1、第 卷 第 期 年 月 安 徽 冶 金 科 技 职 业 学 院 学 报 融 合 数 据 驱 动 生 成 在 线 学 习 迷 航 模 型 的构 建 及 验 证张 晔（南 京 科 技 职 业 学 院 江 苏 南 京）摘 要：研 究 在 数 据 驱 动 技 术 支 持 下，聚 焦 在 线 学 习 者 的 学 习 行 为 表 征 学 习 迷 航 状 态，探 讨 精 准 识 别 在 线 学 习 迷 航 状 态，提 高 学 习 者 的 在 线 学 习 效 率、效 益 和 成 效。通 过 数 据 收 集 与 预 处 理 形 成 干 净 且 标 准 的 数 据，研 究 基 于 的 在 线 学 习迷 航 诊 断
2、 方 法，通 过 数 据 验 证 方 法 的 有 效 性，提 供 技 术 保 障。研 究 设 计 了 迷 航 诊 断 系 统，通 过 应 用 效 果 分 析，验 证 了 迷 航 诊断 系 统 在 提 高 学 习 者 学 习 效 用 的 同 时，确 实 可 以 有 效 降 低 学 习 者 的 在 线 学 习 迷 航 程 度，实 现 在 线 学 习 迷 航 模 型 的 有 效 落 地。关 键 词：数 据 驱 动；在 线 学 习；学 习 迷 航；诊 断 模 型收 稿 日 期：作 者 简 介：张 晔（），女，南 京 科 技 职 业 学 院 经 济 管 理 学 院，讲 师。【基 金 项 目】：本 文 系
3、 江 苏 省 教 育 科 学 年 度 规 划 课 题：基 于 数据 驱 动 的 在 线 学 习 迷 航 诊 断 模 型 构 建 与 应 用 研 究（课 题 编 号：）的 研 究 成 果 之 一。引 言 随 着 教 育 改 革 的 不 断 深 入 和 教 育 信 息 化 的 持续 推 进，在 线 学 习 能 够 帮 助 学 习 者 实 现 沟 通 交 流 和资 源 共 享，它 已 经 成 为 变 革“教”与“学”模 式 的 重要 实 践 形 态。然 而，因 在 线 学 习 资 源 泛 滥、师 生 互动 缺 乏 和 导 航 设 计 不 良 等 问 题，学 习 者 很 容 易 陷 入学 习 迷 航。
4、如 何 诊 断 和 干 预 学 习 迷 航 成 为 亟 待 解决 的 问 题，随 着 大 数 据 在 教 育 领 域 的 应 用，融 合 数据 生 成 的 迷 航 状 态 分 析 方 法 为 解 决 在 线 学 习 迷 航提 供 了 新 思 路。文 献 综 述 核 心 概 念 及 界 定）在 线 学 习 在 线 学 习（）是 由 电 子 通 信 技术、网 络 技 术 和 多 媒 体 技 术 等 核 心 互 联 技 术 衍 生 出来 的 一 种 重 要 远 程 实 践 形 式。在 线 学 习 的 开 放性、灵 活 性、互 动 性、均 等 性、协 作 性、个 性 化、自 主性 等 特 点，使 我
5、们 在 充 分 满 足 不 同 学 习 者 个 性 化 需求 的 同 时，不 再 受 时 空、管 理、资 源 等 方 面 对 传 统 课堂 教 学 的 限 制，有 效 地 提 高 了 学 习 效 果。）数 据 驱 动 数 据 驱 动 的 概 念 随 着 大 数 据 的 兴 起 受 到 广 泛关 注 和 频 繁 使 用，被 解 释 为 通 过 移 动 互 联 网 或 者 其他 平 台 软 件 采 集 海 量 的 数 据，然 后 将 数 据 转 化 为 信息，再 经 过 一 系 列 过 程，将 相 关 信 息 进 行 整 合、提 炼、自 动 拟 合 为 一 个 有 效 的 决 策 模 型。有 效
