大數(shù)據(jù)支持的教師信息化管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

凌偉

深度挖掘與合理使用大數(shù)據(jù)的潛在價值，在促進(jìn)教育改革與創(chuàng)新、幫助學(xué)生個性化學(xué)習(xí)以及推進(jìn)教育科學(xué)化管理方面具有重要意義。以大數(shù)據(jù)為支撐的教育管理信息化為教育科學(xué)決策提供了有力支撐，為師資均衡配置、實(shí)現(xiàn)教育公平提供了可能。本文在分析現(xiàn)有教師信息管理存在問題的基礎(chǔ)上，構(gòu)建出大數(shù)據(jù)支持的教師信息化管理框架，以期為教育管理信息化的推進(jìn)提供一定的借鑒和指導(dǎo)。

● 教師信息化管理的現(xiàn)實(shí)困境

近年來，政府部門發(fā)布了一系列促進(jìn)教育信息化實(shí)現(xiàn)的措施，但從現(xiàn)狀來看，各地區(qū)在推行過程中存在著嚴(yán)重的問題與不足。

一方面，現(xiàn)階段學(xué)校及相關(guān)管理組織信息化程度低，很多地區(qū)或?qū)W校傾向于使用Office辦公軟件或者簡單的數(shù)據(jù)庫對教師信息進(jìn)行管理，這種管理方式在收集、調(diào)用、查看方面存在著嚴(yán)重的不足，難以滿足現(xiàn)有需求。

另一方面，信息難以整合共享，存在信息孤島現(xiàn)象。例如，有些區(qū)域內(nèi)存在多個教學(xué)分區(qū)，各分區(qū)通常為獨(dú)自辦公，工作之間很少有交集，各區(qū)域的信息也多為內(nèi)部信息，一般不對外共享?；蚍謪^(qū)或?qū)W校都各自擁有其專門的信息管理系統(tǒng)或者管理手段，彼此之間不能進(jìn)行有效的溝通，不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)不能直接整合。

● 大數(shù)據(jù)支持的教師信息化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

充分利用數(shù)據(jù)、挖掘數(shù)據(jù)背后的意義可以使教育管理變得更加精準(zhǔn)而高效。因此，筆者以所在區(qū)域教師數(shù)據(jù)為核心，以信息化手段為管理方式，構(gòu)建了大數(shù)據(jù)支持的教師信息化管理框架，并以此框架為支撐，依托智慧教育云平臺開發(fā)了教師信息化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了教師管理信息化，為實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理決策、保證師資均衡配置、促進(jìn)教師專業(yè)發(fā)展提供了支持。

教師信息化管理系統(tǒng)基于B/S架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)，系統(tǒng)總體從上至下分為三層——表示層、業(yè)務(wù)處理層和數(shù)據(jù)層，系統(tǒng)的整體層次架構(gòu)如下頁圖1所示。

表示層：主要作用是給使用者提供可視化的操作接口，使用者可通過此接口對系統(tǒng)進(jìn)行操作，如信息的輸入與修改、資料上傳、教師參評申請與考核等。教師信息化管理系統(tǒng)的用戶主要分為兩種類型：一類是教師，一類是管理者。系統(tǒng)針對不同類型用戶提供不同的操作權(quán)限，如針對教師用戶主要提供個人信息、教學(xué)信息的輸入與修改以及教師參評申請等功能，針對管理者用戶則提供發(fā)布系統(tǒng)公告、統(tǒng)計(jì)查詢、參評審核等權(quán)限。

業(yè)務(wù)處理層：此層是系統(tǒng)的核心層，負(fù)責(zé)對使用者發(fā)出的請求進(jìn)行處理。用戶發(fā)出請求后，業(yè)務(wù)處理層針對具體請求從底層數(shù)據(jù)庫中調(diào)取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果返回給用戶，主要包括用戶管理、資源管理、數(shù)據(jù)處理、安全控制以及系統(tǒng)管理。

數(shù)據(jù)層：負(fù)責(zé)管理整個系統(tǒng)平臺的數(shù)據(jù)信息，為上層處理提供支持，如硬件資源與軟件資源、操作系統(tǒng)平臺和數(shù)據(jù)庫平臺。

● 教師信息化管理系統(tǒng)的應(yīng)用

該系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)教師管理信息化，促進(jìn)精準(zhǔn)決策、智能測評和教師發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用（如圖2）。

