基于大數(shù)據(jù)的個(gè)性化教育方法體系構(gòu)建

米春橋，鄧青友，李曉梅，劉毅文，趙嫦花

（1.懷化學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 懷化418000；2.懷化學(xué)院 人事處，湖南 懷化418000；3.武陵山片區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)智能控制技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 懷化418000）

0 引 言

當(dāng)前，隨著信息技術(shù)的頻繁更新與社會的加速發(fā)展，傳統(tǒng)的教育模式由于教學(xué)內(nèi)容單一、教學(xué)方式被動(dòng)、教學(xué)環(huán)境封閉等，已不能適應(yīng)現(xiàn)代教育培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的需要[1]。個(gè)性化教育以學(xué)生發(fā)展為中心、尊重個(gè)體差異、突出個(gè)性化能力發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化的重要方式?；诖髷?shù)據(jù)的個(gè)性化教育是在各類信息系統(tǒng)支持下，通過學(xué)情大數(shù)據(jù)分析，對學(xué)生個(gè)體差異進(jìn)行充分認(rèn)知、對學(xué)習(xí)資源內(nèi)容進(jìn)行個(gè)性推薦、對學(xué)習(xí)過程行為風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)警、對學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行多元評價(jià)分析并及時(shí)反饋調(diào)整學(xué)習(xí)過程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)性的自主學(xué)習(xí)與自我發(fā)展的一種現(xiàn)代個(gè)性化智慧教育新模態(tài)。它既能豐富學(xué)習(xí)資源、便捷學(xué)習(xí)方式，又能打破傳統(tǒng)教育環(huán)境的時(shí)空限制、滿足學(xué)生的真實(shí)需求、突出個(gè)性能力發(fā)展目的[2]。

1 現(xiàn)狀分析

個(gè)性化教育的思想在國內(nèi)外自古有之，在我國，孔子最早提出“因材施教”個(gè)性化教育理念并付諸實(shí)踐；在西方，蘇格拉底尊重人的天賦差異提出“助產(chǎn)術(shù)”啟發(fā)式個(gè)性化教育方法，昆體良關(guān)注學(xué)生個(gè)體差異提出“揚(yáng)長避短、長善救失”的施教思想[3]。我國后來出現(xiàn)的私塾制、師徒制等教育模式也都是個(gè)性化教育實(shí)踐的體現(xiàn)。由于我國當(dāng)時(shí)整體上還處于農(nóng)業(yè)社會時(shí)期，因此個(gè)性化教育的受益面很小并且效率也不高。在近現(xiàn)代，由于工業(yè)社會大規(guī)?；a(chǎn)的思想影響，班級授課式的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)校教育模式出現(xiàn)，擴(kuò)大了受教育的人數(shù)并提高了教育過程實(shí)施的效率，但同時(shí)喪失了個(gè)性化教育的特征。個(gè)性化教育一直存在個(gè)性化與規(guī)?；豢杉娴谩⑿Чc效率難以平衡的問題。當(dāng)前，人類已經(jīng)進(jìn)入信息社會時(shí)代，借助大數(shù)據(jù)、教育數(shù)據(jù)挖掘、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)[4-5]，可以在保持個(gè)性化特征的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的個(gè)性化教育，促進(jìn)效果與效率的同步提升。教育大數(shù)據(jù)挖掘是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代個(gè)性化智慧教育的重要方式[6]，相關(guān)的研究包括關(guān)于學(xué)生個(gè)體特征的量化自我研究[7]、關(guān)于學(xué)習(xí)資源推薦的研究[8]、關(guān)于個(gè)性化學(xué)習(xí)評價(jià)的研究[9]、關(guān)于個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)支持系統(tǒng)的研究[10-11]等，然而關(guān)于大數(shù)據(jù)時(shí)代個(gè)性化教育具體架構(gòu)與方法體系的研究目前還不多見。

2 體系構(gòu)建

2.1 總體架構(gòu)

現(xiàn)代個(gè)性化教育在總體架構(gòu)上包括理論、資源、方法與應(yīng)用4個(gè)層面，如圖1所示。理論基礎(chǔ)層包括馬克思的實(shí)踐人學(xué)理論和加德納的多元智能理論，前者體現(xiàn)個(gè)性化教育中人的發(fā)展目標(biāo)，后者為個(gè)性化教育中的多元評價(jià)理念奠定良好的教育心理學(xué)基礎(chǔ)[12]。資源內(nèi)容層包括豐富的理論及實(shí)踐教學(xué)資源、個(gè)性化的個(gè)體學(xué)習(xí)內(nèi)容資源、靈活多樣的教育環(huán)境資源、便捷的學(xué)習(xí)過程資源、詳細(xì)的學(xué)習(xí)結(jié)果信息等，滿足個(gè)性化教育中不同個(gè)體的差異化需求。方法技術(shù)層包括學(xué)生個(gè)體特征差異化認(rèn)知方法、學(xué)習(xí)資源個(gè)性化推薦方法、學(xué)習(xí)績效多維度評價(jià)方法、人工智能技術(shù)、教育大數(shù)據(jù)技術(shù)等，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代個(gè)性化教育的高效性與精準(zhǔn)性。應(yīng)用實(shí)踐層包括過程化的教學(xué)管理、個(gè)性化的學(xué)習(xí)指導(dǎo)、精準(zhǔn)化的學(xué)情分析、智能化的推薦服務(wù)、多元化的考核評價(jià)等具體應(yīng)用，打破時(shí)空限制，實(shí)現(xiàn)便捷的現(xiàn)代個(gè)性化教育全流程信息化與智慧化實(shí)踐。