6、的 数 据 驱 动机 制 能 够 实 现 在 线 学 习 中 隐 性 知 识 显 性 化，显 性 知识 结 构 化，可 以 为 教 育 诊 断 与 决 策 提 供 相 应 指 导。）学 习 迷 航 学 习 者 在 学 习 过 程 中 陷 入 的 一 种 类 似 船 舶、飞机 迷 失 航 向 的 负 面 学 习 状 态。处 于 学 习 迷 航 的 学习 者 无 法 辨 识 自 身 遇 到 的 学 习 问 题，无 法 选 取 学 习资 源 完 成 学 习 任 务，而 是 处 于 一 种 漫 游、困 惑、挫 折状 态，不 能 及 时 解 决 问 题，学 习 成 绩 和 效 率 都 会 受到 影 响。
7、在 线 学 习 过 程 中，由 于 师 生 间 的“空 间 分 离”和 网 络 学 习 环 境 的 复 杂 性，容 易 存 在 教 师 情 感 激 励与 学 习 指 导 不 足、同 伴 交 流 互 动 匮 乏 和 网 络 资源 泛 滥 且 质 量 不 均 衡 等 问 题，既 提 高 了 学 习 者发 生 学 习 迷 航 的 概 率 也 容 易 阻 碍 他 们 的 学 习 进 展。学 习 分 析 模 型 研 究 现 状 年，学 习 分 析 与 知 识 国 际 会 议（，）定 义 学 习 分 析 为“对 学 习 者 及 其 学 习情 境 的 数 据 进 行 测 量、收 集、分 析 和 报 告，进
8、而 了 解和 优 化 学 习 和 学 习 发 生 的 情 境 的 一 种 应 用”。和 教 授 都 是 学 习 分 析 领 域的 专 家，他 们 依 据 学 习 分 析 内 涵 提 出 了 线 性 学 习 过程 分 析 模 型，如 图 所 示。基 于 模 型 明 确 的 基 本 要素，重 塑 学 习 分 析 结 构 和 线 性 实 施 流 程。交 互 网 状学 习 分 析 模 型、多 因 素 学 习 分 析 模 型、反 馈 环 状 学习 分 析 模 型 等 几 类 代 表 性 模 型 在 后 续 学 习 分 析 领域 的 研 究 过 程 中 逐 步 形 成。图 的 学 习 分 析 过 程 模
9、型 反 馈 环 状 学 习 分 析 模 型 的 代 表 人 物 有 加 拿 大阿 塞 巴 斯 卡 大 学 的 等，该 模 型 提 出 了 持 续 改进 环 模 型，如 图 所 示，其 基 础 是 学 习 分 析 和 数 据分 析 五 步 法、知 识 管 理 框 架 等。机 构、人 力、计 算 机和 理 论 等 技 术 资 源 价 值 都 是 该 模 型 所 着 重 强 调 的，并 通 过 选 择、收 集、聚 合、预 测、优 化、使 用、分 享 等循 环 实 现 数 据 采 集、数 据 处 理 和 结 果 应 用 的 过 程。技 术 资 源 推 动“教”与“学”效 果 的 不 断 提 高，使 三
10、个 循 环 阶 段 处 于 持 续 发 展 中，体 现 了 学 习 分 析 过 程的 动 态 循 环 特 性。图 的 持 续 改 进 环 模 型 模 型 设 计 数 据 驱 动 下 在 线 学 习 迷 航 模 型 架 构 在 线 学 习 的 核 心 是 学 习 者 个 人 诉 求，借 助 互 联网 络 技 术 为 学 习 过 程 提 供 方 便 快 捷 的 支 持 服务。离 开 教 师 管 控 下 的 学 习 过 程 容 易 受 不 同 多维 因 素 的 影 响，比 如 个 体、环 境 等 都 会 导 致 学 习 者陷 入 在 线 学 习 迷 航 状 态。在 线 学 习 迷 航 诊 断 过 程
