采用积分制的自主学习过程量化和评价方法
陈可佳1,2，杨庚1,2
（1.南京邮电大学计算机学院，南京210023；2.江苏省大数据安全与智能处理重点实验室，南京210023）
摘要： 针对信息化教学实践中自主学习过程持续困难、学习行为数据稀疏、学习评价缺乏客观标准等问题，分析心理学中“正向强化”和“延迟满足”的操作条件反射理论，提出采用积分制量化自主学习过程并用于未来智能处理的观点。该方法把学生的外在动机（完成学习任务）通过积分的形式转化为内在动机（积分排名激励），最后达到正向自主学习的目的。
关键词： 积分制；正向自主学习；量化学习；学业过程管理；学业评价
0 引言
随着以互联网为主的信息技术的蓬勃发展，物联网、大数据、云计算以及人工智能等研究领域获得了广泛的应用，教育也迎来了理论创新和应用创新的时代。教育与信息技术的融合，出现了如翻转课堂、微课、慕课等新型教学模式[1]，颠覆了传统以教师课堂讲授为主的教学模式。信息化的教学模式为学生的自主学习提供了有效途径，还能够产生学习行为数据，有助于教师及时掌握学生的学习情况。随后，数据研究者对采集得到的客观数据进一步量化学习和智能化处理，将自主学习过程科学化，从而更好地为我国教育事业的发展与改革服务。
然而，在教学改革的实施过程中也出现了一些问题。例如，部分学生因自主学习能力不足或存在惰性，出现学习进度缓慢、学习效率低的现象，导致新型教育模式未能发挥积极的作用，教师不得不回归传统的教学和评价模式，而学习行为数据的缺失也难以得到智能化的学习模型。这说明，尽管学生现在获得了自主学习的机会，但依然缺少实时的监督和激励机制，从而造成学习动力不足而难以坚持的结果。而人工提供实时的监督，又会额外加重教师的负担。因此，学习过程的设计是教学改革的一个核心问题。
本文提出，可以采用积分制度对自主学习[2]过程进行量化，实时督促学生的自主学习，并作为学业评价的客观依据。积分制的方法以心理学的“操作条件反射”理论为基础，把学生的外部动机（完成学习任务）通过积分的形式转化为内部动机（积分排名激励），最后达到正向自主学习的目的。
本文工作的意义在于：对于学习者，能在潜在监督下养成良好的学习习惯，系统地完成学习内容；对于教师，能掌握学生的学习状态，评估其学习水平，减轻额外的教学负担，从而专注于教学内容的改革；对于数据研究者，能持续地收集有效的学习数据，利用人工智能技术手段自动化教学过程，实现个性化学习设计、诊断和推荐等智能教育。
1 理论基础
本文工作的理论基础主要包括：自主学习、量化学习和积分制。
1.1 自主学习
在整个平台中，最核心的跟踪学习过程的模块就是积分登记，只要系统中出现学习操作，都会激发积分登记模块。具体的积分细则是教学要重点探讨的内容。
伸缩缝是利用缝隙结构有效调整高速公路桥梁施工项目中因为受到温度影响而形成的梁体、背墙碰撞问题。最重要的是，混凝土收缩徐变对于高速公路桥梁施工项目质量会造成严重的影响，所以在施工过程中要合理制定工艺流程控制混凝土徐变造成的变位问题。而高速公路桥梁施工中的伸缩缝技术体系，是利用切割、焊接、开槽以及浇筑的工艺确保伸缩缝施工质量的关键，只有对技术和设备进行革新改良，才能不断优化伸缩缝施工效果，提升其基本质量[1]。
自主学习具有能动性、独立性、异步性和有效性等特点[4]。
（1）能动性。体现在学生积极、主动、自觉地从事和管理自己的学习活动，而不是在外界的压力和要求下被动地从事学习活动；
地方电视台要挖掘电视内容产品的衍生创新能力，以多元的内容产品实现内容的创新。充分利用融媒体思维，使电视节目产生品牌溢价和品牌吸引力，不断激励地方电视台做出内容创新，推动其不断转变发展。
（2）独立性。体现在学生在整个学习过程中尽可能摆脱对教师或他人的依赖，由自己调节学习策略，独立地开展学习活动；
（3）异步性。自主学习尊重学生的差异，学习内容应具备层次性，供学生根据自身客观条件和需要来选择；
（4）有效性。自主学习的目标之一是采取各种调控措施使学习达到最优化的过程，如果自主性越高，学习过程就越优化，学习效果也就越好。
由此可见，在自主学习过程中，学生的学习动机是自我驱动的，学习策略是自我调节的，学习时间可以自我计划和管理，学习内容是分层次的，学习过程需要监控和反馈，对学习结果能够自我评价。信息化教学手段的运用，为自主学习提供了有效途径。但同时，学生自主学习能力和持久力的差异也是一个客观存在的问题。为了保护学生的学习积极性，真正实现自主学习，还需要有完善的学习资源体系和学习过程体系作为保障。本文提供的方法是：在已有的信息化教学手段中，增加量化学习过程的模块，记录每一条学习行为数据，给予学习者正向的反馈，并根据学习水平实时调整学习策略。
