人工智能时代的智慧课堂数据采集与可视化分析

1 技术发展对教与学的影响 1
1.1 技术环境的变化 2
1.1.1 宽带、融合、泛在的基础设施建设 2
1.1.2 移动智能终端引领互联网产业发展 5
1.1.3 云计算形成终端、内容和服务一体化新型产业生态 6
1.1.4 人工智能与大数据融合发展 8
1.1.5 数字化工作、学习和生活方式快速转变 11
1.2 技术在教与学中的应用 12
1.2.1 加快教育信息化建设进程 12
1.2.2 课堂教学是教育信息化建设的重点 13
1.2.3 智慧课堂引领教学创新与变革 14
1.2.4 学习分析与数据挖掘赋能智慧课堂 16
2 智慧课堂教学环境 18
2.1 智慧课堂研究概述 19
2.1.1 智慧课堂的内涵与特征 20
2.1.2 智慧课堂环境建设现状 22
2.1.3 智慧课堂的教学应用现状 24
2.2 智慧课堂教学环境设计 26
2.2.1 智慧课堂教学环境构成要素 26
2.2.2 智慧课堂教学环境设计原则 31
2.2.3 智慧课堂教学环境功能模型 32
2.3 智慧课堂教学支撑系统 39
2.3.1 智慧课堂教学支撑系统结构模型 39
2.3.2 智慧课堂教学支撑系统体系结构 42
2.3.3 智慧课堂教学支撑系统调研 43
2.3.4 智慧课堂教学支撑系统功能设计与实现 50
3 智慧课堂数据采集 54
3.1 智慧课堂数据类型与特征 55
3.1.1 智慧课堂数据类型 55
3.1.2 智慧课堂数据特征 58
3.2 智慧课堂数据采集标准 59
3.2.1 xAPI规范 59
3.2.2 IMS Caliper框架 63
3.2.3 xAPI规范与IMS Caliper框架的对比 66
3.3 智慧课堂数据采集方法 67
3.3.1 智慧课堂数据分层描述框架 68
3.3.2 智慧课堂数据参数描述 70
3.3.3 智慧课堂数据存储与交换机制 79
3.4 智慧课堂数据采集技术方案 81
3.4.1 关系型数据采集 82
3.4.2 基于xAPI规范的教学行为数据采集 84
4 智慧课堂数据可视化分析 94
4.1 学习分析与教育数据挖掘研究概述 95
4.1.1 学习分析 95
4.1.2 教育数据挖掘 100
4.2 智慧课堂数据分析模型 103
4.2.1 智慧课堂数据分析流程 103
4.2.2 智慧课堂数据分析框架 106
4.2.3 智慧课堂数据分析建模 108
4.3 智慧课堂数据可视化分析方法 111
4.3.1 学习表现数据可视化分析方法 112
4.3.2 教师教学行为数据可视化分析方法 114
4.4 智慧课堂数据分析系统 124
4.4.1 智慧课堂数据分析系统体系结构 124
4.4.2 智慧课堂数据分析结果可视化 127
4.4.3 用户满意度调研 130
5 智慧课堂数据分析结果应用 133
5.1 学习表现数据应用分析 134
5.1.1 面向教师的学习表现数据应用分析 134
5.1.2 面向学习者的学习表现数据应用分析 136
5.2 教学行为序列频繁序列模式挖掘与应用 138
5.2.1 教学行为频繁序列模式挖掘应用分析 139
5.2.2 分析结果讨论 140
5.2.3 分析结论 143
5.3 教学活动聚类分析与应用 143
5.3.1 教学活动数据聚类分析应用 143
5.3.2 分析结果讨论 144
5.3.3 分析结论 149
5.4 教学互动行为分析 149
5.4.1 OOTIAS编码体系与分析方法 149
5.4.2 分析对象 151
5.4.3 分析过程 152
5.4.4 分析结论 158
6 后续研究与展望 159
6.1 基于多模态数据的学习分析研究 159
6.1.1 多模态学习分析数据 159
6.1.2 多模态学习分析的技术支撑 161
6.1.3 多模态学习分析的应用实例 163
6.2 基于智慧课堂的学习投入度评价研究 163
6.2.1 学习投入度的测量与评价 164
6.2.2 基于智慧课堂的学习投入度应用研究 165
6.3 基于智慧课堂的学习预警研究 166
6.3.1 学习预警 166
6.3.2 面向学习预警的智慧课堂数据采集技术 167
6.3.3 学习预警的应用研究 167
参考文献 170
附录 186
附录1 智慧课堂行为数据采集关键代码 186
附录2 智慧课堂数据分析系统需求调研——访谈提纲 196
附录3 智慧课堂数据分析系统需求调研——教师访谈记录 197