全場景數(shù)據(jù)驅(qū)動一體化智慧教學(xué)平臺建設(shè)的探索

摘要：伴隨大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的發(fā)展，高校教育信息化變革迎來新的機遇與挑戰(zhàn)。智慧教學(xué)是教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的重要一環(huán)，具有非常大的作用。針對智慧教學(xué)存在的問題，桂林理工大學(xué)實施全場景數(shù)據(jù)驅(qū)動一體化智慧教學(xué)平臺建設(shè)，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動、深度融合、服務(wù)精準(zhǔn)等途徑實現(xiàn)了智慧教學(xué)，為同類院校建設(shè)全場景數(shù)據(jù)驅(qū)動一體化智慧教學(xué)平臺提供參考。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)驅(qū)動；一體化智慧教學(xué)平臺；智慧教學(xué)近年來，數(shù)字化轉(zhuǎn)型備受關(guān)注和討論，黨中央圍繞教育現(xiàn)代化、數(shù)字中國、數(shù)字化轉(zhuǎn)型等作出了許多戰(zhàn)略部署。“十四五”規(guī)劃綱要提出的“加快數(shù)字化發(fā)展，建設(shè)數(shù)字中國”［1］，為加快數(shù)字經(jīng)濟、數(shù)字社會、數(shù)字政府、數(shù)字生態(tài)建設(shè)立下了基調(diào)，指明了方向。教育作為國家發(fā)展的基石，教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型對教育教學(xué)改革的價值日益凸顯［2］。2022年，教育部實施國家教育數(shù)字化行動，提出要加快推進教育數(shù)字轉(zhuǎn)型和智能升級［3］。黨的二十大報告也明確提出推進教育數(shù)字化的發(fā)展要求，教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成為教育教學(xué)改革中的重要一環(huán)［4］。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的背景下，教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型離不開智慧教學(xué)。智慧教學(xué)是指在教育技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等支撐下，以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)思想，通過變革、創(chuàng)新，對傳統(tǒng)課堂進行改革和重構(gòu)，促進學(xué)生智慧生成［5］的教學(xué)。學(xué)校要想開展智慧教學(xué)就得建設(shè)智慧教室，為智慧教學(xué)提供基礎(chǔ)條件。智慧教室是集成了物聯(lián)網(wǎng)、云計算等多媒體設(shè)備及控制系統(tǒng)的物理空間，是師生教學(xué)行為數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)共享及數(shù)據(jù)監(jiān)控的教學(xué)環(huán)境［6］。數(shù)據(jù)作為新型生產(chǎn)要素，通過伴隨式采集記錄和分析教育教學(xué)的過程性數(shù)據(jù)，優(yōu)化教學(xué)服務(wù)供給與學(xué)習(xí)需求的匹配度，實現(xiàn)教師差異化的“教”、學(xué)生個性化的“學(xué)”，推動教育決策由經(jīng)驗驅(qū)動走向數(shù)據(jù)驅(qū)動。具體來說，一是通過對教學(xué)中產(chǎn)生的過程性數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)其中的問題并即時解決，以改進教學(xué)管理。二是通過采集、統(tǒng)計和分析學(xué)生課堂表現(xiàn)和作業(yè)數(shù)據(jù)，以便教師因材施教。雖然各種現(xiàn)代信息技術(shù)已經(jīng)在高校智慧教室、教學(xué)平臺中得到應(yīng)用，但是在實際使用過程中仍存在各種問題。例如，智慧教室在建設(shè)中由于缺乏整體規(guī)劃，導(dǎo)致教學(xué)系統(tǒng)各不相同且難統(tǒng)一管理；未與教務(wù)系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)等平臺對接，無法實現(xiàn)聯(lián)動管理；缺少統(tǒng)一開放的課程資源平臺，課程資源得不到沉淀；各項教學(xué)數(shù)據(jù)分散在不同的系統(tǒng)，存在信息壁壘，無法為教學(xué)改革、教師評教、課程評優(yōu)提供量化指標(biāo)，不能支撐個性化教學(xué)。