圖1 現(xiàn)代個(gè)性化教育模式總體架構(gòu)

2.2 具體方法

基于大數(shù)據(jù)的個(gè)性化教育方法體系如圖2所示，它以學(xué)情大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，借助現(xiàn)代信息技術(shù)與數(shù)據(jù)挖掘方法，在個(gè)性化教育綜合服務(wù)信息系統(tǒng)的支持下，實(shí)現(xiàn)學(xué)生個(gè)體特征差異化認(rèn)知、學(xué)習(xí)資源個(gè)性化推薦、學(xué)習(xí)過程個(gè)性化指導(dǎo)、學(xué)習(xí)行為個(gè)性化預(yù)警、學(xué)習(xí)結(jié)果多元化評價(jià)等個(gè)性化教育全流程的過程化管理與個(gè)性化服務(wù)。

1）基礎(chǔ)學(xué)情大數(shù)據(jù)收集方法。

圖2 基于大數(shù)據(jù)的個(gè)性化教育方法體系

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源是實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的個(gè)性化教育的重要基礎(chǔ)，包括采用問卷調(diào)查、訪談等人工方式采集學(xué)生的學(xué)習(xí)認(rèn)知、教師的教學(xué)認(rèn)知、管理者的服務(wù)認(rèn)知等個(gè)性化教育認(rèn)知數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)集成、融合等半自動(dòng)化的方式歸檔現(xiàn)有的各級各類教育教學(xué)業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)中的學(xué)生人口學(xué)、學(xué)習(xí)行為狀態(tài)等數(shù)據(jù)，采用現(xiàn)代智能可穿戴設(shè)備、智能環(huán)境傳感器等全自動(dòng)化的方式采集學(xué)生的學(xué)習(xí)情感狀態(tài)等數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)學(xué)情大數(shù)據(jù)的全閉環(huán)伴隨式收集，為學(xué)生個(gè)性特征認(rèn)知及個(gè)性化教育實(shí)施提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)保障。

2）學(xué)生個(gè)體特征充分認(rèn)知方法。

對學(xué)生個(gè)體特征的充分認(rèn)知是個(gè)性化教育尊重個(gè)體差異的基本前提，包括采用協(xié)同過濾、模式匹配等方法對學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)與動(dòng)機(jī)的認(rèn)知，采用聚類分析、離群挖掘等方法對不同學(xué)習(xí)興趣與偏好的認(rèn)知，采用概率統(tǒng)計(jì)、回歸分析等方法對學(xué)習(xí)過程行為風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)知，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)等方法對學(xué)習(xí)結(jié)果表現(xiàn)的認(rèn)知等，以開展有針對性的個(gè)性化教育服務(wù)。

3）個(gè)性化學(xué)習(xí)資源建設(shè)方法。

豐富的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源內(nèi)容建設(shè)是實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教育的基本保障，包括基于個(gè)性化學(xué)習(xí)理論、以學(xué)生為中心設(shè)計(jì)可供不同學(xué)生自主學(xué)習(xí)的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源，根據(jù)學(xué)生個(gè)體差異設(shè)計(jì)配套的自主測驗(yàn)任務(wù)，利用現(xiàn)代信息技術(shù)、采用短視頻等多媒體便捷方式呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)資源按需定制的建設(shè)機(jī)制。

4）個(gè)性化學(xué)習(xí)資源推薦方法。

學(xué)習(xí)資源個(gè)性化推薦是個(gè)性化教育本質(zhì)特征的重要體現(xiàn)，包括基于學(xué)生個(gè)性特征與興趣愛好的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源初步篩選，基于學(xué)習(xí)過程行為偏好及強(qiáng)弱項(xiàng)表現(xiàn)的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源修正選擇，基于關(guān)聯(lián)分析、聚類算法、協(xié)同過濾等數(shù)據(jù)挖掘方法的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源精準(zhǔn)定位，利用系統(tǒng)提示、個(gè)性鏈接、微信消息等現(xiàn)代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化資源及時(shí)呈送等。

