教育大數(shù)據(jù)：讓教師將比任何時候都更接近學生都更接近學生

馬永紀

當前的信息技術已經逐步在向著數(shù)據(jù)主導的方向過渡。社會經濟的各個領域都在不斷地通過數(shù)據(jù)的引導進入一個新的精細化管理和運營的時代，教育行業(yè)也在這一趨勢的影響下逐步發(fā)展，不斷涌現(xiàn)出越來越多的基于數(shù)據(jù)的應用，助力教育的進一步變革。

“數(shù)據(jù)”與“數(shù)字”的區(qū)別何在？有個簡單的例子：一個學生考試得了78分，這只是一個“數(shù)字”。但如果思考這78分背后的因素：家庭背景、努力程度、學習態(tài)度、智力水平等，把它們和78分聯(lián)系在一起，這就成了“數(shù)據(jù)”。國際數(shù)據(jù)公司定義了大數(shù)據(jù)的四大特征：海量的數(shù)據(jù)規(guī)模（vast）、快速的數(shù)據(jù)流轉和動態(tài)的數(shù)據(jù)體系（velocity）、多樣的數(shù)據(jù)類型（variety）和巨大的數(shù)據(jù)價值（value）。

教與學過程中的大數(shù)據(jù)采集和技術挑戰(zhàn)

近些年最熱的“題庫”類應用，也是基于大數(shù)據(jù)的教育應用細分行業(yè)。越來越詳盡的知識點體系，不斷優(yōu)化的交互反饋，使其成為很多教師、學生常用的在線學習工具。通過在線的形式，在用戶使用過程中可以積累大量的學習行為數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)不僅包括答題的結果，還包括學習者的答題過程、時間、速度、停頓甚至部分思路，這樣就可以讓學習者更加方便、有效地提升自己的學習效果。在這一方面，我們的題庫還有相當多需要努力的地方。從用戶體驗角度看，倒是移動端的App相對好些，例如魔方格。

相比題庫這一類產品，以微課、MOOC為代表的新一代視頻學習載體，則幫助學習者快速地獲取學習資料，與全世界范圍內有相同興趣的人結成學習小組，通過互動討論，促進共同的學習和進步。在這一過程中，我們可以獲取到更立體的關于學習者的信息。比如，通過視頻播放過程的觀察，通過在線互動和課后作業(yè)完成情況的追蹤，我們可以越來越真實地建立起學習者模型，從而為更好的課程和更有針對性的教學服務提供有力的參考依據(jù)。正如岳雷老師在網上教師實名互助社區(qū)中所說，微課最大的價值之一就是獲得學習者的數(shù)據(jù)，更有效地支持他們的學習。Coursera（世界三大MOOC平臺之一）發(fā)展團隊中國區(qū)業(yè)務負責人伊萊·布林德博士介紹說，他們的平臺會給教課的教授提供數(shù)據(jù)分析工具。通過這個工具，教授能夠看到有多少學生看了他發(fā)布的視頻、學生看了幾遍這個視頻;教師可以通過監(jiān)測學生的具體表現(xiàn)，及時調節(jié)學習內容。他說，若學生不直接使用Coursera平臺，而采取翻轉課堂的學習方式，平臺上的數(shù)據(jù)則可以幫助教師甄別哪些是學生已掌握的內容，哪些是學生需要進一步練習的內容。數(shù)據(jù)分析工具還可以應用于學生的互評活動。比如，可以通過數(shù)據(jù)把那些花了不到一分鐘就給出的評價去掉，只取可靠的學生評分。同時，從研究者的角度看，平臺記錄下的所有的學生行為，可用于對不同教育問題進行深入研究。

電子書包經過多年的努力，在國內部分學校展開了實驗性使用。電子書包最大的改變就是每位學生都配備了一臺數(shù)字化的終端。當學生有了這臺終端后，對其學習過程的數(shù)據(jù)采集，才有了堅實的技術支持和可能性。在筆者分析的電子書包7大殺手級應用中，“評測和數(shù)據(jù)分析”位列第一。這也是電子書包行業(yè)內做得最突出的一個功能，讓教師、學生、家長、領導、專家都嘆服于數(shù)據(jù)的瞬時即達?；跀?shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)分析讓用戶實現(xiàn)了夢寐以求的愿望。將來，隨著電子書包監(jiān)測能力的提高，其收集的數(shù)據(jù)將不僅僅是使用學習應用產生數(shù)據(jù)，還將記錄學生在學習活動中個體行為表現(xiàn)，比如學習時眼到書本的距離、體態(tài)位置、用眼強度等，從而實現(xiàn)從單純的知識學習到健康學習的轉變。

