基于电子书包大数据下的个性化学习研究

（渤海大学教育与体育学院，辽宁锦州121000）

一、前言

大数据时代的到来，使人才的需求量日益增加，社会开始呼吁要有全新的教育教学手段，充分利用大数据的优质资源，培养有个性、有创新精神的人才，来适应未来社会的信息化与知识化的改革。个性化教育已经是当今世界教育范围内被看好的教育主题。2006年，欧洲经合组织（OECD）发表意见报告《面向明日之学校教育个性化》，就将个性化教育作为应对时代变革的重要教育议程。认为“一刀齐”的学校只适合组织安排，既不适合个人需要，也和知识社会的发展格格不入[1]。我国政府也曾在2010年发布《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》，并提出要关注学生不同特点和个性差异，发展每一个学生的优势潜能，鼓励个性化发展，为每个学生都能提供相对适合的教育[2]。大数据的发展为个性化学习与教学提供了可能，电子书包作为大数据环境下学生发展个性化学习、教师发展个性化教学的一种教学工具，也对个性化学习的结果有良好的促进作用，使得个性化学习能够更好地发展。

二、电子书包和教育大数据的基本构成与解析

（一）电子书包的概念

电子书包可以说是主要针对小学教育的一种教学载体，致力于推进教育的信息化，提高学校和家庭教育之间的配合度，可以提供丰富的信息化资源。当然，这只是针对电子书包广义上的一种解释，关于电子书包真正的概念，学术界现在还并未有统一的观点。有人认为电子书包即利用信息化设备进行教学的便携式终端，认为它是学生个人学习的一种环境[3]；也有人认为它是一种以学生为主体，利用大量的优质教育资源，对学生课前预习、课中学习和课后预习提供教学指导的一种教学载体；更有人认为电子书包是在大数据的支持下，包含个人式的学习和交互式学习的工具，支持移动学习甚至终身学习的数字化学习空间，它所涵盖的知识广泛，资源优质，内容丰富[4][5]。其实，从不同研究者对电子书包的解释中不难看出，不管有多少种定义，最终的目的都是促进学生个性化学习。

（二）大数据的概念

大数据在近几年来被许多的研究者所关注，它是在数据集的急剧扩展和汇聚的引领下，从数据科学中发展形成的一个研究前沿。对于到底什么是大数据？研究者们也还没有给出一个统一的定义标准。大数据具有着数据量大、数据类型多、数据处理快速和数据价值密度低的4V特征，因此它能够对数据进行实时的处理。另外大数据技术还包含四个模块的内容，即数据获取、数据存储、数据分析和数据应用，它们之间保持着循序渐进的关系，而且还能做到两两模块之间的反馈和交互，如下图1所示。

图1 大数据技术模块的构成及关系

（三）大数据的基本构成

教育大数据主要由以下几个模块组成：

1.数据获取模块

数据的获取主要有三个范畴。首先是数据捕获，主要以键盘记录器、鼠标点击流、触屏捕获器等作为获取数据的方式，而捕获的数据都来自于学生平时使用的平板、智能手机等移动终端设备。其次是多感知数据，主要以视觉探测、重力感应、远程视频交互为获取方式，它主要借助电子书包的摄像和感应功能来对学生的外部行为进行记录。最后是实时传感数据，以实时定位数据、实时图像显示、及时反馈为获取方式，利用电子书包中的定位系统、图像传感器、智能网络的支持来反馈数据。

2.数据存储模块

学生通过使用电子书包产生的大数据，需要数据服务、数据管理、平台管理和云计算等进行存储。在数据服务方面主要以平台数据服务、软件数据服务、终端设备数据服务为存储方法，通过电子书包数据平台来服务学习管理系统。在数据管理方面能够使电子书包中的电子学档数据库通过数据索引、数据仓库、数据检索和导航的方式，对数据进行存储。在平台管理方面通过教育云服务平台对数据进行快速准确地计算。在云计算方面可通过私有云、公共云和混合云的方式对数据进行存储。

