大數(shù)據(jù)時(shí)代智慧教育中精準(zhǔn)學(xué)習(xí)需求感知策略

劉樹錕 潘顯民 李超良 唐金鵬

摘 ?要：文章分析和闡釋了智慧教學(xué)中精準(zhǔn)學(xué)習(xí)的概念與意義，構(gòu)建了智慧教學(xué)的基本框架，提出了智慧教學(xué)需求精準(zhǔn)感知策略。文章重點(diǎn)在智慧教學(xué)框架中分析基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧教學(xué)需求精準(zhǔn)感知過程，探討智慧教育中教學(xué)需求精準(zhǔn)感知策略的優(yōu)勢與實(shí)際教學(xué)意義。

關(guān)鍵詞：精準(zhǔn)教學(xué);智慧教育;學(xué)習(xí)需求感知;大數(shù)據(jù)

中圖分類號(hào)：G640 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-000X（2021）18-0014-04

Abstract： This paper analyzes and explains the concept and significance of accurate learning in wisdom teaching， constructs the basic framework of wisdom teaching， and puts forward the strategy of accurate perception of wisdom teaching demand. In the framework of intelligent teaching， it analyzes the process of accurate perception of intelligent teaching demands based on big data technology. This paper expounds the advantages and practical teaching significance of the strategy of accurate perception of teaching needs in wisdom education.

Keywords： accurate teaching; intelligent education; learning need perception; big data

當(dāng)今世界已經(jīng)步入了新一代人工智能和大數(shù)據(jù)2.0時(shí)代。隨著智能社會(huì)的逐漸來臨，人類社會(huì)也已經(jīng)慢慢踏上了智能決定一切的新征程。人工智能和大數(shù)據(jù)信息已經(jīng)成為像飲食、電、燃?xì)?、網(wǎng)絡(luò)一樣的必需品。作為智能社會(huì)的關(guān)鍵因子，高等教育應(yīng)該充分利用大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)積極促進(jìn)我國快速進(jìn)入智慧教育時(shí)代。為了將黨的十九大精神深入落實(shí)到實(shí)際工作中，為了迅速推進(jìn)教育強(qiáng)國建設(shè)，為了加速我國新時(shí)代教育信息化的進(jìn)程[1]，教育部根據(jù)我國教育進(jìn)程的實(shí)際情況，制定了詳細(xì)的教育信息化2.0計(jì)劃[1-3]。該計(jì)劃是能夠有效促進(jìn)我國智慧教育[2]高速發(fā)展的一項(xiàng)強(qiáng)有力的先導(dǎo)性工程。

一、相關(guān)研究

在黨的十九大報(bào)告中，習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)了堅(jiān)持質(zhì)量第一、效率優(yōu)先的重要性，強(qiáng)調(diào)了供給側(cè)改革對(duì)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量變革、提高行業(yè)全要素生產(chǎn)率的重要作用，突出了供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革過程中創(chuàng)新供給結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)供給的重要地位。如果要實(shí)現(xiàn)資源的精準(zhǔn)供給，首先要對(duì)需求進(jìn)行精準(zhǔn)感知，從而獲得用戶的精準(zhǔn)需求[4-5，15]?！熬珳?zhǔn)教學(xué)”當(dāng)初是基于斯金納的行為主義學(xué)習(xí)理論而提出的，主張學(xué)習(xí)條件與環(huán)境的作用。然而當(dāng)今信息技術(shù)日益發(fā)展，已經(jīng)足以為學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)條件與環(huán)境提供強(qiáng)大的技術(shù)支持，足以有效促進(jìn)精準(zhǔn)教學(xué)的發(fā)展。確切而言，就是基于人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)[6]，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)需求的精準(zhǔn)感知，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源精準(zhǔn)供給?！熬珳?zhǔn)”是教學(xué)存在的必要條件。教學(xué)不精準(zhǔn)就不是優(yōu)質(zhì)的教學(xué)[6]，學(xué)生的學(xué)習(xí)就不可能有真正意義上的收獲。此外，為了實(shí)現(xiàn)智慧教學(xué)，高校教學(xué)過程也需要從供給側(cè)改革的“需求精準(zhǔn)感知和資源精準(zhǔn)供給”中尋找思路，積極為知識(shí)學(xué)習(xí)者尋求、提供有效的知識(shí)獲取方法[7-8]，從而實(shí)現(xiàn)智慧教育。因此，習(xí)近平總書記的供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革思路，對(duì)人工智能與大數(shù)據(jù)時(shí)代高校基于精準(zhǔn)教學(xué)的智慧教育[9，14]的發(fā)展起到了極其重要的指導(dǎo)作用[10]。

