基于大數(shù)據(jù)的教育平臺(tái)的設(shè)想

南京市寧海中學(xué)（高中部） 翟家祺

一、傳統(tǒng)教育對(duì)于“因材施教”的局限

著名的教育家孔子曾經(jīng)說過對(duì)于學(xué)生最重要的是“因材施教”，但是教育方式大多都是分班制，每個(gè)班級(jí)的人數(shù)也在四五十個(gè)，每個(gè)班級(jí)的老師精力有限，不可能有時(shí)間去鉆研每個(gè)學(xué)生的特點(diǎn)從而找到適合的學(xué)習(xí)方法。另外即使有充足的時(shí)間找到學(xué)生適合的學(xué)習(xí)教學(xué)方法也會(huì)夾雜著老師的主觀印象?？傊畞碚f，我們崇尚“因材施教”，但是現(xiàn)實(shí)是很難做到。

傳統(tǒng)教育方式針對(duì)性差：在學(xué)科針對(duì)性上，并非每一門學(xué)科的學(xué)習(xí)方法都是一樣的，文科注重積累，理科注重思路，細(xì)細(xì)分下去，各科都有各科獨(dú)特的特點(diǎn)。所以不同的學(xué)科的授課方式要根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)來設(shè)計(jì)效果更佳。但是現(xiàn)在的老師大多都是根據(jù)以往教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)上設(shè)計(jì)課程，這就造成了教學(xué)方式和資料落后。在教學(xué)方案針對(duì)性，傳統(tǒng)教育中，老師準(zhǔn)備的教學(xué)資料大多是針對(duì)大多數(shù)學(xué)生來設(shè)計(jì)的，這就會(huì)對(duì)平均水平以上和平均水平以下的學(xué)生不利，一些尖子生會(huì)重復(fù)已有的知識(shí)技能，而很難有效的提升。而對(duì)于一些差生會(huì)因?yàn)楦簧侠蠋熗瑢W(xué)的節(jié)奏而更加落后普。再加上每一個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力不同，學(xué)習(xí)習(xí)慣迥異，性格愛好五花八門，再加上出生環(huán)境的不同，父母學(xué)歷這些因素都會(huì)影響學(xué)生的成績。

學(xué)生、老師與家長了解的信息不對(duì)等：學(xué)生大多的時(shí)間實(shí)在學(xué)校里度過的，本來和家長相處的時(shí)間就少，再加上學(xué)生學(xué)業(yè)繁重，有些家長也比較忙，學(xué)生和家長之間的溝通就越來越少。大多數(shù)家長了解自己孩子學(xué)習(xí)的情況大多數(shù)是通過家長會(huì)，然而家長會(huì)提供的資料只是一個(gè)方面，作為孩子的第一個(gè)老師的父母不能像老師那樣了解學(xué)生詳細(xì)的情況。

二、大數(shù)據(jù)技術(shù)有益于教育改革的推進(jìn)

這是一個(gè)信息爆炸的時(shí)代，隨著信息的爆發(fā)式增長，海量數(shù)據(jù)由此而生，人們通常將這種大規(guī)模的數(shù)據(jù)集稱為大數(shù)據(jù)[1]。在網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)發(fā)展迅速的今天，大數(shù)據(jù)也可以認(rèn)為是這個(gè)時(shí)代緊密聯(lián)系的，大數(shù)據(jù)將改變我們的一些生活方式。如果能用好大數(shù)據(jù)，首先應(yīng)該了解大數(shù)據(jù)，那么大數(shù)據(jù)有哪些特點(diǎn)呢[1]：

（1）Volume(大體量)：數(shù)據(jù)量大，教育資源的數(shù)據(jù)量包括眾多學(xué)生，老師，班級(jí)等產(chǎn)生的數(shù)據(jù)至少是P開始的，1p通常等于1000個(gè)T，另外需要計(jì)算和存儲(chǔ)的量也很大。

（2）Variety(多樣性)：種類和來源多樣化?？梢允墙Y(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化，也可以是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，具體表現(xiàn)為音頻、網(wǎng)絡(luò)日志、圖片、視頻、地理位置信息等等，對(duì)于教育數(shù)據(jù)可以是視頻，成績，音頻等等。

（3）Value(大價(jià)值)：大數(shù)據(jù)有數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)價(jià)值密度相對(duì)較低，但是在現(xiàn)在機(jī)器學(xué)習(xí)的時(shí)代，能夠從大量的數(shù)據(jù)中找到有價(jià)值的數(shù)據(jù)，然后做相應(yīng)的分析可以獲得較大的價(jià)值。

（4）Velocity(時(shí)效性)：現(xiàn)在大多數(shù)的設(shè)備都是聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行的，通常學(xué)生，老師的數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)的記錄下來。

（5）Veracity(準(zhǔn)確性)：通常收集到的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的。我們可以利用大數(shù)據(jù)的這些特點(diǎn)來改進(jìn)當(dāng)今的教育方式。