第一，教師信息數(shù)據(jù)化呈現(xiàn)與一鍵式查詢，為管理決策提供依據(jù)。系統(tǒng)可將全區(qū)教師信息以模型化圖像呈現(xiàn)。通過模型結(jié)構(gòu)圖，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)及上層管理者可清楚地查看全區(qū)教師的整體信息，如骨干教師分布、學(xué)歷分布、年齡分布、性別分布等。同時也允許管理人員通過特定條件篩選查看信息，實(shí)現(xiàn)了全區(qū)教師信息一鍵化查詢，方便領(lǐng)導(dǎo)掌握全區(qū)內(nèi)教師分布，尤其是特級教師、骨干教師分布，可清楚看出區(qū)域內(nèi)各學(xué)校間師資配比的對比情況，并以此數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)確定教師輪崗與人員調(diào)動名單，盡力保證區(qū)域內(nèi)各學(xué)校間的師資平衡。同時，系統(tǒng)通過對教師年齡、學(xué)科的統(tǒng)計(jì)也可為學(xué)校及政府的教師招聘提供參考。

第二，教師參評對比與骨干教師參評，使教師評測更為智能。系統(tǒng)內(nèi)部預(yù)設(shè)教師職稱評定標(biāo)準(zhǔn)，并可根據(jù)教師現(xiàn)有職稱信息及資料自動與教師即將申請的高一等級職稱的評定要求做出對比評判，明確標(biāo)明不符合評定指標(biāo)的項(xiàng)目。此功能可幫助教師清楚地查看自身已有條件與評定指標(biāo)之間的差距并幫助教師有針對性地做出完善。在此基礎(chǔ)上，教師可在系統(tǒng)中提交相關(guān)材料申請職稱評定，系統(tǒng)接到申請后自動對教師提交的材料進(jìn)行審核，并對不符合評審條件的材料標(biāo)明，審核人員可在系統(tǒng)中對系統(tǒng)審核結(jié)果進(jìn)行查看，并進(jìn)行最終判定（如圖3）。此功能可大幅度加速教師考核流程，一方面減少了領(lǐng)導(dǎo)部門審核材料的人工耗時，另一方面也方便教師自行查看審核結(jié)果，并有針對性地提升專業(yè)水平。

第三，教學(xué)數(shù)據(jù)分析與學(xué)術(shù)數(shù)據(jù)分析，為教師發(fā)展明確方向。系統(tǒng)可對區(qū)域內(nèi)教師的教學(xué)數(shù)據(jù)和學(xué)術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行個性化的分析，深入挖掘教師在教學(xué)與學(xué)術(shù)中的問題，為教師個體提出有針對性的建議。同時，系統(tǒng)可統(tǒng)籌分析區(qū)域內(nèi)全體教師的教學(xué)能力與學(xué)術(shù)能力現(xiàn)狀，明確規(guī)劃區(qū)域內(nèi)教師發(fā)展的切實(shí)需求，為教育管理者有針對性地組織教師培訓(xùn)提供指導(dǎo)。

綜上所述，教師信息化管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了教師管理信息化，為教師專業(yè)發(fā)展提供有針對性的指導(dǎo)，同時也為管理者制訂科學(xué)、有效的決策提供了支撐，從管理層面上最大限度地確保師資配置的均衡。目前，教師信息化管理系統(tǒng)的使用還處于探索階段，更多的功能仍需開發(fā)與完善，希望能在未來的探索實(shí)踐中取得更為有效的經(jīng)驗(yàn)，更快地實(shí)現(xiàn)教師管理智能化，為促進(jìn)教師專業(yè)發(fā)展與師資均衡配置、提升教育水平做出貢獻(xiàn)。

2006年，周以真教授提出了“計(jì)算思維”（Computational thinking），為信息技術(shù)課程的教學(xué)改革帶來了啟示?！镀胀ǜ咧行畔⒓夹g(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》已把“計(jì)算思維”列入學(xué)科核心素養(yǎng)，使其成為信息技術(shù)核心培養(yǎng)目標(biāo)之一。那計(jì)算思維怎樣反映到小學(xué)生的思維品質(zhì)上呢？

● 問題的發(fā)現(xiàn)

隨著課程的不斷建設(shè)和發(fā)展，程序設(shè)計(jì)教學(xué)作為信息技術(shù)學(xué)科的主要教學(xué)內(nèi)容，成為教育技術(shù)專家的共識，以編程為核心的課程改革成為發(fā)展趨勢。

