互聯(lián)網(wǎng)+教育大數(shù)據(jù)分析平臺構(gòu)建研究

王小偉

[摘? ? 要] “互聯(lián)網(wǎng)+”給教育領(lǐng)域帶來的不僅有海量的開放性學(xué)習(xí)資源，在促進(jìn)傳統(tǒng)課堂和在線教育的深度融合過程中，還產(chǎn)生了大量的行為數(shù)據(jù)。如何全面采集教與學(xué)全過程數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，實現(xiàn)教育決策的科學(xué)化是個值得深入研究的課題。本研究從功能需求出發(fā)，通過分析教育大數(shù)據(jù)平臺的使用場景，設(shè)計構(gòu)建了教育大數(shù)據(jù)平臺的基本架構(gòu)，并對平臺建設(shè)過程中的關(guān)鍵問題進(jìn)行了闡述，以期為后續(xù)教育大數(shù)據(jù)平臺的具體實現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞] 互聯(lián)網(wǎng)+;教育大數(shù)據(jù);深度融合;信息化

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 21. 079

[中圖分類號] G710? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2019）21- 0198- 02

1? ? ? 引? ? 言

高校的信息化建設(shè)起步較早，通過各類信息系統(tǒng)的使用，給工作帶來了巨大的便利，在使用過程中積累了大量的數(shù)據(jù)資源[1]。隨著學(xué)校信息化應(yīng)用程度的不斷提高，數(shù)據(jù)量越來越大，數(shù)據(jù)種類也越來越多，不僅包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，還包括大量半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。在數(shù)字校園1.0時代，雖然完成了基本的數(shù)據(jù)同步和交換，但是大多數(shù)交換僅限于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，大量的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)依然塵封在各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)，沒有發(fā)揮數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)作用，依然存在著信息孤島[2]。

“互聯(lián)網(wǎng)+”概念的提出，給各行各業(yè)都帶來了巨大的變革。“互聯(lián)網(wǎng)+”即“互聯(lián)網(wǎng)+各個傳統(tǒng)行業(yè)”，但它不只是簡單的兩者相加，而是將信息技術(shù)與傳統(tǒng)行業(yè)進(jìn)行深度融合，創(chuàng)造新的發(fā)展生態(tài)。對于教育領(lǐng)域[3]來說，互聯(lián)網(wǎng)帶來的不只是海量的開放性學(xué)習(xí)資源，還有傳統(tǒng)課堂教學(xué)與學(xué)習(xí)方式的變革。近幾年，隨著網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間、MOOC、微課等的大量應(yīng)用，不僅顛覆了傳統(tǒng)的授課模式，而且促進(jìn)了傳統(tǒng)課堂和在線教育的深度融合[4]，在此過程中，產(chǎn)生了大量的行為數(shù)據(jù)。面對這些海量的數(shù)據(jù)，如何全面采集教與學(xué)全過程數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，以此來真正促進(jìn)學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)， 實現(xiàn)教育決策的科學(xué)化[5]是個值得深入研究的課題。

本研究對教育大數(shù)據(jù)平臺的架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，希望能為后期建設(shè)提供參考。

2? ? ? 教育大數(shù)據(jù)平臺的構(gòu)建

2.1? ?功能需求

教育大數(shù)據(jù)平臺的核心功能是從各個相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過整合、分析，深入挖掘數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，進(jìn)而為各類決策提供數(shù)據(jù)支撐。基本功能需求：

（1）全量數(shù)據(jù)交換中心，應(yīng)具備從各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)采集各類結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的能力，提供各種標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口，以滿足不同數(shù)據(jù)源的采集需求。

（2）中心數(shù)據(jù)庫，應(yīng)具備針對海量數(shù)據(jù)的高效計算能力，因此高可用、低成本、高容錯、可擴(kuò)展的分布式存儲是必要的。

（3）應(yīng)用中心：采集數(shù)據(jù)的最終目的是為了應(yīng)用，這是我們的終極目標(biāo)，因此應(yīng)提供各類跨系統(tǒng)跨部門的查詢、統(tǒng)計功能;提供面向教育領(lǐng)域的分析挖掘模型及其相應(yīng)的算法，提供各類交叉數(shù)據(jù)挖掘功能，使得數(shù)據(jù)挖掘信息更全面，結(jié)果更可靠。

（4）用戶中心：面向各類人群，提供各類服務(wù)。

2.2? ?教育大數(shù)據(jù)平臺的使用場景

學(xué)生用戶：通過采集學(xué)生的學(xué)習(xí)、生活等行為數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和挖掘，可以對學(xué)生做出學(xué)習(xí)效果評估、學(xué)習(xí)成績預(yù)警、心理健康預(yù)警、就業(yè)前景預(yù)測等，進(jìn)而為學(xué)生提供個性化學(xué)習(xí)路線建議，找到最適合學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。

教師用戶：通過采集教育環(huán)境數(shù)據(jù)，一方面可以對教師的教學(xué)行為進(jìn)行診斷，方便教師適時調(diào)整教學(xué)模式、教學(xué)計劃進(jìn)度等。另一方面可為任課老師或管理老師提供精確的學(xué)生畫像，讓教師能準(zhǔn)確掌握每個學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活情況，進(jìn)而為學(xué)生提供個性化管理和授課，適時地進(jìn)行人工干預(yù)，實現(xiàn)真正的因材施教。