设置仿真时间为60 min,随机种子为128,运行仿真．结果显示,网络在5 min左右趋于平稳,全局统计量网络时延稳定在0.29 ms左右,数据库查询和HTTP页面的响应时间分别稳定在35.69 ms，3.30 ms左右．这3个全局统计量60 min的移动平均分别如图5～7所示．核心交换机CS6509与汇聚交换机CS3560G之间下行链路的排队时延约为0.007 7 ms,吞吐量约为4.01 Mb/s,利用率约为0.40%．这3个链路统计量60 min的移动平均分别如图8～10所示．
董爷爷的毛笔字写得可好了，爸爸的一位远在长沙的同学，还曾经请董爷爷写过一幅苏东坡的《定风波》。可是我发现董爷爷平时都
1.2 量化学习
利用自然河道，通过工程措施筑坝，有效拦截地面径流形成蓄水区，坝体形式主要有土坝、砌石坝、混凝土坝、橡胶坝等。
量化学习面向学习者的学习活动和成长过程，采用适当的策略与方法，获得学习者外显和内隐的行为特征数据，通过理解、分析、预测学习的内在规律，提供学习服务，满足学习者的个性化需求，助力人的全面发展。量化学习能够为学生的自主学习、教师的教学决策以及教育机构的管理决策均提供科学的依据，有助于构建科学化和精确化的学习新生态。目前，我国出现了一些量化学习平台，如科大讯飞的智学网。该平台运用大数据和人工智能技术分析教学过程，对用户的学习状态建模，利用知识图谱对其诊断和评价，并实现个性化的学习资源推荐。
不过，量化学习的研究才刚刚起步，充足而高质量的数据是智能教育实施的前提。目前还没有成熟的人工智能技术能够有效处理数据高度稀疏或者缺失的情况，只有基于大量有效的学习行为数据，才能进一步分析学习者的特征、情感、兴趣、风格、效果等。因此，本文工作旨在帮助系统在自主学习过程中收集初步量化的学习行为数据，为下游任务作准备。
1.3 积分制
积分制可用于量化学生表现的制度，通过加分奖励，有意识地强化学生的学习行为，综合评定学生的阶段性学习情况。其理论基础是美国著名心理学家斯金纳的“操作条件反射”和“团体动力学”理论。以斯金纳为代表的操作主义学派认为，自主学习本质上是一操作性行为，它是基于外部奖赏或惩罚而作出的一种应答性反应，积极的外部反馈将获得正向的自主学习。后来，美国丹佛大学莫切特教授提出了具有“正向强化”和“延迟满足”的“象征性积分法”（The Token System）。
在教学过程中使用积分制的方法基本为：第一步，为学习课程列一个“行为分值清单”，根据行为的重要性程度、完成难度赋以象征性的分值；第二步，建立一个“奖赏强化清单”，例如积分兑换期末附加分、单次作业免写等；第三步，操作执行。
在传统教学场景下，积分的规则、记录和维护通常由教师手动完成，需要耗费大量精力也难免主观。目前，信息化学习平台上允许提供充足的学习资源，学生亦具有开放、宽松的学习氛围，如果能量化并自动记录学习行为，则能减轻教师负担。
（3）系统管理模块，包括编译程序、学习积分登记、学习报表生成、常错题报表生成等。
1.1.2 排除标准 （1）同时合并其他心血管疾病的患者；（2）无法接受静脉溶栓治疗的患者；（3）合并精神疾病、心理障碍等其他因素影响而无法进行正常沟通的患者[4]。
2 采用积分制的自主学习量化与评价——以程序设计类课程为例
2.1 学习平台介绍
以程序设计类课程为例，本文重点介绍如何采用积分制进行自主学习过程的量化和评价。本文方法将用于一个成熟的校内程序设计课在线学习平台中。该平台的主要功能模块如下：
（2）教师管理模块，包括上传资料和慕课、题库建设、程序批改、在线答疑等；
传统教学模型难以做到对每个学生的学习过程和问题进行精准定位，而信息化技术的使用带来了新的教学改革机遇。作为教育大数据时代的学习方式，量化学习（Quantified Learning）[5]引起了研究者越来越多的关注。从《地平线报告》（高等教育版）于2017 年提出的量化自我、2018 年提出的智能学习测量系统，以及2019 年提出的智能教育可见，量化学习与人工智能将是高等教育未来几年所采用的关键技术，对教与学均将产生重要的影响。
