学习分析视角下测绘地理信息专业教学资源库开发

黄 瑞，曾晨曦，李长青

(1. 扬州市职业大学,江苏 扬州 225009； 2. 国家测绘地理信息局,北京 100830； 3. 北京工业职业技术学院,北京 100042)

学习分析视角下测绘地理信息专业教学资源库开发

黄 瑞1，曾晨曦2，李长青3

(1. 扬州市职业大学,江苏 扬州 225009； 2. 国家测绘地理信息局,北京 100830； 3. 北京工业职业技术学院,北京 100042)

针对专业教学资源库建设及应用现状，分析了项目建设在用户服务面向、信息资源组织及学习过程指导中存在的不足；尝试基于学习分析的数据采集、模型分析、可视化反馈等技术优势开发学习平台；实现了专业教学资源库的个性化施教功能，实现了解决自我差异分析、自我评估及导向分析及自我预测及监控分析等问题；以测绘地理信息专业中《地理信息系统基础》课程资源库开发为例，就学习分析在专业教学资源库中的平台框架设计、平台运行流程设计中的具体应用进行了实证说明。

学习分析；专业教学资源库；个性化学习；学习变革

2010年教育部正式启动了职业教育专业教学资源库(简称“资源库”)项目，截至2015年底，中央财政总计投入3.8亿元建设资金，支持建设了71个不同专业项目[1]。目前已经建成的各类多媒体信息资源达33万余条，综合访问量达8900万人次。资源库项目的开展对规范专业教学要求、强化行业职业技能、共享优质教学资源、满足学生自主学习，以及为培养高技能人才搭建终身学习平台起到了重要作用[2-3]。然而，随着用户认识水平的提升和项目建设的不断深入，资源库项目正在被赋予更高要求，一些受传统技术限制形成的建设瓶颈，正亟须引入新技术加以解决。学习分析(learning analysis,LA)在国际上被称为“自学习管理系统问世以来，教育技术大规模发展的第三次浪潮”[4]。LA在学习信息采集、分析、评估及引导方面具有独特的技术优势，如何将LA引入资源库项目开发中，对于解除项目发展技术瓶颈、提升项目建设绩效具有重要意义，而目前关于这方面的探讨较有限。本文尝试基于学习分析，开展测绘地理信息专业教学资源库的开发。

1 面向用户需求，资源库项目开发存在的不足

2010年《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》指出：“资源库项目建设的中心任务是为全国范围内的教师教学、学生学习、企业员工培训、社会爱好者学习提供优质专业教学资源，提供跨学校、跨地区，时时、处处、人人的无界化服务”[5]。这一建设目标从应用角度又可以具体为4类用户的不同需求，即通过项目建设，教师可以丰富备课授课素材，提升专业教学水平，归纳专业发展资讯，以及完善人才培养方案；学生可以延展课堂学习空间，分享优质教学资源，提供个性学习引导，以及拓宽自主学习通道[6]；企业员工可以理解基础作业原理，解答实际工作难题，建立行业全貌认识，以及搭建终身学习平台；社会爱好者则可以开展基础科普学习，理解相关生活热点，探究问题解决方案，以及积累行业入门知识。虽然资源库项目已经取得显著成效，但项目的开发尚存在3方面的不足。

1.1 成果设计定位单一，服务面向局限

笔者整理分析了2011—2014年16个资源库项目的申报资料。各院校在申请之初，针对4类用户需求，提出了针对性的建设内容，然而在实际建设过程中，受制于建设人员、时间及技术条件的限制，成果服务面向单一的缺点非常明显。资源库建设由最初的“学习中心”弱化为“素材中心”，项目成果成为仅能满足课堂教学、教师遴选素材的仓库，而非引导4类用户开展自我学习的交流平台。服务面向单一化在很大程度上限制了有效用户数的发展，局限了成果的服务效应。

1.2 资源开发缺乏导向，有效资源不足

目前资源库项目开发存在“重建轻用”的倾向[7]，导致有的项目成果总量达到TG级，但满足用户需求的有效资源却不足。究其原因：首先，资源组织更多遵循传统课程教学中的逻辑关系，未反映用户的实际使用需求，用户在海量信息中难以找到目标资源；其次，单个资源建设过于追求高清教学视频、三维动画等新技术应用，有的项目这部分支出甚至占总费用的60%[8]，但是学习者真正需要的学习资料，如讲解文字表达、教学案例选取、实验数据组织等则缺少足够重视。这都造成项目成果总体上虽有亮点，但整体质量堪忧。

