大數(shù)據(jù)挖掘在教育平臺(tái)教學(xué)中的應(yīng)用

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［摘要］大數(shù)據(jù)是互聯(lián)網(wǎng)教育平臺(tái)的寶貴資源，大數(shù)據(jù)挖掘是互聯(lián)網(wǎng)教育平臺(tái)為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化服務(wù)的重要技術(shù)。主要探討聚類(lèi)、分類(lèi)、關(guān)聯(lián)分析、特異群組挖掘四種大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在個(gè)性化教學(xué)中的應(yīng)用。大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)將極大地提高互聯(lián)網(wǎng)教育平臺(tái)的個(gè)性化、智能化水平，使互聯(lián)網(wǎng)教育在深化教育改革，提高國(guó)民素質(zhì)中發(fā)揮重要作用。

［關(guān)鍵詞］計(jì)算機(jī)；應(yīng)用現(xiàn)狀；趨勢(shì)研究

0引言

習(xí)指出，教育是提高人民綜合素質(zhì)、促進(jìn)人的全面發(fā)展的重要途徑，是民族振興、社會(huì)進(jìn)步的重要基石，是對(duì)中華民族偉大復(fù)興具有決定性意義的事業(yè)。同志于2018年6月在寧夏考察時(shí)談到，“互聯(lián)網(wǎng)＋教育”是促進(jìn)起點(diǎn)公平的有效手段，它讓偏遠(yuǎn)地區(qū)的孩子也能“走進(jìn)”名校名師課堂，大大拓寬了他們的視野。隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)教育的浪潮席卷而來(lái)，為教育教學(xué)帶來(lái)了變化和革命，互聯(lián)網(wǎng)教育不僅受到教育領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的關(guān)注，也引起了互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的廣泛興趣。近年來(lái)，針對(duì)用戶的個(gè)性化教學(xué)服務(wù)成為互聯(lián)網(wǎng)教育的重要主題之一。為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化教學(xué)服務(wù)需要對(duì)互聯(lián)網(wǎng)教育平臺(tái)不同類(lèi)型的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效整合，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和實(shí)時(shí)分析，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)者個(gè)性化特征、興趣和需求，進(jìn)而有針對(duì)性地提供教學(xué)服務(wù)。

1大數(shù)據(jù)是互聯(lián)網(wǎng)教育平臺(tái)的寶貴資源

互聯(lián)網(wǎng)教育平臺(tái)數(shù)據(jù)主要分為三類(lèi)：學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)、教師數(shù)據(jù)、教學(xué)資源數(shù)據(jù)。隨著云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、社交網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的快速發(fā)展及其在教育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，互聯(lián)網(wǎng)教育平臺(tái)數(shù)據(jù)具備了大數(shù)據(jù)的特征，主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：（1）互聯(lián)網(wǎng)教育平臺(tái)數(shù)據(jù)類(lèi)型繁多，不僅包含學(xué)習(xí)者、教師等人員信息，也包含文本、PPT、Flash、音頻、視頻等教學(xué)資源數(shù)據(jù)，以及提問(wèn)、答疑、交流等教學(xué)過(guò)程中產(chǎn)生的各類(lèi)異構(gòu)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的組織形式、形態(tài)結(jié)構(gòu)和類(lèi)型格式很多，既有結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，也有大量的半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。（2）互聯(lián)網(wǎng)教育平臺(tái)數(shù)據(jù)體量浩大，以騰訊公司的教育平臺(tái)騰訊大學(xué)為例，目前包含微信學(xué)院、開(kāi)發(fā)平臺(tái)學(xué)院、營(yíng)銷(xiāo)學(xué)院、游戲?qū)W院5個(gè)學(xué)院，課程覆蓋IT•互聯(lián)網(wǎng)、設(shè)計(jì)•創(chuàng)作、語(yǔ)言•留學(xué)、職業(yè)•考證、升學(xué)•考研、興趣•生活6大類(lèi)別，匯聚了海量課程資源，擁有數(shù)萬(wàn)名學(xué)生。（3）互聯(lián)網(wǎng)教育平臺(tái)數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)迅猛，近年來(lái)以各類(lèi)慕課、微課為代表的教學(xué)資源急速增加，同時(shí)移動(dòng)學(xué)習(xí)App的廣泛應(yīng)用使得用戶產(chǎn)生的搜索、點(diǎn)擊、觀看等數(shù)據(jù)也在迅速膨脹，這些數(shù)據(jù)時(shí)效性強(qiáng)，必須及時(shí)處理和分析，才能有效利用其價(jià)值。（4）互聯(lián)網(wǎng)教育平臺(tái)的海量數(shù)據(jù)中蘊(yùn)藏著巨大的價(jià)值，可以在教育教學(xué)中發(fā)揮重要作用，但是這些海量數(shù)據(jù)中也有很多無(wú)用信息，所以呈現(xiàn)出低價(jià)值密度的特點(diǎn)。教育大數(shù)據(jù)的服務(wù)價(jià)值體現(xiàn)在聚焦、診斷、服務(wù)于“人”的學(xué)習(xí)全過(guò)程，以促進(jìn)每個(gè)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)績(jī)效［1］。大數(shù)據(jù)是互聯(lián)網(wǎng)教育平臺(tái)的寶貴資源，為學(xué)習(xí)者在教育平臺(tái)上獲得個(gè)性化教學(xué)服務(wù)奠定了基礎(chǔ)。