筆者搜索了相關(guān)指數(shù)，結(jié)果令人吃驚。首先搜索少兒編程百度指數(shù)，這個指數(shù)依然是上升趨勢，而且，針對Scratch的編程，呈現(xiàn)上升趨勢。但搜索與程序設(shè)計(jì)聯(lián)系緊密的計(jì)算思維關(guān)鍵詞，百度指數(shù)顯示沒有被收錄，這說明該關(guān)鍵詞的熱度還不是很高。這也證明了整個社會群體對這個概念還沒有足夠的關(guān)注，還不是很清楚編程用來做什么，同時也說明，針對編程的學(xué)習(xí)目的沒有開展相應(yīng)的教學(xué)方法指導(dǎo)?？梢姡诰幊探逃浅；鸨谋澈?，缺乏的是學(xué)生深度學(xué)習(xí)課程的能力以及對教法的指導(dǎo)。

● 概念界定

1.周以真教授的計(jì)算思維概念

自2006年周以真教授提出“計(jì)算思維”后，國內(nèi)外的學(xué)者對計(jì)算思維進(jìn)行了研究，使計(jì)算思維的概念得到了不同的發(fā)展與延伸。

2011年國際教育技術(shù)協(xié)會（ISTE）聯(lián)合計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會（CSTA）共同給出了計(jì)算思維的操作性定義：計(jì)算思維是一個問題解決的過程，該過程包括制訂問題、分析問題、抽象建模、算法設(shè)計(jì)、優(yōu)化方案、遷移解決方法等六要素。

2.《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中計(jì)算思維的概念

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中對計(jì)算思維進(jìn)行了解釋：“具備計(jì)算思維的學(xué)生，在信息活動中能夠采用計(jì)算機(jī)可以處理的方式界定問題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織數(shù)據(jù);通過判斷、分析與綜合各種信息資源，運(yùn)用合理的算法形成解決問題的方案;總結(jié)利用計(jì)算機(jī)解決問題的過程與方法，并遷移到與之相關(guān)的其他問題解決中?！?/p>

2017年版課標(biāo)對計(jì)算思維的解釋是對ISTE&CSTA提出的計(jì)算思維操作性定義的補(bǔ)充和完善，筆者以此作為計(jì)算思維的界定。

● 基于程序結(jié)構(gòu)講授法培養(yǎng)小學(xué)生計(jì)算思維

1.基于程序結(jié)構(gòu)講授法的程序設(shè)計(jì)課程特點(diǎn)

（1）基于項(xiàng)目的課程設(shè)計(jì)

腳本中涉及的命令模塊，都是圍繞所在的程序結(jié)構(gòu)講授完成，即沒有獨(dú)立的命令模塊的講解，而是針對程序結(jié)構(gòu)詳細(xì)講授，在結(jié)構(gòu)中包含相關(guān)的命令模塊。

（2）基于游戲的課程設(shè)計(jì)

課程的設(shè)置基于小學(xué)生喜聞樂見的小游戲，這樣即使涉及復(fù)雜的程序、運(yùn)算的命令模塊，學(xué)生也能夠有耐心把這個程序編寫完整。

（3）基于跨學(xué)科的課程設(shè)計(jì)

課程案例設(shè)置含有跨學(xué)科的內(nèi)容，是希望讓學(xué)生通過信息技術(shù)課學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)，并把這個思考的方法轉(zhuǎn)移到生活中，從而提升學(xué)生的計(jì)算思維能力。

2.教學(xué)案例

（1）Scratch 2.0編程軟件

Scratch是一款面向少年的簡易編程工具，共有十大模塊、100多塊“積木”，使用者只需用鼠標(biāo)拖動模塊到程序腳本區(qū)就可以編寫程序。

（2）Scratch 2.0程序結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

Scratch2.0編程軟件作為一種程序設(shè)計(jì)語言，具有計(jì)算機(jī)語言的結(jié)構(gòu)特征。程序腳本是由順序、循環(huán)、選擇以及模塊化程序結(jié)構(gòu)這四種基本結(jié)構(gòu)組成，四種結(jié)構(gòu)既可以單獨(dú)使用，也可以相互結(jié)合組成較為復(fù)雜的程序結(jié)構(gòu)。

①順序程序結(jié)構(gòu)。

順序結(jié)構(gòu)是程序結(jié)構(gòu)中最基本的結(jié)構(gòu)，即程序是按從上往下的順序執(zhí)行。例如，在貓抓老鼠2.0升級版案例中，案例分為五個項(xiàng)目，其中一個項(xiàng)目就是，小貓的移動辦法是通過鍵盤方向鍵的上下左右移動來決定的。

