大數(shù)據(jù)畫像軟件基礎(chǔ)精準(zhǔn)教學(xué)探析

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摘要：本文為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)課精準(zhǔn)教學(xué)為目的，提出將一卡通智慧平臺數(shù)據(jù)與MOOC平臺軟件基礎(chǔ)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)相結(jié)合，對學(xué)生進(jìn)行畫像，并通過畫像結(jié)果對教學(xué)效果進(jìn)行精準(zhǔn)分析，以調(diào)整教學(xué)策略，修正學(xué)生行為。實(shí)施結(jié)果表明基于大數(shù)據(jù)畫像技術(shù)的軟件基礎(chǔ)教學(xué)是科學(xué)、精準(zhǔn)的教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；畫像；軟件；精準(zhǔn)

計(jì)算機(jī)軟件教學(xué)是高校計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)入門課程。學(xué)生們由不同的城市或地區(qū)進(jìn)入大學(xué)，對計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識存在著較大的差異。講授計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)知識的教師試圖找到更好的方法來教授不同水平的學(xué)生，例如：翻轉(zhuǎn)課堂、任務(wù)驅(qū)動教學(xué)、MOOC和分層教學(xué)、在線和離線混合等等。雖然取得了一定成績，但效果并不理想。原因在于采用普遍性的教學(xué)方法，對某些同學(xué)并不適用。再者，教師管理的學(xué)生太多，不能完整掌握每個學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。而今，大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)為可以解決這一難題。通過大數(shù)據(jù)及畫像技術(shù)可以動態(tài)跟蹤每個學(xué)生，并根據(jù)學(xué)生的生活習(xí)慣、日常行為等畫像結(jié)果，預(yù)測學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)時間及成績，并給出預(yù)警，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)及個性化輔導(dǎo)。

一、大數(shù)據(jù)和畫像技術(shù)

大數(shù)據(jù)是一個動態(tài)的定義，不同的行業(yè)有不同的理解。通常認(rèn)為大數(shù)據(jù)的特征在于大的數(shù)據(jù)量，類型和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，新數(shù)據(jù)創(chuàng)建和增值速度快，數(shù)據(jù)值密度低。但是，數(shù)據(jù)的整體價值正在提高，這反映在統(tǒng)計(jì)特征、事件檢測、相關(guān)性和假設(shè)檢驗(yàn)中。如今，大數(shù)據(jù)技術(shù)不但可以服務(wù)于互聯(lián)網(wǎng)、金融、醫(yī)療、營銷等各個領(lǐng)域，同樣可以為教育領(lǐng)域提供支撐技術(shù)。眾所周知，傳統(tǒng)的教育決策依據(jù)常識和習(xí)慣作出，而大數(shù)據(jù)時代的教育決策要依賴于教師和學(xué)生的行為來決策。因此，教育大數(shù)據(jù)在精準(zhǔn)教育中起著重要作用。畫像技術(shù)是近年興起的技術(shù)，與數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)密切相關(guān)。通過數(shù)據(jù)挖掘與建模,建立描繪用戶的標(biāo)簽。畫像的輸出由多個標(biāo)簽中的特定標(biāo)簽值組成。用戶畫像可以幫助我們進(jìn)行精準(zhǔn)營銷、用戶研究、個性服務(wù)、商業(yè)決策等。對高等學(xué)校學(xué)生進(jìn)行畫像，幫助教師掌握學(xué)生性格、學(xué)習(xí)習(xí)慣、愛好、購物、閱讀、成績等相關(guān)信息，了解學(xué)生狀況及存在問題，從而對學(xué)生進(jìn)行干預(yù)，實(shí)現(xiàn)針對性、個性化教學(xué)服務(wù)。

二、精準(zhǔn)化教學(xué)設(shè)計(jì)

