面向大數據的教育信息化持續(xù)推進模型建構

陳金華　陶春梅等

摘要：大數據技術已經上升到國家戰(zhàn)略層面，如何利用教育大數據推進教育信息化持續(xù)發(fā)展是當前最重要的任務。該文通過相關文獻研究，從教育大數據的功能著眼，探討了面向大數據的教育信息化優(yōu)勢和戰(zhàn)略，根據教育信息化的推進機制與“DIKW金字塔”架構，建構了面向大數據的教育信息化持續(xù)推進模型，闡述了模型動態(tài)監(jiān)控、遠程測評、科學決策和持續(xù)推進四個核心環(huán)節(jié)，提出了實現面向大數據的教育信息化DM-RE-SD-CT之良性互動，以期成為推動教育信息化高效、科學、持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展的新路向。

關鍵詞：大數據;教育信息化;持續(xù)推進;模型建構

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

大數據被認為是與自然資源同等重要的戰(zhàn)略資源，西方國家稱之為“未來的石油”。大數據的問世引起了極大關注，2008年9月《Nature》和2011年2月《Science》相繼?？杏?。美國奧巴馬政府2012年3月宣布了“大數據研發(fā)計劃”，聯合國2012年5月發(fā)布了“全球脈沖”計劃《大數據開發(fā)：機遇與挑戰(zhàn)》白皮書，明確指出人類已步入大數據時代。2015年8月我國頒布了《促進大數據發(fā)展行動綱要》，同年10月中共中央十八屆五中全會將大數據技術提升為國家戰(zhàn)略。此舉是我國在大數據背景下把握時代脈搏，實現“彎道超車”做出的重大戰(zhàn)略決策。隨著云計算、物聯網等先進技術的廣泛應用，體量巨大、種類繁多、涌現快速的大數據越來越受到人們的重視。然而，我國教育信息化正面臨諸多發(fā)展瓶頸，能否利用大數據技術優(yōu)勢破解發(fā)展難題，實現教育信息化的宏偉目標，是特別值得研究的課題。

一、文獻綜述

（一）教育大數據的價值功能研究

教育大數據的價值體現在能拓寬對教育的認知，實現基于數據的決策，促進教育的進化與培育大數據文化。教育大數據的價值可以分為表征價值、關聯價值和決策價值，其價值屬性從混雜無序到可視有序，再到可信明了，從初顯、進化再到增值。在統計可視化技術驅動下教育大數據表征價值表現得淋漓盡致，上闡人類活動精微，下啟現實理解津逮。當下教育研究必須繼承經典研究的“數據依賴”范式，以“大數據”作為基本質料，記錄大數據作為分析的基本形式。在計算機科學技術支撐下教育大數據體現出深層的關聯價值，一是對經驗假設的并行實證，二是從未知世界中探尋新知。教育大數據的支撐與制約、理解與引導、檢測與反饋、適應與調整功能貫通教育教學全流程，助力精準化設計與實施，促進高效互動、適應性學習、智能化診斷。大數據學情預測模型可實現更為智能化的學習指導與教學支持。在人工智能技術支持下教育大數據具有科學決策價值，一可促進教育決策理念科學，二可推動教育決策技術創(chuàng)新。教育大數據支持教育均衡（環(huán)境、資源、質量、機會等均衡）發(fā)展，有利于建立學生行為分析模型，實現學業(yè)預警與干預，提供個性化服務，提升學習效率。

（二）教育信息化的推進機制研究

當前，世界上多數國家成立了專門機構推進教育信息化建設。美國教育技術辦公室（OET）主要制定全美基礎教育信息化政策和計劃，并開展進展調查和項目評估。韓國教育部（MOE）主要從國家層面制定政策規(guī)劃，政策的整體推進主要由教育研究信息院（KERIS）負責。新加坡教育技術部，指導教育信息化Masterplan的制定、管理及實施。英國總體由政府統一運作，學校、家庭和社會各方面協作推進。日本由國家級、都道府縣級和市級機構主要負責推進。我國目前已啟動《教育信息化2.0行動計劃》，主要由國家教育部進行頂層設計，以政策、需求和問題為導向。推進機制采取行政領導下的條塊協同推進、先行先試的穩(wěn)妥推進、自上而下的政策推進。以行政推進作為主要手段，工程項目為重要形式，“先行先試”為基本策略，依托工程項目、資源建設和新技術應用，推動基礎建設、課程開發(fā)、技術應用及能力提升。