11、 是 基 于 数 据 分 析 方 法，依 据 迷 航 诊 断 指 标，尝 试 利 用 学 习 平 台 充 分 提 取 在线 学 习 者 的 相 关 行 为 数 据 和 特 征，对 大 量 繁 杂 冗 余的 原 始 数 据 进 行 清 洗 整 理，并 借 助 机 器 学 习 中 的 分 类 算 法 分 析 得 出 学 习 者 行 为 特 征 去 支撑 在 线 学 习 迷 航 诊 断，构 建 迷 航 状 态 检 测 器，为 帮助 学 习 者 摆 脱 学 习 迷 航 奠 定 数 据 基 础，精 准 识 别 迷航 状 态，提 供 个 性 化 服 务。结 合 的 学 习 分 析 过 程 模 型 和 的持
12、 续 改 进 环 模 型，尝 试 构 建 数 据 驱 动 下 的 在 线 学 习迷 航 诊 断 模 型。基 于 算 法 的 在 线 学 习 迷 航 诊 断 原 理）算 法 研 究 借 助 机 器 学 习 算 法 实 现 精 准 识别 迷 航 状 态，构 建 迷 航 状 态 检 测 器，学 习 迷 航 状 态检 测 器 的 核 心 功 能 基 于 算 法 的 状 态 分 类能 力，从 而 在 学 习 状 态 中 将 迷 航 状 态 识 别 出 来。算 法 是 保 留 了 中 的 一 些 优 点，又 在 算 法 基 础 上 改 进 而 来 的，如：集 成 了 多个 弱 分 类 器，使 用 了 健
13、壮 的 损 失 函 数，异 常 值 具 有非 常 强 的 鲁 棒 性（稳 定 性）等；算 法 与 相 比，由 于 只 涉 及 损 失 函 数 优 化 时 的 一阶 导 数，而 可 以 针 对 损 失 函 数 展 开 二 阶 泰勒 公 式，因 此 损 失 函 数 更 加 精 确 和 精 确；同 时，在 避免 模 型 过 拟 合 的 同 时，对 损 失 函 数 和 模 型 复 杂 度 进行 权 衡，算 法 还 增 加 了 正 则 项 控 制 模 型 的复 杂 度。图 融 合 数 据 驱 动 生 成 的 在 线 学 习 迷 航 诊 断 模 型）算 法 在 线 学 习 迷 航 诊 断 流 程 算 法
14、的 实 质 模 型 是 将 多 个 弱 分 类 器集 合 在 一 起。对 在 线 学 习 迷 航 状 态 诊 断 的 模 型 为：诊 断 模 型 中 的 是 第 条 的 学 习 行 为 与 特 征，总 第 期 张 晔：融 合 数 据 驱 动 生 成 在 线 学 习 迷 航 模 型 的 构 建 及 验 证 用 来 预 测 第 处 学 习 状 态 的 结 果，表 示 集 成弱 学 习 器 的 总 数，意 思 是 由 棵 树 集 成 的 模 型；是 第 棵 树。因 此，基 于 的 在 线 学 习 迷 航诊 断 模 型 中 的 损 失 是：（，）（）损 失 也 是 预 测 模 型 的 误 差，是 真
15、实 值 与 度 量的 预 测 值 之 间 的 差 距，其 中 是 在 线 学 习 者 的 实际 真 实 学 习 状 态，则 是 通 过 诊 断 模 型 预 测 预 估 的学 习 状 态，（，）则 用 来 记 录 在 处 出 现 的 错 误估 计 学 习 状 态 的 情 形 情 况。（）表 示 树 的 复 杂度，它 是 正 则 项，用 来 惩 罚 模 型 复 杂 程 度。惩罚 项 对 损 失 函 数 起 到 了 补 充 调 节 和 约 束 的 作 用，因此 将 也 就 是 棵 树 的 复 杂 度 的 和 添 加 至 目 标 函 数中，就 可 以 避 免 模 型 的 过 度 拟 合。实 验 过 程
