區(qū)域教育大數(shù)據(jù)分析架構(gòu)與展示設(shè)計(jì)研究

楊現(xiàn)民 郭利明 邢蓓蓓

[摘? ?要] 為貫徹落實(shí)國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略與教育信息化2.0行動計(jì)劃，各地正在積極推進(jìn)區(qū)域教育大數(shù)據(jù)建設(shè)，實(shí)踐中的各種難題也隨之出現(xiàn)。文章結(jié)合團(tuán)隊(duì)近年來為多地教育大數(shù)據(jù)建設(shè)項(xiàng)目提供咨詢服務(wù)的經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)圍繞數(shù)據(jù)分析難題，構(gòu)建了區(qū)域教育大數(shù)據(jù)分析服務(wù)平臺的總體技術(shù)架構(gòu)和三層三類數(shù)據(jù)分析架構(gòu)模型，并對四種典型區(qū)域教育專題大數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)。最后，文章提出四種教育數(shù)據(jù)可視化展示的典型模式，并結(jié)合江蘇省A市教育大數(shù)據(jù)分析服務(wù)平臺的建設(shè)進(jìn)行了樣例說明。

[關(guān)鍵詞] 教育大數(shù)據(jù); 數(shù)據(jù)分析; 分析架構(gòu); 可視化展示

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡介] 楊現(xiàn)民（1982—），男，河北邢臺人。教授，博士，主要從事教育大數(shù)據(jù)、智慧教育、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源等方面的研究。E-mail：yangxianmin8888@163.com。

一、引? ?言

大數(shù)據(jù)已經(jīng)成為新時(shí)代促進(jìn)教育創(chuàng)新發(fā)展的外生力量，對于加快實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化具有重要意義。《教育信息化2.0行動計(jì)劃》提出，通過建設(shè)“互聯(lián)網(wǎng)+教育”大平臺，整合各級各類教育管理信息系統(tǒng)，逐步實(shí)現(xiàn)教育數(shù)據(jù)的融合貫通[1]。隨后，各地結(jié)合實(shí)際相繼出臺了地方教育信息化2.0行動計(jì)劃，紛紛提出要加快、加深、加強(qiáng)教育數(shù)據(jù)的匯聚共享與分析應(yīng)用。比如，《江蘇教育信息化2.0行動計(jì)劃》提出，建立教育大數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)中心，提供專業(yè)化的數(shù)據(jù)分析服務(wù)，支持各級教育部門開展數(shù)據(jù)挖掘，為教育政策制定與教育決策提供科學(xué)依據(jù)[2]。

然而，區(qū)域教育大數(shù)據(jù)發(fā)展之路并非一帆風(fēng)順，實(shí)踐中的各種難題不斷出現(xiàn)。近年來，團(tuán)隊(duì)在為山西、新疆、江蘇等地提供教育大數(shù)據(jù)咨詢服務(wù)以及與合作企業(yè)聯(lián)合研發(fā)規(guī)劃方案過程中，遇到的突出問題便是數(shù)據(jù)分析難題，特別是區(qū)域教育大數(shù)據(jù)的分析架構(gòu)與結(jié)果的可視化展示設(shè)計(jì)?；诖?，本文以江蘇省A市的實(shí)踐探索為例，探討了區(qū)域教育大數(shù)據(jù)的分析架構(gòu)與可視化展示模式，期望能為各地教育大數(shù)據(jù)分析服務(wù)平臺的建設(shè)提供參考。

二、區(qū)域教育大數(shù)據(jù)研究進(jìn)展

當(dāng)前，國內(nèi)教育大數(shù)據(jù)理論研究與實(shí)踐探索同步推進(jìn)，部分地區(qū)的實(shí)踐已經(jīng)領(lǐng)先理論研究。國內(nèi)區(qū)域教育大數(shù)據(jù)研究主要聚焦在建設(shè)與應(yīng)用兩個(gè)方面。

（一）區(qū)域教育大數(shù)據(jù)建設(shè)研究

區(qū)域教育大數(shù)據(jù)建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，國內(nèi)學(xué)者已對區(qū)域教育大數(shù)據(jù)的整體架構(gòu)與框架設(shè)計(jì)以及區(qū)域教育大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)展開了積極探索。

清晰合理的架構(gòu)與框架設(shè)計(jì)是建設(shè)高水平區(qū)域教育大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)保障。楊現(xiàn)民等[3]構(gòu)建了區(qū)縣層面教育數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提出“定標(biāo)準(zhǔn)，搭平臺”“聚數(shù)據(jù)，抓管理”“聚數(shù)據(jù)，抓教學(xué)”“用數(shù)據(jù)，促變革”的四步驟建設(shè)策略。劉邦奇等[4]指出，區(qū)域教育大數(shù)據(jù)建設(shè)離不開“大數(shù)據(jù)應(yīng)用體系建設(shè)”“大數(shù)據(jù)專家團(tuán)隊(duì)建設(shè)”和“大數(shù)據(jù)保障制度建設(shè)”三個(gè)關(guān)鍵要素的協(xié)同配合。余勝泉等[5]剖析了區(qū)域教育大數(shù)據(jù)的總體架構(gòu)，包括教育過程多模態(tài)數(shù)據(jù)收集、學(xué)習(xí)者個(gè)性化認(rèn)識模型構(gòu)建、學(xué)科知識圖譜構(gòu)建、數(shù)據(jù)挖掘分析、資源語義標(biāo)記與匯聚、個(gè)性化智能推薦引擎、區(qū)域教育決策分析等關(guān)鍵模塊。

