基于教学资源库数据挖掘的教育教学改革研究

张承江 唐小燕 常兴治

(常州信息职业技术学院 江苏常州 213164)

0 引言

《职业教育提质培优行动计划(2020—2023年)》要求实施职业教育信息化2.0建设行动，推动信息技术与教育教学深度融合，利用现代信息技术推动高职院校教育教学改革[1]。职业教育专业教学资源库(以下简称教学资源库)建设是促进教学资源共享、提升教学质量、推动教学现代化的重要途径，也是高水平专业群建设的基础，将引领职业教育的信息化建设和教育教学改革[2]。但随着教育信息化发展进程的不断推进，教学资源库建设的新问题日益凸显[3]，目前又面临重新整合和优化的契机。将数据采集挖掘和分析技术应用到教学资源库学习平台中，高效整合学习平台资源，设计不同类型的数据采集和挖掘模型，可以提高教学过程中数据分析、资源推送的智能化水平，促进学生的个性化成长，不断深化教育教学改革。

1 基于教学资源库进行教育教学改革的必要性

1.1 教学资源库是高职教育教学改革的关键所在

“互联网+”时代，教学资源库是高职院校高质量网络教学的核心支撑。在疫情防控常态化背景下，基于教学资源库的在线学习需求激增，教学资源库发挥着越来越重要的作用[4]。同时，以大数据分析、人工智能等信息技术为支撑的智慧教育模式已成为教育信息化发展的趋势[5]，将大数据等技术应用到教学资源库学习平台，充分挖掘教学资源库中教育数据的价值，可以提高课堂教学过程中数据分析、反馈评价、互动交流和资源推送的智能化、信息化水平，促进学生个性化成长，助推高职教育教学改革。

1.2 教学资源库对教育教学改革的支撑作用明显

教学资源库自2010年正式启动至今，已立项建设国家级资源库204个，覆盖所有专业大类[6]，拉动了省市级、校级教学资源库建设，有力地推动了职业教育信息化进程[7]。教学资源库日趋丰富，使用规模庞大，实现了优质教学资源的建设、整合和更新，直接引导着网络教学的深入发展和未来走向，对基于互联网的教育教学模式改革和创新起到了积极推动作用。在“双高计划”引领下，教学资源库是高职院校加强专业和课程建设、深化教育教学改革、实现优质资源共享、提升人才培养质量的重要保证[8]，在高职院校教育理念、教学方法和学习方式的改革中发挥着越来越重要的支撑作用。

2 目前教学资源库存在的不足

2.1 建设层面

教学资源库中，课程是资源组织和开展教学的基本单元。目前，教学资源库课程资源建设路径单一，对应教材内容固定。面向不同层次的学习者，提供固定的学习路径和学习资源，导致学习活动千篇一律，无法提供个性化学习服务支持。另外，教学资源库建设规划时，课程之间缺少关联标识，无法从课程体系的角度为学生提供学习路径服务，整个资源库系统弱化为堆积学习资源的素材中心。

教学资源库建设主体主要为高校教师，企业整体参与度低，存在“为建而建”的现象，甚至一些参建教师不能准确理解资源库建设的内涵和意义，各类资源质量参差不齐。有些教学资源内容陈旧、呈现形式传统；有些资源更新速度慢，或上架后无任何更新。从目前教学资源库建设情况看，教学资源库主要作用还停留在为教师教育教学和学生自主学习提供资料来源的初步应用阶段，与融合新技术、新工艺的要求相去甚远，资源使用价值低，没有充分发挥教学资源库能学、辅教的功能，无法顺应“1+X”“百万扩招”等时代主题，对促进教育教学改革的作用有限。

2.2 应用层面

教学资源库在应用期间积累了大量的大数据，包含学习活动中的一些量化数据，如点击率、参加人数、开课时间、结课时间等离散数据，还有学习者的一些终结考核数据，如课程考核得分等。目前教学资源库对于学习者的过程性学习行为数据缺少有效收集；资源库未完全开放应用数据分析功能模块，教师难以全面地对学习者的学习行为和学习活动进行评估，无法根据学习者的个性化需求进行资源的推荐选择和优化组合，导致资源闲置，无法充分调动用户学习兴趣以及激发学习者的自主学习能力。

在新时期职业教育改革中要重新思考和研究教学资源库建设的意义价值及其路径，挖掘与提升专业教学资源的效益[9]。教学资源库可以结合科学的大数据思维和数据挖掘方法指导教育改革实践，发挥资源库中教育数据的巨大价值，发现教育规律，促使教育改革决策更加科学、教育服务更加精准、教育方法更加智能，促进教育改革最优化。

3 教学资源库数据分析系统构建

基于教学资源库中的各项数据资源，教师使用不同的教法开展教学活动，学生响应教学进行不同形式的学习活动，从而构建基于教学资源库的资源与资源、人与资源、人与人有效联结的教学生态。教学资源库系统能够获取的个体学习行为数据包括：学习者ID、登录时间、学习时长、学习资源ID、学习资源类型、测试或考核成绩等。

以数据驱动为理念，构建教学资源库数据分析系统，主要数据处理流程包含数据采集、数据预处理、数据挖掘分析、数据可视化等环节，挖掘资源库平台存有的海量资源静态数据和学习过程中产生的动态数据，并对资源库中的多源海量数据进行有效收集、处理及分析，以此作为提升“三教”(教师、教材、教学)质量的主要依据。