所有這些數(shù)據(jù)的處理基礎在于構建于云端的數(shù)據(jù)中心集群和新形式的結構化、非結構化的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)挖掘工具。這些工具能夠讓我們更便捷地搭建起有力的數(shù)據(jù)模型，不論是基于群體行為的“大”數(shù)據(jù)模型，還是針對學習個體或者典型學習群組的“小”數(shù)據(jù)倉庫。

然而，無論“大”還是“小”，所有這些應用都存在一個前提，就是我們能否用一種更有效的方式獲取到更多的全面、真實的數(shù)據(jù)。而這一點，對于教育行業(yè)的大數(shù)據(jù)應用，則尤其需要重視。

獲取數(shù)據(jù)的真實性需求，意味著數(shù)據(jù)的提供者不能“主觀地”提供“假”的數(shù)據(jù)給系統(tǒng)，否則基于此的數(shù)據(jù)挖掘和分析就變得越來越有局限性。這點在題庫類型的應用中會表現(xiàn)得比較突出，學習者為了得到較好的結果，往往會嘗試通過一些手段“欺騙”系統(tǒng)。比如，筆者曾在一次實驗中發(fā)現(xiàn)，某個班級的學生在在線試卷的完成過程中，有相當比例的學生完成試卷的連貫性非常不好，甚至在提交作業(yè)后又會主動要求教師重新布置作業(yè)讓其重做。深度訪談后發(fā)現(xiàn)，這其中很多學生為了獲得足夠好的成績，會主動通過其他途徑取得答案（比如提交一次，記下答案，要求重做，或者QQ上向其他已經提交的同學要答案）。這種情況下獲得的學習數(shù)據(jù)，多少會有一些失真。真實數(shù)據(jù)的獲取，最佳的狀態(tài)應該是提供者根本意識不到數(shù)據(jù)被采集，或者至少沒有主動作偽的動機，而學生為了取悅教師、家長，則經常有作偽的動機。從這個意義上來說，獲取高可信度的數(shù)據(jù)是有困難的，需要從技術策略上對其進行有針對性的設計。

物聯(lián)網在教育教學數(shù)據(jù)采集過程中具有天然優(yōu)勢

前述所有的數(shù)據(jù)獲取來源，幾乎都是“線上”通過PC或者移動終端獲取而來。對于教學來說，當下還是有大量的學習時間、學習過程是發(fā)生在線下而非線上。教室中，家庭里，人與人之間的真實的互動反饋，通過線上的交流來替代，顯然還是一種幻想。這就給數(shù)據(jù)采集帶來了另外一個難題：怎樣采集到更多的線下發(fā)生的學習數(shù)據(jù)？最近幾年，越來越成熟的物聯(lián)網技術和可穿戴設備，給我們提供了一條新的思路。

物聯(lián)網技術應用到教育教學數(shù)據(jù)采集過程中，具備天然的優(yōu)勢：首先，數(shù)據(jù)采集過程，對于使用者來說是“離線”的，而非“在線”的;其次，數(shù)據(jù)的收集，大部分是學習者無法干預的;最后，這些數(shù)據(jù)的收集對傳統(tǒng)業(yè)務流程的“改革”更小、“改善”更多，可以大大減少業(yè)務推進的阻力。

這樣一種技術在最近幾年越來越多地被引進到教育系統(tǒng)中來，從各個角度協(xié)助教育部門調整、改進管理和教學手段，提升教育服務質量。這其中，最早也是最普遍的應用，應該算使用智能?；盏男@門禁和安全管理系統(tǒng)。這類應用多數(shù)基于2.4GHz通訊的有源卡加接收器件，也有一些通過其他的Rfid無源卡輔以較大功率的有源天線加以實現(xiàn)。使用這樣的系統(tǒng)后，學生可以自然上下學，無需在通過校門的時候刻意地到某個刷卡機器上刷卡，其位置信息就可以自動記錄下來。類似的技術解決方案在礦山、物流等需要復雜的定點定位的系統(tǒng)中也有非常成熟和精巧的案例。

雖然上下學簽到這樣的業(yè)務對于校園日常的教育教學工作的影響非常有限，但卻為物聯(lián)網進入校園開了一個好頭。當教師和學生開始擁有如Rfid卡片這樣的物聯(lián)器件的時候，我們就有可能采取更多、更有效的手段去深度挖掘其應用空間。

同樣基于2.4GHz通訊的搶答器應用就是一款活躍在很多中小學課堂中的應用。它的操作非常簡單，就是通過幾個簡單的按鈕，收集課堂上學生對于某個問題的理解或者對某個作品的評價，并且即時產生出統(tǒng)計圖表，這樣可以更加方便地讓教師獲得學生的反饋信息，更好地組織教學。

