大數(shù)據(jù)在中學教育中的應用芻議

孫澤浩

(武漢市第二高級中學，湖北 武漢 430010)

0 引言

大數(shù)據(jù)是指通過現(xiàn)代網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)技術，對已發(fā)生事物的可觀測、可記錄痕跡的數(shù)據(jù)性編碼。隨著信息技術的發(fā)展，全球數(shù)據(jù)呈爆發(fā)增長、海量集聚的特點，大數(shù)據(jù)時代已經(jīng)到來[1]。黨的十八屆五中全會明確提出發(fā)展大數(shù)據(jù)國家戰(zhàn)略[2]，習主席在2017年12月8日中央政治局集體學習時再次強調，“大數(shù)據(jù)發(fā)展日新月異，應加快推動實施國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，更好地服務于我國經(jīng)濟社會發(fā)展和人民生活改善”。以前瞻的眼光系統(tǒng)地認識和發(fā)掘大數(shù)據(jù)在中學教育中的應用[3]，對推進中學教育模式創(chuàng)新、管理轉變和質量提升，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 中學教育的大數(shù)據(jù)形態(tài)特征

大數(shù)據(jù)包括文本、視頻、音頻、圖片和地理位置等多種媒體形式，具有結構化、半結構化、非結構化等多種類別樣式。國際數(shù)據(jù)公司(IDC)認為大數(shù)據(jù)具有“4V”的核心特征，即海量的數(shù)據(jù)規(guī)模(Volume)、快速的數(shù)據(jù)流轉與動態(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)[4]?！按髷?shù)據(jù)”不僅僅強調數(shù)據(jù)之“大”，更強調對數(shù)據(jù)的采集、處理、統(tǒng)計分析和挖掘應用。

1.1 中學教育大數(shù)據(jù)的主要內容

中學信息化教學設備與系統(tǒng)的建設與運用，為“中學教育大數(shù)據(jù)”的產(chǎn)生創(chuàng)造了物質基礎。在信息化教育管理平臺、資源管理平臺、在線學習平臺、校園一卡通等系統(tǒng)中，日常教學活動所產(chǎn)生的各類基礎數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)，如師生基本信息、教學活動信息、教育管理信息、教學評價信息、學籍學分信息、教學研究信息、儀器設備信息和各類通訊信息等，都可以成為教育大數(shù)據(jù)。就學生大數(shù)據(jù)而言，具體內容可包括學生基本信息、上課表現(xiàn)、學習成績、實踐素養(yǎng)、文藝素養(yǎng)、考勤情況、健康狀況、成長記錄等，還可以是學生課外輔導、作業(yè)負擔、就餐費用、睡眠時間、家庭背景等相關數(shù)據(jù)；就教學活動大數(shù)據(jù)而言，具體可包括教學計劃、教學組織、教學模式、教學方法、課堂實施、參觀見學、社會實踐等相關數(shù)據(jù)信息。

1.2 中學教育大數(shù)據(jù)的基本特征

一是數(shù)據(jù)多樣化。既包括各種靜態(tài)的教學資料數(shù)據(jù)，也包括各種動態(tài)的教育過程數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)格式、編碼方式、應用特征等方面存在很大差異。二是數(shù)據(jù)精細化。全方位記錄中學教育教學實施、監(jiān)管、測評等情況，不再是傳統(tǒng)的“抽樣數(shù)據(jù)”。三是數(shù)據(jù)規(guī)?；?。具有日常連續(xù)性和歷史累積性，內容豐富、類型多樣，很容易達到GB、TB，甚至PB級規(guī)模。四是數(shù)據(jù)增值化。對收集的教育大數(shù)據(jù)進行“加工”可以實現(xiàn)“增值”，發(fā)現(xiàn)“數(shù)據(jù)走勢”，得出教育規(guī)律。