因此，以智慧教室環(huán)境為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)為關(guān)鍵要素，通過數(shù)據(jù)賦能，構(gòu)建全場景數(shù)據(jù)驅(qū)動一體化智慧教學(xué)平臺，對推動線上線下混合式教學(xué)改革、促進開展高質(zhì)量教學(xué)活動具有重要意義。一、全場景數(shù)據(jù)驅(qū)動一體化智慧教學(xué)平臺構(gòu)建思路（一）建設(shè)目標(biāo)全場景數(shù)據(jù)驅(qū)動一體化智慧教學(xué)平臺的建設(shè)目標(biāo)是通過整合教育資源，打造集數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測管理、預(yù)測預(yù)警、可視化平臺于一體的智慧教學(xué)平臺，進行數(shù)據(jù)化管理與服務(wù)。一是建設(shè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中心，整合教學(xué)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)高品質(zhì)的教學(xué)數(shù)據(jù)集成。二是建設(shè)校本SPOC（SmallPrivateOnlineCourse，即小規(guī)模限制性在線課程）平臺，提升教師的課程設(shè)計能力，保障教學(xué)質(zhì)量。即自動留存優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，并按需引進國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)慕課及支持學(xué)校教師自發(fā)建設(shè)校本課程，構(gòu)建課程資源池，以滿足學(xué)校師生多樣化的學(xué)習(xí)需求。三是實現(xiàn)場景、過程、資源、數(shù)據(jù)一體化，并覆蓋全部教學(xué)環(huán)節(jié)，全方位采集教學(xué)過程數(shù)據(jù)，實現(xiàn)自動采集教學(xué)數(shù)據(jù)、預(yù)習(xí)數(shù)據(jù)、課堂數(shù)據(jù)、作業(yè)數(shù)據(jù)、考試數(shù)據(jù)，提供覆蓋師生、課程、班級等多維度畫像，實現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控和評價的科學(xué)化、智慧化。（二）建設(shè)思路一是數(shù)據(jù)驅(qū)動?；趯W(xué)校全域數(shù)據(jù)中心，對教學(xué)過程產(chǎn)生的教學(xué)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行治理和標(biāo)準(zhǔn)化，以確保數(shù)據(jù)來源的可靠性，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，為平臺提供數(shù)據(jù)支撐。具體來說，全場景數(shù)據(jù)驅(qū)動一體化智慧教學(xué)平臺與學(xué)校教務(wù)系統(tǒng)對接，確保數(shù)據(jù)來源準(zhǔn)確無誤，對教學(xué)過程進行數(shù)據(jù)采集、分析，將教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控和評估融合。平臺通過數(shù)據(jù)驅(qū)動，推動實現(xiàn)教學(xué)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)統(tǒng)一，并對教學(xué)過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析及展示，從而實現(xiàn)全流程教學(xué)大數(shù)據(jù)分析和可視化展示。二是深度融合。將實體課堂與網(wǎng)絡(luò)課堂進行深度融合，打造“雨課堂智慧教學(xué)平臺+學(xué)堂”“SPOC+學(xué)堂”的教學(xué)形式，并將之與在線MOOC打通，實現(xiàn)師生用戶、教學(xué)資源、教學(xué)數(shù)據(jù)無縫對接。在不改變傳統(tǒng)教師備課、上課習(xí)慣前提下，將網(wǎng)絡(luò)課堂與實體課堂深度打通。通過課堂智慧教學(xué)平臺“雨課堂”、校內(nèi)SPOC平臺“學(xué)堂云”、精品在線開放課程平臺“學(xué)堂在線”及國內(nèi)課程國際化推廣平臺的深度融合，實現(xiàn)這四個平臺統(tǒng)一，即全場景數(shù)據(jù)驅(qū)動一體化智慧教學(xué)平臺，提供全方位、全流程教學(xué)及其管理服務(wù)。三是服務(wù)精準(zhǔn)。全場景數(shù)據(jù)驅(qū)動一體化智慧教學(xué)平臺的建設(shè)目的是構(gòu)建全教學(xué)生命周期的教學(xué)大數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控教學(xué)，實現(xiàn)精準(zhǔn)服務(wù)。