教學(xué)片段：

師：我們編寫的程序通過方向鍵控制小貓的移動方向，這是一個順序結(jié)構(gòu)（通過直接講授幫助學(xué)生構(gòu)建程序結(jié)構(gòu)過程）。我們在編寫小貓按照方向鍵方向移動這個順序結(jié)構(gòu)的腳本時，需要哪些命令模塊？

生：在事件中按下xx鍵，然后移動（判斷、分析數(shù)據(jù)）。

此環(huán)節(jié)學(xué)生能夠組織數(shù)據(jù)，但不是很合理，還要通過分析、判斷的過程，形成合理的腳本。通過順序結(jié)構(gòu)的直接講授，學(xué)生在一段時間內(nèi)自然就會形成順序的概念，并且結(jié)合順序結(jié)構(gòu)，進(jìn)行合理的組織和思考，從而逐步提升計(jì)算思維能力。

②循環(huán)程序結(jié)構(gòu)。

有些程序需要不斷重復(fù)同樣的內(nèi)容，如在制作不斷切換造型來實(shí)現(xiàn)的動畫效果時，需要不斷重復(fù)切換不同的造型，這就是循環(huán)結(jié)構(gòu)。循環(huán)結(jié)構(gòu)一般用于重復(fù)某段需要不斷重復(fù)執(zhí)行的腳本。

在講授的時候，教師可以通過提問幫助學(xué)生建構(gòu)循環(huán)程序結(jié)構(gòu)。例如，在設(shè)計(jì)模擬循跡的程序時，通過添加色塊模擬傳感器，小貓運(yùn)動中不停偵測黑色軌跡，從而達(dá)到循線的目的。

學(xué)生在完成色塊的偵測時沒有問題，可是小貓的循線還是出現(xiàn)了問題，就是原地不動。教師并沒有直接告訴學(xué)生用什么結(jié)構(gòu)來解決這個問題，而是通過事實(shí)問題的問答來幫助學(xué)生了解程序結(jié)構(gòu)，從而解決問題。

教學(xué)片段：

師：要使小貓循線不偏離黑色軌跡，需要怎么辦？

學(xué)生的答案五花八門：傳感器、移動、判斷……（這些答案沒有回答到點(diǎn)上）

師：小貓循線移動是僅僅移動一步或者幾步嗎？

生：不是，是一直移動。

師：在程序設(shè)計(jì)中怎么理解一直移動呢？同學(xué)們可以點(diǎn)開控制模塊，看一看哪種結(jié)構(gòu)可以幫助我們解決一直移動的問題。（基于事實(shí)問題，讓學(xué)生構(gòu)建與計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)系，提升計(jì)算思維能力）

學(xué)生通過分析判斷，就會想到如果讓小貓重復(fù)移動是不是會開始循線？經(jīng)過調(diào)試，學(xué)生實(shí)現(xiàn)了小貓循線的程序設(shè)計(jì)。

③選擇程序結(jié)構(gòu)。

選擇結(jié)構(gòu)也稱為判斷結(jié)構(gòu)或分支結(jié)構(gòu)，是在順序結(jié)構(gòu)中提供了程序的分支，也就是說在程序的一個順序流程中加入子程序流程，這樣可以使程序更具交互性。分支結(jié)構(gòu)又可分為單分支結(jié)構(gòu)和雙分支結(jié)構(gòu)。

選擇程序結(jié)構(gòu)是程序設(shè)計(jì)中非常關(guān)鍵的一環(huán)。學(xué)生編寫的腳本如果帶有選擇程序結(jié)構(gòu)，這個程序會變得更有趣味。這里不僅涉及到一個結(jié)構(gòu)，還有偵測的命令模塊，需要條件，才可以選擇。

教學(xué)片段：

師：我們設(shè)計(jì)了貓抓老鼠這個程序，通過變量的變化實(shí)現(xiàn)了貓抓老鼠。那么怎樣停止程序？

生：點(diǎn)擊紅色按鈕;還有單獨(dú)設(shè)置一個腳本，按下空格鍵停止全部程序;等等。

師：我們能不能通過單獨(dú)寫個腳本，用到判斷的程序結(jié)構(gòu)。（這個程序結(jié)構(gòu)的問題拋出，學(xué)生很快想到如果……，條件是什么）

