作者：李雪嬌

　　[摘 要] 智慧教室建設(shè)是當(dāng)今教育領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容，利用學(xué)習(xí)分析技術(shù)對(duì)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行記錄和分析，有助于智慧教室功能的實(shí)現(xiàn)。為探索如何在智慧教室中應(yīng)用學(xué)習(xí)分析技術(shù)以進(jìn)一步促進(jìn)“以學(xué)為中心”教學(xué)變革的實(shí)現(xiàn)，首先通過研究現(xiàn)狀分析肯定了學(xué)習(xí)分析技術(shù)在智慧教室中的重要應(yīng)用價(jià)值;然后在對(duì)學(xué)習(xí)分析技術(shù)一般方法流程分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合智慧教室的特征，提出了學(xué)習(xí)分析技術(shù)在智慧教室中的一般應(yīng)用流程;最后以華東理工大學(xué)智慧教室建設(shè)為例開展了學(xué)習(xí)分析技術(shù)在實(shí)踐中的應(yīng)用分析。

　　[關(guān)鍵詞] 智慧教室;學(xué)習(xí)分析技術(shù);應(yīng)用流程

　　0 引言

　　《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020 年)》提出：促進(jìn)信息技術(shù)與教育的深度融合是實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化的必要途徑。2019年2月，《中國教育現(xiàn)代化2035》印發(fā)，指出要加快信息化時(shí)代教育變革，倡導(dǎo)建設(shè)智能化校園。教室是教學(xué)開展的主要場所，是智能化校園實(shí)現(xiàn)的重要組成部分，如何利用新型技術(shù)建設(shè)智慧教室成為重要的研究主題。智慧教室作為智能化的學(xué)習(xí)環(huán)境，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等新型技術(shù)構(gòu)建教室物理環(huán)境已經(jīng)得到了大量關(guān)注，然而智慧教室的“智慧性”還體現(xiàn)在學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程的智能化記錄、分析，學(xué)習(xí)分析技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘等也應(yīng)該是智慧教室建設(shè)中不容忽視的重要技術(shù)手段。因此，本研究順應(yīng)大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)時(shí)代的發(fā)展，對(duì)學(xué)習(xí)分析技術(shù)在智慧教室建設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行探索，并以華東理工大學(xué)的智慧教室建設(shè)項(xiàng)目為例進(jìn)行學(xué)習(xí)分析技術(shù)在智慧教室建設(shè)中的實(shí)踐應(yīng)用分析和思考。

　　1 研究現(xiàn)狀

　　1.1 智慧教室

　　黃榮懷等人將智慧教室定義為“能優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)、便利學(xué)習(xí)資源獲取、促進(jìn)課堂交互開展，具有情景感知和環(huán)境管理功能的新型教室”，與傳統(tǒng)教室的區(qū)別在于其智慧性體現(xiàn)在內(nèi)容呈現(xiàn)(S)、環(huán)境管理(M)、資源獲取(A)、及時(shí)互動(dòng)(R)和情景感知(T)5個(gè)方面[1]。這5個(gè)維度體現(xiàn)了智慧教室在設(shè)備、系統(tǒng)等建設(shè)和管理上的要求，也反映出智慧教室能對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程進(jìn)行記錄、分析等，以支持個(gè)性化學(xué)習(xí)、適應(yīng)性學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)。何克抗在認(rèn)可黃榮懷觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上，認(rèn)為智慧教室的智慧性體現(xiàn)在記錄學(xué)習(xí)過程、識(shí)別學(xué)習(xí)情景、聯(lián)接學(xué)習(xí)社群和感知物理環(huán)境，強(qiáng)調(diào)了智慧性的實(shí)現(xiàn)離不開數(shù)據(jù)挖掘、學(xué)習(xí)分析等技術(shù)的支持。因此智慧教室不僅要有符合信息時(shí)代的高科技硬件配置，還要有把握大數(shù)據(jù)時(shí)代機(jī)遇的基于數(shù)據(jù)分析的軟件工具，從軟、硬多方面實(shí)現(xiàn)“智慧性”，以支持教與學(xué)過程，促進(jìn)個(gè)性化學(xué)習(xí)環(huán)境的實(shí)現(xiàn)。總的來說，智慧教室的本質(zhì)是利用多種新型技術(shù)構(gòu)建一個(gè)智能化的學(xué)習(xí)環(huán)境，該環(huán)境以學(xué)習(xí)者為中心進(jìn)行空間的布局、系統(tǒng)的構(gòu)建、軟硬件的集成，對(duì)教與學(xué)給予支持，從而促進(jìn)實(shí)現(xiàn)以學(xué)為中心的教學(xué)變革[2]。

