基于学习过程数据挖掘与分析的在线教学反思研究

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摘要：在互联网时代，对从事在线学习辅导工作的辅导教师而言，基于学习过程记录开展在线教学的反思以不断改进在线教学这一做法不仅是可能的也是必要的。文章选取基于Moodle平台的在线课程为样本，应用学习分析技术，从一位辅导教师的视角，开展基于学习过程记录的在线教学的反思研究。研究表明，学习分析技术在辅助教师开展在线教学反思是有效的，具体表现为：（1）通过师生群体平台访问行为分析，可帮助辅导教师重温整个在线教学过程，弥补了师生分离状态下辅导教师难以了解全班活动的不足。（2）通过师生交互论坛分析，可帮助辅导教师聚焦重点教学活动，并可实现比面授教学活动更为精确的分析。

关键词：在线教学；辅导教师；教学反思；学习分析；数据挖掘

【中图分类号】G40-057【文献标识码】A【论文编号】1009-8097（2015） 06-0089-07【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2015.06.014

引言

2011年以来，在美国顶尖大学中迅速发展起来并迅速影响世界的MOOC（大规模开放在线课程）模式无疑给“在线学习”这一学习形式树立了成功应用的典范，该模式证明了只有当大学的课程、课堂教学、学生学习进程、学生体验、师生互动过程等被完整、系统地在线实现…，特别是当辅导教师的存在以及相关系统指导活动实现时，在线学习才是有效的。这从一个侧面说明，在线学习并不是纯粹的学生自主学习，还需要充分发挥辅导教师的主导作用。

在线学习模式下，师生活动在时空上相对分离，尽管有同步教学活动发生，但更多时候是异步教学活动，因为异步教学更有助于满足学习者的个性化学习需要。不同于课堂面授教学，辅导教师难以把握一门在线课程学习者学习开展情况的全貌。但是，通过在线学习平台对学习过程的记录，辅导教师了解课程的教学过程是可能的，而且基于学习过程记录开展在线教学的反思以不断改进在线教学这一做法也是必要的。一文献探讨

“教学反思”，顾名思义，反思对象就是教学过程，反思的基础是对教学过程的忠实记录。波斯纳（Poser）将教师的成长发展与其对自己经验的反思结合起来，提出了一个教师成长的公式：经验+反思=成长。由此可见反思对教师成长以及专业发展的重要性。

教学反思的方法是多样的。王映学、赵兴奎指出教学反思的途径主要有录像反思、日记反思、从学习者角度反思、与同事及专家的交流中反思以及通过向学生征询意见反思。张大均将教师成长的途径从观摩教学、微格教学、教学决策训练和教学反思几个方面来说明。俞国良等则将教师的反思训练列为录像反思法、对话反思法和教学反思法。从上述方法中可以看到，教学反思的基础是对教学过程的忠实记录。在“日记反思法”中，第一步就是对教学中包含问题的教学事件进行详细、忠实的描述。在“从学习者角度反思”中，第一步就是“简要记下学习发生的时间、场合、涉及的学习内容和培训（讲授或主持）人员”。在微格教学法中，则通过录像设备记录教学全过程。

在信息化网络时代，教师可以利用现代教育技术手段来实现教学过程的忠实记录，进行有效的教学反思，从而更好地促进自身的专业发展。各种新的网络技术工具给我们的生活带来了新的便利，同时也为教师提供了新的教学反思工具。近年来兴起的学习分析技术可以成为教师开展在线教学反思的有力工具。学习分析技术是对学生生成的海量数据进行解释和分析，以评估学生的学术进展，预测未来的表现，并发现潜在的问题。对教师而言，学习分析技术可用来开展更为深入的教学分析，以便教师在数据分析的基础上为学生提供更有针对性的教学干预。在线学习中，在线学习平台详细记录了师生行为，犹如课堂教学录像。借助学习分析技术，分析师生行为记录数据，可以再现在线学习过程，使教师能够把握在线教学过程全貌，并了解每个教学环节、重要教学活动以及每个学生的种种细节，使原本模糊的印象数字化、清晰化，辅助教师反思其在教学设计、资源制作、学习引导、学习评价等方面的可取之处与不足之处。

因此，本文选取基于Moodle平台的在线课程为样本，应用学习分析技术，具体包括话语分析、社会网络分析等分析技术，统计分析与可视化、聚类、预测、关系挖掘、文本挖掘等数据挖掘方法，以及SSAS、SPSS、ucrNET、EXCEL、ICTCLAS中文分词系统等工具，从一位辅导教师的视角，开展基于学习过程记录的在线教学反思研究，探索一种全新的教学反思形式。