精準(zhǔn)教學(xué)的前提是數(shù)據(jù)的獲取。對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)大數(shù)據(jù)及畫像技術(shù)，可以精準(zhǔn)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)模式劃分為3個部分：基于數(shù)據(jù)的以學(xué)定教；基于數(shù)據(jù)的因材施教；基于數(shù)據(jù)的以評促教。精準(zhǔn)化教學(xué)設(shè)計(jì)如圖1。

（一）數(shù)據(jù)獲取

目前，幾乎所有的高校都建立了智慧平臺，大學(xué)生的活動基本上依賴于智慧平臺的校園一卡通。教師的教學(xué)行為也同樣依賴于一卡通。平臺數(shù)據(jù)包括學(xué)生在食堂就餐、超市購物、圖書館借書、出入宿舍、教學(xué)樓打水、洗浴、登陸在線考試\模擬系統(tǒng)等日常行為軌跡。在智慧平臺準(zhǔn)確方便的獲取日常數(shù)據(jù)后，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，得出畫像結(jié)果,為精準(zhǔn)教學(xué)提供決策及提供動態(tài)支持。智慧平臺選課系統(tǒng)提供多種軟件編程語言供學(xué)生選擇，并且提供不同等級劃分：0基礎(chǔ)班、標(biāo)準(zhǔn)班及提高班等。按照學(xué)生分班測試成績自愿、自主選擇語言，實(shí)現(xiàn)動態(tài)分流。根據(jù)智慧平臺獲取的數(shù)據(jù)建立相應(yīng)數(shù)學(xué)模型，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。根據(jù)分析結(jié)果，對學(xué)生進(jìn)行個性化畫像。根據(jù)畫像結(jié)果對學(xué)生進(jìn)行分級教學(xué)、因材施教。近年來，隨著在線教育平臺的興起，中國大學(xué)MOOC和在線學(xué)堂等許多大型在線教室平臺已經(jīng)興起。各大學(xué)也紛紛建立了符合本校學(xué)生的教學(xué)平臺，如圖2所示。通過學(xué)生在線學(xué)習(xí)的行為數(shù)據(jù)，例如：在線課堂的出勤率，視頻觀看點(diǎn)數(shù)，作業(yè)完成進(jìn)度，論壇討論次數(shù)等，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的興趣與存在的問題，從而調(diào)整目標(biāo)的深度和難度，制定相應(yīng)的干預(yù)策略、激勵機(jī)制等來指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為。

（二）確定教學(xué)目標(biāo)

計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)課程提供多種編程語言，根據(jù)平臺數(shù)據(jù)分析，非計(jì)算機(jī)的電類、建筑和車輛專業(yè)的學(xué)生擅長數(shù)學(xué)和英語。經(jīng)大數(shù)據(jù)分析他們對計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)非常感興趣，并且渴望探索未知的世界，學(xué)習(xí)C語言課程比較合適。對于化工、機(jī)械類及會計(jì)等專業(yè)學(xué)生，對他們的成績及行為進(jìn)行分析后適合學(xué)習(xí)VB語言。而如傳播等藝術(shù)或文科類學(xué)生，python語言更適合。對于層次不同的班級，授課教師對所教授的語言做進(jìn)一步細(xì)化和量化。對于0基礎(chǔ)班，采用多講多練，強(qiáng)化教師指導(dǎo)作用，加強(qiáng)基礎(chǔ)知識及項(xiàng)目實(shí)踐的訓(xùn)練。教師起到陪練作用，幫助學(xué)生盡快進(jìn)入最佳學(xué)習(xí)狀態(tài)并進(jìn)階。對于標(biāo)準(zhǔn)班，強(qiáng)化教學(xué)和更多實(shí)踐，系統(tǒng)學(xué)習(xí)+項(xiàng)目實(shí)踐。教師在教學(xué)中起指導(dǎo)作用，穿線并解析關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。對于提高班，采用以練代講，學(xué)生自主練習(xí)、自主講課，是自主學(xué)習(xí)+項(xiàng)目實(shí)踐的學(xué)習(xí)模式。教師起到教練員的作用。這部分學(xué)生有能力參加各種計(jì)算機(jī)類的競賽，使課堂與竟賽相結(jié)合，以賽促課。