（三）面向大數據的教育信息化研究

從目前來看，我國已有學者開始面向大數據的教育信息化研究，并提出了大數據時代的信息化發(fā)展框架。有學者認為，大數據應用總的發(fā)展趨勢是通過人機協同努力，將數據智慧轉化為“行動智慧”。大數據能促進學習觀、教學觀和教師發(fā)展觀的轉向;能促進信息化管理，提高管理時效;能變革教學模式，優(yōu)化教學路徑，創(chuàng)新教學評價;能引導學生深度學習和智慧學習;面向大數據的智慧計算將引領教育信息化未來。綜上所述，現有研究是對大數據的教育信息化功能、價值、機遇與挑戰(zhàn)的討論，尚未涉及教育信息化持續(xù)推進模型，對國家教育信息化戰(zhàn)略支撐有限。因此，本文擬提出面向大數據的教育信息化數據驅動模型，創(chuàng)新推進機制，推動教育信息化變革發(fā)展。

二、面向大數據的教育信息化優(yōu)勢與戰(zhàn)略

（一）面向大數據的教育信息化優(yōu)勢

目前，我國教育信息化面臨發(fā)展不均衡等諸多困境，作為一種全新戰(zhàn)略架構的面向大數據的教育信息化：一方面，可以弱化教育信息化理論直接進行目標分析;另一方面，可以利用大數據將發(fā)展態(tài)勢可視化，通過“數據—信息—知識—智慧”（DIKW金字塔模型）做出科學決策，破解教育信息化難題。具體而言，面向大數據的教育信息化突出優(yōu)勢主要表現在：

1.能推動教育信息化均衡發(fā)展

我國擁有世界上體量最大、結構最龐雜的教育信息化系統，而且極不均衡，嚴重阻礙了信息化教育的公平發(fā)展。在信息化教育實施早期，由于技術限制，全樣本、細粒度、全過程的教育信息化數據難以獲取，很難達到理想的教育信息化水平，讓每所學校及每位學生受益。面向大數據的教育信息化為促進教育公平和普惠，破解信息化教育均衡發(fā)展難題提供了條件。我國教育信息化數據庫的建立，以及學生電子學籍系統的完善，有效整合了全國教育信息化大數據資源，逐步形成了國家級教育信息化大數據庫。通過對國家教育信息化大數據進行深度挖掘、建模、分析以及可視化，不僅可以掌握教育信息化現狀，摸清教育信息化水平，預測教育信息化未來，而且還能推動教育信息化資源環(huán)境的均衡配置與發(fā)展。

2.能實現教育信息化科學決策

傳統的教育信息化決策過分依賴于專家經驗、個人直覺甚至浪潮趨勢，而往往缺乏數據的支撐。隨著大數據技術的崛起，面向大數據的教育信息化決策模式正在被各級教育行政部門及學校所接受，并逐步使教育信息化走向科學。面向大數據的教育信息化具有信息可視、途徑多元、舉措豐富等優(yōu)勢，既可以全面透視教育信息化宏觀領域，又可以深刻剖析教育信息化微觀層面，還可以深入檢視教育信息化政策實效。面向大數據的教育信息化有利于匯聚信息化教育信息，抽取信息化教育知識，建立科學的決策機制，推動信息化教育科學發(fā)展。

3.能助力教育信息化精準教學

客觀上講，多年來我國信息化教學改革效果并不顯著，信息化教學的零星案例雖然時有出現，然而至今仍未形成主流，班級授課制、以教師為主導仍是當前各類學校課堂教學的主流模式。精準化教學、精準化學習與精準化評價，一直是信息化教育的目標，也是眾多教育信息化學者研究的熱門話題。面向大數據的教育信息化全程監(jiān)控與感知不但能監(jiān)控教師的教學過程，而且能精準記錄學生上課的走神次數、回答問題、習作效率以及學生對資源的點擊時間、停留多久、重復頻次。通過大數據可視化可以精準化識別每位學生的興趣偏好、行為傾向、學業(yè)優(yōu)勢與認知結構，以提供更精準、更及時和更有效的學習指導，包括學習計劃安排、策略推薦和內容強化等。大數據可視化有助于研判教學，讓學生得到精準化輔導。學生學習及行為大數據的全程采集與深度挖掘是實現精準化教學的關鍵。定制式精準化的教學必將徹底取代工業(yè)化批量式生產的教學模式。面向大數據的教育信息化，可助力學生更好的畫像自我、規(guī)劃自我與發(fā)展自我，可助力教師精準化畫像、精準化教學與精準化發(fā)展。