平臺建設(shè)是教育大數(shù)據(jù)落地的關(guān)鍵所在。徐超超等[6]設(shè)計(jì)了區(qū)域教育大數(shù)據(jù)平臺的技術(shù)架構(gòu)、主題數(shù)據(jù)庫與核心功能，并對平臺建設(shè)與運(yùn)營中存在的教育數(shù)據(jù)開放、治理以及創(chuàng)新應(yīng)用問題進(jìn)行了探討。李振等[7]從學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)采集、教育大數(shù)據(jù)存儲與計(jì)算以及教育大數(shù)據(jù)分析挖掘三個(gè)方面探討了平臺的關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)。張邵麗等[8]構(gòu)建了教育大數(shù)據(jù)平臺的運(yùn)行機(jī)制，涉及開放獲取、分類存儲、整合共享、技術(shù)支撐和管理協(xié)同五個(gè)方面。此外，還有學(xué)者對教育大數(shù)據(jù)平臺信息共享的影響因素[9]、教育質(zhì)量監(jiān)測與評估[10]進(jìn)行了研究。

（二）區(qū)域教育大數(shù)據(jù)應(yīng)用研究

當(dāng)前，區(qū)域教育大數(shù)據(jù)應(yīng)用研究聚焦在區(qū)域教育質(zhì)量提升上。

理論研究層面，劉雍潛等[11]指出海量教育數(shù)據(jù)的匯聚為區(qū)域教育均衡發(fā)展提供了新思路，通過對教育大數(shù)據(jù)的深入分析和挖掘，有望從教育環(huán)境均衡、教育資源均衡、教育機(jī)會均等、教育質(zhì)量均衡四個(gè)方面推動區(qū)域教育的均衡發(fā)展;黃濤等[12]通過對國內(nèi)外教育質(zhì)量評價(jià)項(xiàng)目的研究進(jìn)展、理論模型、分析方法等多方面的整合分析，構(gòu)建了多元數(shù)據(jù)驅(qū)動的區(qū)域教育質(zhì)量分析模型，并提出要重視構(gòu)建區(qū)域數(shù)據(jù)閉環(huán)，建立數(shù)據(jù)應(yīng)用反饋機(jī)制，實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的區(qū)域教學(xué)生態(tài)的重構(gòu)。

實(shí)踐研究層面，余勝泉領(lǐng)銜的大數(shù)據(jù)促進(jìn)區(qū)域教育質(zhì)量分析與改進(jìn)研究團(tuán)隊(duì)，構(gòu)建了集學(xué)生個(gè)性服務(wù)、教師精準(zhǔn)教學(xué)、家長育人協(xié)同、學(xué)校質(zhì)量改進(jìn)為一體的區(qū)域教育質(zhì)量改進(jìn)服務(wù)模型[13]。目前，該項(xiàng)目已在北京通州、房山等地區(qū)開展了大規(guī)模的實(shí)踐探索，取得了良好的效果。此外，重慶、蘇州、溫州等地在教育部基礎(chǔ)教育質(zhì)量監(jiān)測中心專家團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)下，紛紛成立了地方教育評估院和教育質(zhì)量監(jiān)測中心，在利用大數(shù)據(jù)支撐區(qū)域基礎(chǔ)教育質(zhì)量監(jiān)測與評估方面進(jìn)行了卓有成效的探索。

三、區(qū)域教育大數(shù)據(jù)分析架構(gòu)

本文對區(qū)域教育大數(shù)據(jù)分析服務(wù)平臺的技術(shù)架構(gòu)、數(shù)據(jù)分析架構(gòu)以及典型專題大數(shù)據(jù)進(jìn)行了初步分析設(shè)計(jì)。

（一）區(qū)域教育大數(shù)據(jù)分析服務(wù)平臺技術(shù)架構(gòu)

基于江蘇省A市的項(xiàng)目實(shí)踐，研究構(gòu)建了區(qū)域教育大數(shù)據(jù)分析服務(wù)平臺（以下簡稱“平臺”）的五層技術(shù)架構(gòu)（如圖1所示）。其中，安全保障體系貫穿五個(gè)層次，以保證教育數(shù)據(jù)全生命周期的安全性和可控性;數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系是整個(gè)技術(shù)架構(gòu)的基礎(chǔ)，規(guī)定了平臺數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，以保障跨系統(tǒng)教育數(shù)據(jù)的無縫流轉(zhuǎn)與融通共享。平臺建設(shè)的最終目標(biāo)是大數(shù)據(jù)驅(qū)動區(qū)域教育治理體系與教育治理能力的現(xiàn)代化。

