基于Web3D虚拟实验平台的学生
学习行为的记录与分析
摘要：随着信息化的不断推进，虚拟实验越来越丰富，但是目前的实验平台并不能很精准地评价学习者的学习过程。本文参照学习行为分析理论、沉浸理论和发展性评价理论，以现有的虚拟实验平台为基础，采用多项技术设计开发了具备精准过程评价能力的Web3D虚拟实验平台。在学习者方面，本文将学习者的学习行为分为以下四个类别，基础操作、理解能力、情感能力、应用能力，以此来保证后期行为的数量化。为了学习者学习行为记录和分析的准确性，本文设计开发了几个虚拟实验进行测试，在虚拟实验前中后三个阶段分别记录学习者的学习行为，例如实验前测、实验假设、实验中具体操作、实验后测等，并将其汇总分析后以图表的形式反馈给学习者，学习者可根据评价图表来了解实验过程中的错误，加强对实验知识点的掌握。在教师方面，本文设计了教师管理系统，教师可以查阅学生个体历史实验过程、评价，也可以查阅班级内学生总体实验情况，例如实验中各个操作的正确性，以此来进行针对性教学。
- 研究背景
（一）虚拟实验的广泛开发和应用
随着信息化的不断推进，虚拟现实技术逐渐推广。虚拟现实技术具有良好的沉浸感、交互性和可操作性，以逼真的虚拟环境来提供良好的人机交互功能，吸引学习者主动参与到学习中来进行知识建构。随着新课程的推进，科学实验的教学实践越来越受到重视，但部分实验因为其危险性和局限性导致无法开展，同时缺少实验设备也是中小学科学实验无法开展的重要原因之一。与传统的实验相比，虚拟实验具有安全性高、成本低、不受空间和时间的限制等优点，因此虚拟实验受到了广大师生的支持和喜爱。目前很多高校都在开发自己的虚拟实验平台，虚拟实验的数量与日俱增。
（二）虚拟实验中学习行为数据的记录和分析不够深入
在教育领域中，基于数据挖掘的学习分析正在改变我们的教育和学习方式。2015年，美国新媒体联盟发布了《新媒体联盟地平线报告》[[1]]，其中提到了“数字驱动学习与评价的发展”把重点转向了关注收集、分析在线学习活动中学习者个体交互的过程。分析学学习者在虚拟实验平台中的学习行为，可以发现隐藏在学习者学习行为背后的认知过程，继而为优化实践教学提供有效策略，也可为学生自我导向、自我评估提供有力的数据支持[2]。但目前对于虚拟实验平台中的学习行为数据分析研究还处于发展阶段，虽然虚拟实验已经越来越丰富，但是没有在实验中预留数据收集的接口，因此无法记录和深入分析学习者的学习行为、得出有效且具体的评价。
- 国内外研究现状分析
学习行为分析是通过方法和技术对学习者学习过程中的操作或数据等进行分析，从而实现学习过程的监控、发现学习者的学习规律、刻画学习者的学习特征、评价教师教学过程、方便进行个性化指导等[[2]]等功能。自从学习分析这个概念提出后，学习分析开始受到教育研究者的密切关注[[3]]，每一年的《地平线报告》中都确切提出了学习分析的主题以及未来的发展趋势：学习分析从“未来４－５年内采纳的技术”逐步变为“未来２－３年”、“未来１年内”广泛采用的新技术。[[4],[5],[6],[7],[8],[9],[10]]
（一）国内研究现状综述
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