连接学习设计和学习分析的国际努力

罗陆慧英

(香港大学 教育学院)

一、引 言

第一届学习分析与知识国际会议(LAK2011)主要关注“整合学习分析的技术、社会及教学特征”，并将学习分析定义为“为理解和优化学习与学习发生的环境，对学习者及其所处情境进行的数据测量、收集、分析和报告”。与其他关注教育数据分析研究不同的是，学习分析研究主要聚焦于对学习者学习过程产生的数据进行分析，以便报告和改善学习。因此，自学习分析成为新兴研究领域以来，它与学习设计之间的联系便受到了学习分析研究人员的持续关注。学习分析具有报告和改善学习与学习设计的潜力，而学习设计则为学习分析提供了情境。

在在线学习日益普及的背景下，学习分析作为新兴研究领域出现了。学习管理系统在线上及混合学习中得到了广泛应用，产生了大量的、可进行计算和分析的数据。随着MOOC的出现以及高等教育机构的学习者在正式和非正式学习环境中对MOOC接受度的快速提升，凸显了学习分析在为MOOC学习者和设计者提供反馈，提高课程可扩展性的优势。此外，研究群体之所以对学习设计和学习分析之间关联的研究日益感兴趣，也与该领域的研究能够为实现大规模学习作出贡献有关(Inventado & Scupelli, 2017)。

致力于学习设计和学习分析连接的研究主要关注三个方面，即理论研究、关于学习分析和学习设计连接的实证研究，以及使用学习分析支持教师探究学生学习和改善学习设计的研究。

二、连接学习设计和学习分析的理论探究

跨学科合作的主要障碍通常是缺乏共同话语。共同话语是由一组定义明确的术语以及以这些术语为核心构件连接而成的概念组成，便于不同专业和研究群体成员之间互相理解。因此，作为一个跨学科研究领域，在对学习设计和学习分析连接的诸多研究中，概念表征问题成为文献中经常出现的主题。这些概念表征主要涉及对学习设计和学习分析的形式化表达的规范达成共识，以便开展有效对话。

例如，洛克伊尔等(Lockyer et al.，2013)认为，学习设计的形式化表达需要记录学习情境，选择、设计和部署学习分析。他们将学习资源、任务和支持机制定义为记录学习设计意图的三个核心要素，并阐述了如何使用上述三个设计元素将检查点和流程分析映射到基于案例的学习设计序列的不同环节中。该文还展示了如何利用学习分析结果向教师报告学习者在学习过程中的参与度以及进一步改进学习设计的可能方法。

作为另一种形式化表达的方式，本团队(Law et al.，2017)提出以综合型学习设计模式语言，记录学习设计中多层次、多层级嵌套的不同设计粒度：课程、教学组件(可大于或小于预设的“课”)、学习任务和学习资源。每个粒度级都有各自的设计意图和相关数据。我们还论证了学习设计的形式化应该能够支持由教师或学习设计师生成的与学习和学习设计相关的探究性问题的文档，并将这些问题与相关的数据(证据)、适当的学习分析工具以及可视化联系起来。

为切实解决学习和学习设计的问题，本团队(Law et al.，2017)的模式语言提出了一种能够把学习设计和学习分析进行可操作性连接的方法。埃尔南德斯等(Hernández-Leo et al.，2019)提出了AL4LD框架，将学习分析概念化为相互关联的三层数据分析，其中之一是以数据支持决策改善学习设计流程。另两层分别是设计分析和群体分析。该框架的学习分析可用于解决与学习设计相关的实践及成效问题。设计分析提供学习设计的信息，这些信息是实施之前做出设计决策的结果。设计分析包含的指标取决于学习设计决策。改进学习设计的适当性和可行性可以通过考虑学习分析和设计分析来解决。群体分析指对从学习设计流程中收集的数据进行分析，用于支持学习设计人员的学习和反思。因此，群体分析层仅存在于有学习设计师协作社群为前提的情景下。学习设计师可以访问和使用社群协作空间，该协作空间不仅包括数字空间，还包括实体协作学习设计空间，并可收集学习设计过程中产生的数据。

学习分析的结果虽然可以帮助教师和学习者改善学习过程和结果，但是不会因为分析结果的出现自动发生。怀思(Wise，2014)指出，必须设计有效部署学习分析技术工具和制成品(如报告和可视化文件)的教学干预。学习设计过程必须考虑分析结果的适用情境，也需要预设预期的学习者后续行动。怀思还强调使学习分析干预有效的四条设计原则：整合，应该将学习分析全面整合到总体学习设计中，作为其设计活动和交互的组成部分；主导性，让学习分析成为学习者的工具，赋权学习者而非使其屈从之，从而赋予学习者主导性，使学习者借助学习分析结果对学习作出决策；参考框架，供学生参考的框架应与学习分析结果相结合，帮助学生理解分析结果；对话，强调使用学习分析的过程中内置对话的必要性。基于这四条原则，文章提出了将学习分析应用于学习设计应包括三个重要学习过程，即基础活动，帮助学生了解学习分析的目的和用途；目标设定活动，为学习者提供机会设定使用学习分析的目的；反思活动或任务，促使学生阐明、完善和修改自己的理解。