基于精準(zhǔn)學(xué)習(xí)與個(gè)性化教學(xué)的智慧教學(xué)[11]，國外已開展了相關(guān)工作，并且取得了一定的成就。例如，Peter Brusilovsky等人（匹茲堡大學(xué)）[12-13]，把奧蘇伯爾學(xué)習(xí)理論和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法融入到MOOC教學(xué)中，有效地對(duì)學(xué)生知識(shí)水平、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和興趣偏好進(jìn)行收集，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)個(gè)性化精準(zhǔn)定制[12]。德國學(xué)者Bela（卡爾斯魯厄大學(xué)）基于內(nèi)容知識(shí)圖譜和本體論等理論構(gòu)建了個(gè)性化的知識(shí)脈絡(luò)圖，實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)習(xí)者的知識(shí)水平把握。馬來西亞理工大學(xué)Idris等人，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理，實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)對(duì)象之間邏輯關(guān)系的確定，從而有助于學(xué)習(xí)需求的精準(zhǔn)感知和學(xué)習(xí)資源的精準(zhǔn)供給。與此同時(shí)，國內(nèi)相關(guān)研究也開展得如火如荼。例如，浙江工業(yè)大學(xué)李浩君和江南大學(xué)牟智佳等學(xué)者，通過收集學(xué)習(xí)者的生物數(shù)據(jù)（例如，面部行為、眼球運(yùn)行特征等），采用啟發(fā)類算法針對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為學(xué)習(xí)者推薦學(xué)習(xí)資源序列。朱建東教授（華東師范大學(xué)）、蔣強(qiáng)（四川大學(xué)）等學(xué)者，根據(jù)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、模糊理論設(shè)計(jì)了自適應(yīng)學(xué)習(xí)風(fēng)格模型的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)路徑，構(gòu)建了學(xué)習(xí)診斷系統(tǒng)模型。在智慧教育體系構(gòu)建策略方面，主要集中在解決“雙精準(zhǔn)”智慧教學(xué)“如何實(shí)施”的問題[14]。

二、智慧教學(xué)需求精準(zhǔn)感知的意義

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的日益發(fā)展，我國已經(jīng)步入了大數(shù)據(jù)應(yīng)用高速發(fā)展期，智慧教育體系中精準(zhǔn)教學(xué)（學(xué)習(xí)需求精準(zhǔn)感知與學(xué)習(xí)資源精準(zhǔn)供給）的教學(xué)過程與傳統(tǒng)教學(xué)相比，覆蓋的教學(xué)范圍更加廣泛?；诰珳?zhǔn)教學(xué)的智慧教學(xué)模式肯定會(huì)成為最具有廣泛前景的教學(xué)模式之一。目前，我國已經(jīng)步入了大數(shù)據(jù)應(yīng)用高速發(fā)展期，在此階段結(jié)合大數(shù)據(jù)環(huán)境中多樣的教學(xué)數(shù)據(jù)資源，基于大數(shù)據(jù)的智能化數(shù)據(jù)分析與知識(shí)推薦技術(shù)，可以為高校教育中的師生提供精準(zhǔn)的學(xué)習(xí)偏好分類，同時(shí)也可以設(shè)計(jì)更加有針對(duì)性的智慧教學(xué)活動(dòng)。根據(jù)大數(shù)據(jù)技術(shù)分析結(jié)果，會(huì)感知到精準(zhǔn)的學(xué)習(xí)需求，從而教師就可以更加明確教學(xué)動(dòng)機(jī)，進(jìn)行精準(zhǔn)的學(xué)習(xí)資源供給，從而實(shí)現(xiàn)智慧教育。線上學(xué)生也可以根據(jù)學(xué)習(xí)偏好的匹配，獲得更加有效的學(xué)習(xí)資源，從而形成了線上、線下教學(xué)方式相結(jié)合的智慧教學(xué)模式。因此，基于需求精準(zhǔn)感知與資源精準(zhǔn)供給的智慧教學(xué)的研究，對(duì)于促進(jìn)高校智慧教育教學(xué)體系的完善有著重要意義。