1.3 中學教育大數(shù)據(jù)的辯證特性

一是作為海量數(shù)據(jù)，其“有效數(shù)據(jù)”有限。自然狀態(tài)下收集的教育大數(shù)據(jù)，既“原汁原味”也往往“魚目混珠”，部分數(shù)據(jù)可能因為難以甚至無法利用而顯得無效、多余，造成“數(shù)據(jù)迷霧”現(xiàn)象。二是作為全樣本數(shù)據(jù)，其“代表性數(shù)據(jù)”有限。雖然大數(shù)據(jù)能全面、精細描述中學教育情況，但海量的“大數(shù)據(jù)”有可能淹沒部分有代表性的“小數(shù)據(jù)”，造成“數(shù)據(jù)霸權”現(xiàn)象。三是雖然是事實性數(shù)據(jù)，但動態(tài)多變。雖然數(shù)據(jù)使得“事實勝于雄辯”，但數(shù)據(jù)相關的業(yè)務模型會動態(tài)變化，如果在數(shù)據(jù)驅動決策中不能常態(tài)更新、迭代優(yōu)化，極易造成“數(shù)據(jù)說謊”假象。四是雖然易于采集與傳遞，但存在隱私和安全隱患。部分教育大數(shù)據(jù)具有保密性，如果在數(shù)據(jù)采集和傳遞過程中不注重數(shù)據(jù)管控和過濾，很容易泄露或被竊取，誘發(fā)“數(shù)據(jù)安全”隱患。

2 大數(shù)據(jù)對中學教育的影響

信息化條件下，教育平臺更加開放、教育資源更加豐富、教育模式更加靈活，大數(shù)據(jù)信息更加豐富。教育信息從“數(shù)據(jù)”到“大數(shù)據(jù)”，本質上是數(shù)據(jù)思維的運用、數(shù)據(jù)質量的優(yōu)化、數(shù)據(jù)能力的發(fā)掘，將對中學教育理念提煉、教學模式創(chuàng)新、教學行為規(guī)范、教育評價完善等帶來深刻影響。

2.1 革新中學教育理念

一是大數(shù)據(jù)的多角度思維要求確立精細化教管理念。大數(shù)據(jù)從多種角度微觀、精準記錄中學教育情況，可以更加細致、更加準確地描述中學教學細節(jié)，因此要樹立“用數(shù)據(jù)說話”的精細化管理理念，克服傳統(tǒng)宏觀分析帶來的局限。二是大數(shù)據(jù)的預見性思維要求增強超前預見的理念。大數(shù)據(jù)是“預測未來的先知”，消除不確定性是大數(shù)據(jù)起源與發(fā)展的重要動力，因此要善于利用大數(shù)據(jù)技術揭示中學教育的內在邏輯和變化規(guī)律，進而超前預見中學教育需求、趨勢和問題。三是大數(shù)據(jù)的全方位思維要求強化全面評價的理念。大數(shù)據(jù)能全方位獲取中學教育數(shù)據(jù)，因而可以建立系列的評價指標群，對中學教育情況做出客觀的全面評價。

2.2 提升中學教育內容

一是豐富的大數(shù)據(jù)能拓展中學教育內容。大數(shù)據(jù)時代的教育內容來源渠道更寬、獲取手段更廣，特別是開放的網(wǎng)絡教育平臺很容易再生新的教育內容。二是便捷的大數(shù)據(jù)能加快中學教育內容更新。通過大數(shù)據(jù)技術對有關數(shù)據(jù)的收集、分析和反饋，中學教育內容可適時更新、調整、補充，內容選取具有更快的便捷性。三是可視的大數(shù)據(jù)能促使教學形式多樣化[5]。大數(shù)據(jù)條件下的數(shù)字化教育不再局限于文本展現(xiàn)、動畫呈現(xiàn)，而將由平面變成立體、由靜態(tài)變?yōu)閯討B(tài)、由實體變?yōu)樘摂M，使得教學內容的吸引力得到大大增強。