1. 數(shù)據(jù)采集層

平臺的數(shù)據(jù)來源包括區(qū)域智慧教育公共服務(wù)平臺、教育裝備監(jiān)測（如班班通等）以及教育事業(yè)發(fā)展監(jiān)測與評價(jià)。區(qū)域智慧教育公共服務(wù)平臺包含了全區(qū)通用的諸多信息化應(yīng)用系統(tǒng)，如備課系統(tǒng)、排課系統(tǒng)、綜合素質(zhì)評價(jià)系統(tǒng)等，通過對這些系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集，可以源源不斷地獲取全維的教育數(shù)據(jù)。隨著各種傳感器與智能軟件在智慧校園中的普及應(yīng)用，區(qū)域教育裝備的常態(tài)運(yùn)行監(jiān)測體系正在逐步形成，任何硬件終端或軟件工具的使用過程數(shù)據(jù)都將得到有效采集，有助于提升全區(qū)信息化資源的利用效益和應(yīng)用水平。此外，結(jié)合國家教育事業(yè)發(fā)展監(jiān)測與評價(jià)工作的開展，可以將全區(qū)各項(xiàng)教育事業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)納入平臺采集的范疇，以支撐全區(qū)全息大數(shù)據(jù)體系的構(gòu)建與科學(xué)決策。

2. 數(shù)據(jù)處理層

區(qū)域教育大數(shù)據(jù)建設(shè)面臨的首要問題是數(shù)據(jù)質(zhì)量問題，需要通過嚴(yán)格的數(shù)據(jù)抽取與清洗程序，以最大程度剔除虛假、重復(fù)、矛盾等偽數(shù)據(jù)與錯數(shù)據(jù)。由于教育業(yè)務(wù)的復(fù)雜性和場景的多變性，未來很長一段時(shí)間數(shù)據(jù)的高效與精準(zhǔn)處理將是制約教育數(shù)據(jù)價(jià)值發(fā)揮的關(guān)鍵。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)力執(zhí)行，有助于打通平臺的“數(shù)據(jù)脈絡(luò)”，構(gòu)建多源渠道貫通的“數(shù)據(jù)立交橋”，實(shí)現(xiàn)教育數(shù)據(jù)在多終端、多系統(tǒng)之間的交換與整合。教育數(shù)據(jù)的存儲，一方面要特別關(guān)注非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的爆炸式增長帶來的數(shù)據(jù)存儲與檢索上的挑戰(zhàn)，另一方面，可采用超融合存儲架構(gòu)與全閃存存儲技術(shù)，以應(yīng)對區(qū)域教育大數(shù)據(jù)高速發(fā)展帶來的挑戰(zhàn)。

3. 數(shù)據(jù)分析層

該層是整個(gè)平臺的“智慧引擎”，而該引擎的運(yùn)行效果很大程度上取決于數(shù)據(jù)分析模型的設(shè)計(jì)。當(dāng)前，教育領(lǐng)域典型的數(shù)據(jù)分析模型包括決策支持模型、校情監(jiān)測模型、適應(yīng)性學(xué)習(xí)模型、學(xué)業(yè)評價(jià)模型、學(xué)習(xí)預(yù)警模型、深度學(xué)習(xí)行為診斷模型以及學(xué)生畫像模型[14]。為了更全面地支持區(qū)域教育事業(yè)發(fā)展，平臺在數(shù)據(jù)分析層需要盡可能地結(jié)合具體的業(yè)務(wù)需求，提供顆粒度更小、目標(biāo)更聚焦的數(shù)據(jù)分析模型，生成可動態(tài)進(jìn)化的區(qū)域教育大數(shù)據(jù)分析模型庫。依據(jù)數(shù)據(jù)分析難度和結(jié)果的價(jià)值度，可以將數(shù)據(jù)分析初步分成描述性分析、診斷性分析以及預(yù)測性分析等三個(gè)層級，難度和價(jià)值度同步提升。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前國內(nèi)各地教育大數(shù)據(jù)平臺的分析功能主要以描述性分析為主，而診斷性和預(yù)測性分析嚴(yán)重不足。

4. 數(shù)據(jù)展示層

數(shù)據(jù)可視化有利于發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性，便于及時(shí)作出決策干預(yù)，已經(jīng)成為區(qū)域教育大數(shù)據(jù)的基本特征[15]。數(shù)據(jù)展示層重點(diǎn)呈現(xiàn)六類教育大數(shù)據(jù)：教育基礎(chǔ)信息大數(shù)據(jù)、信息化應(yīng)用大數(shù)據(jù)、信息化資源大數(shù)據(jù)、教師隊(duì)伍大數(shù)據(jù)、學(xué)生綜合素質(zhì)大數(shù)據(jù)以及教育安全大數(shù)據(jù)。通過對這六類教育大數(shù)據(jù)的可視化展示，可以輔助各級管理者便捷高效地“看數(shù)據(jù)、用數(shù)據(jù)、管數(shù)據(jù)”，實(shí)時(shí)掌握全區(qū)教育發(fā)展概貌與動態(tài)，開展數(shù)據(jù)驅(qū)動的教育科學(xué)決策。