　　已有不少學(xué)者從技術(shù)應(yīng)用、系統(tǒng)架構(gòu)等多方面對(duì)智慧教室的設(shè)計(jì)與實(shí)踐展開了研究。例如國外學(xué)者Dong-oh Kang等人借助SoD技術(shù)構(gòu)建了能實(shí)現(xiàn)協(xié)同教學(xué)的智能課堂系統(tǒng)[3]。Mahesh等人將智能手機(jī)應(yīng)用于智慧教室的建設(shè)中[4]。國內(nèi)學(xué)者嘗試從不同角度進(jìn)行智慧教室系統(tǒng)架構(gòu)的研究，例如王玉龍等人、謝火木等人分別以需求為導(dǎo)向和課堂教學(xué)變革的角度闡述了高校智慧教室的建設(shè)方案[5-6]。也有學(xué)者從技術(shù)層面探討了智慧教室建設(shè)，例如基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行智慧教室架構(gòu)設(shè)計(jì)[7-8]。鄭烔桐通過129篇英文文獻(xiàn)和79篇中文文獻(xiàn)分析得出，現(xiàn)有高校智慧建設(shè)中缺乏數(shù)據(jù)核心意識(shí)，導(dǎo)致智慧教室“不智慧”[9]。孫健也提出目前有些高校存在重硬件、輕軟件的現(xiàn)象，建議通過課堂信息的采集來了解學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)習(xí)慣等特征，用于教學(xué)設(shè)計(jì)[10]。與此同時(shí)，雖然國內(nèi)有學(xué)者意識(shí)到數(shù)據(jù)及其分析在智慧教室中的重要性，但較為宏觀或研究不夠深入，例如崔亞強(qiáng)等人將教學(xué)數(shù)據(jù)智能分析作為技術(shù)環(huán)境設(shè)計(jì)考慮其中，但在建設(shè)實(shí)踐中對(duì)數(shù)據(jù)方面沒有進(jìn)行詳細(xì)說明[11];屈敬華在智慧教室建設(shè)中雖然提到了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，但缺乏對(duì)數(shù)據(jù)的分析、應(yīng)用等更深入的研究[12]。所以，我國智慧教室建設(shè)中普遍存在問題，即過于關(guān)注多種新型技術(shù)在物理空間建設(shè)的應(yīng)用，忽略了對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程的記錄與分析，智慧教室環(huán)境下產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)尚未被充分利用，智慧教室的智慧性體現(xiàn)不夠[13-14]。因此，本研究認(rèn)為在智慧教室建設(shè)過程中需加大學(xué)習(xí)分析符數(shù)據(jù)采集、分析技術(shù)的應(yīng)用探索。

　　1.2 智慧教育中學(xué)習(xí)分析技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

　　學(xué)習(xí)分析的定義隨著相關(guān)研究的進(jìn)展而演變，EDUCAUSE組織(2015)、學(xué)習(xí)分析領(lǐng)域?qū)＜襍iemens(2010)、“學(xué)習(xí)分析和知識(shí)”年會(huì)(2011)以及新媒體聯(lián)盟(2012)等都曾對(duì)學(xué)習(xí)分析下過定義，這些定義在用詞和著重點(diǎn)上雖然有些許區(qū)別，但基本反映了學(xué)習(xí)分析的本質(zhì)，即利用各種技術(shù)方法獲取學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)相關(guān)的各類數(shù)據(jù)信息，圍繞這些數(shù)據(jù)運(yùn)用不同的分析方法和數(shù)據(jù)模型進(jìn)行分析，根據(jù)分析的結(jié)果來探究學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程以發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)規(guī)律，闡釋學(xué)習(xí)者表現(xiàn)，并將分析結(jié)果以可視化的形式反饋給學(xué)習(xí)者、教師、教育管理者或研究者，從而達(dá)到優(yōu)化教與學(xué)過程的目的。