2.3 推動中學教育進程

一是網(wǎng)絡化大數(shù)據(jù)平臺技術提高中學教育的信息化水平[6]。大數(shù)據(jù)時代的中學教育，將從傳統(tǒng)的“書本教育”走向“數(shù)字教育、網(wǎng)絡教育”，信息化教學條件更加完備、使用更加便捷，老師與學生甚至可根據(jù)自己的時間、地點、方式需要而自主開展課下網(wǎng)上教學。二是智能化大數(shù)據(jù)分析技術滿足中學教育的個性化要求。通過智能化微觀分析教學情況、把握教學規(guī)律，動態(tài)反饋教學過程，及時調整教學計劃，有利于有針對性地“因材施教”，對每個學生實施獨立的教學輔導，按各自的進度把控學習節(jié)奏。三是虛擬化大數(shù)據(jù)展現(xiàn)技術增強抽象知識的形象理解。運用虛擬仿真、增強現(xiàn)實等大數(shù)據(jù)有關技術，能提升某些知識點直觀表現(xiàn)能力，使得學生更加容易理解知識要點。

2.4 完善中學教育評價

一是突出評價的過程性。通過全程采集、全面記錄、自動分析中學教育過程數(shù)據(jù)，可以對學生的學習和成長情況進行形成性評價，從而完整反映教學情況、持續(xù)監(jiān)控教育質量、及時預警薄弱項；二是增強評價的客觀性。“自然狀態(tài)下”采集的各類中學教育數(shù)據(jù)，更能客觀描述中學教育的實際情況，更便于公正評判中學教育質量，可避免傳統(tǒng)評價過于宏觀、依靠經(jīng)驗的不足；三是提升評價的互動性。全面采集有關數(shù)據(jù)，可支持教育局、中學校以及學生與家長對中學教育內容、進度、質量進行交互評價，避免傳統(tǒng)評價的不全面、不精準問題。

3 大數(shù)據(jù)在中學教育中的應用

隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡的寬帶化、數(shù)據(jù)處理的智能化，下大力研究大數(shù)據(jù)對中學教育中的深遠影響與現(xiàn)實作用。

3.1 探索創(chuàng)新教育模式

大數(shù)據(jù)反映了客觀現(xiàn)實，收集整理和推演分析相關教育教學大數(shù)據(jù)，可以洞悉和預判師生的未來行為，準確定位師生的內在需求，從而籌劃更加有效的教育教學流程，促進教育教學模式的轉型。例如，傳統(tǒng)教學主要獲取作業(yè)情況、課堂表現(xiàn)、考試測驗等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)只反饋了學習結果但不反映教學過程，無法評價教師教學模式的優(yōu)劣。而通過深度學習歷史教育大數(shù)據(jù)，發(fā)掘教育結果與教學活動之間的映射關系，就可以發(fā)現(xiàn)教學弱勢課程、學生缺漏項或進步趨勢，自適應推薦或協(xié)同創(chuàng)建最有效的教育模式方案，從而輔助制定教學或復習“作戰(zhàn)圖”，幫助學生提高學習成績，幫助學校提高升學率。

3.2 動態(tài)優(yōu)化教學過程

現(xiàn)代中學教育環(huán)境是多渠道、多方式、多手段的，為學校、家長、學生、監(jiān)管者各方深度參與教育過程提供了手段。利用學習分析技術[7]對中學教育數(shù)據(jù)進行分析挖掘，可清晰呈現(xiàn)學生差異、發(fā)現(xiàn)師生個性特點、診斷教學薄弱環(huán)節(jié)。這有助于優(yōu)化教育過程，真正做到因材施教；有助于提高教學效率，為老師減負增效。例如，收集分析學生作業(yè)時長、考試成績、課堂活躍度、線上閱讀量、論壇發(fā)言數(shù)等大數(shù)據(jù)，可以“定位”學生的學習習慣和知識偏差，發(fā)現(xiàn)教學薄弱項，形成學生錯題本和考試分析報告，通過對教學問題“對癥下藥”，動態(tài)調整學習計劃、優(yōu)化教學過程，快速提高教學效率和教育質量。