教學(xué)管理者：通過大數(shù)據(jù)技術(shù)在教學(xué)過程中可以更加準(zhǔn)確地分析評價課堂教學(xué)的質(zhì)量和效果。以往對課堂、教師的評價體系是定性和模糊的，無法做定量的判斷，大數(shù)據(jù)平臺下，可以通過采集各類教學(xué)過程數(shù)據(jù)，高效地獲得教學(xué)的真實情況，從而得到真實的教學(xué)評價。

行政管理者：通過將教育環(huán)境中的數(shù)據(jù)利用起來，從中挖掘出潛在的有價值信息，為各類管理決策提供有效依據(jù)，從而使得高校的管理更加具有目的性和高效性。

3? ? ? 架構(gòu)設(shè)計

結(jié)合前面的功能需求，設(shè)計了教育大數(shù)據(jù)平臺的基本架構(gòu)，如圖1所示：

數(shù)據(jù)源：包括現(xiàn)有正在運行的各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)（含結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)）。

數(shù)據(jù)交換中心：主要負(fù)責(zé)采集各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)清洗、轉(zhuǎn)換、整合，形成規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，進(jìn)入中心數(shù)據(jù)庫;同時當(dāng)數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，負(fù)責(zé)同步數(shù)據(jù)到相應(yīng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

中心數(shù)據(jù)庫：承載著非常重要的功能，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、規(guī)范性非常重要。因此各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在進(jìn)入中心數(shù)據(jù)庫之前一定要進(jìn)行清洗、比對、過濾，形成比較準(zhǔn)確全面的數(shù)據(jù)，才有可能提供給業(yè)務(wù)系統(tǒng)共享并支持下一步的大數(shù)據(jù)分析等應(yīng)用。

應(yīng)用層：基于中心數(shù)據(jù)庫，對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘，并進(jìn)行可視化展示，為各類人群提供各類服務(wù)。

4? ? ? 教育大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)過程中的關(guān)鍵問題

教育大數(shù)據(jù)平臺能夠提供海量數(shù)據(jù)的高效計算，能夠為學(xué)校管理者提供有價值的數(shù)據(jù)支撐和價值挖掘。但在實際建設(shè)過程中，往往存在著數(shù)據(jù)類型多樣、數(shù)據(jù)來源眾多、數(shù)據(jù)質(zhì)量低下等問題。因此，在構(gòu)建教育大數(shù)據(jù)平臺之前，需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作。

（1）建立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：參照國家的信息管理規(guī)范，與各業(yè)務(wù)部門共同研究制定校級數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn);在集成過程中，輔助各種業(yè)務(wù)檢驗規(guī)則進(jìn)行驗證，根據(jù)結(jié)果反饋并修改數(shù)據(jù)規(guī)則及質(zhì)量問題，逐步提升數(shù)據(jù)質(zhì)量;同時，總結(jié)和形成數(shù)據(jù)集成流程標(biāo)準(zhǔn)、轉(zhuǎn)換規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)、流程變更標(biāo)準(zhǔn)等數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)，制定數(shù)據(jù)使用和管理等相關(guān)規(guī)章制度。

（2）數(shù)據(jù)采集：是教育大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)過程中的重點和難點。只有保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、及時性和有效性，才能最大程度地發(fā)揮數(shù)據(jù)的作用。數(shù)據(jù)來源通常有兩種方式：自動獲取、手工導(dǎo)入。通過與現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫對接可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動獲取，手工導(dǎo)入由數(shù)據(jù)提供部門進(jìn)行手工導(dǎo)入，可能存在時效性問題。在實際集成過程中，應(yīng)盡可能準(zhǔn)確地確定數(shù)據(jù)的源頭，盡可能自動獲取數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)采集的時效性和準(zhǔn)確性。

（3）數(shù)據(jù)交換中心：主要是對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、清洗、過濾，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。不同類型的數(shù)據(jù)可以通過多種方法采集到，而這些數(shù)據(jù)想要用于數(shù)據(jù)挖掘，必須要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，因為采集到的數(shù)據(jù)往往是不完善的，可能存在各種各樣的問題，必須通過技術(shù)手段來處理這些采集到的原始數(shù)據(jù)，即通過數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)提取這一過程來處理原始數(shù)據(jù)。

（4）應(yīng)用中心：主要是基于中心數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，并通過可視化方式進(jìn)行展示，從而為各類人群提供各類服務(wù)。因此該部分的重點是各類數(shù)據(jù)模型的建立，使得針對教育領(lǐng)域的數(shù)據(jù)挖掘更豐富、更可靠。

（5）計算能力：由于要進(jìn)行大量的運算，因此需要分布式計算框架，并且要有很好的擴(kuò)展性、容錯能力和高效可靠的輸入輸出，以滿足大數(shù)據(jù)處理的需求。

5? ? ? 結(jié)? ? 語

教育大數(shù)據(jù)平臺最核心的應(yīng)用就是對數(shù)據(jù)的分析，其目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)在的規(guī)律，挖掘數(shù)據(jù)中隱藏的信息，從而輔助制定決策。因此，全樣本分析是大數(shù)據(jù)分析的關(guān)鍵，我們需要盡可能多而且全面地收集學(xué)生、教師、管理機(jī)構(gòu)的相關(guān)信息，才能為我們進(jìn)一步的分析提供數(shù)據(jù)支撐。

本研究從功能需求出發(fā)，通過分析教育大數(shù)據(jù)平臺的使用場景，設(shè)計構(gòu)建了教育大數(shù)據(jù)平臺的基本架構(gòu)，并對平臺建設(shè)過程中的關(guān)鍵問題進(jìn)行了闡述，為后續(xù)教育大數(shù)據(jù)平臺的具體實現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。

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