5. 數(shù)據(jù)應(yīng)用層

數(shù)據(jù)應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)價(jià)值的“最后一公里”，而應(yīng)用的核心是基于數(shù)據(jù)分析結(jié)果給各種教育問題“開處方”，進(jìn)而促進(jìn)區(qū)域教育更加健康、高質(zhì)量、可持續(xù)的發(fā)展。平臺的數(shù)據(jù)應(yīng)用層要密切圍繞“區(qū)域教育政策制定與優(yōu)化、區(qū)域教育資源科學(xué)配置、區(qū)域教育質(zhì)量監(jiān)測與改進(jìn)、區(qū)域教育評價(jià)體系重構(gòu)”四項(xiàng)最緊迫、最重大的教育任務(wù)進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)。此外，平臺應(yīng)注重采集區(qū)域教育持續(xù)改進(jìn)的過程性數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)應(yīng)用效果的“證據(jù)”，以客觀評估“數(shù)據(jù)處方”帶來的實(shí)際效益。同時(shí)，這也將促進(jìn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)據(jù)展現(xiàn)四層的持續(xù)優(yōu)化。

（二）區(qū)域教育大數(shù)據(jù)三層三類數(shù)據(jù)分析架構(gòu)

結(jié)合江蘇省A市的項(xiàng)目實(shí)踐，本文提出區(qū)域教育大數(shù)據(jù)平臺的“三層三類數(shù)據(jù)分析架構(gòu)模型”（如圖2所示）。該模型涉及兩個(gè)數(shù)據(jù)分析維度：一是從數(shù)據(jù)分析的深度來界定三層數(shù)據(jù)分析服務(wù)（描述性分析、診斷性分析、預(yù)測性分析），二是從數(shù)據(jù)分析的業(yè)務(wù)類型來界定三類數(shù)據(jù)分析服務(wù)（基礎(chǔ)性信息統(tǒng)計(jì)分析、信息化應(yīng)用數(shù)據(jù)分析、教育業(yè)務(wù)專題數(shù)據(jù)分析）。其中，三層數(shù)據(jù)分析服務(wù)和三類數(shù)據(jù)分析服務(wù)相互貫通，也就是說，每類數(shù)據(jù)分析服務(wù)都可以分為描述性、診斷性和預(yù)測性三個(gè)分析層級，每層數(shù)據(jù)分析服務(wù)又涵蓋了三類數(shù)據(jù)分析服務(wù)。

圖2? ?三層三類數(shù)據(jù)分析架構(gòu)模型

1. 三層數(shù)據(jù)分析

描述性分析是指對所采集的教育數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)性描述（發(fā)生了什么），包括數(shù)據(jù)的集中趨勢分析、數(shù)據(jù)離散程度分析、數(shù)據(jù)的頻數(shù)分布分析等，利用可視化工具能夠有效地提高描述性分析結(jié)果的展示強(qiáng)度和效果。比如，全區(qū)教師數(shù)量與職稱分布、歷年教育經(jīng)費(fèi)投入變化情況、教育媒體終端的使用率等，常用的分析方法包括均值、中位數(shù)、眾數(shù)、方差、四分位表、峰度、偏度、頻數(shù)等。

診斷性分析是在描述性分析基礎(chǔ)上進(jìn)行的更深入的缺陷診斷與優(yōu)勢識別，可以鉆取到數(shù)據(jù)的核心，揭示導(dǎo)致該結(jié)果的原因（為什么會發(fā)生）。比如，學(xué)生知識缺陷分析、學(xué)習(xí)障礙診斷、學(xué)科能力診斷、學(xué)科優(yōu)勢識別等，常用的分析方法有假設(shè)檢驗(yàn)、相關(guān)分析等，常用的分析技術(shù)有認(rèn)知診斷測驗(yàn)[16]、知識追蹤模型[17]等。

預(yù)測性分析主要是從教育數(shù)據(jù)中分析教育行為或事件的關(guān)聯(lián)關(guān)系、發(fā)展模式，并對此行為或事件發(fā)展的趨勢進(jìn)行預(yù)測（可能會發(fā)生什么）。比如，某一教育事件未來發(fā)生的可能性與時(shí)間點(diǎn)、未來一段時(shí)間內(nèi)某一學(xué)生的學(xué)習(xí)水平變化等，這些可以通過決策樹、回歸分析、時(shí)序分析等算法以及相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)測模型來加以預(yù)測。

從描述性分析到診斷性分析，再到預(yù)測性分析，逐步由淺層分析走向深層分析，分析所需數(shù)據(jù)的來源和類型越來越多，分析的時(shí)間跨度越來越長，分析的難度越來越大，對區(qū)域教育發(fā)展的引領(lǐng)和改進(jìn)作用也越來越大。