　　智慧教育強(qiáng)調(diào)以學(xué)習(xí)者為中心實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)分析技術(shù)能實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程的分析與監(jiān)測，為教學(xué)評(píng)估、學(xué)習(xí)者風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別等提供數(shù)據(jù)支撐，從而促進(jìn)智慧教育的實(shí)現(xiàn)，因此，祝智庭認(rèn)為學(xué)習(xí)分析是智慧教育的科學(xué)力量[15]。李葆萍等人整理2000～2018年的國內(nèi)外智慧教室研究論文發(fā)現(xiàn)，“大數(shù)據(jù)”和“學(xué)習(xí)分析”是重要的研究熱點(diǎn)，并建議在智慧教室建設(shè)時(shí)對(duì)學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)的采集、分析進(jìn)行專門規(guī)劃[16]。已有不少研究者肯定了學(xué)習(xí)分析在智慧教育中的應(yīng)用價(jià)值并開展了一系列研究。祝智庭等人通過分析學(xué)習(xí)分析定義、設(shè)計(jì)框架等，基于Greller等人的學(xué)習(xí)分析模型提出了智慧教育中學(xué)習(xí)分析應(yīng)用過程模型，該模型包括了目標(biāo)確立、學(xué)習(xí)分析的開發(fā)以及最后的干預(yù)[15]。高琪等人通過學(xué)習(xí)分析一般流程和智慧教育特征的分析，總結(jié)出學(xué)習(xí)分析在智慧教育中的三大應(yīng)用：干預(yù)機(jī)制的構(gòu)建、學(xué)習(xí)者特征識(shí)別與智慧資源推送以及智慧管理服務(wù)[17]。林秀瑜等人基于文獻(xiàn)分析和理論研究，提出了學(xué)習(xí)分析在智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中應(yīng)用的理論模型及其機(jī)制[18]。趙紅敏等人指出在智慧教育中學(xué)習(xí)分析技術(shù)除了作為學(xué)習(xí)者行為記錄工具，還能從學(xué)習(xí)資源、智能工具、學(xué)習(xí)社群、教學(xué)社群等方面給予技術(shù)支持[19]。還有學(xué)者對(duì)學(xué)習(xí)分析在智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中的具體應(yīng)用進(jìn)行了研究，例如智能導(dǎo)學(xué)、干預(yù)機(jī)制等[20-21]。以往研究中，多從宏觀的理論層面挖掘了學(xué)習(xí)分析技術(shù)在智慧教室中的重要地位和應(yīng)用場景，但對(duì)學(xué)習(xí)分析技術(shù)的具體應(yīng)用流程尚未做詳細(xì)闡述。

　　總的來說，學(xué)習(xí)分析技術(shù)作為大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下的產(chǎn)物，通過對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程的記錄和分析能有效保證智慧教育的實(shí)現(xiàn)。智慧教室作為一種典型的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，利用學(xué)習(xí)分析技術(shù)解決現(xiàn)有智慧教室建設(shè)重基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)輕軟件應(yīng)用、個(gè)性化學(xué)習(xí)支持不夠的問題，還有待更加深入、具體地探索。因此，本研究從利益相關(guān)者的需求出發(fā)，探討學(xué)習(xí)分析在智慧教室建設(shè)中的應(yīng)用，構(gòu)建學(xué)習(xí)分析在智慧教室中的應(yīng)用流程。

