教育大數(shù)據(jù)挖掘及挑戰(zhàn)

杜婧敏+方海光

教育大數(shù)據(jù)技術(shù)對教育的管理、教學(xué)、學(xué)習(xí)、科研和評價等都產(chǎn)生了很大的影響。

教育大數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)分析

教育大數(shù)據(jù)對教育管理的支持

將更加依賴于數(shù)據(jù)和分析，而不是直覺和經(jīng)驗；同樣，教育大數(shù)據(jù)還將改變領(lǐng)導(dǎo)力和管理的本質(zhì)。服務(wù)管理、數(shù)據(jù)科學(xué)管理將取代傳統(tǒng)的行政管理、經(jīng)驗管理。技術(shù)不斷發(fā)展，教育數(shù)據(jù)挖掘與分析不斷深入，不僅要著眼于已有的確定關(guān)系，更要探尋隱藏的因果關(guān)系。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以深度挖掘教育數(shù)據(jù)中的隱藏信息，可以暴露教育過程中存在的問題，提供決策來優(yōu)化教育管理。大數(shù)據(jù)不僅可以運(yùn)行和維護(hù)各教育機(jī)構(gòu)的人事信息、教育經(jīng)費(fèi)、辦學(xué)條件和服務(wù)管理的數(shù)據(jù)，而且可以長期積累所有類型教育機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計分析、應(yīng)用模型等技術(shù)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為知識，最終為教育者和學(xué)習(xí)者提供科學(xué)的決策。

教育大數(shù)據(jù)對教學(xué)模式的支持

教育大數(shù)據(jù)推進(jìn)實現(xiàn)智慧學(xué)習(xí)。教師在智慧教學(xué)環(huán)境下，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以更深入了解每一個學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀況，并且與學(xué)習(xí)者的溝通更加通暢，教師的整個教學(xué)過程和學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程更加精準(zhǔn)化和智能化。教師對教學(xué)過程的掌握從依靠經(jīng)驗轉(zhuǎn)向以教育數(shù)據(jù)分析為支撐，學(xué)生對于自己學(xué)習(xí)狀況的了解從模糊發(fā)展到心中有數(shù)，可以更好地認(rèn)識自我、發(fā)展自我、規(guī)劃自我。大數(shù)據(jù)技術(shù)可以幫助教師及時調(diào)整教學(xué)計劃和教學(xué)方法，有利于教師自身能力提高和職業(yè)發(fā)展。

教育大數(shù)據(jù)對個性化學(xué)習(xí)的支持

除了學(xué)生學(xué)習(xí)的行為可以被記錄下來外，在學(xué)習(xí)資源上的數(shù)據(jù)也可以被精確記錄下來，如點擊資源的時間、停留多久、問題回答正確率、重復(fù)次數(shù)、參考閱讀、回訪率和其他資源信息，通過大數(shù)據(jù)可以定制個人學(xué)習(xí)報告，分析學(xué)習(xí)過程潛在的學(xué)習(xí)規(guī)律，還可以找到學(xué)生的學(xué)習(xí)特點、興趣愛好和行為傾向，并對教育狀態(tài)信息一目了然。大數(shù)據(jù)技術(shù)使教育圍繞學(xué)習(xí)者展開，使傳統(tǒng)的集體教育方式轉(zhuǎn)向為個性學(xué)習(xí)方式。

教育大數(shù)據(jù)對教育評價的支持

教育評價正在從“經(jīng)驗主義”走向“數(shù)據(jù)主義”，從“宏觀群體”評價走向“微觀個體”評價，從“單一評價”走向“綜合評價”。教育大數(shù)據(jù)下教育評價的變化，不僅表現(xiàn)在評價思想，還包括評價方法，不僅包括對學(xué)生的評價，還包括對教學(xué)管理、評估質(zhì)量等具體水平的評價。教學(xué)評估不再僅僅是由考試成績和紀(jì)律幫助教師評價主觀傳統(tǒng)意義上的感受，而是由大量的數(shù)據(jù)感知得到，為實現(xiàn)教學(xué)評價的公正提供了依據(jù)，優(yōu)化了教學(xué)方向。教育評價可以是多元化的，而不是僅停留在知識掌握程度這一單一維度。