2. 三類數(shù)據(jù)分析

基礎(chǔ)性信息統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)主要來源于每年的教育事業(yè)統(tǒng)計(jì)工作。圍繞此類數(shù)據(jù)，一是進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析，比如分析各階段在校生和毛入學(xué)率、學(xué)校與專任教師數(shù)量、民辦教育在校生規(guī)模與結(jié)構(gòu)、九年義務(wù)教育鞏固率、設(shè)施設(shè)備配備達(dá)標(biāo)率等;二是進(jìn)行診斷性分析，比如分析大班額現(xiàn)象背后的教育資源配置問題、導(dǎo)致學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)過重的關(guān)鍵性與深層次原因等;三是進(jìn)行預(yù)測性分析，比如分析新建校的需求數(shù)量與布局情況、師資隊(duì)伍規(guī)模變化與結(jié)構(gòu)調(diào)整等。

信息化應(yīng)用數(shù)據(jù)分析的數(shù)據(jù)主要來源于信息化應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行和教育裝備監(jiān)測。通過描述性統(tǒng)計(jì)分析，可以了解區(qū)域各種教育服務(wù)平臺、軟件系統(tǒng)、學(xué)科工具、數(shù)字資源與教育裝備的用戶量、使用人次、故障率等，以評估信息技術(shù)產(chǎn)品與服務(wù)的常態(tài)化應(yīng)用水平。通過診斷性分析，可以識別信息技術(shù)與教育教學(xué)融合應(yīng)用存在的短板、信息化應(yīng)用系統(tǒng)與裝備的功能設(shè)計(jì)缺陷等，以優(yōu)化提升信息化應(yīng)用的效率、效果與效益。通過預(yù)測性分析，可以判斷信息化系統(tǒng)與裝備的高峰應(yīng)用時(shí)間與潛在故障發(fā)生概率，以便加強(qiáng)事前防范和及時(shí)、精準(zhǔn)的應(yīng)對處理。

教育業(yè)務(wù)專題數(shù)據(jù)分析的數(shù)據(jù)主要來源于教學(xué)與教研、管理與評價(jià)、資源建設(shè)與應(yīng)用等業(yè)務(wù)活動。通過描述性分析，可以掌握師資隊(duì)伍整體規(guī)模與水平、學(xué)生綜合素質(zhì)發(fā)展水平、校園物理和網(wǎng)絡(luò)空間安全狀態(tài)、數(shù)字資源總量與應(yīng)用率等，幫助管理者全面了解區(qū)域教育關(guān)鍵業(yè)務(wù)運(yùn)行情況。通過診斷性分析，可以客觀評判區(qū)域教師隊(duì)伍建設(shè)中存在的結(jié)構(gòu)性短缺與失衡問題、數(shù)字資源建設(shè)與應(yīng)用需求脫鉤問題、學(xué)生全面發(fā)展存在的素質(zhì)短板問題等，以支持教育決策與服務(wù)的精準(zhǔn)供給。通過預(yù)測性分析，可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量預(yù)警、校園安全預(yù)警、學(xué)業(yè)水平預(yù)警等，以科學(xué)規(guī)避辦學(xué)風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)教育業(yè)務(wù)的過程監(jiān)控與前置管理。

（三）四種典型區(qū)域教育專題大數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)

本文重點(diǎn)對信息化資源大數(shù)據(jù)、教師隊(duì)伍大數(shù)據(jù)、學(xué)生綜合素質(zhì)大數(shù)據(jù)以及教育安全大數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)。

1. 信息化資源大數(shù)據(jù)

信息化資源大數(shù)據(jù)的深度挖掘與分析，能夠掌握區(qū)域信息化資源建設(shè)與應(yīng)用的總體概況、建設(shè)短板、應(yīng)用弱點(diǎn)以及發(fā)展趨勢等，能為教育管理者合理規(guī)劃區(qū)域教育資源建設(shè)重點(diǎn)與配置結(jié)構(gòu)提供決策支持。

信息化資源大數(shù)據(jù)可以分成信息化資源建設(shè)數(shù)據(jù)和信息化資源應(yīng)用數(shù)據(jù)。信息化資源建設(shè)數(shù)據(jù)分析指標(biāo)主要包括資源總量、資源類型與結(jié)構(gòu)分布、日新增資源量、資源需求量等。信息化資源應(yīng)用數(shù)據(jù)分析指標(biāo)主要包括資源使用總次數(shù)、不同類型資源應(yīng)用信息（資源上傳、資源下載、資源收藏、資源分享、資源評論等）、資源應(yīng)用頻次變化趨勢、不同類型資源利用率及排行（每日、每周、每月）、資源更新率等。

信息化資源大數(shù)據(jù)建設(shè)除了提供上述一般性數(shù)據(jù)分析外，還需重點(diǎn)關(guān)注資源熱度、資源擴(kuò)散度以及資源淘汰指數(shù)等三項(xiàng)應(yīng)用指標(biāo)。資源熱度是指資源的受關(guān)注程度，圍繞某個(gè)資源發(fā)生的行為頻次能在一定程度上說明其受關(guān)注的程度，即頻次越高，該資源的熱度越高;資源擴(kuò)散度是指單個(gè)資源在一定時(shí)間內(nèi)的傳播速度與范圍，可以為每個(gè)資源設(shè)置唯一的ID，通過ID傳播軌跡和復(fù)制數(shù)量（分享、轉(zhuǎn)載的頻次）評判資源的流通效率;資源淘汰指數(shù)用來判斷資源可能被淘汰的概率，可以根據(jù)學(xué)習(xí)者訪問量、資源打分、資源的評論、轉(zhuǎn)載、分享等數(shù)據(jù)來綜合判定資源的被淘汰概率。