三、智慧教學(xué)需求精準(zhǔn)感知策略

本文主要圍繞目前高校教育過程中出現(xiàn)的若干問題，在人工智能與大數(shù)據(jù)2.0時(shí)代，針對(duì)智慧教育提出一種智慧教學(xué)框架與教學(xué)需求精準(zhǔn)感知策略。

（一）智慧教學(xué)主體框架

在新的教育改革浪潮中，教育發(fā)展總體方向應(yīng)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的個(gè)性發(fā)展和自主選擇?；诰珳?zhǔn)學(xué)習(xí)的框架，根據(jù)學(xué)習(xí)者興趣推送精準(zhǔn)的學(xué)習(xí)資源，使學(xué)習(xí)者更加明確學(xué)習(xí)內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)學(xué)習(xí)的智慧教育目標(biāo)。同時(shí)學(xué)習(xí)者也可以適當(dāng)控制學(xué)習(xí)進(jìn)度，確保學(xué)習(xí)的高效率，從而最大程度地激發(fā)學(xué)習(xí)潛能。尤其在人工智能與大數(shù)據(jù)時(shí)代，社會(huì)已經(jīng)完全處于信息公開、資源共享的狀態(tài)。在此情境下，需求精準(zhǔn)偏好與內(nèi)容精準(zhǔn)供給模式的智慧教學(xué)模式已勢如破竹。為此本文提出智慧教學(xué)框架結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

（二）智慧教學(xué)主體框架過程

智慧教學(xué)框架中以興趣、專業(yè)、課程、資源、學(xué)生、教師為主線，建立以教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)等要素為主要內(nèi)容，適合線上教學(xué)平臺(tái)的統(tǒng)一資源存儲(chǔ)模式。學(xué)習(xí)者首先通過客戶端或者APP等方式提交個(gè)人學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)服務(wù)器端存儲(chǔ)個(gè)人興趣數(shù)據(jù)作為學(xué)習(xí)興趣偏好源數(shù)據(jù)。在教學(xué)框架中的數(shù)據(jù)分析服務(wù)器（需求感知部件）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理，提取數(shù)據(jù)特征，形成不同知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)特征的數(shù)據(jù)集合。根據(jù)上述數(shù)據(jù)特征教學(xué)端可以獲取不同學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣與供給知識(shí)的有效對(duì)應(yīng)關(guān)系，完成教學(xué)過程。主體知識(shí)供給與學(xué)習(xí)流程如圖2所示。

四、智慧教學(xué)需求精準(zhǔn)感知策略

基于精準(zhǔn)教學(xué)的數(shù)字化智慧教學(xué)學(xué)習(xí)需求感知策略，力求突破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，構(gòu)建以智能大數(shù)據(jù)分析、推薦技術(shù)為載體，具有評(píng)分標(biāo)簽的新型學(xué)習(xí)資源分層對(duì)象資源集合。精準(zhǔn)地感知學(xué)生的偏好信息，然后基于偏好信息為學(xué)生進(jìn)行精準(zhǔn)資源供給。

（一）智慧教學(xué)體系設(shè)計(jì)思路

主要體現(xiàn)為關(guān)注每個(gè)學(xué)習(xí)主體的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求差異，教學(xué)資源推薦過程中體現(xiàn)出知識(shí)和學(xué)習(xí)需求的有效對(duì)應(yīng)。如果要做到對(duì)應(yīng)，那么必須要設(shè)計(jì)出學(xué)習(xí)需求與學(xué)習(xí)資源準(zhǔn)確的映射關(guān)系。構(gòu)建一套完整的以信息數(shù)據(jù)共享平臺(tái)為資源依托，以精準(zhǔn)需求為關(guān)鍵，突出精準(zhǔn)教學(xué)服務(wù)為重點(diǎn)的智慧教學(xué)體系。設(shè)計(jì)過程主要基于以下兩點(diǎn)：