3.3 輔助決策教學活動

利用中學教育過程中產(chǎn)生的方案/教案數(shù)據(jù)、評估/成績數(shù)據(jù)、監(jiān)管/過程數(shù)據(jù)等“中學教育大數(shù)據(jù)”，可實現(xiàn)對中學教學活動的關聯(lián)分析或定量、定性分析，從而提高學校決策的科學化、師生管理的精細化，提高教學活動計劃的正確性、活動實施的及時性和活動評價的準確性，為改進中學教學活動提供依據(jù)或建議。例如，對各級組織的各種考試成績進行大數(shù)據(jù)分析，就可以形成知識點大數(shù)據(jù)“地圖”，清晰展現(xiàn)每個學生的成績與試卷知識點及其難度的關系，從而幫助老師了解每道題的得分率，把握每個學生的學習狀況，有重點地開展試卷講評活動。

3.4 綜合評估教育質量

全面采集中學教育大數(shù)據(jù)，多主體設置教育指標得分及權值比重，通過統(tǒng)計分析、深度學習、智能挖掘，可以“全要素”、“全過程”、“全員性”、“全方位”綜合評估教育質量，從而反饋教學計劃、教學實施、教學反思中的問題，發(fā)現(xiàn)與教育質量相關的師資、學生、管理等方面的影響因素，避免傳統(tǒng)中學教育評估的數(shù)據(jù)來源單一、評估結論淺顯、評估效力淺層等弊端。例如，利用學校、老師、學生、家長的日常登記、專項調查以及其他信息化手段，搜集與學生學習和生活相關的各種數(shù)據(jù)，使用統(tǒng)計分析工具以及分類、聚類、關聯(lián)規(guī)則挖掘、特征點提取、偏差分析、趨勢預測等數(shù)據(jù)挖掘軟件，就可以對學生的道德品質與素養(yǎng)、學業(yè)能力與成績、實踐與創(chuàng)新、交流與合作、技能與生活、運動與健康、審美與表現(xiàn)等進行綜合測評分析。

4 中學教育大數(shù)據(jù)建設對策

大數(shù)據(jù)是顛覆傳統(tǒng)思維范式、挑戰(zhàn)現(xiàn)有處理技術、亟待培育和發(fā)掘的新型資源。中學教育大數(shù)據(jù)的建設與應用是一項動態(tài)的、復雜的、持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)工程，應著力于思維轉變、系統(tǒng)建設和機制構建，逐步提高中學教育大數(shù)據(jù)的規(guī)模、活性及應用水平。

4.1 培育中學教育大數(shù)據(jù)思維能力

大數(shù)據(jù)不只是數(shù)據(jù)量大，也不僅是一套新的技術體系，更是一種方法論和決策思維。一是倡導“用數(shù)據(jù)說話”的思維理念。信息時代必須高度認識數(shù)據(jù)、活用數(shù)據(jù)，善于將抽象的、非量化的、模糊的事物轉化為具體的、量化的、精確的數(shù)據(jù)描述，把具體的教育問題轉化為數(shù)據(jù)問題，以數(shù)據(jù)管理推動科學決策[8]，克服傳統(tǒng)“經(jīng)驗思維”和“理性思維”的不足。二是建立“辨析真實數(shù)據(jù)”的思維習慣。中學教育大數(shù)據(jù)來源廣泛，難免數(shù)據(jù)質量良莠不齊，不全是有效數(shù)據(jù)，因此必須注意辨別真實與虛假數(shù)據(jù)，分清客觀與主觀數(shù)據(jù)，辨析準確與模糊數(shù)據(jù)，從而提高數(shù)據(jù)及其效用的可信度。三是提升“數(shù)據(jù)可以增值”的思維層次。中學教育大數(shù)據(jù)本身忠實記錄了現(xiàn)實教育教學活動，能全面度量、精準實證、客觀評估教育狀況，并且通過對數(shù)據(jù)歸納總結和分析挖掘，還能發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)背后的隱含關系和潛在價值，從而揭示教育規(guī)律、預測教育趨勢、分析影響因素。

4.2 強化中學教育大數(shù)據(jù)建設水平

加強數(shù)據(jù)資源及其共享平臺的建設，優(yōu)化、整合現(xiàn)有各種教育教學信息管理系統(tǒng)，是獲取、存儲、運用中學教育大數(shù)據(jù)的前提和基礎。