2. 教師隊(duì)伍大數(shù)據(jù)

教師隊(duì)伍大數(shù)據(jù)的深度挖掘與分析，能夠支持教師精準(zhǔn)培養(yǎng)、促進(jìn)教師培訓(xùn)專業(yè)化、優(yōu)化教師資源配置以及改進(jìn)教師管理服務(wù)，進(jìn)而輔助相關(guān)教育管理部門實(shí)現(xiàn)對教師隊(duì)伍的精準(zhǔn)治理，促進(jìn)教師隊(duì)伍治理的現(xiàn)代化[18]。

教師隊(duì)伍大數(shù)據(jù)主要包括教師基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)、教師教育教學(xué)活動數(shù)據(jù)以及教師培訓(xùn)研修數(shù)據(jù)。教師基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)分析指標(biāo)包括教師基本信息（任教學(xué)科、學(xué)歷、職稱等）、性別比例、職稱結(jié)構(gòu)、年齡結(jié)構(gòu)、學(xué)歷結(jié)構(gòu)、流動率等。教師教育教學(xué)活動數(shù)據(jù)分析指標(biāo)主要包括備課量、上課量、學(xué)業(yè)輔導(dǎo)量、課堂教學(xué)互動率、授課滿意率等。教師培訓(xùn)研修數(shù)據(jù)分析指標(biāo)主要包括參訓(xùn)教師數(shù)量與占比、教師培訓(xùn)次數(shù)與時(shí)長、教師繼續(xù)教育學(xué)分達(dá)標(biāo)率與增長率、網(wǎng)絡(luò)教研參與率、教研成果數(shù)量與結(jié)構(gòu)等。

教師隊(duì)伍大數(shù)據(jù)建設(shè)除了提供上述一般性數(shù)據(jù)分析外，還需重點(diǎn)關(guān)注教師專業(yè)結(jié)構(gòu)失衡指數(shù)、教師幸福指數(shù)、教師教學(xué)發(fā)展指數(shù)等三項(xiàng)特色指標(biāo)。教師專業(yè)結(jié)構(gòu)失衡指數(shù)用于評判區(qū)域或?qū)W校教師在年齡結(jié)構(gòu)、學(xué)科結(jié)構(gòu)等方面的缺陷程度;教師幸福指數(shù)是從從教意愿、榮譽(yù)感、工作壓力、薪酬滿意度等多維數(shù)據(jù)評判區(qū)域或?qū)W校教師的整體幸福感程度;教師教學(xué)發(fā)展指數(shù)是從學(xué)生成績、教改項(xiàng)目、教學(xué)論文、教學(xué)獲獎等教學(xué)數(shù)據(jù)與參與培訓(xùn)、研修等繼續(xù)教育活動數(shù)據(jù)，評判區(qū)域或?qū)W校教師群體及個(gè)體的教學(xué)素質(zhì)與水平。

3. 學(xué)生綜合素質(zhì)大數(shù)據(jù)

學(xué)生綜合素質(zhì)大數(shù)據(jù)包括思想品德發(fā)展數(shù)據(jù)、學(xué)業(yè)水平發(fā)展數(shù)據(jù)、身心發(fā)展水平數(shù)據(jù)、藝術(shù)素養(yǎng)養(yǎng)成數(shù)據(jù)和社會實(shí)踐參與數(shù)據(jù)。學(xué)生綜合素質(zhì)大數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用有利于學(xué)生認(rèn)識自我，有利于學(xué)校切實(shí)轉(zhuǎn)變?nèi)瞬排囵B(yǎng)模式，并能為高校招生錄取提供重要參考。

思想品德發(fā)展數(shù)據(jù)分析指標(biāo)主要包括黨團(tuán)活動參與率、違規(guī)違紀(jì)率、班級值日完成率、榮譽(yù)稱號獲得率等。學(xué)業(yè)水平發(fā)展數(shù)據(jù)分析指標(biāo)主要包括學(xué)業(yè)優(yōu)秀率、學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)率、學(xué)業(yè)完成率、學(xué)業(yè)進(jìn)步率、作業(yè)完成率等。身心發(fā)展水平數(shù)據(jù)分析指標(biāo)主要包括體測優(yōu)秀率、體測達(dá)標(biāo)率、體重超重學(xué)生占比、學(xué)生焦慮指數(shù)、心理問題學(xué)生發(fā)生率等。藝術(shù)素養(yǎng)養(yǎng)成數(shù)據(jù)分析指標(biāo)主要包括藝體特長生數(shù)量與占比、藝術(shù)活動獲獎率、藝術(shù)課程開課率、藝術(shù)課程考查達(dá)標(biāo)率等。社會實(shí)踐參與數(shù)據(jù)分析指標(biāo)主要包括社會實(shí)踐活動總次數(shù)、社會實(shí)踐活動結(jié)構(gòu)占比、社會實(shí)踐活動參與率、社會實(shí)踐活動滿意度等。