3.数据分析模块

数据分析模块主要有四种分析方式。首先是相关分析，是以关联规则分析、序列节点分析、社会网络分析为分析方法，从学习者通过电子书包的学习轨迹和学习行为来分析学习者对知识的掌握情况，包括学习者的学习内容、学习方式以及学习结果等。然后是模式分析，是指以数据建模、仿真模拟、拓扑分析作为分析方法，对学习者的图像、语音和通信进行数据分析，以实现智能化的识别与判读。其次是预测分析，是指以决策树、回归分析和时序分析作为分析方法，对学习者已经产生的学习记录进行学习结果的分析预测。最后是文本挖掘，以文本聚类、观点分析、概念挖掘为分析方式，通过对学生学习过程中产生大量的文本进行挖掘整理，来对学生的知识水平和掌握知识的情况进行分析。

4.数据应用模块

数据应用模块是对数据分析的结果进行决策和应用。在学习分析方面，主要是通过建立学习档案等对学生的课堂学习、知识点的掌握等进行查阅分析，以了解学生的学习情况，并给学习者提供智能评估和反馈。个性化服务是指为学生提供个性化学习方案以及个性化评价方案和资源推荐等，来促进学习者的个性化学习，提高他们的创新能力[6]。基于数据的决策是指通过调整教学目标、实施干预管理和开展课后补救来对学生在学习过程中出现的问题进行适当的调整。

三、电子书包大数据下个性化学习的发展契机

（一）教育信息化要求学生要个性化发展

《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》在基础教育信息化发展水平框架中提到，学校教育方式的改革要在学生多样性、个性化学习方面的改革上得到突破。“网络学习空间人人通”作为“十二五”教育信息化建设“三通两平台”的一个重要的组成内容，为学生的个性化学习提供了更广泛的学习空间[7]。从国家关于教育信息化的政策就可以看出，个性化学习已经越来越成为国家发展创新型人才的一种必要的途径，而促进学生的个性化发展也正体现了国家政策的宗旨。

（二）电子书包大数据为学生个性化学习提供方便条件

随着网络的发展，无疑给教育带来了很多的优势。而电子书包的出现，更是给学习者和教育者提供了更有效的学习模式。从学生的角度说，电子书包是个人的学习空间，学生可以根据自己的方式去进行学习，电子书包中包含的学习资源可以给其带来更广阔的想象空间，促进其个性化发展。从教育者的角度说，电子书包可以帮助他们对学习者的学习行为进行分析，为教育者培养学生的个性化创新能力提供帮助。尽管现在业界对于电子书包没有一个统一的定义，但是电子书包确实是为学生的个性化发展提供了有效途径。

四、电子书包大数据下学生学习行为的分析

（一）在内容上的分析

电子书包的学习内容包括了四点。首先，主要是基于交互式的电子教材中的知识点进行学习，在学习的过程中，学习者可以对这些知识点进行重点标记，并进行相互交流，而这些学习行为生成的大数据信息可以被看做是对大数据中教学教材的总结。其次，是从教学的数字资源方面分析，数字资源系统包含了课件、视频点播和课外内容，这些数据记录的是学生学习过的视频或者是在交互学习之后完成的测试、学生当前学过的课外资源等。然后，是从作业与考试系统方面分析，这里主要包括了学生日常的作业和各类考试的测评，产生的数据信息是对学习者学习结果、测评结果等的记录。最后，从互动交流系统分析，这里面主要包括了互动答题解疑、学习社区、家校交流等内容，生成的信息数据可以看做是学生之间、学习环境之间互动交流的记录[8]。

（二）在类型上的分析

电子书包学习行为大数据的类型分析，主要是基于学生自身选择的学习类型。这主要包括学习者学习终端中所包含的视音频资源、图片类资源、数字动画类资源以及文本类资源这四种资源。其中视音频类资源、数字动画类资源包含的内容主要都是来源于电子教材系统和数字资源系统，图片类资源的来源除了电子教材系统和数字资源系统之外，还来源于作业与考试系统，它们的资源主要生成半结构化或非结构化数据。而文本类资源主要来源于电子教材系统、数字资源系统等，文本类的资源主要生成结构化数据[9]。