（三）構(gòu)造立體化教學(xué)資源包

確立精確的教學(xué)目標(biāo)后，需要建立完善的教學(xué)資源庫。構(gòu)建立體化教學(xué)資源包，包括在MOOC平臺上上傳教師的視頻、教學(xué)日歷、教學(xué)大綱、教學(xué)PPT、難點(diǎn)及重點(diǎn)、典型例題及解決分析方案，舉一反三實(shí)踐項(xiàng)目、計(jì)算機(jī)常見算法、由淺入深的競賽題目等。教學(xué)采用項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法，鼓勵學(xué)生在智慧平臺進(jìn)行課前、課中、課后自主學(xué)習(xí)內(nèi)容。平臺提供知名MOOC平臺的鏈接。教師可以在網(wǎng)上回答問題，提供無紙化考試系統(tǒng)模擬練習(xí)，對教學(xué)效果進(jìn)行評價，根據(jù)評價結(jié)果精準(zhǔn)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容及方式，并對未來年級教學(xué)進(jìn)行規(guī)劃預(yù)測。

（四）學(xué)生畫像

1．綜合畫像。精準(zhǔn)教學(xué)是以課程標(biāo)準(zhǔn)、教材和學(xué)習(xí)者發(fā)展的實(shí)際情況為依據(jù)，遵循學(xué)科教學(xué)規(guī)律、學(xué)習(xí)者成長規(guī)律和認(rèn)知規(guī)律，關(guān)注課堂教學(xué)的價值，準(zhǔn)確把握教學(xué)目標(biāo)以及教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建并細(xì)化教學(xué)過程。實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)依賴于現(xiàn)代大數(shù)據(jù)的支持。通過行為數(shù)據(jù)對學(xué)習(xí)者進(jìn)行畫像。行為數(shù)據(jù)包括學(xué)生生活行為數(shù)據(jù)及學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)。生活行為數(shù)據(jù)包括就餐、購物、運(yùn)動、個人衛(wèi)生習(xí)慣，進(jìn)入宿舍及離開宿舍時間及社交等。學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)包括借還書信息、出入圖書館及教室時間、登陸MOOC次數(shù)和時間及登陸免費(fèi)機(jī)房模擬考試系統(tǒng)等日常行為軌跡。根據(jù)這些數(shù)據(jù)的行為信息設(shè)計(jì)畫像系統(tǒng)。畫像系統(tǒng)的畫像因子根據(jù)努力程度和生活規(guī)律確定。努力程度因子為量化的學(xué)生學(xué)習(xí)時間。通過智慧一卡通獲得學(xué)生訪問學(xué)習(xí)地點(diǎn)的次數(shù)，例如，訪問教學(xué)樓、訪問圖書館大概率判定為努力因子。另一畫像因子為生活規(guī)律性。根據(jù)一卡通獲得學(xué)生停留宿舍的時間數(shù)據(jù)、餐飲習(xí)慣、購物習(xí)慣、衛(wèi)生習(xí)慣等數(shù)據(jù)。通過挖掘生活規(guī)律數(shù)據(jù)得出：學(xué)生的自我控制、自我約束能力等與生活規(guī)律性存在關(guān)聯(lián)。通過對畫像因子與成績關(guān)系的研究，得出努力程度和生活規(guī)律呈顯著正相關(guān)性，如圖3的示意圖。另外，根據(jù)學(xué)生活動地點(diǎn)與次數(shù)，建立學(xué)生社交關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，對比得出學(xué)生的成績與朋友們的平均分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)性。根據(jù)努力程度、生活規(guī)律性和社交關(guān)系網(wǎng)絡(luò)以及歷史的學(xué)習(xí)成績，對學(xué)生進(jìn)行綜合畫像及早發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在的問題，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)輔導(dǎo)、精準(zhǔn)教育。2.依據(jù)MOOC平臺大數(shù)據(jù)對學(xué)習(xí)成績進(jìn)行畫像。教師的教學(xué)行為和學(xué)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)為教育決策提供實(shí)時動態(tài)的數(shù)據(jù)支撐。在MOOC平臺依據(jù)學(xué)生對各章節(jié)知識點(diǎn)掌握程度數(shù)據(jù)、作業(yè)成績、討論分布數(shù)據(jù)進(jìn)行分析畫像，及時掌握學(xué)生學(xué)習(xí)動態(tài)。對部分學(xué)生提供成績預(yù)警，人為干預(yù)。對普遍性問題采取必要的措施及時調(diào)整教學(xué)方向，以達(dá)到精準(zhǔn)教育。成績畫像結(jié)果如圖4所示。