第一，構(gòu)建基于推薦機(jī)制的數(shù)字化智慧教學(xué)資源庫

構(gòu)建多平臺(tái)資源標(biāo)準(zhǔn)，先在院系常規(guī)課程中建立相應(yīng)的專業(yè)課程資源庫，然后由小組成員帶領(lǐng)專業(yè)教師收集學(xué)生學(xué)習(xí)偏好，并且構(gòu)建有推薦機(jī)制的相應(yīng)專業(yè)課程、專業(yè)實(shí)踐教學(xué)、專業(yè)課程標(biāo)準(zhǔn)、技能鑒定資源庫。

第二，構(gòu)建基于精準(zhǔn)學(xué)習(xí)的智慧教學(xué)模式

構(gòu)建出統(tǒng)一的信息類專業(yè)課程的精準(zhǔn)需求感知與精準(zhǔn)資源供給的智慧教學(xué)模式框架。

（二）智慧教學(xué)需求精準(zhǔn)感知過程

如果要準(zhǔn)確實(shí)施上述方案，教學(xué)需求的精準(zhǔn)感知是重中之重。在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，本文針對(duì)基于精準(zhǔn)學(xué)習(xí)的智慧教學(xué)策略進(jìn)行研究。建立較完善的基于精準(zhǔn)學(xué)習(xí)的智慧教學(xué)框架。在智慧教學(xué)過程中勾勒出需求精準(zhǔn)感知與資源供給的智慧教育體系?；诙鄬I(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)的細(xì)化和教師的內(nèi)在化反思，收集教學(xué)協(xié)同體系中學(xué)習(xí)偏好和對(duì)應(yīng)的資源，形成偏好和資源之間相對(duì)應(yīng)的映射關(guān)系。進(jìn)而通過偏好定位和推薦系統(tǒng)，形成規(guī)范統(tǒng)一的智慧學(xué)習(xí)資源推薦模式。具體的學(xué)習(xí)需求感知過程如圖3所示。

學(xué)習(xí)需求感知過程主要包含以下幾部分：

1. 明確學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)目標(biāo)的差異，精確收集學(xué)生在線輸入的學(xué)習(xí)興趣數(shù)據(jù)，形成初步的學(xué)習(xí)興趣數(shù)據(jù)集合。通過學(xué)習(xí)興趣的有效性收集，構(gòu)建一套完整的模糊興趣數(shù)據(jù)集。

2. 結(jié)合獲得的模糊興趣數(shù)據(jù)集，進(jìn)行初步的符合常理的學(xué)習(xí)興趣分析，得到有效的學(xué)習(xí)興趣數(shù)據(jù)。但是，在此數(shù)據(jù)集合中并沒有按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行存儲(chǔ)，因此對(duì)于該數(shù)據(jù)集合需要進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范化處理，從而生成規(guī)范化的興趣數(shù)據(jù)形式。

3. 針對(duì)上述步驟中生成的興趣數(shù)據(jù)，進(jìn)行興趣類別劃分，比如工科類、理科類、文科類，然后進(jìn)一步對(duì)上述類型的興趣進(jìn)行科目對(duì)應(yīng)。例如，“CPU”是屬于工科大類，然后進(jìn)一步確定，該興趣數(shù)據(jù)屬于計(jì)算機(jī)類。此操作的目的是將學(xué)生的興趣準(zhǔn)確地規(guī)約到具體的科目類別中。

4. 針對(duì)具有分類信息的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)行學(xué)習(xí)興趣模式提取，并對(duì)所獲得的有效模式進(jìn)行存儲(chǔ)。目前，完成了主體興趣模式的識(shí)別，但是該模式是否合理需要進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)證。主要從學(xué)習(xí)模式的精確度和有效性兩個(gè)方面進(jìn)行評(píng)估。