有了這個問題，學(xué)生提出諸多條件的問題，如導(dǎo)入另外一個角色，無論是小貓還是老鼠碰到這個角色，都停止全部程序。

師：大家還可思考，能不能把變量作為條件，與選擇程序結(jié)構(gòu)一起用？

最后，教師和學(xué)生達(dá)成共識，如果變量增加到15這個數(shù)值，那么就結(jié)束所有程序。

學(xué)生在編寫程序的時候，也許不會過多思考，但是程序結(jié)構(gòu)的拋出，給了學(xué)生一個思考的方向，和解決問題的思路。

④模塊化程序結(jié)構(gòu)。

作為圖形化編程軟件，相比Scratch 1.4版本，Scratch 2.0中增添了更多積木模塊，定義好的腳本作為次要程序，在同一個程序中反復(fù)調(diào)用編寫好的自定義模塊。這樣簡化了程序，編寫的思路也非常清晰。

因此筆者認(rèn)為，在Scratch 2.0中可以單獨(dú)提出一個程序結(jié)構(gòu)，即模塊化程序結(jié)構(gòu)。模塊化程序結(jié)構(gòu)由主程序腳本和定義模塊腳本組成。例如，講解通過程序畫花的過程，定義模塊腳本是一片花瓣、多片花瓣等，主程序腳本就是順序結(jié)構(gòu)，落筆，畫出花。

教學(xué)片段：（教師邊演示邊操作，如下圖所示）。

師：我們畫花可以想象有多片花瓣，還有枝干，如果這些內(nèi)容在一個程序中完成，需要不停地抬筆、落筆、移動步數(shù)、旋轉(zhuǎn)。而Scratch 2.0中提供了自定義模塊，我們通過模塊化程序結(jié)構(gòu)來完成這個作品，會讓程序簡單可讀，易于理解。

自定義模塊里命名之后，接下來的過程就是移動、旋轉(zhuǎn)的命令模塊。同樣，一片花瓣畫好，多個怎么畫？同樣的辦法，自定義之后，調(diào)用剛才的模塊，其他的部分依此類推。

最后我們在主程序中用一個順序結(jié)構(gòu)，就可以完成一朵花。

在教學(xué)實(shí)踐中，基于程序結(jié)構(gòu)講解程序設(shè)計(jì)，降低了學(xué)習(xí)難度，讓學(xué)生在編寫腳本的過程中有了思路。直接講授程序結(jié)構(gòu)的過程就是小學(xué)生不斷分析、判斷、解決問題的過程，是知識整體遷移的過程，也是不斷提升計(jì)算思維能力的過程。

3.借助評價量表深度認(rèn)知程序結(jié)構(gòu)

在以往的教學(xué)中，講授程序結(jié)構(gòu)是通過一系列的命令模塊，讓學(xué)生有感性認(rèn)識之后，再畫出程序流程圖，讓學(xué)生明白是什么程序結(jié)構(gòu)。

而筆者在實(shí)踐中，則是通過評價量表學(xué)習(xí)單進(jìn)行引導(dǎo)性學(xué)習(xí)，先給出程序設(shè)計(jì)的流程圖，讓學(xué)生有整體意識分析，再通過程序結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行分析、判斷、收集數(shù)據(jù)等操作，完成程序腳本的編寫。也就是說，先構(gòu)建模型的思維，再有細(xì)節(jié)性的思維，經(jīng)過長時間這種思維品質(zhì)的訓(xùn)練，學(xué)生無論是編寫程序，還是解決生活中的問題，都能形成有效的解決方案。

評價量表在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)知識的同時，對學(xué)生是否完成程序編寫項(xiàng)目進(jìn)行評定，更重要的是，它通過程序結(jié)構(gòu)流程圖的展示，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維能力的形成。

后記

譚國聚老師在信息技術(shù)教學(xué)中，積極思考探索，并參與了多項(xiàng)市區(qū)課題研究，編著了《編程案例解讀與思考》和《信息技術(shù)基礎(chǔ)知識匯總》兩本校本課程教材，同時，輔導(dǎo)電子與信息技術(shù)社團(tuán)團(tuán)員在區(qū)級、市級、國家級比賽中分別獲得一等獎好成績。譚老師是一位教學(xué)非常認(rèn)真的教師，他的課程設(shè)計(jì)總是建構(gòu)在非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摶A(chǔ)之上，這一點(diǎn)非常值得大家學(xué)習(xí)。