最近跟著STEAM系統(tǒng)進入一些校園的傳感器實驗室應用，則是一種更加Geek式的操作，它構建一個相對封閉獨立的小環(huán)境，集成溫度、濕度、化學等多種傳感器，利用攝像頭、麥克風和互聯(lián)網的輔助，幫助學校記錄一些長期性的探究性課程，并借助網絡讓更多學生參與進來。比如，可以利用這套系統(tǒng)觀察一株植物的全部生長過程，生成成長圖表，記錄觀察日記，等等。唯一遺憾的是，這類系統(tǒng)對于學習者本身的觀測和數(shù)據(jù)記錄相對比較匱乏，更多屬于教學探究工具。那么，有沒有直接深入日常課堂教學流程，采集課堂學習數(shù)據(jù)的物聯(lián)網技術形式呢？2014年的普教展上有一種基于物聯(lián)網的教棒，讓我們看到了這種方向的實踐。

圖1 ?蘭尺魔法教棒

案例：蘭尺魔法教棒

蘭尺魔法教棒利用物聯(lián)網技術實現(xiàn)了教學過程中數(shù)據(jù)的采集。它在一根類似于教鞭外形的“棒子”上集成了諸如傳感器、通訊模塊等元器件，可以對學生的電子學生卡、ID卡進行掃描、感應。只要是利用Rfid、NFC標簽做成的卡片，都能被它識別出來，從而實現(xiàn)教師對學生的數(shù)據(jù)評價操作。當教師想要表揚或者批評某位學生的時候，只需要用這支教棒輕輕觸碰學生的學生卡，相應的表揚或者批評的數(shù)據(jù)就可以實時記錄在系統(tǒng)中。更加神奇的是，在教師的電腦屏幕上，還可以出現(xiàn)對應操作的動畫效果。比如，表揚學生可以在屏幕上出現(xiàn)一朵小紅花或者五角星。這種交互效果對于傳統(tǒng)的課堂評價方式來說，是一種有趣的變化。教師不再需要煩瑣地在黑板上記上名字，等下課再給學生發(fā)貼紙或者蓋章，只要用“教棒”輕輕一點，整個操作就可以完成（如圖1）。每一次評價操作，會伴隨著一條線下數(shù)據(jù)的電子化記錄，其中包含了學科、班級、時間、設備、教師、學生、評價操作、評價量值、對應維度等非常豐富的信息。系統(tǒng)中針對數(shù)據(jù)還可以做各種進一步的處理。比如，發(fā)小紅花的同時，還可以給家長發(fā)一條信息，便于家長更好地了解孩子學情;或者有針對性地處理發(fā)小紅花的數(shù)據(jù)，形成對教師教學過程或者學生個人發(fā)展的一些數(shù)據(jù)報表（如圖2）;或者學生可以將獲得的小紅花兌換成為積分，實現(xiàn)二次激勵（如圖3）。相關業(yè)務系統(tǒng)同樣采用物聯(lián)網技術實現(xiàn)，學生只要拿著自己的學生卡即可將自己課上獲得的小紅花、積分兌換成獎品、獎勵。

這種基于物聯(lián)網的新一代教學工具和應用的出現(xiàn)，標志著物聯(lián)網技術與教學的深度融合，為進一步的教學信息化改革提供了一條更加切實可行的選擇道路。2014年北京和成都就提出了在2015年要實現(xiàn)100%的校園無線網絡建設目標，那么基于無線環(huán)境下的高價值應用必將是眾多學校在2015年要發(fā)力的方向。如何發(fā)揮校園無線網絡的作用，除了已經初具形態(tài)的移動教學、移動OA外，教學評價、學生評價的無線網絡大數(shù)據(jù)應用，必將成為行業(yè)應用的熱點。

圖2

圖3 ?學生兌換積分

隨著技術和教育本身融合的持續(xù)深化，我們相信會有更多、更好的大數(shù)據(jù)技術應用于教育行業(yè)中，會有更多深度應用的案例出現(xiàn)。在這一過程中，采用物聯(lián)網技術進行數(shù)據(jù)采集，更多地將線下數(shù)據(jù)整合到線上，促進實現(xiàn)教育個性化和管理精細化，是一個明確的趨勢。越來越深入教學過程的產品正在不斷地涌現(xiàn)出來。

大數(shù)據(jù)時代的到來，讓社會科學領域的發(fā)展和研究，從宏觀群體逐漸走向微觀個體，讓追蹤每一個人的數(shù)據(jù)成為可能，從而讓研究每一個個體成為可能。對于教育研究者來說，我們將比任何時候都更接近學生。而這，正是教育的進步。寬帶資本董事長田溯寧博士說：“大數(shù)據(jù)技術，已經不再是一種簡單的工具，而是成為重塑我們社會的一種最重要的力量?！蔽覀儓孕?，大數(shù)據(jù)在今后必將帶給教育最深刻的變革。

（作者單位：河北唐山市荊各莊小學）