二 研究样本

本文选取国家开放大学主办的网络教育从业人员培训班为研究对象。该培训班依托Moodle平台开设（网址：http：//etutor.crtvu.cn），有“学生支持服务”、“在线学习辅导”和“在线课程设计”三门课，每门课的培训时间为6周，学生通过Moodle平台开展在线学习，辅导教师提供全程的在线辅导。本文具体选择“在线学习辅导”课程第五期培训班作为研究样本。

三 数据分析与培训反思

1 重温整个教学过程——师生群体平台访问行为分析

通过对平台模块访问、模块访问序列以及师生活动时间分布情况的分析，重新回顾教学过程，并对一些突出的数据表现加以解读，使原本时空分离的师生活动再度整合，还原辅导教师的教学过程与学生学习过程的原貌。

（1）平台模块访问总体情况

表l是该期培训过程中，师生访问Moodle平台各模块的频次统计结果。

从统计结果可知，师生最常访问的模块是“forum”，占总活动频次的近50%，说明课堂讨论是最主要的学习活动，也是这门基于讨论的探究式课程学习的突出特点。其次就是“wiki”、“resource”和“assignment”三类行为。这三类行为的频次和比例较为平均，是位列“Forum”之后的重要学习活动。在讨论的基础上，课程设计中的“wiki”其实是为了给学生协作式小组学习的机会，是除“forum”外学生之间重要的交互空间。“resource”（浏览资源）是学习内容重要的组成部分，在此基础上参加讨论和wiki协作学习，最终的学习成果以“assignment”（小论文、大论文）的形式呈现。这几个模块的频次和比例分配较为合理，较好地还原了教学过程。

（2）平台模块访问序列分析

我们已经了解了不同模块的访问频次，下面我们再来了解一些师生访问平台模块的路径。

这里采用Microsoft顺序分析和聚类分析算法，数据来源则是用户每天浏览课程页面产生的过程数据。笔者选取5个频繁访问模块包括forum、wiki、assignment，resource和user（course除外，因为在该模块主要发生登录行为，并没有实际的学习行为）的数据来分析模块访问序列，得到如图l所示结果。由图l可知，从user、resource、assignment、wiki四个模块跳转到forum的条件概率均比较高（分别为0.40、0.32、0.26、0.16），可见forum是一个活动中心模块，也是一个重要的活动中介模块，诸如resource、assignment、wiki等活动可以从中再次启动。而在由forum跳转到其他模块的情形中，forum→resource的转换组合的发生概率是最高的，达到0.06。在发帖参与讨论的过程中，发现问题、深入思考再继续学习相关资源，这符合学习常规，也形成了讨论带动资源的学习两者之间的良性互动，从而实现深度学习和反思。另外，resource模块对其他模块的支撑作用还表现为assignment→resource，这一条件概率达到0.13，即学生在做作业的过程中要求助于资源模块，这也是符合学习常规的。

（3）不同时期各模块访问特点

接下来结合时间维度，了解不同时期平台各模块访问特点，以了解不同时期师生关注重点的变化。计算出本期培训不同周此平台模块访问频次分布情况，并绘制师生在主要学习模块的活动频次占比随时间分布的折线图，得到如图2所示结果。

从图2可以看出，除高频访问模块forum外，在正式学习开始前两周及第1周，学生的访问重点user模块和resource模块反映出学生在熟悉人和内容。这启示我们，在网络课程开始之前，辅导教师可能需要提前两到三周就介入课程的学习，实时跟踪学习进程，为他们提供相应的服务来进行预热，这对于后面课程学习的顺利发展和学生积极性的保持都很有帮助。进入第2周，开始主要的学习活动，主要模块则是wiki以及forum。到第3周，wiki活动达到顶峰一一第3周出现本课程第一次wiki协作式小组学习活动，所以这时达到顶峰是正常的；另外，这些学生从没有接触过基于wiki的小组写作式学习，所以他们有很强的好奇心和强烈的兴趣参与。到第4周，assignment活动达到顶峰。这实际上是学生提交的第3周布置的assignment（小论文），这是本课程第一次提交assignment；课程结束后的三周，assignment模块的活动逐渐增强，伴随着resource模块活动的增强，forum活动相对减弱，进入做作业（撰写大论文）的状态。

2 聚焦重点教学活动一一师生论坛交互分析

师生在论坛的讨论发言是本课程的一项重点教学活动。通过这一活动，相关教学信息得以传递，各种其他教学活动得以依次展开，课程知识也在这里不断呈现，支持服务也在这里相继给出。