1.3 过程学习缺乏指导，个性教学缺失

资源库成果学习是一种长期的过程学习行为，为了提升学习效果，需要开展及时有效的过程指导[9]。目前的教学指导评估方式(如考试)，实际上属于事后评价。这种评价行为具有滞后性，难以形成有效指导[10]。资源库学习平台中，应该嵌入学习指导模块，通过相关技术手段，及时收集、整理学习过程中的相关数据，开展学习者行为分析，根据学习者的知识结构和能力，推送恰当学习资料，并监督评价学习过程，将测评结果以直观形式反馈学习者，帮助学习者建立正确的学习方式，以提高学习绩效。

2 学习分析与专业教学资源库开发

LA的研究对象是学习者及其所处的环境，其目的是通过整理分析学习过程中的行为数据，预测评估学习过程中存在的问题，帮助学习者优化学习状态及效果[11]。LA为解决不同类型用户之间的差异分析、学习过程中的评估和引导分析、学习效果的预测及监控分析提供了技术可能。LA主要通过采集学习者年龄、性别、学习内容、学习时间及具体任务的完成情况等信息，存储建立学习者基础档案，并在此基础上判断不同用户的学习特征，实现不同类型学习者的差异化学习；在具体学习过程中，LA通过记录学习过程中的相关数据，开展聚类、规则推理等模型分析，客观、准确地判断学习者当前状态，准确推送目标学习资源，降低学习者的主观随意性，提供实时、过程性指导，帮助其合理定位和优化知识结构；在学习效果的评定和监测环节，LA通过学习平台记录的不同知识点掌握情况、解答时间及应用水平等评测数据，融合回归分析、人工智能算法及人工神经网络等技术手段，对学习过程开展预测和监控，鉴别出影响学习绩效的因素，逐步提高学习者的知识结构。

3 基于LA的专业教学资源库设计

2011—2013年，笔者团队完成了工程测量专业教学资源库开发建设，2016年又启动了测绘地理信息专业教学资源库项目开发。针对前次项目建设中存在的技术局限，本次尝试将LA引入新项目的开发中，本文以《地理信息系统基础》课程资源开发为例，具体说明开发思路。

3.1 平台功能框架设计

《地理信息系统基础》课程教学资源库设计整体上要求简洁、清晰地帮助学习者从海量信息中提取出有价值信息。为了实现该目标，如图1所示，借鉴以往项目开发经验[12]，提出在平台设计中，将整体框架划分为数据层、分析层、报告层、干预和适应层4个层次。数据层主要收集、整理课程资源学习过程中的相关数据，包括数据仓库中的基本信息数据，网络服务器中的用户浏览日志，以及学习分析技术应用的其他信息；在分析层，由该层的分析引擎，通过分析模型开展数据分析；在报告层，根据4类学习用户的不同需求，通过可视化工具，呈现各种数据的分析结果，并通知特征人群；最后在系统的干预和适应层，依据报告层获得的学习分析结果和个人学习特征来量身定制学习方案，如可以根据学习者不同的学习能力和学习习惯，为他们推荐感兴趣的教学内容和相关资料，完成个性化学习目标。

图1 平台整体设计

从这一思路出发，本次项目开发以Moodle平台为基础，设计时参考了美国《基于教育数据挖掘和学习分析促进教与学》报告[13]中自适应学习系统案例，并根据课程特点，对系统中的专题模块作了较大修改。平台设计根据学习者基础及学习特征进行动态分层，为每个层级的学习者推送个性化学习资源，定制学习路径，使每个学生都能找到自己的“最近发展区”[14]，充分发挥学习潜能，逐步超越知识边界，从而不断实现阶跃式发展。此外，学习平台还增加了助手功能模块，平台信息经过助手功能模块智能处理后，把信息分别推送给不同学习者。而在教学辅导端，助手功能模块可根据学习者的在线学习情况，反馈学习现状，帮助教学辅导人员制定更合理的施教措施。

3.2 平台的运行流程设计

平台的运行流程如图2所示。①学习者确定，4类学习者在初次登录时，需填写反映个人信息的基本信息量表，以明确学员的身份信息、学习风格及兴趣偏好，为确定合理的学习导航方案提供信息依据；②初始能力评估，在具体教学课程开始之前，需要对学习者初始能力进行分析，通过设置难易等级不同的测试题，确定学习者的初始认知水平；③登录学习，首次登录学习后，进行所罗门学习风格量表测试，明确学习者学习风格，并将测评结果存放于个人信息档案中； ④教学设计， 《地理信息系统基础》课程是测绘地理信息专业的一门基础专业课，根据4类用户的学习需要，教学内容组织以实践操作课程为主，理论指导课为辅，课程内容设计如图3所示，围绕空间数据采集、空间数据编辑、空间数据管理、空间数据查询与分析及地理信息产品输出等7个大方面组织，共设计为28个一级学习情境，每个学习情境服务单个具体知识点的理论讲解与实践操作，以任务驱动的教学形式指导学员完成学习任务；⑤推荐学习内容，基于LA中的社会网络分析法、内容分析法及话语分析法等技术手段对学生的个性化特征进行模型化处理，对学习者行为进行分析，为学习者推荐合适的学习内容，对学习结果进行判断和科学预测；⑥了解学习进度及状态，教学者通过学习数据分析，掌握学习者的学习需求及规律，为不同学习者推送恰当的个性化学习资源、学习路径，营造个性化学习环境，同时通过多元统计、因子及相关分析归纳影响学习绩效的影响因素，预测教学效果，进行学习过程干预，以提升个体智慧发展；⑦学习测评及再学习，单元学习内容结束后进行实时测评，并将测评结果存放于学习者信息档案中，所有分析结果也可以进行可视化呈现，学习者可以了解自身学习进度及知识掌握情况。以便有针对性的调整学习方案，提升再学习效率。