（五）精準(zhǔn)輔導(dǎo)

參照布魯姆教育目標(biāo)分類法，以“練”為核心，設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)度由低到高的階梯化學(xué)習(xí)路線。初級階段，學(xué)會閱讀范例代碼，改寫程序，仿寫程序，舉一反三。中級階段，學(xué)習(xí)編寫代碼，實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)，并可以找出程序中的錯誤，對錯誤程序進(jìn)行調(diào)試。高級階段，培養(yǎng)程序優(yōu)化，綜合應(yīng)用，創(chuàng)新應(yīng)用的能力。按課程目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)輔導(dǎo)，從閱讀范例代碼、改寫仿寫程序，到設(shè)計(jì)和調(diào)試錯誤程序，再到程序優(yōu)化、綜合應(yīng)用和創(chuàng)新應(yīng)用，學(xué)生的能力在自主的情況下逐步提高，并且在教師幫助下得以實(shí)現(xiàn)個性化和差異化的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

（六）精準(zhǔn)評學(xué)

大數(shù)據(jù)的興起，評價依據(jù)從主觀經(jīng)驗(yàn)到客觀數(shù)據(jù)，從人工評價到智能評價，評價方式從總結(jié)式評價到過程式評價，評價內(nèi)容從單一評價到綜合評價。使教學(xué)評教從經(jīng)驗(yàn)評教走向數(shù)據(jù)評教，從宏觀評教走向個體評教，從單一走向綜合。首先，充分利用基于數(shù)據(jù)的過程性和發(fā)展性評價，以及同時強(qiáng)調(diào)能力與成就的多重綜合評估。以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)精確的學(xué)情診斷及趨勢預(yù)測、準(zhǔn)確推薦學(xué)習(xí)資源、量身定制職業(yè)規(guī)劃、個性化分析模型以及線上與線下結(jié)合的教學(xué)支持等。其次，結(jié)合學(xué)生行為大數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)對學(xué)生行為的全面描述及跟蹤，根據(jù)科學(xué)診斷使學(xué)生對自己的行為進(jìn)行了解并修正，以達(dá)到完善和提升的目的。圖5為評價曲線。

三、結(jié)束語

基于一卡通登陸圖書館、智能教室等獲得業(yè)務(wù)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)日志等數(shù)據(jù)，對學(xué)習(xí)者的行為數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析與數(shù)學(xué)建模，結(jié)合學(xué)校MOOC平臺計(jì)算機(jī)軟件課程的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，對學(xué)生的行為及成績進(jìn)行分析畫像。根據(jù)畫像結(jié)果掌握學(xué)生學(xué)習(xí)成績狀況及產(chǎn)生狀況的原因。因人而異，提出不同的建議和警示，同時教師亦可根據(jù)畫像結(jié)果調(diào)整教學(xué)大綱及教學(xué)內(nèi)容。

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作者:趙莉 單位:遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院