利用大數(shù)據(jù)的這五個(gè)重要的特性，在教育領(lǐng)域我們可以推進(jìn)教育方面的進(jìn)步，主要表現(xiàn)兩個(gè)方面。

（1）有目的的分析教育數(shù)據(jù)：產(chǎn)生的教育數(shù)據(jù)可以用來作為機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘的數(shù)據(jù)集。其中數(shù)據(jù)挖掘不同于早期web日志的挖掘，數(shù)據(jù)挖掘是在計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)支持下，由學(xué)生行為更全面準(zhǔn)確地收集到的一種新的教育模式。教育工作者在數(shù)據(jù)挖掘的教育過程中可以找到這些數(shù)據(jù)的模式和規(guī)律，以便建立模型并預(yù)測(cè)學(xué)生如何學(xué)習(xí)。

（2）完善老師教學(xué)的模型：收集學(xué)生的數(shù)據(jù)，我們可以從中提取分析有用的數(shù)據(jù)。然后對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)方式以及班級(jí)的特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)畫像。任課的老師針對(duì)產(chǎn)生的分析設(shè)計(jì)教學(xué)方式和計(jì)劃[2]。

三、基于大數(shù)據(jù)的教育平臺(tái)的設(shè)想（見圖1）

數(shù)據(jù)采集：數(shù)據(jù)采集是大數(shù)據(jù)教育平臺(tái)的核心內(nèi)容之一，學(xué)生在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，老師教學(xué)的數(shù)據(jù)，高考和平時(shí)練習(xí)題目產(chǎn)生的一些數(shù)據(jù)都可以數(shù)據(jù)的共享傳輸。數(shù)據(jù)采集是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算平臺(tái)的前提。對(duì)于數(shù)據(jù)采集我們選擇數(shù)據(jù)采集源，設(shè)置采集的時(shí)間，周期等參數(shù)。我們采集的數(shù)據(jù)在經(jīng)過相應(yīng)的處理之后存到原始數(shù)據(jù)倉庫，作為教育平臺(tái)的基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是大數(shù)據(jù)教育平臺(tái)的重要內(nèi)容之一。用來存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫可以由關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Mysql、Oracle、sqlserver，也可以是非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，比如說Redis，Hbase等。我們要求采集的數(shù)據(jù)應(yīng)該按照一定規(guī)則存在數(shù)據(jù)庫里。

圖1 基于大數(shù)據(jù)的教育平臺(tái)

數(shù)據(jù)備份：因?yàn)閿?shù)據(jù)存儲(chǔ)有不安全的因素，單一的存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)容易在服務(wù)器斷電、毀壞等問題容易丟失，所以我們要做相應(yīng)的數(shù)據(jù)備份，數(shù)據(jù)備份一般會(huì)備用3-5份，以備不時(shí)之需。

計(jì)算平臺(tái)：計(jì)算平臺(tái)是大數(shù)據(jù)教育平臺(tái)的核心內(nèi)容之一，像大腦的作用。計(jì)算平臺(tái)主要是用來分析數(shù)據(jù)，這里可以是像Hadoop大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，在計(jì)算中會(huì)采用數(shù)據(jù)挖掘中相關(guān)的算法、模型。教育大數(shù)據(jù)中心將有效整合數(shù)據(jù)挖掘和分析方法，常用的數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域，如相關(guān)分析、聚類分析、分類分析、異常分析、特定群體分析和進(jìn)化分析等，和現(xiàn)有的挖掘算法是比較成熟的開放源代碼工具集成到教育數(shù)據(jù)中心平臺(tái)，在一方面，為方便各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘程序，另一方面可以更加有針對(duì)性的分析，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了多種模式，如課程學(xué)習(xí)成功的預(yù)測(cè)模型，區(qū)域教育均衡發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)模型，學(xué)生學(xué)習(xí)障礙的診斷模型，教學(xué)行為模式模型等。

權(quán)限管理：角色與權(quán)限管理是整個(gè)系統(tǒng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，不同的用戶只有被分配不同的角色后才會(huì)根據(jù)自己的權(quán)限來享受相應(yīng)的服務(wù)。有了權(quán)限管理才能保證大家各司其職，數(shù)據(jù)等的安全。角色與權(quán)限管理的具體功能包括:角色管理、添加角色、刪除角色、修改角色、用戶角色分配、角色權(quán)限關(guān)聯(lián)、群組管理等。

安全管理：安全管理負(fù)責(zé)大數(shù)據(jù)教育平臺(tái)的安全保密，是這個(gè)系統(tǒng)重要的一部分。教育大數(shù)據(jù)中心對(duì)數(shù)據(jù)的備份策略、恢復(fù)機(jī)制、加密策略、數(shù)據(jù)清理等都有很高的要求。首先要數(shù)據(jù)庫的備份，可以是鏡像和快照，在遇到問題的時(shí)候可以通過快照和鏡像來恢復(fù)數(shù)據(jù)。為了保證數(shù)據(jù)不被危險(xiǎn)的人員查看我們對(duì)數(shù)據(jù)做一個(gè)加密，可以MD5,RSA等方式。定期查看數(shù)據(jù)，對(duì)不需要數(shù)據(jù)做一定清理。還要會(huì)查看操作日志，在出現(xiàn)問題的時(shí)候通過日志來定位。