（二）面向大數據的教育信息化戰(zhàn)略

國務院頒布的《促進大數據發(fā)展行動綱要》對我國大數據發(fā)展戰(zhàn)略進行了規(guī)劃部署，也成為面向大數據的信息化教育實施的行動指南。大數據亦是國家戰(zhàn)略，但必須融入國家教育信息化發(fā)展，必須服從國家總體戰(zhàn)略部署，必須居于世界領先水平，實現教育信息化空前變革。面向大數據的教育信息化戰(zhàn)略框架如下頁圖1所示。

1.建構面向大數據的教育信息化統一的中心與平臺

建構面向大數據的統一的中心與平臺是實現教育信息化資源共享的基礎設施及條件保障，是落實國家戰(zhàn)略部署的指揮中心和協作平臺。因此，“中心與平臺”應與目前“三通兩平臺”等融合，從教育信息化不同視角進行大數據設計，建構便于大數據采集的信息化教育系統，通過對信息化教育大數據的處理、分析與應用，推進信息化資源共享全覆蓋，不斷提高教育信息化效益。

2.建立面向大數據的教育信息化共享體制與機制

共享是信息化教育大數據的基本價值取向，是面向大數據的信息化教育戰(zhàn)略實施的基本要求。因此，必須建立共享體制與機制，促進“中心與平臺”互聯互通，整合教育信息化資源，推動信息化教育資源在各級各類學校精準化應用。提升的協作性和精準度，逐步實現“中心與平臺”跨區(qū)域開放，確?？纭安块T”教育資源共享格局形成。

3.提升面向大數據的教育信息化治理水平與能力

面向大數據的教育信息化治理能夠實現教育科學決策、精準管理、便捷應用與保障高效。其治理的水平與能力是實現信息化教育優(yōu)質高效的基礎。故此，要特別重視信息化教育大數據的應用，提升治理水平與能力。通過建構完善的信息化教育大數據體系，強化管理水平和監(jiān)控能力。通過高效采集、有效整合、深化應用，提高治理的精準度和有效性。面向未來的智慧教育，實現決策、管理和教學的智慧化。

4.完善面向大數據的教育信息化隱私安全與保護

促進面向大數據的教育資源共享是信息化教育創(chuàng)新發(fā)展的需要。與此同時，匯聚、分析、處理、利用和共享海量的信息化教育數據又會對師生的個人隱私和信息安全構成威脅。從一定程度上說，推進面向大數據的教育信息化發(fā)展的同時，保護師生個人信息隱私與安全是建立和完善隱私保護體系的重要內容。因此，面向大數據的教育信息化戰(zhàn)略實施需要制定隱私安全與保護的規(guī)制和標準，充分保護師生個人隱私數據，規(guī)避由于面向大數據的教育信息化數據泄露產生的負面影響。增強數據安全預警和溯源能力，加強信息密集型和數據集中型教育信息化監(jiān)管，積極完善教育信息化資源的所有權、使用權和收益權，將面向大數據的教育信息化隱私安全與保護和大數據處理與應用融合到極致。

5.推進面向大數據的教育信息化人才培養(yǎng)與儲備

人才是第一生產力。教育信息化人才的創(chuàng)新驅動發(fā)展是實施信息化教育創(chuàng)新驅動發(fā)展的關鍵。毋容置疑，面向大數據的人才培養(yǎng)與儲備是實施教育信息化大數據戰(zhàn)略的關鍵環(huán)節(jié)和人力基礎。因此，面向大數據的戰(zhàn)略必須制定推動措施和激勵機制，全面提高教育信息化人才的整體水平。特別是大數據存儲、分析、挖掘、可視化和應用等關鍵技術專業(yè)人才，必須加大其培養(yǎng)、儲備和引進力度。

6.加強面向大數據的教育信息化技術研發(fā)與應用

面向大數據的教育信息化技術研發(fā)是教育信息化大數據采集、存儲、分析、挖掘、可視化和應用的有力保障，是任何國家信息化教育實施不可回避的重要戰(zhàn)略，是實現信息化戰(zhàn)略的“制高點”。因此，實施面向大數據的教育信息化戰(zhàn)略需要加大資金投入，集中優(yōu)勢資源突破大數據核心技術，大力加強教育信息化大數據采集、處理、存儲、分析、挖掘、展示與應用等關鍵技術的研發(fā)。完善面向大數據的教育信息化體系的建構，保證面向大數據的教育信息化系統數據庫的多元化與完整性，建構與物聯網、云計算等先進技術相關聯的教育信息化大數據平臺，突破物理空間與人文空間的限制，推進人工智能、大數據技術在教育領域的融合應用。