学习设计作为教师的重要专业角色，也是教师专业学习与协作的重点(Voogt et al., 2015)。学习分析能够为学习设计的有效性和适当性提供证据，为支持教师对学生学习的探究(Teacher Inquiry of Student Learning, 简称TISL)发挥重要作用。例如，麦肯尼和莫尔(McKenney & Mor，2015)基于回顾分析学习设计系统CASCADE-SEA的实施，提出一套能够为上述学习设计、支持学生探究和学习分析过程提供协同支持的开发工具系统的设计原则。他们认为，就学习分析而言，教师更希望拥有与所采用的教学方法和教学模式相关的数据收集和分析工具。就学习设计而言，系统应该提供相应的工具和可视化表征，帮助教师就学习设计对学习结果的预期影响做出推测，并将这些推测与预期的证据相联系。就教师对学生学习的探究而言，该系统应该为关键的探究过程提供支持，如问题的制定、数据的收集与分析、方法的选择以及结果的共享和反思等。该系统还应该为不同部分的无缝集成提供支持，以增强所需求的协同效果。

三、探索学习设计与学习分析连接的实证研究

当前已有很多研究致力于学习设计和学习分析之间建立连接。这些研究可分成两类：一是关注将学习分析结果作为学生学习行为和成果的证据，进而对学习设计能否对学生学习产生重要影响进行实证探究。这类研究需要对学习设计进行系统的定义和实施。例如，英国开放大学的所有课程均采用了学习设计框架(OULDI)。该学习设计框架的焦点是学习活动，它将学习活动分为七类：吸收、信息搜索与处理、交流、生产、体验、交互性/适应性和评估。利用与学习设计提供的表征方式一致的数据，英国开放大学已经开展了大量研究，探讨学习设计和学习分析之间的关系。伦缇斯等(Rienties et al.,2017) 对其中八个已发表项目的回顾，发现学习设计能够很好地预测学生的在线学习行为和表现。然而，他们也发现，学习者满意程度最高的活动类型，和那些与学习表现高度相关的活动类型，在教学法上有很大不同。基于这些研究发现，伦缇斯等认为学习设计框架需要进一步完善，以便给教师和学习者提供更细粒度的教学反馈。

还有一类实证研究关注学习分析基本愿景的实现，将基于学习分析的干预运用于课程设计中，为学生提供基于证据的及时反馈和干预。桑德伦等( Sønderlund et al.，2019) 系统回顾了2000年以来高等教育领域的学习分析研究，发现其中只有11项不仅关注学习分析干预措施，还关注对干预措施的评估，并且能为评估提供详细的统计细节。这11项研究采用类似的干预方法，即运用学习分析识别学习困难学生以及导致他们学习困难的因素，随后将分析结果报告给学生和教师。该文还报告了学习分析在提高学生成功率和保持力方面的初步积极效果，但关注学习分析对学生退学影响的研究结果各不相同。干预还包括对学生和教师的行为建议。但是，系统性综述无法确定不同干预策略的比较。此外，还有研究指出，得到教师更多危险警告的学生的自我感知掌握能力得分更低。这些发现表明，基于学习分析进行学习干预的研究仍有很大的完善空间，还需要更加严谨的研究设计。

四、学习分析支持教师探究学生学习和提高学习设计

为了使学习分析能够促进学习设计过程，教师需要基于自己的教学实践，以有意义的方式理解和使用学习分析。这就需要改变教师的专业实践，而这种改变不是有了数据和学习分析工具就会实现的。对于教师来说，将学习分析嵌入真实的学习和教学环境中面临技术和人文方面的诸多挑战。其中，人文方面的挑战包括必须解决认知、社会、组织和政策等方面的问题(Buckingham et al.,2019)。不断变化的专业实践对切合教师实际工作环境的更深入的专业学习提出了诉求。令人振奋的是，已经发表了大量支持教师学习和使用学习分析的文献。