（1）自主学习模块，包括阅读资料、观看慕课、在线答题、提交程序、在线讨论等；
因此，结合中国高等教育背景以及心理学知识，本文提出在信息化教学手段中采用积分制，根据学习行为自动积分。积分制能够强化学生的学习行为、培养良好的学习习惯、激发学生的学习动力，最后达到学生正向自主学习的目的。此外，积分制还能起到自我监督和群体监督的作用，可以从侧面反映出学生的知识掌握情况、对于此门课的兴趣与投入程度，有助于教师实时掌握每位学生的学习进度和学习情况。
其中，学习报表展示班级排名、年级排名和全校排名的情况。排名功能不仅增加趣味性，也有利于激励学生，在竞争中成长。常错题报表列出错误频次较高的题目并进行排序，有助于教师了解学生的学习困难，对症下药。
自主学习（Self-Access Learning）[3]是从分析学生的需要出发，学习者在教师的指导下，自主选择和利用学习中心的资源，结合自己的具体情况制订学习计划和签订学习合同，并进行自我监控和评估学习效果，从而达到学习的目的。
图1 程序设计语言类课程平台的主要模块
2.2 积分规则
积分制的核心内容就是积分规则的制定。本文初拟了学习行为的分值清单，具体如表1 所示。分值设置的目的是为了记录学生的有效学习行为，同时也避免恶意刷分。
老子知识渊博，深明历史事实与演变历程。从三代至周公国家制度不断完善，礼制不断丰富。在礼制最为完备的周朝却出现了三代从未有过的乱世、在自己心中产生了对礼乐的不满以及对礼乐正在维护社会秩序的置疑，面对这种现实加之老子作为史官所具备“知秉要执本，清虚以自守，卑弱以自持”的素质以及老子自身将他树立起的主体性彰显出去以尖锐的社会问题为契机从而提出了“绝圣弃智，绝仁弃义”，选择“无为而治”的政治道路。
针对不同的课程，教师也可自行调整积分细则。例如，本文中慕课观看满6 分钟可以积1 分，这是因为本课题组所制作的慕课视频基本在6-10 分钟之内。针对不同层次的学生，教师可提供不同难度系数的题目，系统根据学生的答题正确率和积分情况，动态选择难度适中的题目。可以看到，教师从教材、视频、题库的准备需要花大量精力。因此，对于教师，也可以提供积分制来正向强化教的行为，本文不再赘述。
表1 程序设计课的学习行为分值清单
2.3 积分的数据意义
积分不但可以为教师的评价提供客观依据，而且也有助于量化学习研究，深化智能教育改革。采用积分制记录学习过程之后，便可以得到量化的学习数据，有助于教学改革的进一步深化。具体来说，每位学生在每个积分维度上的得分构成了该学生的学习表示向量，该向量随时间动态变化。因此，利用动态学习模型可以生成学生的学习画像（profile），识别不同类别的学生群体（自律型、突击型、拖延型等），并预测学生未来的学习表现，例如：期末考试是否可能挂科等。
情况 5 设d(v)=7,则f3(v)≤⎣」=3,且ch(v)=7-4=3。由权转移规则知7-点转给3-点,3-面权值,当7-点作为三角形的外邻点时也转给三角形权值。
2.4 改革的基础和现状
本文工作具有良好的改革基础，程序设计类代表课程《高级语言程序设计》是我校的通识教育课和必修课。程序设计课程平台从开发到使用已有5 年，每学年有近3000 名学生使用该平台，积累了大量以提交程序、在线答题为主的学习行为数据，但目前仅以作业提交为主要功能，暂未加入其他学习行为模块，也没有嵌入积分机制。《高级语言程序设计》慕课已于去年上线，2018 年选课人数为1973 人，同样积累了大量以观看视频、在线考试等行为数据，但本校学生参与度低于60%，且平均活跃学生比例低于40%。
2019 年1 月23 日山东省滨州市发布了全市使用“学习强国”平台的情况统计排名公示。发现学员平均参与度高于60%，部分基层组织甚至高于90%。统计数据充分体现了积分制的有效性。因此，通过积分制有机结合已有的教育资源，有望提高学生的参与度和积极性，完善学习数据的采集。
3 结语
本文提出在已有的信息化教学平台基础上采用积分制进行学习过程量化和评价，旨在自主学习、考核测评、数据研究等方面获得改进。首先，学生能够养成良好的学习习惯，通过积分排名等激励机制自主学习持续。其次，积分为平时成绩和最终考核提供客观依据；最后，积分能够用于量化学习，获得个性和共性的学习行为特征，启发教学改革的未来方向。
建设项目的施工将导致新的水土流失，工程建设过程中的废土石沙料任意倾倒，砂、土、石乱采滥挖，乱堆乱放，每遇暴雨洪水冲入河道后，不仅污染水质，还易阻塞河床、影响河道行洪，产生和加剧水土流失，所以人为因素也是造成水土流失的主要因子。