　　2 學(xué)習(xí)分析技術(shù)在智慧教室中的應(yīng)用分析

　　2.1 學(xué)習(xí)分析技術(shù)的一般方法流程

　　學(xué)習(xí)分析技術(shù)包括話語分析、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析、內(nèi)容分析等數(shù)據(jù)分析方法，而且還在不斷吸收其他各類分析方法以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程的多維度分析。關(guān)于學(xué)習(xí)分析的應(yīng)用流程，不同的學(xué)者有不同的見解，國外較為典型且被引用較多的有Siemens設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)分析過程模型和Elias設(shè)計(jì)的持續(xù)改進(jìn)學(xué)習(xí)分析模型[22]。Siemens的學(xué)習(xí)分析過程模型表明了學(xué)習(xí)分析實(shí)施以學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述或分析，預(yù)測學(xué)習(xí)者的未來表現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化或適應(yīng)性的學(xué)習(xí)。Elias則從數(shù)據(jù)收集(選擇與采集)、數(shù)據(jù)處理(整合與預(yù)測)、知識(shí)應(yīng)用(使用和優(yōu)化)3個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)建了學(xué)習(xí)分析持續(xù)改進(jìn)模型，通過3個(gè)環(huán)節(jié)的環(huán)環(huán)相扣，旨在持續(xù)改進(jìn)教與學(xué)。國內(nèi)研究中，李艷燕等人提出了學(xué)習(xí)分析的5個(gè)環(huán)節(jié)，即數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)表示環(huán)節(jié)、應(yīng)用服務(wù)環(huán)節(jié)[23]。韓錫斌等人基于大量文獻(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)分析進(jìn)行了系統(tǒng)化綜述，認(rèn)為學(xué)習(xí)分析的應(yīng)用流程主要分為3個(gè)階段：數(shù)據(jù)選擇與采集、數(shù)據(jù)分析與處理、結(jié)果呈現(xiàn)與反饋[24]。總的來說，學(xué)習(xí)分析技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)為學(xué)習(xí)者相關(guān)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的采集、分析、可視化呈現(xiàn)以滿足利益相關(guān)者的需求。

　　2.2 學(xué)習(xí)分析技術(shù)在智慧教室建設(shè)中的應(yīng)用流程

　　學(xué)習(xí)分析技術(shù)可通過智慧教室中多維度數(shù)據(jù)的采集、記錄與分析，以支持個(gè)性化教與學(xué)的開展。根據(jù)學(xué)習(xí)分析技術(shù)的一般方法與流程，結(jié)合智慧教室的特征，本研究提出學(xué)習(xí)分析技術(shù)在智慧教室中的應(yīng)用流程圖(見圖1)。

　　學(xué)習(xí)分析技術(shù)在智慧教室中的應(yīng)用遵循了學(xué)習(xí)分析技術(shù)的一般應(yīng)用流程，即通過數(shù)據(jù)的采集、分析、呈現(xiàn)，對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程展開深入分析后將分析結(jié)果應(yīng)用于教與學(xué)。除此之外，學(xué)習(xí)分析技術(shù)的應(yīng)用需要明確利益相關(guān)者的需求，并且其最終應(yīng)用于教學(xué)后還要指向最初的需求制定，形成閉環(huán)，確保利益相關(guān)者需求的實(shí)現(xiàn)。以往的學(xué)習(xí)分析技術(shù)應(yīng)用研究集中于在線學(xué)習(xí)環(huán)境，智慧教室中學(xué)習(xí)環(huán)境的不同、利益相關(guān)者需求不同，學(xué)習(xí)分析技術(shù)在智慧教室建設(shè)中的應(yīng)用也具有一定的特殊性。接下來對(duì)應(yīng)用流程進(jìn)行詳細(xì)說明。

　　2.2.1 需求分析

　　需求分析是通過分析利益相關(guān)者的具體需求，明確學(xué)習(xí)分析目標(biāo)，以指導(dǎo)學(xué)習(xí)分析技術(shù)在智慧教室中的應(yīng)用。智慧教室是教學(xué)開展的場所，學(xué)習(xí)者和教師是智慧教室的使用者，是學(xué)習(xí)分析技術(shù)的主要利益相關(guān)者，因此需求分析主要圍繞著學(xué)習(xí)者和教師開展。學(xué)習(xí)分析技術(shù)主要滿足以下需求。

