大數(shù)據(jù)與智慧教育

1、    大數(shù)據(jù)與智慧教育    摘要：智慧教育是教育信息化發(fā)展的最新愿景。教育大數(shù)據(jù)匯聚存儲(chǔ)了教育領(lǐng)域的信息資產(chǎn)，是發(fā)展“智慧教育”最重要的基礎(chǔ)，而數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析技術(shù)是連接教育大數(shù)據(jù)與智慧教育的橋梁。建構(gòu)基于大數(shù)據(jù)與學(xué)習(xí)分析技術(shù)的智慧教育教學(xué)，需要從教育網(wǎng)絡(luò)大平臺(tái)建設(shè)、學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)方式變革、課程教學(xué)方式創(chuàng)新、教育數(shù)據(jù)挖掘與學(xué)習(xí)過程分析、學(xué)校教育系統(tǒng)重構(gòu)等多個(gè)角度去推動(dòng)。關(guān)鍵詞：教育信息化，大數(shù)據(jù)，智慧教育，學(xué)習(xí)分析技術(shù)基金項(xiàng)目：教育部中國移動(dòng)科研基金項(xiàng)目：教育信息化理論研究(mcm20121011)。數(shù)據(jù)已逐漸成為信息時(shí)代社會(huì)發(fā)展最重要的資產(chǎn)，但在另一

2、面，各種網(wǎng)絡(luò)終端激增生成的海量數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)世界中表現(xiàn)出無序生成與泛濫的特征：體量浩大，非結(jié)構(gòu)化，價(jià)值大密度低，人們期望找到一種能夠更加“智慧”的方式處理這些數(shù)據(jù)。2008年ibm公司提出了智慧地球(smart planet)的概念，采用新的信息處理技術(shù)把大量收集到、感知到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚與分析，為人類生產(chǎn)、管理、消費(fèi)等不同領(lǐng)域提供“智慧”，為人類社會(huì)實(shí)現(xiàn)所謂的智慧城市、智慧交通、智慧醫(yī)療等等。而作為在教育領(lǐng)域的延伸，“智慧教育”也同樣成為了教育信息化發(fā)展的最新愿景。一、大平臺(tái)大數(shù)據(jù)對教育信息系統(tǒng)的重構(gòu)實(shí)現(xiàn)智慧教育的前提是應(yīng)用新思維、新技術(shù)，重構(gòu)已有教育信息系統(tǒng)，推動(dòng)教育數(shù)據(jù)的匯聚、存儲(chǔ)與處理，形

3、成教育大平臺(tái)與大數(shù)據(jù)。國家教育信息化規(guī)劃中提出來的“兩平臺(tái)”(國家教育資源公共服務(wù)平臺(tái)、國家教育管理公共服務(wù)平臺(tái))建設(shè)、基于云計(jì)算理念的智慧校園建設(shè)、大規(guī)模開放在線課程教學(xué)實(shí)踐，在教育信息化建設(shè)的不同層次上為建設(shè)教育領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)邁出了有歷史意義的一步。1.國家教育信息化“兩平臺(tái)”與大數(shù)據(jù)匯聚國家教育資源公共服務(wù)平臺(tái)、教育管理公共服務(wù)平臺(tái)是目前國家在建的兩個(gè)教育大平臺(tái)，其目標(biāo)是匯聚教育管理、教學(xué)支持領(lǐng)域的海量信息，形成有效支持教育教學(xué)過程、教育管理的教育大數(shù)據(jù)。其中國家教育資源公共服務(wù)平臺(tái)采用資源征集、資源匯聚、資源共建、資源捐贈(zèng)幾種方式實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)資源數(shù)據(jù)的匯聚；國家教育管理公共服務(wù)平臺(tái)采用學(xué)