一是完善數(shù)據(jù)系統(tǒng)建設，把數(shù)據(jù)“留下來”。應廣泛收集各種靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對各種教育數(shù)據(jù)的常態(tài)化記錄。

二是采用先進技術把數(shù)據(jù)“管起來”。中學教育信息化的快速發(fā)展，使得現(xiàn)有的數(shù)據(jù)管理技術不斷面臨新的挑戰(zhàn)[9]。必需采用高效的數(shù)據(jù)搜索、組織、訪問技術，支持中學教育有關系統(tǒng)的集成與數(shù)據(jù)交換。必需搭建合理的數(shù)據(jù)管理框架，有效匯總和管理多源數(shù)據(jù)、過濾和清洗無用數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的可靠性、一致性、完整性。

三是構建網(wǎng)絡平臺把數(shù)據(jù)“聯(lián)起來”。大數(shù)據(jù)只有不斷流動和充分共享，才能產(chǎn)生增值效用。應構建具有互聯(lián)互通能力的中學教育數(shù)據(jù)中心和云計算網(wǎng)絡，推動數(shù)據(jù)資源的規(guī)范共享和集約保障。逐步解決“存儲分散、條塊分割、格式不一、共享不暢”等數(shù)據(jù)問題，破除“數(shù)據(jù)孤島”與“數(shù)據(jù)壁壘”，確保數(shù)據(jù)按需流動、高度整合。

四是創(chuàng)新智能功能把數(shù)據(jù)“用起來”。大數(shù)據(jù)的應用價值不僅在于提供數(shù)據(jù)支持，更在于提供智能支持。要充分借鑒現(xiàn)代數(shù)據(jù)挖掘、機器學習、人工智能等技術，面向信息融合、輔助決策等大數(shù)據(jù)應用，創(chuàng)新中學教育大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析、預測方法，支撐中學教育計劃擬制、過程管控、質量評估等教育教學活動。

4.3 健全中學教育大數(shù)據(jù)應用機制

一是統(tǒng)籌頂層設計。統(tǒng)一規(guī)劃中學教育領域大數(shù)據(jù)及其系統(tǒng)的建設方案，統(tǒng)一確定總體技術路線，對帶有全局性的技術和工程，進行管控和引領，確保數(shù)據(jù)建設一盤棋。二是搞好建設規(guī)范。完善中學教育大數(shù)據(jù)標準體系，對數(shù)據(jù)分類方法、格式標準、傳輸協(xié)議、編碼規(guī)則等進行標準化，改變數(shù)據(jù)標準不全、執(zhí)行不嚴的現(xiàn)狀，確保有關教育信息系統(tǒng)網(wǎng)絡互聯(lián)、信息互通、資源共享。三是提升數(shù)據(jù)效益。健全規(guī)章制度，改善技術環(huán)境，在數(shù)據(jù)采集記錄、上報匯總、存儲管理、處理分析、服務應用等工作中嚴明職責、嚴格要求，不斷發(fā)揮中學教育大數(shù)據(jù)的應用價值。四是確保運行安全。采取容災備份、身份認證、訪問控制、數(shù)據(jù)加密、數(shù)字水印等安全保密措施，著重建立健全中學教育大數(shù)據(jù)及其應用系統(tǒng)的物理安全、訪問安全、傳輸安全和使用安全機制。

5 結束語

中學教育信息化，催生了中學教育大數(shù)據(jù)，如何認識、建設和利用中學教育大數(shù)據(jù)成為中學教育的新課題。本文系統(tǒng)闡釋了中學教育大數(shù)據(jù)的本質內涵、基本形態(tài)和辯證特征，全面論述了大數(shù)據(jù)對中學教育理念、教育內容、教育過程和教育評價的具體影響，研究了大數(shù)據(jù)在教育模式創(chuàng)新、教學過程優(yōu)化、教學活動決策、教育質量評估等方面的作用，并從思維革新、系統(tǒng)建設、機制構建等方面提出了教育大數(shù)據(jù)建設與運用對策，對于科學運用大數(shù)據(jù)，推進中學教育模式革新、管理模式轉變、教學質量提升具有重要的理論指導與實踐應用價值。

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