可視化分析和重現(xiàn)：可視化分析和重現(xiàn)是對(duì)于需要了解數(shù)據(jù)分析結(jié)果人員而言的，通過計(jì)算平臺(tái)使用不同數(shù)據(jù)挖掘的模型產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)果，然后對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果做一些處理，以文字，圖標(biāo)(折線圖，柱狀圖，餅形圖)等形式顯示給用戶查看[3]。

數(shù)據(jù)本身不產(chǎn)生價(jià)值，如何分析和利用大數(shù)據(jù)對(duì)教育產(chǎn)生幫助才是關(guān)鍵。教育大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)于教師來說，其能夠改善現(xiàn)有的學(xué)校考核方式，用來評(píng)估課程和機(jī)構(gòu)，并提供更多的教學(xué)分析數(shù)據(jù)，方便教師在分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，為學(xué)生提供更多、更有針對(duì)性的教學(xué)干預(yù)；對(duì)于學(xué)生來說，基于學(xué)習(xí)行為的大數(shù)據(jù)分析，讓學(xué)生以學(xué)習(xí)者的角度了解學(xué)習(xí)過程發(fā)生的機(jī)制，以此來優(yōu)化學(xué)習(xí)，并展開自我導(dǎo)向?qū)W習(xí)和適應(yīng)性學(xué)習(xí)。對(duì)于家長來說，有利于全程跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，為學(xué)習(xí)方法和路經(jīng)的選擇多些參考與指導(dǎo)。

四、大數(shù)據(jù)的教育平臺(tái)能提高教育的針對(duì)性

（1）學(xué)科教學(xué)針對(duì)性。大數(shù)據(jù)可以根據(jù)每一科目的特點(diǎn)及每個(gè)學(xué)生的掌握程度“私人訂制”每個(gè)學(xué)生每天的學(xué)習(xí)任務(wù)。比如，通過對(duì)學(xué)生己經(jīng)擁有的知識(shí)、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)認(rèn)知和學(xué)習(xí)態(tài)度等方面的數(shù)據(jù)分析和處理、預(yù)測(cè)學(xué)生的學(xué)業(yè)表現(xiàn)，并向其推薦他們可能取得優(yōu)秀學(xué)業(yè)表現(xiàn)的課程。系統(tǒng)先獲取某個(gè)學(xué)生以前(高中或大學(xué))的學(xué)業(yè)表現(xiàn)，然后從已畢業(yè)學(xué)生的成績庫中找到與之成績表現(xiàn)相似的學(xué)生，分析以前的成績和待選課程表現(xiàn)之間的相關(guān)性、結(jié)合某專業(yè)的要求和學(xué)生能夠完成的課程進(jìn)行分析、利用這些信息預(yù)測(cè)學(xué)生未來在課程中可能取得的成績，最后綜合考量并預(yù)測(cè)的學(xué)生成績。再例如，根據(jù)遺忘曲線幫助學(xué)生復(fù)習(xí)英語單詞，或是根據(jù)學(xué)生在平時(shí)的作業(yè)或是考試中所犯的錯(cuò)誤，有針對(duì)性地重點(diǎn)復(fù)習(xí)幫助學(xué)生有效提升學(xué)習(xí)效果。

（2）教學(xué)方案針對(duì)性。大數(shù)據(jù)可以根據(jù)全班同學(xué)的掌握情況做出具體分析，制定適合絕大部分同學(xué)都能接受的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)難度。從而提高教師講課的效率，達(dá)到學(xué)生事半功倍的目的。通過大數(shù)據(jù)的云計(jì)算平臺(tái)，我們可以準(zhǔn)確的找到符合學(xué)生的教學(xué)方式。比如說我們可以通過學(xué)生在學(xué)習(xí)平臺(tái)上產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，判斷學(xué)生適合學(xué)習(xí)文科還是理科，該學(xué)生適合以學(xué)生為主導(dǎo)的課堂還是以老師為主導(dǎo)的課堂。

（3）學(xué)生學(xué)習(xí)針對(duì)性。根據(jù)每一個(gè)學(xué)生的作業(yè)及考試情況判定其對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，然后根據(jù)其掌握情況找出相應(yīng)的試題，讓學(xué)生正真的掌握他們?cè)炔粫?huì)的或是有疑問的知識(shí)點(diǎn)，從而達(dá)到學(xué)生學(xué)習(xí)成績穩(wěn)定提升的目的。比如說我們可以計(jì)算學(xué)生失分的主要是知識(shí)點(diǎn)不會(huì)，計(jì)算失誤，還是其它原因，也可以得出每個(gè)學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)并且能熟練運(yùn)用需要付出多長時(shí)間的練習(xí)等[4]。