4、生和教師“一人一號(hào)”、學(xué)?！耙恍Ｒ淮a”的思路，全面準(zhǔn)確地匯聚全國學(xué)生、教師和學(xué)校辦學(xué)條件的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。這些大數(shù)據(jù)成為我們觀察、監(jiān)測教育系統(tǒng)的“顯微鏡與儀表盤”，成為智能化教育分析與決策的基石。2.云計(jì)算理念下的“智慧校園”建設(shè)傳統(tǒng)的數(shù)字校園建設(shè)導(dǎo)致大量的信息孤島與數(shù)字鴻溝，云計(jì)算為新時(shí)期的教育信息化建設(shè)帶來了新思路。“集中力量辦大事”、“集中建設(shè)、分散使用”的建設(shè)方式，將更有利于教育信息資源的收集、存儲(chǔ)、共享與應(yīng)用，有利于形成區(qū)域性的教育大數(shù)據(jù)?；诮逃频男畔⒒到y(tǒng)建設(shè)，對傳統(tǒng)的校園網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行重新整合與優(yōu)化，將促進(jìn)學(xué)校教育系統(tǒng)的深刻變革。應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)開發(fā)的教育信息服務(wù)平臺(tái)，有助于將越來越龐

5、大復(fù)雜的教育管理、教務(wù)教學(xué)、課改教研、教育資源、安全管理等應(yīng)用，抽象為簡單、個(gè)性化、智慧型、支持多終端且具有良好用戶體驗(yàn)的應(yīng)用，讓每一個(gè)用戶都可以通過個(gè)人電腦、移動(dòng)終端、數(shù)字電視等設(shè)備訪問所關(guān)注的教育服務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)任何人在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，以任何方式開展的數(shù)字化學(xué)習(xí)。3.基于開放資源與網(wǎng)絡(luò)自組織的社會(huì)化課程學(xué)習(xí)近年來大量涌現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)自組織學(xué)習(xí)模式、mooc(massive open online course)社會(huì)化學(xué)習(xí)模式，以更大范圍的開放、深度協(xié)作為基礎(chǔ)，聚合了大量的非結(jié)構(gòu)化教育數(shù)據(jù)，如開放教育課程資源、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)等等，突破了以學(xué)校傳統(tǒng)課程體系為核心、以lms(learning ma

6、nagement system)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)課程模式。社會(huì)化深度協(xié)作的開放式教育平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了人類有史以來最大范圍的教育資源分享與教育合作，是大數(shù)據(jù)時(shí)代的課程教學(xué)大平臺(tái)。二、基于學(xué)習(xí)分析技術(shù)的智慧教育教學(xué)教育信息化語境中的“智慧教育”最早是受“智慧地球”概念的啟發(fā)而延伸過來的。ibm公司倡導(dǎo)的“智慧地球”是應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通訊、智能分析等新一代信息技術(shù)，促進(jìn)世界更全面地互聯(lián)互通，改變政府、企業(yè)和人類的生產(chǎn)、協(xié)作與管理方式，讓所有事物、流程、運(yùn)行方式都實(shí)現(xiàn)更深入的智能化，最終讓人類能夠更透徹地感應(yīng)和度量世界的本質(zhì)和變化。智慧教育的本意也是應(yīng)用新一代信息技術(shù)，變革今天依然停留在工業(yè)時(shí)代的“教學(xué)工廠”

7、式學(xué)校教育，提升教育系統(tǒng)的效率和智能化程度，為信息社會(huì)培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的人才。隨著教育信息化的發(fā)展，不同國家、不同研究團(tuán)體也將賦予智慧教育不同的內(nèi)涵，它最終將是信息時(shí)代教育發(fā)展的一種形態(tài)，是未來教育的常態(tài)。1.智慧教育的發(fā)展愿景最早倡導(dǎo)智慧教育概念的是ibm公司，ibm公司認(rèn)為未來智慧教育的內(nèi)涵是1：(1)以學(xué)生為中心：教學(xué)活動(dòng)以學(xué)生為中心而設(shè)計(jì)；關(guān)注個(gè)性化學(xué)習(xí)與發(fā)展；(2)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)與分析：對教學(xué)、教育資源的科學(xué)分配、集中管理、實(shí)時(shí)監(jiān)測；“對教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)展與技能水平的實(shí)施評估和考量；針對不同角色的實(shí)時(shí)的統(tǒng)計(jì)分析，支持管理方(教育局)、服務(wù)方(學(xué)校、第三方教育機(jī)構(gòu))、公眾等多視角多層次的