16、 数 据 采 集 研 究 收 集 了 在 线 开 放 课 程 平 台 中 市 场 调 查与 分 析 课 程 的 服 务 器 日 志 记 录，其 中 包 含 了 名 在 线 学 习 者 的 基 本 信 息、文 本 学 习、视 频 学 习 以及 在 其 他 相 关 的 学 习 行 为 数 据 和 列 表，总 计 条 原 始 数 据。每 次 在 线 学 习 完 成 后，都 要 求 学 习 者进 行 在 线 填 写 内 容、提 交 在 线 调 查 问 卷，在 线 学 习者 的 学 习 行 为 数 据 如 表 所 示，形 成 汇 总 为 各 项 在线 学 习 行 为 特 征 的 指 标。表 在 线 学
17、习 行 为 数 据 源网 络 学 习 平 台 采 集 的 学 习 行 为 数 据编 号 数 据 内 容 编 号 数 据 内 容 视 频 观 看 视 频 倒 退 点 击 播 放 视 频 学 习 者 在 线 测 试 暂 停 视 频 观 看 切 换 在 线 学 习 界 面 视 频 倍 速 播 放 下 载 内 容 点 击 帮 助 页 面 停 留 时 间 基 于 韦 伯 分 析 量 表，设 计 了 在 线 学 习 状 态 的 调查 问 卷 以 获 取 学 习 者 每 次 学 习 行 为 所 对 应 的 学 习状 态 和 学 习 结 果，划 分 了 正 常 状 态、信 息 迷 航 和 思维 迷 航 三 个
18、 维 度，每 个 维 度 上 分 别 设 计 了 道 题，共 题。基 于 的 五 点 量 表 设 计 问 卷 选 项，至 分 别 表 示“完 全 不 认 同”，“不 认 同”，“不 确定”，“认 同”，“完 全 认 同”。为 了 验 证 问 卷 的 可 靠性 和 有 效 性，利 用 软 件 进 行 问 卷 信 效 度 分析，系 数 系 数 为，系 数 在 各 个 维 度 分 别 为、和；调 查问 卷 的 值 为，球 形 检 验 值 为，数 据 显 示 该 问 卷 具 有 较 好 的 信 度 和 效 度。将 条 学 习 记 录 进 行 整 理 汇 总，作 为 在 线学 习 者 的 学 习 状 态
19、 数 据 集，数 据 集 在 经 过 处 理 后 作为 在 线 学 习 迷 航 状 态 检 测 器 的 数 据 支 撑。实 验 准 备 实 验 抽 取 了 市 场 营 销 专 业 大 一 学 生 名 在 线学 习 者 作 为 研 究 对 象。在 开 展 实 验 调 查 前，大 部 分学 习 者 已 经 掌 握 了 市 场 调 查 与 分 析 中 的 一 部 分课 程 知 识，也 能 够 试 着 回 答 简 单 问 题。根 据 实 验 调查 的 科 学 性 原 则，根 据 调 查 对 象 知 识 水 平 前 测 结果，平 均 地 将 名 在 线 学 习 者 分 为 实 验 组 和 对 照组，分
20、别 称 为 组 人 和 组 人，用 来 保 证 实验 组 和 对 照 组 中 的 学 习 者 他 们 初 始 知 识 水 平 和 能力 尽 量 保 持 大 体 一 致。接 下 来，通 过 对 两 组 成 员 学 习 迷 航 程 度 的 前 测试 结 果 进 行 独 立 样 本 检 验 来 完 成 测 试，实 验 组和 对 照 组 学 习 者 的 初 始 在 线 学 习 迷 航 程 度 是 否 一致 也 有 待 进 一 步 验 证，结 果 见 表。表 实 验 组 和 对 照 组 学 习 者 迷 航 程 度 前 测 结 果独 立 样 本 检 验 检 验 结 果 显 示，莱 文 方 差 等 同 性
