摘要：研究性學習是一種培養學生實踐能力和創新思維的學習模式。一方面在線學習形式普遍存在教師難以及時掌握學情導致指導困難、學生缺少指導和評價容易放棄探究等現實問題;另一方面，在線學習平臺積累了大量數據，如何發揮數據的價值服務于師生，是當前亟需解決的問題。為了解決以上問題，采用可視化學習分析和用戶畫像技術對研究性學習學生畫像構建展開了研究。參考已有文獻，結合研究性學習特點，提出了基于可視化學習分析的研究性學習學生畫像流程框架，包括確定畫像構建目標、數據采集與預處理、定量畫像和定性畫像、以及畫像輸出等步驟，明晰了畫像構建的流程。其中，構建目標旨在對能力屬性、行為屬性和興趣屬性進行呈現。通過基于xAPI的研究性學習行為記錄庫采集數據，采用定量畫像方法對數據進行分析和建模，以確定畫像的顆粒度;采用定性畫像方法基于定量畫像結果通過人工刻畫實現學生信息標簽化。最后，借助數據可視化技術呈現了面向學生的個人畫像和面向教師的群體畫像。該研究基于可視化學習分析技術，對學生畫像構建流程、實施路徑和方法、呈現內容和形式進行了系統論述，旨在為開展相關研究提供參考。

　　關鍵詞：可視化學習分析;研究性學習;學生畫像;畫像建模;數據可視化

　　一、引言

　　研究性學習是一種圍繞項目或課題組織的學習模式[1]，旨在培養學生的問題解決能力、批判性思維和創新能力等。雖然技術支持隨時隨地開展研究性學習，但是也存在一些問題：一方面，教師評價和指導困難、無法即時掌握學生學情，以致難以即時指導學生，而學生缺乏指導、遇到困難容易產生厭學情緒放棄探究等[2];另一方面，研究性學習平臺已經累積了大量學生的學習經歷數據，如何發揮這些數據的價值，更好地支持和服務于師生，是大數據時代下研究性學習研究領域亟需解決的問題。

　　學習分析技術通過收集、分析和報告數據，理解和優化學習及其產生的環境，能夠為解決上述問題提供技術方案。可視化呈現是學習分析技術的重要特征[3][4]，而學生畫像作為一種可視化學習分析技術，其作用在于通過學生信息標簽化的形式呈現學習分析結果，不僅能夠更直觀地理解學生，還有助于降低大量數據給師生帶來的認知負荷[5]，支持師生更好地理解學習分析結果[6]。

　　目前，已有的畫像研究聚焦于依賴個人經驗或數據驅動進行數據分析，缺乏教育理論對整個構建流程的指導和調控。并且，國內較少有研究對能力畫像的構建進行深入探討。本研究采用可視化學習分析和畫像構建技術，結合研究性學習理論和特點，構建了研究性學習學生畫像流程框架，在此基礎上，對構建學生畫像展開了具體研究，最后通過可視化技術設計并呈現了面向教師的學生群體畫像和面向學生的個人畫像。

　　二、研究綜述

　　(一)可視化學習分析相關研究

　　學習分析的概念正式出現于2011年，通過“測量、收集、分析和報告學生及其學習環境的數據，用以理解和優化學習及其產生的環境”[7]。教育大數據為學習分析的發展提供了機會。大量可用的數據讓研究者更多地關注如何通過收集和分析學習數據以洞察學生的學習活動[8][9]。學習分析過程一般包括數據采集、數據分析、結果可視化呈現和反饋應用等[10][11]。

　　可視化學習分析是結合學習分析和可視化分析的一個新興交叉研究領域，通過強調計算機自動化分析和可視化優勢支持人類推理和決策過程，理解復雜的學習現象和解決復雜的學習問題[12]。可視化分析過程包括數據采集與預處理、可視化表征、建立模型與驗證假設、獲取知識等，是一種非線性過程[13][14]。與其相比，可視化學習分析過程更強調發揮學習理論的指導和調節作用[15]，不是單純地依賴數據驅動或人類經驗，其流程模型如圖1所示[16]。

　　在國外，可視化學習分析不僅支持理解教育現象[17]，也支持啟發教育決策[18]。Van Aalst[19]結合可視化分析技術開發了基于知識論壇服務器數據的形成性評估工具，為教師和學生提供關于自我評估和反思的知識構建動態信息。Ched20]采用可視化分析技術支持課堂話語分析，促進教師專業學習和發展。在國內，學習儀表盤是典型的可視化學習分析工具。張琪和武法提[21]、包昊罡等[22]對學習儀表盤的設計展開了研究。相比學習儀表盤強調呈現學生的學習行為，學生畫像以刻畫和呈現學生信息全貌為特點，近年來已逐漸成為研究的熱點。

　　(二)學生畫像相關研究

　　用戶畫像的概念最早由Cooper提出，是指建立在一系列真實數據之上的目標用戶模型[23]。主要有三種構建方法，包括定性用戶畫像方法、基于定性研究的定量用戶畫像方法和經定量檢驗的定性用戶畫像方法[24]。

　　學生畫像是用戶畫像在教育領域中的應用，也是一種可視化學習分析技術。一般認為學生畫像的概念來源于用戶畫像，但其在教育領域早已有相關概念，如學習者建模、電子學檔和學習儀表盤等。這類概念的共同點旨在反映學習者的行為特征和信息等(如表1所示)。

　　在理解以上概念的基礎上，本研究認為學生畫像的實質是，在分析學生學習數據的基礎上，從不同維度全面、細致地對學生的信息全貌進行抽提和刻畫的學生模型，通過反映學生的知識能力水平、行為特征、興趣偏好和潛在需求等，為其提供精準的個性化服務。

　　在國外，有研究構建用戶畫像作為教學代理應用于教學設計[30]。作為教學代理的用戶畫像既可以作為知識導師促進學生學習，也可以在學習過程中為學生提供富有情感、類似人類的互動[31]，還能夠為學生提供總結性描述。在國內，大部分研究聚焦于學生的交互行為數據，根據行為特征對學生群體進行劃分[32-34]，以支持個性化學習[35][36];也有研究對教師畫像構建展開了研究，以支持精準教研[37][38]。通過梳理文獻可知.目前大部分研究主要關注學生的學習參與度、積極性和學習動機等特征，聚焦于淺層學生畫像構建;較少有研究結合學習理論關注學生的能力或素養構建深度學生畫像。

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