教育大數(shù)據(jù)對科學(xué)研究的支持

教育大數(shù)據(jù)使得從追求單向因果性轉(zhuǎn)向追求復(fù)雜的多元相關(guān)性，并用直觀的圖形等表達(dá)方式體、系統(tǒng)、清晰、簡潔地展現(xiàn)。這種新理念、新思維的創(chuàng)生，是實現(xiàn)教育創(chuàng)新和發(fā)展不可缺少的手段、工具和方法論。教育大數(shù)據(jù)時代，科學(xué)研究將從隨機(jī)抽樣、探討因果關(guān)系走向全部數(shù)據(jù)、尋找相關(guān)關(guān)系。大數(shù)據(jù)技術(shù)減少了研究資金的浪費(fèi)，在某些問題上，數(shù)據(jù)分析為研究人員提供了個性化的服務(wù)，可以提高研究的效率和成果的可靠性。大數(shù)據(jù)依賴于自動、連續(xù)的記錄和搜集的數(shù)據(jù)比傳統(tǒng)調(diào)查數(shù)據(jù)更加客觀和中立。大數(shù)據(jù)還將改變傳統(tǒng)學(xué)術(shù)研究的過程，信息系統(tǒng)依賴于自動同步，連續(xù)獲得持續(xù)的行為數(shù)據(jù)，這意味著學(xué)術(shù)研究和信息技術(shù)、課題研究與實踐聯(lián)系在一起。

教育大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換層次模型

教育大數(shù)據(jù)具有轉(zhuǎn)換層次的四個過程特征：數(shù)據(jù)、信息、知識、智慧。教育大數(shù)據(jù)技術(shù)采集的海量教育元數(shù)據(jù)，經(jīng)過抽取、轉(zhuǎn)換、加載，聯(lián)機(jī)分析處理和統(tǒng)計分析等過程，轉(zhuǎn)換為教育信息，又經(jīng)過數(shù)據(jù)可視化將教育數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來，最后形成教育決策來指導(dǎo)教育者和學(xué)習(xí)的教學(xué)，這個過程數(shù)據(jù)完成了從數(shù)據(jù)到信息、知識和智慧的演變。目前在教育大數(shù)據(jù)領(lǐng)域中有很多研究領(lǐng)域，比較主要的是數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析。兩者既有相同之處，又存在一定差異。

教育大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)挖掘

在大數(shù)據(jù)時代處理數(shù)據(jù)理念上有三大轉(zhuǎn)變：抽樣到全體、絕對精確到效率、因果到相關(guān)。大數(shù)據(jù)時代的數(shù)據(jù)挖掘繼承于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘又不同于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘。首先是分析對象不同，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析的對象是在已知的數(shù)據(jù)范圍中易處理的數(shù)據(jù)，而基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘?qū)ο髸r包括非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的全部數(shù)據(jù)，不能保證原始數(shù)據(jù)是完整的、清洗過和沒有錯誤的。其次是分析基礎(chǔ)，傳統(tǒng)分析是建立在關(guān)系數(shù)據(jù)模型之上的，是在系統(tǒng)內(nèi)就創(chuàng)立的主題之間的關(guān)系基礎(chǔ)上進(jìn)行的，而在大數(shù)據(jù)分析中，絕大部分分析基于縱裂數(shù)據(jù)庫之外。再次是分析效率，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理過程中需要等待抽取、轉(zhuǎn)換、加載等工作完成。而大數(shù)據(jù)分析是對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析。最后是硬件差別，在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理中所使用硬件比較昂貴。而大數(shù)據(jù)處理過程加入了對分析軟件的使用，所以硬件成本較低。

基于教育大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘過程即將學(xué)習(xí)結(jié)果、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)資源與教學(xué)行為等教育原始數(shù)據(jù)使用多種技術(shù)，如聚類、關(guān)系挖掘和模型構(gòu)建等，最終達(dá)到預(yù)測學(xué)習(xí)者發(fā)展趨勢、促進(jìn)有效學(xué)習(xí)的目標(biāo)。

教育大數(shù)據(jù)公認(rèn)的特征之一是規(guī)模性，面對海量數(shù)據(jù)，可以采取分布式文件的系統(tǒng)進(jìn)行并行運(yùn)算。對于半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，可以采用自然語言理解和信息抽取等方式將其轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。對于雜質(zhì)較多的數(shù)據(jù)，可以在數(shù)據(jù)挖掘時進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗。對于實時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以使用自動獲取效率優(yōu)先的方式來采集數(shù)據(jù)。