21、检 验 实 验 组 和 对 照 组 的 方 差 并 无 显 著 差 异，值（双 侧）学 习 者 在 线 学 习 的迷 航 程 度 也 无 明 显 差 异。因 此 得 出 根 据 知 识 水 平 进 行 平 均 分 组 之 后，实验 组 与 对 照 组 两 组 学 习 者 在 线 学 习 的 迷 航 程 度 也趋 于 一 致，是 可 以 继 续 开 展 后 续 迷 航 程 度 的 相 关 调查 的。实 验 过 程 缓 解 学 习 者 在 线 学 习 的 迷 航 程 度 和 提 升 学 习者 的 学 习 效 率 效 果 是 本 次 应 用 迷 航 诊 断 模 型 的 实 安 徽 冶 金 科 技 职
22、 业 学 院 学 报 年 第 期验 主 要 目 的。在 互 联 网 学 习 迷 航 诊 断 系 统 的 技 术支 持 下，开 展 实 验，实 验 过 程 如 图 所 示。图 实 验 过 程 实 验 共 开 展 周，分 为 一、二 两 个 阶 段。在 阶段 一，实 验 组 和 对 照 组 的 学 习 者 都 在 网 络 学 习 平 台进 行 周 学 习，以 此 来 验 证 在 未 使 用 学 习 迷 航 诊 断系 统 的 情 境 下，对 照 组 与 实 验 组 他 们 的 知 识 水 平 和迷 航 程 度 是 否 还 能 保 持 一 致；在 阶 段 二，我 们 将 开展 周 学 习，实 验 组
23、组 学 习 者 将 使 用 带 有 学 习迷 航 诊 断 系 统 的 平 台，对 照 组 组 学 习 者 仍 然 使用 之 前 的 在 线 学 习 平 台，主 要 是 用 来 验 证 使 用 了 学习 迷 航 诊 断 系 统 的 平 台 是 否 能 够 减 轻 在 线 学 习 迷航 程 度 和 提 升 学 习 者 学 习 效 率 与 成 绩。需 要 注 意的 是，周 的 实 验，要 进 行 三 次 知 识 水 平 测 试 来 观察 学 习 者 们 知 识 水 平 的 变 化，其 次，每 周 还 应 测 量在 线 学 习 迷 航 程 度，分 析 实 验 组 和 对 照 组 在 线 学 习迷 航
24、程 度 的 变 化。实 验 结 果 与 分 析 实 验 组 与 对 照 组 的 学 习 状 态 分 布 情 况 两 组 学 习 者 在 线 学 习 时 的 学 习 状 态 分 布 情 况 以及 学 习 状 态 分 布 的 变 化 情 况 都 是 通 过 算 法进 行 诊 断，分 析 在 线 学 习 过 程 中 产 生 的 行 为 数 据。图 所 示，在 第 一 阶 段（周）实 验 组 中 的各 维 度 人 数 占 比 没 有 明 显 变 化，表 示 一 般 的 在 线 平台 学 习 不 会 影 响 学 习 者 迷 航 状 态；在 第 二 阶 段（周），当 实 验 组 开 始 利 用 带 有 迷
25、 航 系 统 的 在 线 学习 平 台 后，正 常 状 态 学 习 者 的 比 例 有 了 明 显 增 加，信 息 迷 航 和 思 维 迷 航 的 人 数 比 例 显 著 减 少。图 实 验 组 学 习 者 学 习 状 态 分 布 情 况 图图 实 验 组 学 习 者 学 习 状 态 分 布 情 况 图 通 过 图 可 以 看 出，在 实 验 的 第 二 阶 段 开 始后，在 线 学 习 迷 航 诊 断 系 统 发 挥 了 一 定 的 干 预 作用，实 验 组 学 习 状 态 分 布 变 化 显 著。在 线 学 习 迷 航 程 度 变 化 情 况 在 实 验 过 程 中，每 周 还 应 测 量