（1）师生交互的数量与内容

该课程讨论活动在6个学习单元分散展开，本期培训班发帖数量累计743个，如表2所示。由表2可知，辅导教师的发帖量基本呈缓慢下降的趋势。从该趋势我们可以看到，在第1周“学习指南”和第2周“第一单元：什么是在线辅导？”两周的教学中，由于是在线教学的开始阶段，辅导教师需要更多地引导学生进行讨论，投入相对更多的时间。从第3周开始，数据显示，辅导教师的发帖量开始有所减少，从将近50%的比例下降到40%左右。这是因为，经过前两周的学习，由于辅导教师的有效引导，学生保持了较高的积极性，效果明显。从第3周开始，辅导教师有意减少了发帖的量，注意留给学生更多的时间思考并参与讨论，这时候学生明显上升到了讨论的主角这一角色，这说明辅导教师对于讨论的把握和控制比较成功。

（2）师生交互发帖的内容

作者采用傅骞、魏顺平等研发的术语提取算法从所发帖子中提取了约240个术语，如表3所示。这些术语的出现频次为4909次（其中辅导教师使用976次，约占20%）；在481个帖子中出现（其中教师帖为204个），占帖子总数的65%。从另外一个角度说，有1/3左右的帖子没有出现任何术语。由此可见，论坛的主要功能是开展课程知识讨论，次要功能则是激发并维持学生的学习动机，引导、鼓励学生不断参加学习。

在前10位术语中，“辅导”出现了3次，“在线（远程）”出现了4次，这比较好地体现了本课程的特点，即在线学习辅导。而排在前两位的是“辅导教师”和“电大”，这更能说明这次培训的内容和对象的特点。无一例外，本次培训的对象全部来自电大系统，所以他们对本系统是最关注的，另外他们对如何做好“辅导教师”也是最关心的，所以他们选择了这门课。从这些术语可以看出，本期的讨论比较成功，课程的设计也比较合理，能够满足学生的需求。

接着，作者对各单元使用的普通词汇（包括动词和名词等实词，不含虚词，不含术语）使用频次进行统计，以体现辅导教师的语言艺术和辅导特色。其中使用频次排名前十的普通词汇分别是“同学、加油、学生、谢谢、可以、学习、问题、课程、研究、讨论”。“加油”和“谢谢”这两个词的大量使用反映了辅导教师为学生提供的情感支持。辅导教师时时刻刻不忘鼓励、支持任何一位学生的发言和进步，处处对他们的讨论表示感谢，无论发言是否精彩，无论对他们的观点是否赞同，都通过“加油”和“谢谢”表示感谢。

（3）师生交互的动态过程与静态结构

我们从师生交互发帖时间分布以及师生交互网络分析来了解师生交互的动态过程与静态结构。本培训课程设有6个单元外加大论文指导环节（实际上是7个单元），计划教学时间是6周，一个单元用时一周。理想情况下，学生应该在规定的学习时间内完成相应单元的活动，但事实并非如此。以每个单元的“话题讨论”为例，某个单元的话题往往要持续3周才会真正结束。各单元讨论活动随时间分布情况如表4所示。

表4中带*号的数字部分是在单元规定学习时间内的发帖数量，但是每个单元在规定学习时间后，在随后的2至3周还陆续有帖子发出来。于是从第3单元开始，将会有3个单元的活动叠加在一起。出现这种叠加现象，可能较大程度上是由工学矛盾造成的。学生不能及时完成本周的学习活动，所以会往后拖延。其实，从学生的角度是可以理解的，这也要求我们的在线教学要有一定的灵活性。同时，也恰恰是在第3周开始出现第一个assgignment（小论文），学生的负担开始加重。正是当“新债旧债”交织在一起的时候，出现了连锁式叠加的现象。当然，这种现象也会无形中增加辅导教师的负担。

根据辅导教师和学生发帖、回帖的关系，借助UCINET社会网络分析工具，可绘制师生交互网络图，如图3所示。从图3可以看出，所有24个成员（包括辅导教师，如图中编号为68的正方形节点）均在一个网络中，不存在孤立的成员。

四 研究结论

本文选取基于Moodle平台的在线课程为样本，应用学习分析技术，从一位辅导教师的视角，开展基于学习过程记录的在线教学反思研究，探索了一种全新的教学反思形式。研究表明，借助学习分析技术，分析师生行为记录数据，可以再现在线学习过程，使教师能够把握在线教学过程全貌，并了解每个教学环节、重要教学活动以及每个学生的种种细节，使原本模糊的印象数字化、清晰化，辅助教师反思其在教学设计、资源制作、学习引导、学习评价等方面的可取之处与不足之处。

由于所选研究样本是以小班教学为特色的培训班，样本量有限，本文提出的基于在线学习分析的教学反思方法还有待在更大样本范围内验证，并且在数据分析结果解释与反思中引入质的研究方法，使得解释与反思能够透过数据现象发现本质。