2大數(shù)據(jù)挖掘是個(gè)性化教學(xué)服務(wù)的重要技術(shù)

在大數(shù)據(jù)滲透到當(dāng)今每一個(gè)行業(yè)和業(yè)務(wù)領(lǐng)域的時(shí)代，挖掘數(shù)據(jù)的潛能越發(fā)被各個(gè)領(lǐng)域所重視［2］。挖掘數(shù)據(jù)是開(kāi)展個(gè)性化教學(xué)的重要技術(shù)之一［3］。互聯(lián)網(wǎng)教育平臺(tái)大數(shù)據(jù)的4V（volume、variety、velocity、value）特征決定了所采用的數(shù)據(jù)分析和處理技術(shù)應(yīng)當(dāng)是大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，而不是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。應(yīng)用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)教育平臺(tái)可以為學(xué)習(xí)者提供全方位、深層次的個(gè)性化教學(xué)服務(wù)。熊赟等［4］認(rèn)為，大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)主要包括：面向多源異構(gòu)、不完整數(shù)據(jù)的不確定數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)；面向復(fù)雜數(shù)據(jù)組織形式的圖數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，尤其是基于語(yǔ)義的異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)挖掘；面向結(jié)構(gòu)化稀疏性的超高維數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，面向價(jià)值高但密度價(jià)值低特征的特異群組挖掘技術(shù)；面向動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、增量數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)；高性能計(jì)算支持的分布式、并行數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等。大數(shù)據(jù)挖掘既需要對(duì)大數(shù)據(jù)有效的新的挖掘算法，也需要信息領(lǐng)域新的支撐工具和設(shè)施，如Hadoop、Spark等云計(jì)算基礎(chǔ)構(gòu)架，它們具有動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展、高靈活性的特點(diǎn)［5］，可以滿足大數(shù)據(jù)挖掘和實(shí)時(shí)分析的要求。

3基于大數(shù)據(jù)挖掘的個(gè)性化教學(xué)服務(wù)

本文主要探討聚類(lèi)、分類(lèi)、關(guān)聯(lián)分析、特異群組挖掘四種大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)教育平臺(tái)個(gè)性化教學(xué)服務(wù)中的應(yīng)用。