26、 在 线 学 习 迷 航 程度，测 量 结 果 生 成 两 组 学 习 者 迷 航 程 度 的 变 化 折 线图，可 以 直 接 观 察 迷 航 程 度 的 变 化 情 况，如 图 所 示。图 迷 航 程 度 变 化 情 况 由 图（）可 知，实 验 组 与 对 比 组 在 周 的学 习 迷 航 程 度 总 体 上 并 无 明 显 差 异，但 实 验 组 在 周 的 实 验 开 始 后，学 习 者 进 入 带 有 在 线 学 习 迷航 诊 断 系 统 的 平 台 学 习，迷 航 程 度 明 显 低 于 对 照组，且 效 果 相 对 显 著。图（）和 图（）的 结 果显 示，实 验 组 的 信
27、息 迷 航 和 思 维 迷 航 的 程 度 都 有 较大 缓 解，对 照 组 则 几 乎 没 有 变 化。学 习 成 绩 比 较 分 析）实 验 组 和 对 照 组 中 测 成 绩 分 析 成 绩 反 映 对 知 识 的 掌 握 情 况，研 究 分 别 在 实 验 总 第 期 张 晔：融 合 数 据 驱 动 生 成 在 线 学 习 迷 航 模 型 的 构 建 及 验 证前、第 一 阶 段 结 束 时、第 二 阶 段 结 束 时 进 行，对 学 习者 进 行 了 前 测、中 测 和 后 测。两 组 学 习 者 的 知 识 水平 在 前 测 时 并 没 有 太 大 差 异，因 此 仅 对 中 测
28、和 后 测成 绩 展 开 分 析。对 中 测 成 绩 做 独 立 样 本 检 验，判 断 两 组 的 知识 水 平 是 否 在 未 用 系 统 前 保 持 一 致，表 结 果 显 示两 组 的 中 测 结 果（）无 明 显 差 异。表 实 验 组 和 对 照 组 的 中 测 成 绩 独 立 样 本 检 验组 别 实 验 组（）对 照 组（）实 验 组 和 对 照 组 后 测 成 绩 分 析 采 用 协 方 差 对 两 组 学 生 后 测 成 绩 进 行 分 析，协变 量 设 为 中 测 成 绩，因 变 量 设 为 后 测 成 绩，组 别 为固 定 因 子，经 过 调 整，表 结 果 说 明 实
29、 验 组 和 对 照组 的 成 绩 均 值 相 差，成 绩 存 在 明 显 差 异（），数 据 表 明 实 验 组 的 学 习 者 在 使 用 在 线学 习 迷 航 诊 断 系 统 后，学 习 成 绩 比 对 照 组 学 习 者 有着 明 显 提 高。表 实 验 组 和 对 照 组 的 后 测 成 绩 差 异组 别 实 验 组（）对 照 组（）结 语 以 在 线 学 习 迷 航 模 型 的 有 效 落 地 作 为 研 究 目的，设 计 迷 航 诊 断 系 统，通 过 应 用 效 果 分 析，说 明 在线 学 习 迷 航 诊 断 系 统 确 实 能 够 有 效 降 低 学 习 者 的迷 航 程
30、度，提 升 学 习 者 的 学 习 效 率、成 绩 和 效 用，表明 在 线 学 习 迷 航 模 型 在 实 际 应 用 中 的 可 行 性 和 有效 性。参 考 文 献 丁 兴 富 远 程 教 育 学 北 京：北 京 师 范 大 学 出 版社，：王 英 彦，杨 刚，曾 瑞 在 线 学 习 者 的 激 励 机 制 分 析 与设 计 中 国 电 化 教 育，黄 昌 勤，王 希 哲，张 冬 冬，梅 晓 勇，周 宇 文 学 习 云 空 间支 持 下 的 研 究 性 学 习 研 究 与 实 践 中 国 电 化 教育，郑 晓 薇，刘 静 学 习 分 析 模 型 的 分 类 与 对 比 研 究 现 代 教 育 技 术，：，：，：，（）黄 昌 勤，俞 建 慧，王 希 哲 学 习 云 空 间 中 基 于 情 感 分 析的 学 习 推 荐 研 究 中 国 电 化 教 育，：，：；安 徽 冶 金 科 技 职 业 学 院 学 报 年 第 期