三、建構面向大數據的教育信息化持續(xù)推進模型

教育信息化2.0的核心內容就是大數據驅動的“生態(tài)+人本+智能”，人本是目標，生態(tài)和智能是路徑。面向大數據的教育信息化優(yōu)勢與戰(zhàn)略為模型的建構奠定了基礎。在教育大數據生態(tài)系統中，信息化教育必須服從大數據規(guī)律，面向大數據的教育信息化只有不斷地從教育信息化“現場”獲得動態(tài)數據并轉化為信息、知識和智慧，才可供教育信息化應用，適應大數據時代發(fā)展。一直以來，我國施行的信息化教育模式包括：調研、分析、規(guī)劃和實施等環(huán)節(jié)。顯明，這種模式已難以滿足面向大數據的信息化教育發(fā)展。教育環(huán)境大數據的海量集聚及其爆發(fā)式增長，以及前沿大數據技術的不斷開發(fā)與應用，迫使教育信息化模式轉型，實現掌控數據、分析信息、引領知識、智慧實施的目標。為此，有必要依據“DIKW”重構教育信息化運行模式，建構更加精準、適切、科學、有效的面向大數據的教育信息化持續(xù)推進模型，即以動態(tài)監(jiān)控（Dynamic Monitoring）、遠程測評（Remote Evaluation）、科學決策（Scientific Decision）和持續(xù)推進（Continuous-thrust）為核心環(huán)節(jié)與邏輯順序，分步實施，相互交融，并與教育信息化價值鏈和目標鏈緊密融合的新型模型，如圖2所示。

使模型中大數據源于教育信息化“現場”，通過DIKW金字塔模型轉化為信息、知識，乃至智慧。通過“動態(tài)監(jiān)控”掌控數據，通過“遠程測評”分析信息，通過“科學決策”引領知識，最后智慧“持續(xù)推進”實施?？茖W分析模型規(guī)律，不斷掌握“現場”大數據及其描繪的教育信息化圖景，有效推動教育信息化價值向目標的轉化，實現面向大數據的教育信息化動態(tài)監(jiān)控、遠程測評、科學決策和持續(xù)推進。

（一）動態(tài)監(jiān)控（DM）

面向大數據的教育信息化動態(tài)監(jiān)控即在監(jiān)控工作室（Monitoring Studio）通過監(jiān)控系統對教育信息化大數據采集匯聚、動態(tài)分析與監(jiān)督控制。動態(tài)監(jiān)控包括前端監(jiān)控與后端監(jiān)控，前端監(jiān)控即實時監(jiān)控各分布式數據采集點，并對教育信息化行為在第一時間做出響應。前端監(jiān)控是信息化教育大數據的主要來源，信息化教育大數據類型繁多，既包括文本、圖片、音視頻與動畫數據，又包括半結構化和非結構化鏈接及位置數據等新型數據。為了提高數據監(jiān)控質量，必須具備數據過濾功能及時過濾其非相關數據。后端監(jiān)控主要是通過Map Reduce分布式計算對數據進行整體分析、異常監(jiān)控、模型修正與可視化顯示。

面向大數據的教育信息化動態(tài)監(jiān)控系統可以感知教學環(huán)境的現代化程度、學生表現好壞、教師教學優(yōu)劣，直觀呈現教育信息化圖景。但由于教育信息化大數據系統中，各種新型的、海量的、異構的、多樣的、有噪聲的數據像潮水一般源源不斷產生。因此，面向大數據的教育信息化監(jiān)控必須具有目標性和針對性，必須根據教育信息化的目標動態(tài)調整監(jiān)控對象、監(jiān)控內容、監(jiān)控方法，獲取需要的教育信息化數據。有必要，將建立智慧型監(jiān)控來實現教育信息化大數據的智能感知和掌控。

（二）遠程測評（RE）

面向大數據的教育信息化遠程測評是指面向大數據遠距離對教育信息化規(guī)劃、設施、資源、應用、人才、保障和效果進行的動態(tài)測評。分布式大數據為信息化教育分布式遠程測評（Distributed Remote Evaluation）奠定了基礎。通過分布式遠程測評就可以掌握各地區(qū)信息化教育發(fā)展水平和差距，通過大數據數圖挖掘、文本分析、語義判斷、情景感知等就能使大數據關聯模型可視化。過去，教育信息化測評必須通過實研數據才能完成，然而在云計算、大數據時代，通過智慧化測評工作室（Intelligent Assessment Studio）就能實現分布式數據采集，通過匯總就能可視化展示。面向大數據的教育信息化遠程測評需建立智慧化測評工作室為教育信息化高層決策者、數據科學家和教育信息化領域專家提供數據及信息服務。智慧化測評工作室中大數據核心技術需有良好的擴展性，能實現新舊軟硬件、信息系統和數據資源融合，能采用分布式治理策略有效解決海量數據集成。教育信息化大數據集成形成大數據云，經大數據策管和篩選匯入典藏數據庫，依據大數據生命周期而動態(tài)更新，并與元數據保持一致。教育信息化遠程測評的首選數據來源于典藏數據庫，當數據無法滿足需要時就可以尋求源數據庫或大數據云支持。