5）個(gè)性化學(xué)生指導(dǎo)方法。

對學(xué)生實(shí)施個(gè)性化指導(dǎo)是個(gè)性化教育具體實(shí)施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包括采用學(xué)習(xí)能力基值分析法、學(xué)習(xí)效益對比分析法、學(xué)習(xí)風(fēng)險(xiǎn)閾值提醒法等快速及時(shí)地發(fā)現(xiàn)需要幫助的學(xué)生對象，采用學(xué)習(xí)進(jìn)度演變分析法、知識掌握情況累積分析法、學(xué)習(xí)薄弱環(huán)節(jié)離群分析法等準(zhǔn)確定位需要幫助的主題內(nèi)容及薄弱點(diǎn)，基于個(gè)性化教育綜合服務(wù)信息系統(tǒng)借助現(xiàn)代信息技術(shù)高效實(shí)施有針對性的個(gè)性化指導(dǎo)等。

6）精準(zhǔn)化學(xué)情預(yù)警方法。

精準(zhǔn)的學(xué)情預(yù)警是個(gè)性化教育質(zhì)量保障的必要措施，包括采用概率統(tǒng)計(jì)、模糊分類等方法進(jìn)行學(xué)業(yè)基礎(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，采用變異系數(shù)、分位點(diǎn)等方法進(jìn)行學(xué)業(yè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，采用特異值檢測、離群分析等方法進(jìn)行學(xué)業(yè)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，采用模糊綜合法、層次分析法等實(shí)現(xiàn)綜合學(xué)業(yè)質(zhì)量評估與學(xué)情風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，提高個(gè)性化學(xué)習(xí)效果。

7）多元化學(xué)習(xí)考評方法。

多元個(gè)性化考評是檢驗(yàn)個(gè)性化教育效果的重要方法，包括基于學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)采用教師點(diǎn)評的方法對學(xué)生處理問題能力與動(dòng)手實(shí)踐能力的評價(jià)，基于學(xué)習(xí)互動(dòng)數(shù)據(jù)采用學(xué)生互評的方法對學(xué)生交際能力與團(tuán)隊(duì)合作精神的評價(jià)，基于學(xué)習(xí)結(jié)果數(shù)據(jù)采用系統(tǒng)自評的方法對學(xué)生的平時(shí)表現(xiàn)與學(xué)科成績的評價(jià)，基于問卷調(diào)查與訪談?dòng)涗洈?shù)據(jù)采用學(xué)生自評與家長助評的方法對學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)與身心素質(zhì)進(jìn)行評價(jià)等，以實(shí)現(xiàn)全面動(dòng)態(tài)過程性與多維個(gè)性化的評價(jià)。

8）過程化教學(xué)管理方法。

對個(gè)性化學(xué)習(xí)與教學(xué)進(jìn)行全流程的過程化管理是提升個(gè)性化教育效率與效果的重要手段，包括采用過程回溯法對學(xué)生的學(xué)習(xí)筆記、學(xué)習(xí)疑惑、課程作業(yè)等學(xué)習(xí)過程的管理，采用記錄歸檔法對教師的教學(xué)資源、教學(xué)進(jìn)度、教學(xué)測評等教學(xué)過程的管理，采用社交網(wǎng)絡(luò)分析法對師生互動(dòng)、同學(xué)互動(dòng)、人機(jī)互動(dòng)等交互過程的管理，以增強(qiáng)學(xué)生在教學(xué)中的參與性。

9）信息化服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)方法。

完善的個(gè)性化教育綜合服務(wù)信息系統(tǒng)是現(xiàn)代個(gè)性化教育能夠兼顧規(guī)?；c個(gè)性化、保持效率與效果的重要支撐手段，包括設(shè)計(jì)由用戶層、環(huán)境層、應(yīng)用層、算法層、數(shù)據(jù)層、理論層等組成的主體框架結(jié)構(gòu)，采用機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)可視化等現(xiàn)代信息處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的個(gè)性化教育方法體系，采用JavaScript、CSS、HTML、Java、.NET、消息推送等程序語言與技術(shù)開發(fā)靈活便捷的服務(wù)終端等，以實(shí)現(xiàn)全面的信息化管理。

3 結(jié) 語

基于大數(shù)據(jù)的現(xiàn)代個(gè)性化教育4層總體架構(gòu)模式與9個(gè)方面的具體方法體系有利于解決現(xiàn)代個(gè)性化教育一直面臨的個(gè)性化與規(guī)?；⑿Чc效率難以平衡的問題，未來隨著智能傳感器、可穿戴設(shè)備、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等新興技術(shù)在教育教學(xué)中的深度融合應(yīng)用，可為現(xiàn)代個(gè)性化教育提供更細(xì)粒度的數(shù)據(jù)支撐、更精準(zhǔn)的算法應(yīng)用，將進(jìn)一步促進(jìn)大規(guī)模個(gè)性化智慧教育的實(shí)現(xiàn)。