即對教學(xué)中遇到的問題進行有效預(yù)警、及時干預(yù)；為院級、校級管理提供可視化教學(xué)數(shù)據(jù)，以便分析、管理、決策；為教學(xué)提供精準(zhǔn)服務(wù)，以提升學(xué)校教學(xué)管理、服務(wù)水平。二、全場景數(shù)據(jù)驅(qū)動一體化智慧教學(xué)平臺構(gòu)建（一）統(tǒng)一平臺，數(shù)據(jù)驅(qū)動全場景數(shù)據(jù)驅(qū)動一體化智慧教學(xué)平臺遵循統(tǒng)一原則，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動實現(xiàn)統(tǒng)一管理與服務(wù)。平臺將“雨課堂”“學(xué)堂云”融合，并將學(xué)校教務(wù)系統(tǒng)、人事系統(tǒng)等核心基礎(chǔ)業(yè)務(wù)系統(tǒng)打通，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動將全用戶、全過程、全方位的教育教學(xué)數(shù)據(jù)進行有效整合，提升這些數(shù)據(jù)質(zhì)量，為教育教學(xué)大數(shù)據(jù)應(yīng)用分析與決策提供強有力的數(shù)據(jù)支撐。平臺采用四層架構(gòu)，如圖1所示。把網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)、互動教學(xué)系統(tǒng)、在線考試系統(tǒng)、教學(xué)管理系統(tǒng)、教學(xué)評價系統(tǒng)等統(tǒng)一到一個平臺上，并融合“雨課堂”和“學(xué)堂云”，實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)、教學(xué)數(shù)據(jù)、課程數(shù)據(jù)、班級數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)等統(tǒng)一，準(zhǔn)確提供用戶畫像、提高教學(xué)數(shù)據(jù)交互性，實現(xiàn)教學(xué)全過程的數(shù)據(jù)采集、分析、挖掘與處理，為教學(xué)提供完整的精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。在這個統(tǒng)一的平臺上，教師、學(xué)生、學(xué)校管理者可通過手機、電腦、課堂教學(xué)電子裝配等電子終端進行訪問，且不受時間和空間的限制。（二）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及其規(guī)范體系建設(shè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是數(shù)據(jù)治理過程中非常重要的內(nèi)容，它是數(shù)據(jù)治理的依據(jù)，全場景數(shù)據(jù)驅(qū)動一體化智慧教學(xué)平臺數(shù)據(jù)參考“高等學(xué)校管理信息標(biāo)準(zhǔn)——代碼標(biāo)準(zhǔn)集HEMIS-CSS”和“高等學(xué)校管理信息標(biāo)準(zhǔn)——數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)集HEMIS-DSS”，結(jié)合學(xué)校信息系統(tǒng)的實際情況，針對學(xué)校信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、格式、定義和管理方法制訂數(shù)據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。制訂數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的目的在于確保信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)能夠被正確地理解、處理和交換，從而提高信息處理的準(zhǔn)確性、效率和一致性。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系包含數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)定義標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)安全與隱私保護標(biāo)準(zhǔn)等多個層次和數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)方面的內(nèi)容，它可以確保學(xué)校業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)從采集、錄入、存儲、更新、備份、清理全生命周期內(nèi)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)得到有效管理和使用。（三）平臺安全保障體系建設(shè)安全防護體系是智慧教學(xué)平臺建設(shè)的主要內(nèi)容之一，為智慧教學(xué)平臺安全穩(wěn)定運行提供全方位安全保障。