（三）科學決策（SD）

大數據從誕生開始就是從決策角度出發(fā)的。面向大數據的教育信息化能促使人們決策模型的轉化。傳統的決策模型有三種：一是“官僚模型”，這個模型擁有決策中個人主觀見解的誤導;二是“民主模型”，這個模型通過求同存異形成最終共識;三是“計算模型”，這個模型是有據可依的決策。傳統的教育信息化決策常常依據直覺、沖動或流行趨勢來做出，程序一般由提出問題、邏輯分析、尋找證據和提出解決方案組成，是一種逆向的被動式思維模型，這種模型過于依賴經驗，缺乏數據的支撐。而面向大數據的教育信息化決策流程是匯集數據、分析量化、理清關系和提出最優(yōu)方案，是一種正向的預判式思維模型，這種決策模型有兩大優(yōu)勢：一是可以充分運用大數據可視化，為決策者提供全局視野;二是可以借助計算機對海量數據進行分析、仿真，得出科學的實驗結論。在大數據時代，教育信息化決策者可以依靠大數據做出決策，故此，過去由權威、專家、精英決定的教育信息化思辨性決策體系正在被顛覆，面向大數據去中心化的且非線性自下而上的決策模型正在逐步成型。

（四）持續(xù)推進（CT）

面向大數據的信息化教育有必要實行“政府主導、學校主體、企業(yè)參與”，“各司其職、通力合作”的持續(xù)推進機制：行政需要為推進提供資金保障和制度支撐;企業(yè)需要在保障教育教學運行、推進教學應用方面提供技術支持和服務;中小學不僅是推進的主體，而且是推進的主戰(zhàn)場，需要提出具體需求，包括基礎設施建設、教學資源開發(fā)、信息化師資培訓，積極探索信息化教育實踐路徑，創(chuàng)新信息化教學模式，提高信息化教學效果。

四、實現DM-RE-SD-CT良性互動

互動是指各種因素之間相互影響，相互促進，互為因果的交互作用和關系。面向大數據的教育信息化DM-RE-SD-CT之間的良性互動，即將教育信息化動態(tài)監(jiān)控獲取的大數據直接送入智慧化測評工作室，通過教育信息化大數據系統進行遠程測評，測評信息匯聚傳輸給決策支持系統，決策者通過抽取知識，形成科學決策，推動教育信息化“智慧”實施，實現DM-RE-SD-CT良性互動。DM-RE-SD-CT良性互動就是在教育信息化互動平臺中“人機智慧系統”指揮下的“施控”、“施評”、“施策”與“施推”持續(xù)循環(huán)互動，如圖3所示。

教育信息化互動平臺中的“人機智慧系統”是面向大數據的教育信息化持續(xù)推進的“中樞神經系統”，尤其需要“人”的智慧掌控才能有效運行。面向大數據的教育信息化通過人機智慧系統動態(tài)監(jiān)控，可以獲取高質量的教育信息化數據，實現對教育信息化“現場”的全面掌控，通過分布式遠程測評就能掌握信息化教育發(fā)展水平和區(qū)域差距。教育信息化科學決策離不開涓涓測評信息的匯聚，面向大數據的信息化教育測評保障了教育信息化決策的科學性、有效性和精準度。教育信息化決策一旦做出，就可通過“人機智慧系統”推動教育信息化實施。圖3“監(jiān)測工作室”的前端監(jiān)測和后端監(jiān)測為教育信息化分散與集中決策、前端與后端決策、草根與精英決策提供了條件，也保證了教育信息化有效性。從圖3不難看出，DM-RE-SD-CT之互動過程即是面向大數據的教育信息化推進過程，正是這一互動過程確保了教育信息化高效、科學、持續(xù)向前推進。

五、結語

盡管大數據為教育信息化提供了難得的發(fā)展機遇，如果不能很好把握機遇，發(fā)揮面向大數據的教育信息化優(yōu)勢，開創(chuàng)新局面，教育信息化就難以有大的突破。面向大數據的教育信息化研究才剛剛起步，不少問題值得深入思考和細致研究。本文希望通過建構面向大數據的教育信息化持續(xù)推進模型提高信息化教育教學實效，推動教育信息化持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展。