图2 平台运行流程

4 结 语

LA在专业教学资源库开发中的应用，开辟了资源库项目成果个性化学习的新途径，较之传统的资源库项目开发，它真正促成了“以学习者为中心”学习模式的建立。由于个性化学习的开展本身需要较复杂的技术条件，LA在我国目前仍处于理论分析及应用的初步尝试阶段，可供借鉴的成熟案例较少，本次项目开发处于中期开发阶段，因此项目研究的基础数据在全面性和准确性方面还存在局限，如目前收集的数据基本仅来自于学生用户的操作数据，并不能反映用户数据的全貌特征。另外在数据分析阶段，如何建立数据与学习结果之间的量化关系也是LA亟待解决的技术问题。在后续研究中，将尝试引入“人脑机接口技术”“智能学习技术”，推进LA在测绘地理信息专业教学资源库项目开发中的进一步研究。

图3 课程内容设计

[1] 魏顺平,王博,侯小菊. 基于大数据的职业教育专业教学资源库运行监测设计研究[J].中国远程教育(综合版),2016(6):68-72.

[2] 张美娜，王彤，欧阳伟，等. 高职道桥专业信息化共享教学资源建设研究与实践[J].中国职业技术教育,2015(2)：32-35.

[3] 孟丽，白玲，杨伟铭.e-Learning在测绘专业教育中的应用研究[J].测绘通报,2007(5):73-76.

[4] 祝智庭，沈德梅. 学习分析学：智慧教育的科学力量[J].电化教育研究，2013(5)：5-12.

[5] 李利平.高教育专业教学资源库建设的改革思考[J].中国高教研究,2011(6)：90-91.

[6] 赵红,李敬军.测绘专业人才培养模式的探索与实践[J].测绘通报,2013(1)：101-103.

[7] 杨诚. 高职专业教学资源库建设探析[J].职教论坛,2015(14):89-92.

[8] 魏民.提高职业教育信息化水平加快推进现代职业教育体系建设[J].中国职业技术教育,2014(21)：221-226.

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[10] 何克抗.“学习分析技术”在我国的新发展[J].电化教育研究,2016(7):5-13.

[11] 李艳燕，马韶茜，黄荣怀. 学习分析技术: 服务学习过程设计和优化[J].开放教育研究，2012,18(5):18-24.

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[14] 穆肃,左萍萍.信息化教学环境下课堂教学行为分析方法的研究[J].电化教育研究,2015(9):62-69.

DevelopmentoftheMajorTeachingResourceLibraryofSurveyingandMappingGeographicInformationfromthePerspectiveofLearningAnalysis

HUANG Rui1,ZENG Chenxi2,LI Changqing3

(1. Yangzhou Polytechnic College, Yangzhou 225009, China; 2. State Bureau of Surveying, Mapping and Geoinformation, Beijing 100830, China; 3. Beijing Polytechnic College, Beijing 100042, China)

According to the present situation of the construction and application of the major teaching resources library, this paper analyzes the problems existing in the construction, including the user service, the organization of information resources and the guidance of the learning process. This paper tries to develop a learning platform based on the data acquisition, model analysis and visual feedback. Besides, it tries to achieve the personalized teaching function and solve the problems such as self discrepancy analysis, self assessment and orientation analysis, self analysis and monitoring analysis. Therefore, a case study of the curriculum resources development on geographic information system in the major of surveying and mapping geographic information is introduced. This paper makes an empirical analysis on the application of learning analysis in the design of the platform framework and the design of the platform operation flow.

learning analysis；major teaching resources database；personalized learning；learning change

黄瑞,曾晨曦,李长青.学习分析视角下测绘地理信息专业教学资源库开发[J].测绘通报，2017(11)：151-154.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0367.

P208；G64

A

0494-0911(2017)11-0151-04

2017-02-28

教育部工程测量专业教学资源库建设(2011017);江苏省国土资源与地理信息重点专业群建设(2012Z003)

黄 瑞(1980—)，男，博士，副教授，主要从事测绘地理信息专业教育。E-mail:1546028308@qq.com