从信息处理的角度，教学资源库数据可以分为结构化数据和非结构化数据。结构化数据主要包含在构建教学资源库时发布的课程、素材、微课对应的属性值及其相互之间关联的结构数据，应用过程中产生的签到、成绩等量化值。非结构化数据是指教学资源库中的教学资料文本、视频、音频、图片、评论等数据。两者在数据存储和挖掘分析时的处理方法也不相同，对于结构化定量及关联数据主要使用关系型数据库进行存储，并基于Python的Numpy、Pandas和Matplotlib库进行分析处理呈现；对于其他文本、多媒体数据使用深层次的数据挖掘技术提取有用的、潜在的、可理解的知识模式，实现数据预处理、关联规则、分类、聚类等分析，如表1所示。

表1 教学资源库数据分析处理方法

通过梳理教学资源库中教师与学习者之间的交互关系，厘清教学过程中数据的类型与关联关系，构建数据处理流程，采集平台数据、教学文档和网站文本，对数据进行筛选、文本分词和特征提取，使用结构分析、相似度计算、文本分类等数据挖掘手段提取信息，最后使用可视化技术对挖掘信息进行呈现，开展数据驱动的教学过程分析与服务，可有效推动以教师、教材和教法改革为主体的教学改革。

4 基于教学资源库的教育教学改革策略

教学资源库建设与“三教”改革蕴含的基本元素是耦合的，教学资源库是“三教”改革的有效载体，通过完善教学资源库建设与深入应用能够引领“三教”改革。在新技术革命背景下，教学资源库必须增强自身的适应性，顺应时代的发展需要，充分发挥数据丰富、传播快、覆盖面广等优势，聚焦“三教”改革，提高教师素质和能力，提升教材质量，升级教法，构建高职院校人才培养新格局[9]。

4.1 教师改革：理念先行、提升技术

1) 转变观念，树立数据驱动教学理念。大数据在教学活动中的深度嵌入，为积极探索数据驱动型教学分析和决策提供了基础。教师要转变观念，积极进行教学创新，思维模式要从“基于经验”向“数据驱动”转变。教师在教学资源库使用过程中，应关注学生学习行为过程数据，有意识地培养数据分析思维，收集身边的教学数据，并学会使用一定的手段进行数据分析，优化教学组织模式，落实数据驱动精准化教学的理念，体现教学资源库的教学创新性。

2) 激发兴趣，提升数据分析利用水平。随着“互联网+职业教育”的迅猛发展，教师运用现代信息技术开发课程资源、线上线下应用资源进行授课成为常态。教师要适应信息化、人工智能等新技术变革和新时代学生成长规律，通过创造性转化和不断反思，将大数据分析、数据可视化等信息技术融入教学过程的关键环节，实施因材施教，激发学生兴趣，提供有价值的教育，不断推进高职教育理论与教育实践的深化，体现教学资源库的先进性。

4.2 教材改革：个性关联、开放动态

1) 考虑差异，灵活组织教材资源。根据教学资源库数据挖掘分析结果，考虑学习者个体具体需求，在开发课程资源时要将师生活动的各种主观、客观存在进行整合。为了弥补纸质教材内容更新不便、呈现方式枯燥等问题，可采用不同的信息化手段开发数字化教材，通过二维码等形式建立纸质教材与配套数字化资源之间的关联，建立动态化、立体化的教材和教学资源体系。倡导使用新型活页式、工作手册式等线上线下一体化教材，突出职业特色，满足“互联网+职业教育”的新需求，适应翻转课堂、线上线下混合式教学等信息化教学模式，提高教学资源库的应用性。

2) 校企合作，建设开放式动态教学资源库。教材内容要满足情境创设的需求、环境的要求、职业技能岗位工作场景需求等，与行业企业密切合作，贴近职业技能岗位工作。根据学习效果数据关联分析结果，创设学习情境，开发宜教宜学的动态、开放的教学资源库，有效激发学生的求知欲和学习欲望，使教学资源具备不断支撑学习需求的能力，并跟随信息技术发展和产业行业的变化情况及时更新，提高教学资源库的学习便捷性和动态性。

4.3 教法改革：分析调整、智能辅助

1) 重视分析，及时调整教学策略。教师要从专业知识的权威说教者转变为学习的引导者，根据学习者的学习行为数据，判断学习者学习状态和学习需求，评估学习进展，并进行相应的教学调整。利用数据挖掘分析技术进行教学补充和扩展，适当增加学生集中反馈的重难点内容训练题和辅导，为学习者实际需求提供帮助，构建以学习者为中心的教育生态，提升教学资源库的科学性。

2) 积极探索，提供智能教学辅助。教法要能够体现个性化教学、过程情境化、学习资源泛在化[10]，推进“课堂革命”。将机器学习、深度学习和自适应学习技术等应用于网络在线学习平台中，充分挖掘、利用学习者海量的学习记录，为教学提供快捷智能辅助。基于资源组织开展系列学习活动，帮助学生构建能够满足多样化需求的专属教育资源库，调动学生学习积极性，提高学生利用信息技术自主学习、分析问题和解决问题的能力，提升教学资源库的智能性。

5 结束语

国家级职业教育专业教学资源库是推动信息技术在职业教育教学领域综合应用的重要手段[11]。基于教学资源库数据挖掘的教育改革深度契合技术进步和社会需求，能更好地服务职业教育人才培养。将在线学习数据采集与挖掘分析技术应用于教学，可以提高教育的针对性和智能化水平，发挥教学资源库建设的最大效应，促进职业教育改革创新。