學(xué)生綜合素質(zhì)大數(shù)據(jù)建設(shè)除了提供上述一般性數(shù)據(jù)分析外，還需重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生領(lǐng)導(dǎo)力指數(shù)、創(chuàng)新力指數(shù)、學(xué)習(xí)力指數(shù)等三項(xiàng)特色指標(biāo)。領(lǐng)導(dǎo)力指數(shù)是從學(xué)生在社團(tuán)任職、社會工作中的表現(xiàn)與影響方面評判學(xué)生的組織、協(xié)調(diào)與管理能力水平;創(chuàng)新力指數(shù)是從獨(dú)立思考、批判質(zhì)疑、鉆研探究等方面評判學(xué)生的高階思維發(fā)展水平;學(xué)習(xí)力指數(shù)是從學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)目標(biāo)、考試能力、復(fù)習(xí)能力、預(yù)習(xí)能力、學(xué)習(xí)自覺性、追求成功、回避困難等方面評判學(xué)生群體或者個(gè)體的學(xué)習(xí)動力、學(xué)習(xí)毅力及學(xué)習(xí)能力。

4. 教育安全大數(shù)據(jù)

物理空間安全數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)空間安全數(shù)據(jù)共同構(gòu)成了教育安全大數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與分析，能為管理部門提供權(quán)威的安全信息反饋和事故預(yù)警，提升教育管理者的應(yīng)急處理能力與科學(xué)決策水平。

物理空間安全數(shù)據(jù)分析指標(biāo)主要包括校園安全事故發(fā)生率、校園安全隱患整改率、校園安全系數(shù)、平安校園達(dá)標(biāo)率、設(shè)施設(shè)備運(yùn)行故障率、校園霸凌發(fā)生率等。網(wǎng)絡(luò)空間安全數(shù)據(jù)分析指標(biāo)主要包括校園網(wǎng)絡(luò)異常發(fā)生率、校園網(wǎng)絡(luò)輿情處置率、校園網(wǎng)絡(luò)安全事件數(shù)量與結(jié)構(gòu)占比、校園網(wǎng)絡(luò)惡意攻擊次數(shù)、校園網(wǎng)絡(luò)安全預(yù)警次數(shù)與準(zhǔn)確率等。

教育安全大數(shù)據(jù)建設(shè)除了提供上述一般性數(shù)據(jù)分析外，還需重點(diǎn)關(guān)注校園暴力事件預(yù)警指數(shù)、網(wǎng)絡(luò)突發(fā)事件應(yīng)對能力指數(shù)等兩項(xiàng)特色指標(biāo)。校園暴力事件預(yù)警指數(shù)是指通過對學(xué)生的行為、言語、心理等全維度數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測與綜合分析，以評判各種校園暴力事件發(fā)生的概率和危害程度;網(wǎng)絡(luò)突發(fā)事件應(yīng)對能力指數(shù)是從校園網(wǎng)絡(luò)安全事件發(fā)生情況（如病毒入侵、異常行為監(jiān)測等）、正確處置結(jié)果以及事件危害度等方面評判學(xué)校應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)安全事件的處理能力和水平。

四、區(qū)域教育大數(shù)據(jù)可視化展示

通過分析各地建設(shè)的教育大數(shù)據(jù)分析服務(wù)平臺以及諸多企業(yè)研發(fā)的數(shù)據(jù)大屏、數(shù)據(jù)駕駛艙等產(chǎn)品，本文提煉出教育數(shù)據(jù)可視化展示的四種典型模式。

（一）基于傳統(tǒng)可視化圖表的展示模式

傳統(tǒng)可視化圖表包括柱狀圖、折線圖、餅圖、散點(diǎn)圖、雷達(dá)圖、氣泡圖、儀表盤圖等，這些是當(dāng)前教育數(shù)據(jù)可視化的主流呈現(xiàn)方式，其優(yōu)點(diǎn)是通俗易懂，但缺點(diǎn)是創(chuàng)新性不足、比較單一。不同的可視化圖表，其特點(diǎn)不一樣，所應(yīng)用的場景也不一樣?；谶@些可視化圖表，區(qū)域教育管理者能夠清楚地了解區(qū)域教育發(fā)展整體概況、未來發(fā)展趨勢、不同縣（區(qū)、市）之間教育發(fā)展的對比情況等。以江蘇省A市的教師基礎(chǔ)信息大數(shù)據(jù)為例（如圖3所示），通過傳統(tǒng)的可視化圖表，充分展示A市教師基礎(chǔ)信息的全貌，包括男女教師比例、教師年齡分布、學(xué)科教師分布、工資待遇情況、各區(qū)專任教師占比、各區(qū)有編制教師占比、全市不同縣（區(qū)）的教師流動數(shù)量等，一定程度上能夠說明教師發(fā)展中存在的一些問題。