5. 存儲(chǔ)經(jīng)過評(píng)估后的學(xué)習(xí)興趣模式，為精準(zhǔn)知識(shí)的提供做好準(zhǔn)備。

在整個(gè)興趣模式獲得的過程中，數(shù)據(jù)采集和模式提取起到了很重要的作用，為下一步精準(zhǔn)知識(shí)的供給，提供了必要條件。

五、結(jié)束語

基于大數(shù)據(jù)的智能化數(shù)據(jù)分析與知識(shí)推薦技術(shù)，可以為高校教育中的師生提供精準(zhǔn)的學(xué)習(xí)偏好分類，同時(shí)也可以設(shè)計(jì)更加有針對(duì)性的智慧教學(xué)活動(dòng)。精準(zhǔn)教學(xué)的教學(xué)過程與傳統(tǒng)教學(xué)相比，覆蓋的教學(xué)范圍更加廣泛。不囿于學(xué)科限制，線上學(xué)習(xí)者都可以根據(jù)自身學(xué)習(xí)偏好的匹配，獲得更加有針對(duì)性的學(xué)習(xí)資源，從而形成學(xué)習(xí)需求與學(xué)習(xí)資源相結(jié)合的智慧教學(xué)模式?；谛枨缶珳?zhǔn)感知的智慧教學(xué)，對(duì)于促進(jìn)高校智慧教育教學(xué)體系的完善，加深教與學(xué)雙方的有效精準(zhǔn)對(duì)接，有著深遠(yuǎn)的理論意義和重要的應(yīng)用價(jià)值。

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基金項(xiàng)目：2019年教育部協(xié)同育人項(xiàng)目-湖南女子學(xué)院-北京無憂創(chuàng)想信息技術(shù)有限公司“大數(shù)據(jù)2.0時(shí)代基于精準(zhǔn)學(xué)習(xí)偏好的人工智能課程教學(xué)體系構(gòu)建研究”（編號(hào)：201901050006）;2020年度湖南省社會(huì)科學(xué)成果評(píng)審委員會(huì)課題“大數(shù)據(jù)時(shí)代基于需求精準(zhǔn)感知與資源精準(zhǔn)供給的教學(xué)策略”（編號(hào)：XSP20YBZ043）、“大數(shù)據(jù)時(shí)代網(wǎng)民隱私泄露風(fēng)險(xiǎn)分析與保護(hù)機(jī)制研究”（編號(hào)：XSP20YBC138）;湖南省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“分布式云中虛擬機(jī)資源分配及自適應(yīng)部署策略研究”（編號(hào)：2018JJ2193）;2020年湖南省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“新一代人工智能與大數(shù)據(jù)2.0時(shí)代基于精準(zhǔn)教學(xué)的智慧教育體系構(gòu)建研究”（編號(hào)：XJK20BGD007）;2018年湖南省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“大數(shù)據(jù)環(huán)境組件模式教學(xué)資源庫構(gòu)建方法”（編號(hào)：XJK18BJC003）;湖南省教育廳科研項(xiàng)目“云際云中虛擬機(jī)資源動(dòng)態(tài)均衡系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)研究”（編號(hào)：18A471）、“大數(shù)據(jù)環(huán)境下教育信息化發(fā)展關(guān)鍵方法研究”（編號(hào)：18C1054）;湖南省職業(yè)院校教育教學(xué)改革項(xiàng)目“移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的高職專業(yè)課程重構(gòu)與實(shí)施策略創(chuàng)新研究”（編號(hào)：ZJGB2016023）;2018年湖南省普通高校教學(xué)改革研究項(xiàng)目“教育供給側(cè)改革視域下共生型校企合作人才培養(yǎng)模式研究”（編號(hào)：479，文件號(hào)：湘教通[2018]436號(hào)）

作者簡介：劉樹錕（1980-），男，漢族，河北滄州人，博士，教授，教學(xué)督導(dǎo)，研究方向：教育信息化、云計(jì)算。