3．1聚類(lèi)及其應(yīng)用

聚類(lèi)分析是根據(jù)對(duì)象的屬性和特征將相似的對(duì)象聚類(lèi)成簇，可以幫助人們掌握事物的內(nèi)部規(guī)律。根據(jù)背景、身份、年齡等個(gè)人信息，瀏覽、點(diǎn)擊、觀看、下載等教學(xué)資源使用信息，以及閱讀、測(cè)試、討論等學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行聚類(lèi)，分析不同學(xué)習(xí)群體的不同特點(diǎn)、興趣和愛(ài)好，采取針對(duì)性的分類(lèi)教學(xué)，滿足學(xué)習(xí)者的個(gè)性化需求。例如，根據(jù)若干門(mén)課程成績(jī)對(duì)學(xué)習(xí)者聚類(lèi)，把其分為優(yōu)秀、良好、中等、不合格四個(gè)等級(jí)，根據(jù)學(xué)習(xí)者的不同等級(jí)，為其制定不同難度的后續(xù)學(xué)習(xí)計(jì)劃。根據(jù)類(lèi)型、語(yǔ)種、標(biāo)題、關(guān)鍵字、點(diǎn)擊率等屬性對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行聚類(lèi)，可以為學(xué)習(xí)者進(jìn)行相關(guān)性學(xué)習(xí)資源推薦。例如，《史記》、《漢書(shū)》、《后漢書(shū)》和《三國(guó)志》在中華史學(xué)著作中享有很高的聲譽(yù)，并稱(chēng)“前四史”，屬于同一類(lèi)，為《史記》學(xué)習(xí)者推薦《漢書(shū)》、《后漢書(shū)》和《三國(guó)志》的學(xué)習(xí)資源，既可以很好地滿足學(xué)習(xí)者的興趣，也可以幫助學(xué)習(xí)者在歷史知識(shí)方面更上一層樓。

3．2分類(lèi)及其應(yīng)用

分類(lèi)是根據(jù)已有數(shù)據(jù)樣本集構(gòu)造一個(gè)分類(lèi)器，即分類(lèi)模型，在數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)和類(lèi)別標(biāo)號(hào)之間建立映射，分類(lèi)器能對(duì)未知類(lèi)別的數(shù)據(jù)賦予類(lèi)別。決策樹(shù)、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、深度學(xué)習(xí)等都是分類(lèi)分析中的重要技術(shù)。分類(lèi)技術(shù)可以用于學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)成績(jī)預(yù)測(cè)，學(xué)習(xí)需求預(yù)測(cè)，學(xué)習(xí)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等［6］。例如，將學(xué)習(xí)成績(jī)分為優(yōu)良中差4個(gè)等級(jí)，根據(jù)學(xué)習(xí)者的背景、以往成績(jī)單成績(jī)、活動(dòng)日志等進(jìn)行新課程的學(xué)習(xí)成績(jī)預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)成績(jī)等級(jí)；將學(xué)習(xí)課程按內(nèi)容分類(lèi)，根據(jù)學(xué)習(xí)者的背景、以往學(xué)習(xí)內(nèi)容、活動(dòng)日志、學(xué)習(xí)路徑等預(yù)測(cè)其新的學(xué)習(xí)需求，為其推送需要的學(xué)習(xí)課程；根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)成績(jī)、參與程度、課堂表現(xiàn)等數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)其學(xué)習(xí)風(fēng)險(xiǎn)，若屬于高危一類(lèi)，須及時(shí)對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行干預(yù)，提供個(gè)性化指導(dǎo)。近年來(lái)，場(chǎng)景化、情景化的資源推薦服務(wù)也引起了關(guān)注［7］。通過(guò)場(chǎng)景建模、場(chǎng)景分類(lèi)和學(xué)習(xí)者場(chǎng)景識(shí)別，可以為學(xué)習(xí)者提供契合其所處場(chǎng)景的教學(xué)資源。例如，若發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)者的設(shè)備場(chǎng)景是移動(dòng)終端，則向其推薦時(shí)長(zhǎng)較短的微課視頻，以便于碎片化學(xué)習(xí)，若檢測(cè)到學(xué)習(xí)者的設(shè)備場(chǎng)景是臺(tái)式機(jī)，則向其推薦時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)難度較大的慕課視頻，讓其集中精力長(zhǎng)時(shí)間學(xué)習(xí)。