未来，我们将依托于2018“十三五”江苏省重点教材建设项目、中国大学MOOC 网的教材配套课程《C 语言程序设计》、南京邮电大学计算机学院的程序设计类课程平台等，开发基于本文方法的App 应用，实践本项教学改革。
参考文献：
[1]陈维维.MOOC、SPOC、微课、翻转课堂：概念辨析与应用反思[J].南京晓庄学院学报，2015（6）：117-121.
[2]庞维国.论学生的自主学习[J].华东师范大学学报（教育科学版），2001，20（2）：78-83.
[3]D.Gardner L.Miller.Directions in Self-Access Language Learning[J].Digital Editions from Hong Kong University Press，1994：200.
[4]李娟，梁英杰，郭晖.以自主学习能力培养为目标的计算机基础教育[J].计算机教育，2016（02）.
[5]刘三，杨宗凯.量化学习——数据驱动下的学习行为分析[M].北京：科学出版社，2016.
Autonomous Learning Process Quantification and Evaluation Method Using Integral System
CHEN Ke-jia1,2,YANG Geng1,2
（1.Nanjing University of Posts and Telecommunications,Nanjing 210023;2.Jiangsu Key Laboratory of Big Data Security&Intelligent Processing,Nanjing 210023）
Abstract: In view of the continuing difficulties in the process of self-access learning, the sparsity of learning data, and the lack of objective criteria for learning evaluation,analyzes the theory of Positive Reinforcement and Delay Satisfaction in the practice of psychology,and proposes the use of token system to quantify the self-access learning process for future intelligent processing. This method transforms the student's extrinsic motivation(complete learning task)into intrinsic motivation(high ranking incentive)through the form of credits,and finally achieves the purpose of positive self-access learning.
Keywords: Credit System;Positive Self-Access Learning;Quantitative Learning;Academic Process Management;Academic Evaluation
基金项目： 南京邮电大学校教改项目：基于ITS 的国际学生学业管理及测评系统研究（No.JG00418JX16）；国家自然科学基金：基于贝叶斯和有限集统计的多源多尺度异构统计信息融合（No.61571238）
文章编号： 1007-1423（2019）29-0056-04
DOI： 10.3969/j.issn.1007-1423.2019.29.012
作者简介：
陈可佳，女，副教授，研究方向为人工智能、数据挖掘
收稿日期： 2019-09-05 修稿日期：2019-09-10
标签：积分制论文; 正向自主学习论文; 量化学习论文; 学业过程管理论文; 学业评价论文; 南京邮电大学计算机学院论文; 江苏省大数据安全与智能处理重点实验室论文;