評成績等數(shù)據(jù)，分別用于計算學生的個體努力保持水平、協(xié)作意識激活水平、注意保持水平、堅持信念保持水平、時間意識激活水平、計劃與執(zhí)行策略。針對學習平臺在初始設計上的不足，通過調查問卷和隨機訪談方法手工采集部分反映學生元認知策略調節(jié)的數(shù)據(jù)，包括自我學習監(jiān)控的方式和頻率、視頻重復學習的頻次、修改作業(yè)的原因和頻次等。研究每隔一周收集一次數(shù)據(jù)，表2展示的是課程進行到第16周的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

（三）數(shù)據(jù)修正與量化

在開放的自主學習過程中，由于各種條件和因素的限制，需要在數(shù)據(jù)采集和記錄環(huán)節(jié)進行修正，在計算分析環(huán)節(jié)對相關權重進行約定，包括以下幾個方面的工作：第一，確定數(shù)據(jù)采集的時間跨度。從學期初開始，學生注冊進入課程系統(tǒng)，開始采集學習者數(shù)據(jù)，直至課程基本結束。教師每周從系統(tǒng)平臺上導出數(shù)據(jù)備份，直至第16周。第二，選擇指標項。采集學習資源訪問量數(shù)據(jù)，衡量班級努力的整體水平;采集班級筆記和交互帖的數(shù)量及評分數(shù)據(jù)，計算整體協(xié)作交互水平;以學生歷次系統(tǒng)學習時間數(shù)據(jù)為基礎，計算注意保持水平;以挑戰(zhàn)性任務完成量數(shù)據(jù)為基礎，計算堅持信念保持水平。第三，數(shù)據(jù)清洗。刪除“空”數(shù)據(jù)項，采用均值填充方法處理明顯不符合邏輯的數(shù)據(jù)，如長時間觀看視頻、交互發(fā)帖的內容是學習資源的簡單復制粘貼等。第四，確定相關指標的計算權重。在本案例中，對相關權重指標進行平均分配。

（四）分析與討論

1. 資源發(fā)布策略差異對群體元認知投入的影響分析

從課程系統(tǒng)自動統(tǒng)計的數(shù)據(jù)上看，兩個班的學習進度基本一致。基礎性的頻次統(tǒng)計數(shù)據(jù)可能難以反映兩個班的實際學習情況。對此，運用元認知投入分析方法對數(shù)據(jù)進行計算。由于數(shù)據(jù)較多，截取第12至第16周的數(shù)據(jù)，對學習投入中各項元認知要素的保持和激活水平進行一致性計算，見表3。

通過以上分析，可以得到以下結論：在開放的網(wǎng)絡學習情境中，學習者元認知投入方式具有相對穩(wěn)定性;教學資源發(fā)布策略會對學習者的元認知投入力度和調控產生影響。

第一，學習者更習慣于采用自主學習的方式完成學習任務。這種特征體現(xiàn)在學習者習慣性行為上，包括觀看教學微視頻、自主完成測驗、做筆記等方面。協(xié)作交互行為在12周之后才出現(xiàn)，主要原因是混合式教學中設計了師生互動環(huán)節(jié)，教師對學生線上互動提出了具體要求。即使如此，學生更傾向于選擇習慣性的獨自學習形式，開展協(xié)作學習的意愿并不強烈。類似研究同樣發(fā)現(xiàn)這一問題，指出協(xié)作學習并不因為創(chuàng)建了環(huán)境、規(guī)定了任務而必然發(fā)生。在激發(fā)學生參與協(xié)作、提升學習投入水平方面需要采取更多樣的方式，才能獲得期望的效果[13]。

第二，不同資源發(fā)布策略對學習者元認知投入的力度和調控方式產生顯著影響。在逐次發(fā)布學習資源的情況下，2班學生學習更加專注，并能夠堅持在有限的時間內完成學習任務。具體體現(xiàn)在注意力保持水平、堅持信念保持和時間意識激活水平三項指標上。出現(xiàn)這一情況的主要原因可能是，這種資源發(fā)布策略可以降低學生一次性面對總任務時的壓力，又讓學生產生任務緊迫感。有研究認為，學習者的元認知可以分為靜態(tài)元認知和動態(tài)元認知兩類：前者包括認知個體、認知任務、認知策略等，后者包括對當前活動的計劃、監(jiān)控、自我解決問題能力的意識和評估等[14]。從數(shù)據(jù)分析的結果上看，教師雖然在學生自主學習過程中沒有采取任何干預，但資源發(fā)布的不同策略會影響學生動態(tài)元認知要素的激活水平。

2. 性別差異對學習者元認知投入的影響分析

對比男女生性別差異是教育實證研究關注的重要維度。在日常教學觀察中，女生通常表現(xiàn)得更為積極，相較于男生，她們更容易獲得贊譽。在自主學習過程中，性別的差異會體現(xiàn)在哪些方面呢？研究選擇16周的累積數(shù)據(jù)對元認知投入的方式和力度進行分析。同時，以第16周的調查問卷為基礎，對學習者元認知投入監(jiān)控水平進行分析。具體見表4。