一是系統(tǒng)安全，包括網(wǎng)絡(luò)安全、服務(wù)器安全、數(shù)據(jù)庫安全等，為智慧教學(xué)平臺運行提供支撐。二是數(shù)據(jù)安全，通過數(shù)據(jù)的存儲加密、訪問控制、備份策略等措施確保平臺數(shù)據(jù)安全。三是安全審計，內(nèi)容包括數(shù)據(jù)庫審計、服務(wù)器審計、終端審計、應(yīng)用系統(tǒng)審計和網(wǎng)絡(luò)審計，將管理員、用戶訪問業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵操作等記入日志，做到操作有跡可循；使用日志分析、入侵檢測和預(yù)防系統(tǒng)（IDS/IPS）等工具來增強平臺監(jiān)控能力。四是安全培訓(xùn)與意識培養(yǎng)，管理員定期開展信息安全知識和防范技巧學(xué)習(xí)和培訓(xùn)活動，從源頭上構(gòu)筑堅固的信息安全防線，以有效降低人為因素導(dǎo)致的安全風(fēng)險，從而全面提升信息系統(tǒng)的安全保障能力。平臺采取以上多層次、多維度的安全措施，使各個體系之間相互關(guān)聯(lián)、相互支撐，將“人防+技防”結(jié)合，為智慧教學(xué)平臺提供全方位的安全保障，確保系統(tǒng)平臺和數(shù)據(jù)的安全性，保護用戶的隱私和權(quán)益，促進智慧校園持續(xù)發(fā)展。（四）數(shù)據(jù)層建設(shè)數(shù)據(jù)層涵蓋數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析等一體化數(shù)據(jù)治理過程的各層級，采集用戶數(shù)據(jù)、教學(xué)數(shù)據(jù)、課程數(shù)據(jù)、班級數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)等多種類型的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。建立可靠的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，對不同類型的數(shù)據(jù)進行分類和存儲，確保數(shù)據(jù)的安全性和可靠性；建立完善的數(shù)據(jù)管理機制，對不同類型的數(shù)據(jù)進行分類和管理，確保數(shù)據(jù)的可用性和可操作性。數(shù)據(jù)治理流程如圖2所示。數(shù)據(jù)治理流程分為以下4個階段。一是數(shù)據(jù)采集與整合。通過在線表單、傳感器、系統(tǒng)日志等多種渠道全面采集數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的多樣性和時效性，并將這些數(shù)據(jù)整合到一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中管理和維護。二是數(shù)據(jù)存儲與管理。為了確保數(shù)據(jù)的安全性和可靠性，建立了一套可靠的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，對不同類型的數(shù)據(jù)進行分類存儲，并提供數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)機制，以防數(shù)據(jù)丟失或損壞。三是數(shù)據(jù)質(zhì)量控制與維護。建立完善的數(shù)據(jù)管理機制，對數(shù)據(jù)進行清洗、去重、驗證和修正等處理，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。同時，還實施權(quán)限管理和數(shù)據(jù)訪問控制，確保只有授權(quán)人員才能訪問和操作數(shù)據(jù)。四是數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用。運用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對整合后的數(shù)據(jù)進行深入分析和挖掘，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的模式、趨勢和關(guān)聯(lián)。這些分析結(jié)果可以幫助我們形成不同維度的教學(xué)畫像，為教學(xué)決策提供科學(xué)、客觀的依據(jù)。（五）平臺層建設(shè)全場景數(shù)據(jù)驅(qū)動一體化智慧教學(xué)平臺層采用云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)等先進技術(shù)融合教育理念而創(chuàng)新教學(xué)平臺，以數(shù)據(jù)中心為數(shù)據(jù)基座，將教學(xué)資源平臺、網(wǎng)絡(luò)課堂平臺、實體課堂融合一體互聯(lián)互通，為智慧教學(xué)提供高效穩(wěn)定的支撐。