3．3關(guān)聯(lián)分析及其應(yīng)用

關(guān)聯(lián)分析是尋找數(shù)據(jù)項(xiàng)之間有趣的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并以關(guān)聯(lián)規(guī)則的形式表示。關(guān)聯(lián)分析最著名的應(yīng)用莫過(guò)于沃爾瑪超市啤酒和尿布的案例，通過(guò)對(duì)用戶消費(fèi)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，了解用戶的購(gòu)買(mǎi)模式，進(jìn)而選擇營(yíng)銷(xiāo)方案。關(guān)聯(lián)性是大數(shù)據(jù)背景下數(shù)字教育資源服務(wù)的特征之一［8］。教學(xué)資源在內(nèi)容、主題等方面具有關(guān)聯(lián)性，學(xué)習(xí)者和教師會(huì)因?yàn)榕d趣和學(xué)習(xí)需要建立實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)的討論小組，進(jìn)行問(wèn)答交流、討論協(xié)作，從而產(chǎn)生豐富的關(guān)聯(lián)關(guān)系。通過(guò)對(duì)教學(xué)資源、學(xué)習(xí)者的關(guān)聯(lián)分析，可以發(fā)現(xiàn)教學(xué)資源之間、學(xué)習(xí)者之間、教學(xué)資源和學(xué)習(xí)者之間的關(guān)聯(lián)，進(jìn)而為學(xué)習(xí)者進(jìn)行相關(guān)性學(xué)習(xí)主題設(shè)定和相關(guān)性學(xué)習(xí)資源推送。

3．4特異群組挖掘及其應(yīng)用

特異群組挖掘是高價(jià)值、低密度的大數(shù)據(jù)挖掘中的特殊需求，它將大數(shù)據(jù)集中的少部分具有相似性的對(duì)象劃分到若干組中，而大部分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)象不在任何組中，也不和其他對(duì)象相似，這樣的群組稱(chēng)為特異群組［9］。特異群組挖掘可以用于分析教育社區(qū)中的學(xué)習(xí)者用戶，在龐大的學(xué)習(xí)者社會(huì)網(wǎng)絡(luò)中挖掘交流密切的小社區(qū)對(duì)于個(gè)性化教學(xué)有重要意義。例如，可以針對(duì)小社區(qū)用戶的特殊需求為其提供教學(xué)上的個(gè)性化定制服務(wù)，也可以通過(guò)特異群組的用戶社交網(wǎng)絡(luò)分析進(jìn)行主題多樣性的學(xué)習(xí)資源推薦［10］。4結(jié)語(yǔ)在“互聯(lián)網(wǎng)＋”時(shí)代，生產(chǎn)生活方式發(fā)生了巨大變化［11］，教育也在發(fā)生變革。以學(xué)習(xí)者、教師和教學(xué)資源為主構(gòu)成的大數(shù)據(jù)是互聯(lián)網(wǎng)教育平臺(tái)的寶貴資源。采用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)深入分析平臺(tái)匯聚的大數(shù)據(jù)，互聯(lián)網(wǎng)教育可以為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化教學(xué)服務(wù)，學(xué)習(xí)者成為中心，互聯(lián)網(wǎng)教育平臺(tái)的學(xué)習(xí)資源得到充分利用，教師的作用得以充分展現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)教育給教學(xué)帶來(lái)新變化，在深化教育改革，提高國(guó)民素質(zhì)中發(fā)揮重要作用。

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作者：楊淑芳 黃晨 貢國(guó)忠 景征駿 單位：江蘇省聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院丹陽(yáng)中等專(zhuān)業(yè)學(xué)校 江蘇理工學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系