8、統(tǒng)計(jì)分析；(3)集成管理：對教學(xué)過程和管理過程的集成化操作和處理；對教育輔助設(shè)施的智能化管理；對優(yōu)秀教育教學(xué)管理體制、流程和規(guī)范的快速復(fù)制和推廣；對個(gè)人和群體教育信息的完整性記錄和管理；(4)多樣化的互動(dòng)式體驗(yàn)：多樣化的教學(xué)工具和方式；無地域和時(shí)間限制的公眾在線學(xué)習(xí)；互動(dòng)式的、體驗(yàn)式的教學(xué)模式；(5)共享資源：高度集成的資源共享；隨處隨時(shí)可得的優(yōu)質(zhì)資源。韓國政府發(fā)展智慧教育(smart education)的目標(biāo)是培養(yǎng)在21世紀(jì)社會(huì)中能夠引領(lǐng)國際社會(huì)，具有創(chuàng)造力和個(gè)性的全球化人力資源。韓國認(rèn)為smart education=intelligent customized teaching &am

9、p; learning2，即智慧教育是智能化的、可定制的個(gè)性化教與學(xué)。smart的內(nèi)涵包括：self-directed(自我導(dǎo)向)；motivated with fun(通過興趣激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī))；adaptive based on level (支持分層適應(yīng)式教學(xué))；resource free(豐富的免費(fèi)教學(xué)資源)；technology embedded(技術(shù)融入)。臺(tái)灣學(xué)者張奕華則把smart education中的smart闡釋為3：student-centered approach(以學(xué)生為中心的教學(xué))、motivate students to learn(通過多元取向引起學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī))、

10、accessing online education(無處不在的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì))、resource availability and diversity(豐富的學(xué)習(xí)資源)、technology support and service(技術(shù)支持與服務(wù))。由此可見，智慧教育發(fā)展的愿景是在新一代信息技術(shù)支持下，尊重每位學(xué)習(xí)者的個(gè)性化與多元化發(fā)展需要，創(chuàng)建智能化的教育環(huán)境，推動(dòng)信息時(shí)代的教與學(xué)變革，以最有效的方式促進(jìn)學(xué)習(xí)者的知識(shí)建構(gòu)與智慧發(fā)展。2.學(xué)習(xí)分析技術(shù)解決問題的途徑基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘與學(xué)習(xí)分析技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智慧教育的兩大基石。根據(jù)johnson等學(xué)者對學(xué)習(xí)分析技術(shù)(learning analytics

11、)的定義，學(xué)習(xí)分析指的是對學(xué)生生成的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和分析，以評估學(xué)生學(xué)業(yè)進(jìn)展，預(yù)測未來表現(xiàn)，并發(fā)現(xiàn)潛在問題。數(shù)據(jù)可以來自學(xué)生的顯性或隱性學(xué)習(xí)行為，如完成作業(yè)、參加考試、參與課外活動(dòng)、論壇發(fā)帖等。目前學(xué)習(xí)分析技術(shù)已引起全球教育界的關(guān)注，美國教育部教育技術(shù)辦公室2012年10月發(fā)布的通過教育數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析提升教與學(xué)：議題簡述(enhancing teaching and learning through educational data mining and learning analytics: an issue brief)一文，提出應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析技術(shù)解決教學(xué)實(shí)際問題的一些基本途

12、徑，明確了學(xué)習(xí)過程八大領(lǐng)域問題的解決途徑4：學(xué)習(xí)者知識(shí)模型(學(xué)習(xí)者的前序知識(shí)、高層次思維掌握情況如何)；學(xué)習(xí)者行為建模(學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為是否是主動(dòng)、有意義的)；學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)體驗(yàn)建模(學(xué)習(xí)者對學(xué)習(xí)體驗(yàn)滿意嗎？)；學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)檔案(學(xué)習(xí)者喜歡加入什么樣的學(xué)習(xí)小組？)；知識(shí)領(lǐng)域建模(如何保證學(xué)習(xí)內(nèi)容符合學(xué)習(xí)者認(rèn)知層次？如何建立這些學(xué)習(xí)內(nèi)容的學(xué)習(xí)路徑？)；學(xué)習(xí)要素和設(shè)計(jì)原則分析(哪些要素能提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)？哪些設(shè)計(jì)最符合學(xué)習(xí)者？)；趨勢分析(哪些方面發(fā)生變化了？如何發(fā)生變化的？)；適應(yīng)性和個(gè)性化分析(如對學(xué)習(xí)者的下一步建議等)。3.可汗學(xué)院的學(xué)習(xí)分析技術(shù)廣受全球關(guān)注的可汗學(xué)院的成功有三個(gè)因素：微課堂式的授