（二）基于地圖的展示模式

基于地圖的展示是比較直觀的可視化展示，能實(shí)現(xiàn)從宏觀到微觀不同層次的視覺呈現(xiàn)，并可實(shí)現(xiàn)不同尺度間的自由切換[22]?；诘貓D的展示模式借助地圖得天獨(dú)厚的區(qū)域分布優(yōu)勢，以區(qū)域內(nèi)不同級別行政區(qū)（市、區(qū)、縣）為基礎(chǔ)建立分析單元，提取地理位置信息，自動形成相應(yīng)的位置標(biāo)簽，并疊加在地圖的底圖上;通過數(shù)據(jù)的展示實(shí)現(xiàn)與地圖的無縫融合，能輕易查看區(qū)域內(nèi)教育主體行為產(chǎn)生的任何數(shù)據(jù)及其空間分布。為了直觀對比不同分析單元的教育差異，通過顏色變化、圖形疊加等手段予以凸顯，以對區(qū)域內(nèi)教育發(fā)展水平、教育資源分布、學(xué)區(qū)劃分等有明確的了解，實(shí)現(xiàn)決策的直觀化。

（三）基于傳統(tǒng)可視化圖表與地圖相結(jié)合的展示模式

基于傳統(tǒng)可視化圖表和基于地圖的展示模式組合在一起呈現(xiàn)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，并且能夠很好地強(qiáng)化整體的視覺效果與數(shù)據(jù)價(jià)值的發(fā)揮。這既能讓相關(guān)教育管理部門通過教育行為數(shù)據(jù)的時(shí)空分布整體直觀感知區(qū)域內(nèi)教育的均衡發(fā)展的情況，又能通過鉆取技術(shù)定位某一區(qū)、縣具體的教育數(shù)據(jù)變化，從而深挖問題出現(xiàn)的原因。以江蘇省A市信息化資源大數(shù)據(jù)為例（如圖4所示），通過基于地圖的可視化方式表達(dá)A市信息化資源的總體建設(shè)狀況和利用狀況，同時(shí)以深淺不一的藍(lán)色系區(qū)分不同區(qū)縣的資源總量;通過傳統(tǒng)的柱狀圖、折線圖體現(xiàn)今日信息化資源系統(tǒng)利用排行、各來源渠道資源數(shù)量、信息化資源建設(shè)趨勢等，兩者的結(jié)合輔助區(qū)域教育管理者整體研判A市的信息化資源建設(shè)與利用情況。

（四）基于數(shù)據(jù)流的拓展展示模式

隨著數(shù)據(jù)可視化的發(fā)展，數(shù)據(jù)流的重要性逐漸顯現(xiàn)。數(shù)據(jù)流不是一種物化的存在，而是數(shù)據(jù)產(chǎn)生、交互的可視化映射。通過數(shù)據(jù)的流動能夠極為直觀地了解哪些主體產(chǎn)生了數(shù)據(jù)、哪些主體間有交互行為等，這與傳統(tǒng)可視化圖表、地圖完全不同?；跀?shù)據(jù)流的拓展展示模式通常以數(shù)據(jù)流本身或數(shù)據(jù)池的形式呈現(xiàn)。以江蘇省A市某縣（區(qū)）信息化資源大數(shù)據(jù)為例（如圖5所示），圖中右上角“資源庫”的可視化展示就是基于數(shù)據(jù)流的拓展展示模式的最佳體現(xiàn)。將國家平臺、省平臺、學(xué)校系統(tǒng)以及特色資源庫中的資源動態(tài)匯聚在資源庫這一“數(shù)據(jù)池（資源池）”中，每一個(gè)平臺與數(shù)據(jù)池通過數(shù)據(jù)流的方式進(jìn)行連接。數(shù)據(jù)池包含教學(xué)反思、音頻、微課、專題資源、課件等多種類型的資源，并且數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新（資源總量、應(yīng)用人次、上傳量、下載量）。通過數(shù)據(jù)的流動凸顯A市某縣（區(qū)）信息化資源來源、類型以及應(yīng)用情況。

五、結(jié)? ?語

區(qū)域教育大數(shù)據(jù)正在進(jìn)入快速建設(shè)和發(fā)展期，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)分析等很多實(shí)踐問題不斷出現(xiàn)，亟待更多研究者與政府、企業(yè)以及學(xué)校協(xié)同開展專題性研究。客觀而言，國內(nèi)很多地方的教育大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)仍處于規(guī)劃設(shè)計(jì)和初期建設(shè)階段，在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)研制、數(shù)據(jù)開放的程度、數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量、數(shù)據(jù)分析的深度、數(shù)據(jù)展現(xiàn)的科學(xué)性等方面，仍有很多工作需要加強(qiáng)。下一步，團(tuán)隊(duì)將圍繞區(qū)域教育大數(shù)據(jù)系列標(biāo)準(zhǔn)研制與區(qū)域教育大數(shù)據(jù)應(yīng)用實(shí)踐兩個(gè)方面開展深入研究。

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