（三）在实时处理上的分析

电子书包在实时处理学习行为上的分析主要体现在个性化学习内容的实时交互、练习评测及时反馈和学习交流同步互动等方面。其中，学习内容的实时交互，体现在电子教材系统和数字资源系统，主要包括一些数字、文字、学习内容图片和视频的交互，这些交互信息促成了电子书包中数据的交互。练习评测及时反馈体现在作业与考试系统中，主要包括实时练习、在线评测、对学生学习与练习结果进行解析等，这些信息促成电子书包中及时反馈的大数据。学习交流同步互动体现在互动交流系统中，主要包括实时的交流、解疑、同步的讨论等，这些信息促成电子书包中同步互动的大数据[10]。

可以看出，电子书包所含有的学习数据符合大数据大量化、多样化、实时处理的特点。所以这些数据对于学习者的学习行为，特别是在培养学习者个性化学习和多元化学习方面提供了支持。

五、电子书包大数据下个性化学习的设计

（一）个性化学习设计的影响因素

个性化学习环境的设计对于个性化学习设计来说，是必不可少的一个影响因素，只有把对学习环境的设计做的恰到好处，这样才能更有利于个性化学习的全面建设。学习环境设计包含着许多方面，我们可以把学习环境设计简单地分为在学习内容、学习工具、学习活动、学习策略等方面的设计，如下图2所示。

图2 学习环境设计

（二）个性化学习环境的设计

1.学习内容的设计

个性化学习的内容来源主要是电子书包中的电子教材和数字资源。所以学习内容的设计一定要能够使学习者在这种大数据的支持下自主地选择学习内容，并且能对学习者所选学习内容进行及时的反馈。通过分析学习者对所选内容的学习行为、学习进度、资料的查阅进行整理和分析，进而得出学习者自主选择学习的最终情况，并能够根据分析得出的数据给出相应的解决途径或建议。

2.学习工具的设计

学习工具的设计一定要注意符合学习者的学习兴趣，在现有的平板电脑或者一些移动终端的学习工具的使用中，教育者一定要充分利用这些教学工具，使它们与教学活动紧密结合。除此之外，在学习工具的设计中，一定要考虑资源整合的问题，最大限度地让学习工具与丰富的资源有效结合，带给学生最优质的学习资源，让学习者的学习感受更强烈，更适应学习工具。

3.学习策略的设计

构建个性化的学习环境，学习策略的设计是必不可少的。学习策略的设计可以体现在以下两个方面，一个是学习者的知识摄取阶段。在这一阶段里，学生根据学习的策略能够自主选择要学习的内容，掌握学习的重点，找到适合自己的学习模式，有利于学生个性化学习的实现。第二个就是在学习结束之后的评价阶段，在整个学习过程中，生成对学生的每一个知识点的学习记录，教师更清楚地掌握学生对自主选择的学习内容的理解情况，并能够对学习的效果进行评价，把每一次的评价结果存储到数据库中，在学习的最后总结评价阶段给学习者提出个性化的评价，有利于学习者在个性化学习中创造能力的提高。

4.学习活动的设计

个性化学习活动的设计对学生的学习兴趣有积极的促进作用。它与学习工具有异曲同工之妙，都更加有利于学习者吸引知识，一个好的学习活动的设计会在学习的开始就把学习者带入到学习中去，再加上学习工具的运用，就可以更有利于学生对自主选择的学习内容的掌握，满足学习者的多方位需求与学习目标[11]。在培养学生自主学习和独立思考能力的同时，也可以反映学生真实的学习情况，有利于对学生的学习情况作出判断并给出建议。

六、结语

电子书包的大数据对于个性化学习有着促进作用，从电子书包的发展到与大数据的结合，这些都是教育信息化希望看到的成果。大数据的发展给学习资源的获取、应用和分析带来了巨大的便利。而通过对大数据的使用，使得学生的个性化学习无论是从学习行为上来说还是从学习环境上来说，都取得了不错的进展。不论是学习资源的获取还是学习环境的设计，目的都是培养学生的创造能力，促进学生的个性化发展，而电子书包在大数据环境下的出发点也恰好为目的的实现提供可能。当然，电子书包大数据的学习模式现在还只是处于初级阶段，家长和社会的怀疑或是一些客观因素的影响，使得电子书包还没有得到全面的发展。就辽宁省来说，电子书包的使用也只在少数，但不可否认的是，随着大数据时代的发展，信息化设备与个性化学习的结合，一定会是促进学生个性化发展必不可少的途径。