将学习分析作为工具或资源介绍给教师，并将其整合到学习设计中的相关研究通常采用协作和探究导向的教师学习模型。例如，别克瑞等(Bakharia et al., 2016) 报告了澳大利亚多个高等教育机构参与的项目，他们通过对教师开展访谈了解教师为学生设计的在线活动及遇到的挑战，并在此基础上提出了可能对教师有用的学习分析工具。研究人员在与教师的互动中发现了两点不足(Corrin et al., 2016)。首先，在线活动主要应用于日常任务，没有在学习管理系统中开展更加吸引学生的互动学习活动。其次，教师对使用学习分析的兴趣主要局限于了解学生的学习资源访问行为及其与学生的整体参与和表现的相关性，没有像研究人员预期的那样提出以教学动机出发的探究问题。研究结果还表明，高等教育部门相对缺乏分析意识。这项研究虽然是在澳大利亚开展的，但其研究结果的适用范围可能更广。

正如莫尔等(Mor et al.，2015) 所指出的，学习设计侧重学习体验的设计，旨在聚焦于如何将学习者从初始状态转变为期望达到的状态，而不是只设计学习内容。这种方法有利于教师同时作为学习设计师和学习设计研究人员参与学习设计(Kali et al.,2015)。另外，教师对学生学习的探究还形成了一种教师学习和专业发展的形式( Moret al.，2015)。作者进一步指出，学习分析具有提供基于数据的证据的潜力，说明学习设计是如何与学习者特征相互作用，从而影响学生学习，为发展“公民设计学习科学”奠定基础。

文献报道的一种学习分析工具类型可以称为特定设计的工具，因为这些工具可以为学习设计所采用的教学法提供核心反馈。例如，梅莱罗等(Melero et al.，2015)使用仪表盘帮助教师和学生以可视化的方式呈现学生的核心学习活动的制定、学生到达指定地理区域所需的时间以及在实施基于位置的游戏化学习活动时的表现。仪表盘分析可用于支持教师的反思，并对学习活动进行重新设计，还能可视化学生表现帮助学生更好地了解自己。另一个例子是阿亚等(Haya et al., 2015)使用社交学习分析方法阐明学生参与协作团队工作的情况，同时还使用了内容分析工具调查学生在学习过程中能够参与批判性讨论的程度。

实证研究中报告的某些学习分析工具提供了与学习设计相关的特定内容反馈。这些工具通常是与在线学习支持工具一起提供的，这种在线学习支持工具是在对有关挑战性概念或技能的学习和学习困难进行深入研究的基础上开发的。例如，刘和寇丁格(Liu & Koedinger， 2017) 分析了从“在线几何导师”(一种智能导师系统)收集的关于圆的面积计算主题中学生的学习行为和成绩数据，发现学生遇到的困难主要是对给定圆面积的半径进行逆向计算。研究者基于此对“在线几何导师”进行了改进，并最终提高了学生的表现。这一实验提供了一个成功使用学习分析结果改善学习设计的示例，也因此形成了学习设计与学习分析的“闭合”循环。另一个案例是使用写作分析工具支持特定体裁技能的教学，如对特定学科或专业的特定体裁很重要的修辞角色和结构(Shibani et al.,2017)。在该研究案例中，学习论证法律的学生可以在修改和重新提交他们的作业之前，寻求对初稿的反馈，加深对所涉及的修辞结构和相应评价标准的理解。

五、总 结

本文对连接学习分析与学习设计的研究工作进行了简要概述。学习分析(Lang et al., 2017) 和学习设计(Law, 2017) 都是相对新兴的领域，所以连接学习分析与学习设计的相关研究仍处于起步阶段。随着在线学习重要性的日益提高，无论学习情境是在正式、非正式，还是开放性学习，学习模式是完全在线，还是混合学习，可用的学习行为数据将变得越来越丰富。同时，为学习者和教师提供反馈和推荐的分析工具的复杂性和多样性也在不断提高(Lang et al., 2017)。但这些工具不能直接对学习与教学的改善产生显著影响，除非它们被学习设计者(包括教师以及学习资源和工具的专业设计人员)、学习分析开发者与教育研究者的合作团体恰当使用。

我国在线学习规模惊人。许多其它领域在处理和分析数据方面取得了杰出的成就。在教育领域，许多在线学习公司正在开发AI和分析应用程序来支持学习。但是，他们倾向于将学习等同于接受式学习，学习分析的使用也主要局限于支持记忆和理解等低水平的学习成果，并没有面向21世纪的生活和工作所需的更重要的能力目标。希望我国学习科学和学习技术研究群体可以在国内外开展更广泛的合作和协同工作，并在上述三个关键研究领域探索和建立学习分析与学习设计之间的联系，即理论探索、实证探索，以及最重要的是让教师作为学习设计者和学习分析团队的合作者参与到教师探究学生学习的创新探索中。