教育大數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)分析

新媒體聯(lián)盟將學(xué)習(xí)分析定義為：利用松散耦合的數(shù)據(jù)收集工具和分析技術(shù)，研究分析學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)參與、學(xué)習(xí)表現(xiàn)和學(xué)習(xí)過程的相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)而對課程、教學(xué)和評價進(jìn)行實時修正?？傊瑢W(xué)習(xí)分析運(yùn)用多種方法采集、存儲和分析學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)，如移動終端的數(shù)據(jù)和現(xiàn)場智能數(shù)據(jù)等，再使用多種技術(shù)來分析處理這些數(shù)據(jù)，最終應(yīng)用于教育者和學(xué)習(xí)者，產(chǎn)生評估、預(yù)測和干預(yù)。

教育大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)的具體應(yīng)用體現(xiàn)在評估、預(yù)測和干預(yù)。評估是指基本統(tǒng)計分析及其可視化、發(fā)現(xiàn)問題學(xué)生、學(xué)生社交網(wǎng)絡(luò)分析與應(yīng)用，預(yù)測是指學(xué)生分類、學(xué)生模型的構(gòu)建、預(yù)測學(xué)生成績，干預(yù)是指對教師的教學(xué)方法提供改進(jìn)意見。除此之外，大數(shù)據(jù)在學(xué)習(xí)分析中的應(yīng)用還包括學(xué)生分組與協(xié)作、社交網(wǎng)絡(luò)分析、開發(fā)概念圖、課件制作、規(guī)劃和調(diào)度等。

教育大數(shù)據(jù)的進(jìn)一步挑戰(zhàn)

教育大數(shù)據(jù)的技術(shù)挑戰(zhàn)

教育大數(shù)據(jù)在實際應(yīng)用存在很多技術(shù)瓶頸，如：在數(shù)據(jù)的采集時數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析的重要環(huán)節(jié)，在這一環(huán)節(jié)有很多技術(shù)挑戰(zhàn)；面對海量教育數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的存儲、處理和分析都存在技術(shù)考驗；另外由于目前沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范，不同系統(tǒng)之間的兼容也是一大問題。從全局考慮，我國的教育大數(shù)據(jù)系統(tǒng)應(yīng)遵循頂層設(shè)計原則，由教育部對數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)存儲等問題制定統(tǒng)一規(guī)范，下級企業(yè)、學(xué)校按照統(tǒng)一規(guī)范去設(shè)計自己的系統(tǒng)，這帶來了新的技術(shù)挑戰(zhàn)。

教育大數(shù)據(jù)的安全與隱私挑戰(zhàn)

在倫理道德方面，教育大數(shù)據(jù)面臨著數(shù)據(jù)安全與保護(hù)隱私的挑戰(zhàn)。教育大數(shù)據(jù)不僅是一種寶貴的教育收益，而且有關(guān)學(xué)習(xí)者和教育工作者的隱私權(quán)，其潛在的安全和隱私甚至是無法用常用辦法評估出來，甚至無法通過獨(dú)立的方法進(jìn)行評估。如果教育大數(shù)據(jù)處理不當(dāng)將導(dǎo)致嚴(yán)重的安全漏洞，甚至是影響區(qū)域教育政策的制定。教育數(shù)據(jù)所有權(quán)究竟屬于學(xué)習(xí)者還是運(yùn)行平臺或是雙方共享，這是互聯(lián)網(wǎng)教育和教育大數(shù)據(jù)發(fā)展所面臨的必然問題。如何保證所有權(quán)歸屬、如何判定所有權(quán)歸屬，這些仍是需要深慮的問題。

教育大數(shù)據(jù)的價值挑戰(zhàn)

教育大數(shù)據(jù)技術(shù)挖掘出教育數(shù)據(jù)的巨大價值，但是數(shù)據(jù)的權(quán)屬問題不是傳統(tǒng)的財產(chǎn)、知識產(chǎn)權(quán)等可以涵蓋的，數(shù)據(jù)成為國家間爭奪的資源，人口紅利、地大物博、經(jīng)濟(jì)實力、文化優(yōu)勢等都體現(xiàn)為數(shù)據(jù)資源儲備和數(shù)據(jù)服務(wù)影響力。

教育大數(shù)據(jù)是一種無形資產(chǎn)，國家應(yīng)當(dāng)保障教育大數(shù)據(jù)不外泄并不被惡意使用，而且還要兼顧部分?jǐn)?shù)據(jù)向公眾開放，發(fā)揮其應(yīng)用的社會價值，做到適當(dāng)?shù)木C合評估來進(jìn)行價值平衡，這也是前所未有的一種挑戰(zhàn)。