它主要包括智慧課堂教學(xué)平臺“雨課堂”、智慧網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺“學(xué)堂云”、在線課程運行平臺“學(xué)堂在線”，將它們?nèi)诤蠟橐惑w，為學(xué)校提供從輔助課堂教學(xué)，到SPOC教學(xué)，到國家精品在線開放課程運行的全方位、全流程服務(wù)。同時，把國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)課程資源無縫對接到校內(nèi)SPOC課堂教學(xué)中，構(gòu)建一個連接校內(nèi)校外、融合線上線下、貫穿課內(nèi)課外的新型教學(xué)生態(tài)，如圖3所示。（六）應(yīng)用服務(wù)建設(shè)應(yīng)用服務(wù)包括網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)、互動教學(xué)系統(tǒng)、在線考試系統(tǒng)、教學(xué)管理系統(tǒng)和教學(xué)評價系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)實現(xiàn)課程資源上傳、在線課程建設(shè)、在線課程教學(xué)、精品課運行等功能，提供豐富的教學(xué)資源，支持在線教學(xué)和自主學(xué)習(xí)?；咏虒W(xué)系統(tǒng)實現(xiàn)直播授課、課堂互動、課前預(yù)習(xí)、課后練習(xí)等功能，提供多種互動方式，增強學(xué)生的參與性和學(xué)習(xí)效果。在線考試系統(tǒng)實現(xiàn)試卷制作、試卷發(fā)布、在線監(jiān)考、在線批閱等功能，提供安全可靠的考試環(huán)境，確?？荚嚨墓叫院蜏?zhǔn)確性。教學(xué)管理系統(tǒng)實現(xiàn)教務(wù)管理、資源管理、平臺管理、行政通知等功能，提供全面的教務(wù)服務(wù)，支持教學(xué)管理和決策。教學(xué)評價系統(tǒng)實現(xiàn)在線督學(xué)、在線巡考、學(xué)生評教、課程評估等功能，提供全面的教學(xué)評價服務(wù)。各應(yīng)用服務(wù)形成一個綜合的教育教學(xué)服務(wù)體系，提供全方位的教學(xué)支持并進行管理。（七）訪問層建設(shè)訪問層建立了完善的用戶管理機制，加強用戶注冊、用戶認(rèn)證、用戶權(quán)限管理等。通過配置不同的訪問權(quán)限，確保數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的安全性。支持多種訪問工具，包括手機、電腦、教學(xué)大屏等。支持多種訪問模式，包括在線訪問、離線訪問、異地訪問等。用戶可以隨時隨地訪問平臺，提高學(xué)習(xí)和教學(xué)效率。確保系統(tǒng)的兼容性，支持多種操作系統(tǒng)和瀏覽器。三、應(yīng)用成效本研究以桂林理工大學(xué)全場景數(shù)據(jù)驅(qū)動一體化智慧教學(xué)平臺為例檢測應(yīng)用效果，該平臺覆蓋屏風(fēng)、雁山兩個校區(qū)。學(xué)校自2020年10月正式啟用全場景數(shù)據(jù)驅(qū)動一體化智慧教學(xué)平臺，截至2023年4月，通過身份認(rèn)證綁定的師生共35500多人，其中覆蓋率最高時教師為83%，學(xué)生為100%，完成自建課程資源282個。2018年，學(xué)校獲得教育部在線教育研究中心在線教育“智慧教學(xué)試點項目”。同年，獲得教育部在線教育研究中心頒發(fā)的“慕課+教學(xué)實踐獎”，開創(chuàng)了優(yōu)質(zhì)教育教學(xué)資源共享傳播的新局面。在2020年第十八屆和2021年第十九屆廣西高校教育教學(xué)信息化大賽中，學(xué)校榮獲一等獎9項、二等獎9項、三等獎10項，一等獎獲獎數(shù)量位居全區(qū)高校第一。在2021年度教育信息化應(yīng)用優(yōu)秀案例評比中，平臺被評為2021年度自治區(qū)教育廳教育信息化應(yīng)用（高等教育）優(yōu)秀案例。成功申報了“信息化背景下分析化學(xué)課程教學(xué)模式創(chuàng)新與‘金課建設(shè)實踐”項目，并于2022年獲得自治區(qū)級（高等教育）教學(xué)成果特等獎。依托全場景數(shù)據(jù)驅(qū)動一體化智慧教學(xué)平臺，學(xué)校各學(xué)科構(gòu)建了信息化資源體系，支持學(xué)校獲得首批國家級一流本科課程6門，在全區(qū)高校中位列前茅，其中線上一流課程2門、線上線下混合式一流課程4門；獲自治區(qū)級一流本科課程50余門，其中，2021年獲區(qū)內(nèi)推薦第二批國家級一流本科課程評選20余門。據(jù)統(tǒng)計，依托全場景數(shù)據(jù)驅(qū)動一體化智慧教學(xué)平臺開展相關(guān)培訓(xùn)100余次，內(nèi)容涉及信息化教學(xué)理念、課程組織與評估、教學(xué)法運用、課堂教學(xué)新模式等方面，教師參加人數(shù)1000余人次，教師的信息素養(yǎng)獲得提升。綜上所述，全場景數(shù)據(jù)驅(qū)動一體化智慧教學(xué)平臺的建設(shè)，通過整體規(guī)劃，以需求為導(dǎo)向，在部