　　第一，滿足學(xué)習(xí)者對(duì)個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)的需求。學(xué)習(xí)者在知識(shí)儲(chǔ)備、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)偏好等一系列特征上存在著差異，反映出不同的學(xué)習(xí)需求，因此需要為其提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)服務(wù)。然而傳統(tǒng)課堂中，學(xué)習(xí)者數(shù)量較多，學(xué)習(xí)者特征收集難度大，很難實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)。智慧教室中，多種新型技術(shù)的應(yīng)用使得學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)采集更加智能化、全面化，利用學(xué)習(xí)分析技術(shù)對(duì)學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，使教師在客觀了解學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)需求的基礎(chǔ)上提供個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)成為可能。因?yàn)閷W(xué)習(xí)分析技術(shù)注重學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程的記錄、分析，故能為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)行為表現(xiàn)的可視化反饋，以供學(xué)習(xí)者自我反思。也可通過預(yù)測學(xué)習(xí)者未來表現(xiàn)，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)學(xué)習(xí)者識(shí)別，為有學(xué)業(yè)失敗風(fēng)險(xiǎn)的學(xué)習(xí)者提供預(yù)警服務(wù)。除此之外，個(gè)性化的資源推薦也是學(xué)習(xí)分析應(yīng)用之一，能在了解學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)偏好、認(rèn)知風(fēng)格的基礎(chǔ)上滿足不同學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)資源的不同需求。

　　第二，滿足教師開展學(xué)情分析、改善教學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)施學(xué)習(xí)者評(píng)估的需求。學(xué)習(xí)分析中的數(shù)據(jù)雖然來源于學(xué)習(xí)者，但是能從另一個(gè)角度給教師的教帶來福利。學(xué)情分析是教師制定教學(xué)計(jì)劃、開展教學(xué)活動(dòng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。學(xué)習(xí)分析能將學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)特征，例如學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)行為表現(xiàn)即時(shí)地反饋給教師，為教師的學(xué)情分析提供了更為全面、智能的數(shù)據(jù)支撐。學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)能反映出學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)路徑、參與度、投入度等，為教師的教學(xué)反思、教學(xué)設(shè)計(jì)改善提供依據(jù)。同時(shí)，很多教師逐漸意識(shí)到依靠學(xué)業(yè)成績對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)估過于單一片面，因而形成性評(píng)價(jià)越來越受重視。學(xué)習(xí)分析技術(shù)為學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程中的行為表現(xiàn)評(píng)估提供了數(shù)據(jù)支撐，能形成較為完善的評(píng)價(jià)體系。

　　2.2.2 數(shù)據(jù)采集

　　智慧教室是一個(gè)混合學(xué)習(xí)環(huán)境，支持線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式，可分為線上的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境和線下的物理學(xué)習(xí)環(huán)境。學(xué)習(xí)分析在智慧教室中能得到一個(gè)“線上+線下”的數(shù)據(jù)集合，具有多模態(tài)的特征。基于多模態(tài)數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)分析是未來的發(fā)展趨勢(shì)，即學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)將由兩種或兩種以上方式獲取，其數(shù)據(jù)采集技術(shù)包含了物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)、視頻監(jiān)控/拍攝技術(shù)、智能錄播技術(shù)等16種[25]。智慧教室作為多種技術(shù)的集合，能實(shí)現(xiàn)多模態(tài)數(shù)據(jù)采集，例如線上平臺(tái)中學(xué)習(xí)者的作業(yè)完成、資源觀看等學(xué)習(xí)行為的記錄，利用視頻監(jiān)控技術(shù)也可記錄學(xué)習(xí)者在線下學(xué)習(xí)過程中的肢體、語言、表情等，也可利用可穿戴的腦波設(shè)備記錄學(xué)習(xí)者的注意力水平等，從行為、生理、心理等多角度記錄學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程和狀態(tài)(見表1)。除此之外，學(xué)習(xí)環(huán)境中的氣溫、二氧化碳等氣體濃度也能被采集和記錄，為理解、分析學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)提供了更多的數(shù)據(jù)維度，極大豐富了學(xué)習(xí)分析的數(shù)據(jù)類型，為學(xué)習(xí)者、教師等利益相關(guān)者的需求實(shí)現(xiàn)提供了基礎(chǔ)，也為智慧教室中個(gè)性化學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)提供了數(shù)據(jù)支撐。值得注意的是，多系統(tǒng)來源的數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)工作提出了挑戰(zhàn)，如何統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，增強(qiáng)各模塊間的互操作性是未來需要解決的問題。

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