13、課課件、顛覆性的教學(xué)流程(由傳統(tǒng)的教學(xué)過程優(yōu)化為技術(shù)支持的“先學(xué)后教”)、學(xué)習(xí)分析技術(shù)的應(yīng)用?？珊箤W(xué)院平臺(tái)提供了強(qiáng)大的學(xué)習(xí)分析功能，其教學(xué)活動(dòng)分為學(xué)業(yè)成就(accomplishments)、重要統(tǒng)計(jì)(vital statistics)、社區(qū)(community)三個(gè)部分，每次進(jìn)入學(xué)習(xí)頁面都提示“建議的下一個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)”。系統(tǒng)隨時(shí)監(jiān)測各學(xué)習(xí)者的行為，如教師發(fā)現(xiàn)某個(gè)環(huán)節(jié)或知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)視頻被學(xué)生們反復(fù)瀏覽和點(diǎn)擊時(shí)，要意識(shí)到這可能對學(xué)生而言是一個(gè)學(xué)習(xí)難點(diǎn)，或者自己的講解有問題，需要據(jù)此調(diào)整教學(xué)?？珊箤W(xué)院為應(yīng)用學(xué)習(xí)分析技術(shù)促進(jìn)教學(xué)提供了一個(gè)典型、成功的案例。三、智慧教育的發(fā)展路徑信息技術(shù)對教育的“革命性影

14、響”產(chǎn)生了沒有？如果要讓這種“革命性”影響發(fā)生，教育信息化的發(fā)展路徑是什么？“翻轉(zhuǎn)課堂”、mooc等新型教學(xué)模式讓人們看到了希望，但如何讓工業(yè)時(shí)代的學(xué)校教育模式真正適應(yīng)信息時(shí)代人才培養(yǎng)的需要，使其發(fā)展成為信息時(shí)代的智慧教育模式，還需要教育界不斷探索，在制定清晰的發(fā)展路徑的基礎(chǔ)上，進(jìn)行廣泛深入的實(shí)踐。1.以促進(jìn)智慧學(xué)習(xí)(smart learning)為核心美國教育部在美國教育技術(shù)發(fā)展計(jì)劃2010(簡稱netp2010)中，提出了以“應(yīng)用技術(shù)推動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)”作為促進(jìn)美國教育系統(tǒng)變革的路徑，其關(guān)鍵是以使用技術(shù)幫助學(xué)生改善學(xué)習(xí)為起點(diǎn)，讓學(xué)生掌握適應(yīng)信息時(shí)代的學(xué)習(xí)與生存方式，從而促使傳統(tǒng)教學(xué)做出改變，繼

15、而促使課程、教師、學(xué)校、政策等要素做出相應(yīng)的變化5。這一路徑基本包括6：(1)建立面向21世紀(jì)的學(xué)習(xí)模型。重新審視信息時(shí)代的學(xué)習(xí)目標(biāo)，人們需要學(xué)什么和怎么學(xué)，21世紀(jì)需要怎樣的學(xué)習(xí)，信息時(shí)代需要什么樣的學(xué)習(xí)方式，其最終目標(biāo)是將21世紀(jì)的技術(shù)引入到有意義學(xué)習(xí)中，推動(dòng)和鼓勵(lì)每個(gè)年齡段的學(xué)生取得成就，讓所有學(xué)習(xí)者在校內(nèi)外都享有參與式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，使其成為全球性網(wǎng)絡(luò)社會(huì)中積極的、富有創(chuàng)造力的、有知識(shí)、有道德的參與者；(2)用技術(shù)支持學(xué)習(xí)評價(jià)。其目標(biāo)是各級教育系統(tǒng)將充分利用技術(shù)的力量來測量各要素，尤其是學(xué)生的21世紀(jì)技能和復(fù)雜思維能力，并使用評價(jià)所得的數(shù)據(jù)來促進(jìn)教育系統(tǒng)的持續(xù)改進(jìn)。(3)應(yīng)用技術(shù)促進(jìn)教師專

16、業(yè)發(fā)展及課堂教學(xué)方式變革。技術(shù)可以為教師團(tuán)隊(duì)提供各種支持，包括教學(xué)資源的獲取、教師間的協(xié)調(diào)、師生的互動(dòng)等，幫助學(xué)校發(fā)展具有在線教學(xué)技能的師資力量。netp2010提出了一個(gè)連接課堂教學(xué)、社區(qū)學(xué)習(xí)、資源環(huán)境的“聯(lián)結(jié)”教學(xué)模型，通過網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境和在線社區(qū)來連接教學(xué)、教師與學(xué)習(xí)者，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)、增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。(4)完善信息化基礎(chǔ)設(shè)施。為促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)與教師的有效教學(xué)，通過整合新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、開放教育資源等，為師生提供隨時(shí)隨地的支持服務(wù)。(5)不斷測量和改進(jìn)教育系統(tǒng)，提高學(xué)校的生產(chǎn)力。用技術(shù)重構(gòu)教育系統(tǒng)的基本過程與結(jié)構(gòu)，從衡量“在座位上的學(xué)習(xí)時(shí)間”轉(zhuǎn)移到衡量“學(xué)習(xí)效率”，充分

17、利用技術(shù)來改善學(xué)習(xí)結(jié)果。這種由“轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式”驅(qū)動(dòng)的發(fā)展路線，是一種“自下而上”的變革模式，它對推動(dòng)我國智慧教育的發(fā)展有著非常積極的借鑒價(jià)值。2.基于云計(jì)算的信息化建設(shè)模式基于云計(jì)算、傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)和海量信息處理等新技術(shù)的教育系統(tǒng)讓教育信息化進(jìn)入了全新發(fā)展的階段。利用云計(jì)算對傳統(tǒng)的教育信息系統(tǒng)、校園網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行整合與優(yōu)化，建構(gòu)教育云服務(wù)平臺(tái)，形成新一代的數(shù)字校園系統(tǒng)、智慧校園系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對教育信息系統(tǒng)的重構(gòu)，聚合更大范圍的教育資源，建立可流動(dòng)、可獲取、可應(yīng)用的大規(guī)模非結(jié)構(gòu)化教育數(shù)據(jù)，形成教育大數(shù)據(jù)，以支持教育教學(xué)的智能決策、實(shí)施、評價(jià)等全過程。在教育云時(shí)代，數(shù)字校園不再孤立，所有的教師、學(xué)生都

18、能隨時(shí)隨地共享優(yōu)質(zhì)的教育資源，教育大數(shù)據(jù)將有助于推動(dòng)教育評估、教育決策，創(chuàng)新教育實(shí)踐，為教育教學(xué)過程的智能化支持提供了巨大機(jī)遇。3.大數(shù)據(jù)支持的課程教學(xué)模式創(chuàng)新借助海量開放教育資源、大平臺(tái)(如國家資源公共服務(wù)平臺(tái))，學(xué)生不再局限于在課堂上進(jìn)行學(xué)習(xí)，云平臺(tái)的各種資源為學(xué)生提供了一個(gè)無墻的課堂。各種新型的課程教學(xué)方式，將突破學(xué)校教學(xué)時(shí)空的局限，推動(dòng)學(xué)校的教學(xué)模式由封閉走向開放。在課程教學(xué)組織方式上，從結(jié)構(gòu)化良好的封閉式課堂教學(xué)逐步發(fā)展到半開放的混合式課程、完全開放的社會(huì)化課程教學(xué)，教學(xué)時(shí)空、師生關(guān)系進(jìn)一步多元化。如翻轉(zhuǎn)課堂拓寬了課堂的教學(xué)時(shí)空，構(gòu)建了一個(gè)“半開放式”的教學(xué)系統(tǒng)；mooc課程則是完全依賴于網(wǎng)絡(luò)的社會(huì)化學(xué)習(xí)，是基于自組織的深度協(xié)作式、開放式教學(xué)。在課程評價(jià)方式上，借助于基于大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)分析技術(shù)，對學(xué)生的知識(shí)建構(gòu)與復(fù)雜能力評估，將為學(xué)生學(xué)習(xí)提供更加個(gè)性化、有效的支持，實(shí)現(xiàn)“智慧化”學(xué)習(xí)。這些課程教學(xué)模式的創(chuàng)新豐富了智慧教育的內(nèi)涵和實(shí)踐。四、結(jié)束語大數(shù)據(jù)時(shí)代的教育創(chuàng)新以變革工業(yè)時(shí)代的“教學(xué)工廠”，構(gòu)建適應(yīng)信息