基于大數(shù)據(jù)的個性化教學系統(tǒng)的應用

鄧志龍

(陜西學前師范學院,陜西 西安 710100)

0 引言

在素質(zhì)教育以及教育領(lǐng)域信息化發(fā)展的雙重影響下,教學工作需要為學生提供適合的針對性教育,確保學生能夠主動積極參與到知識學習的過程中,促進學生綜合能力的發(fā)展。 以前的班級授課制的教學模式,因為忽視學生在學習能力、基礎(chǔ)知識積累等方面的個性差異,無法滿足現(xiàn)階段經(jīng)濟社會發(fā)展對于人才多元化培養(yǎng)方面的具體需求。 云計算、物聯(lián)網(wǎng)和教育大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展,使得個性化教學得到了對應的技術(shù)支持。 本文通過研究大數(shù)據(jù)下的個性化教學系統(tǒng)設(shè)計和應用,為今后我國大數(shù)據(jù)的個性化教學系統(tǒng)開發(fā)、推廣應用提供參考。

1 大數(shù)據(jù)背景下的個性化教學系統(tǒng)開發(fā)、應用的價值

1.1 消除數(shù)據(jù)資源的孤島現(xiàn)象

在以前的教育信息化工作中,教師對互聯(lián)網(wǎng)資源在教育學生中的重要價值已經(jīng)形成了正確的認識,并力求使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行教學資源的收集和拓展。 但因為教學資源體系的建立缺乏統(tǒng)一的標準,導致不同領(lǐng)域、不同系統(tǒng)的教學數(shù)據(jù)資源出現(xiàn)了明顯的孤島化發(fā)展現(xiàn)象,對個性化教學的發(fā)展產(chǎn)生一定的阻礙[1]。大數(shù)據(jù)下個性化教學系統(tǒng)的建立,能夠幫助一定區(qū)域內(nèi)的學校結(jié)合具體的教材內(nèi)容以及學生的學習狀況,綜合收集以及共享有關(guān)教學方面的資源,打破了以前各部門之間收集資源的信息孤島現(xiàn)象,能夠持續(xù)拓寬大數(shù)據(jù)下的教學資源體系。

1.2 有助于學生創(chuàng)造性思維的發(fā)展

教學活動具體包括教師的教學以及學生的知識學習兩個部分,教師的教學將會對學生的知識學習質(zhì)量產(chǎn)生明顯影響。 在素質(zhì)教育的要求下,教師需要高度關(guān)注學生的學習素質(zhì)、學習習慣、學習能力等方面的培養(yǎng)。 大數(shù)據(jù)下的個性化教學系統(tǒng),能夠通過學生賬號的登錄以及學習過程中諸如出勤、作業(yè)完成率、考試成績等多項數(shù)據(jù)的收集和分析,幫助教師建立班級學生的成長檔案,結(jié)合學生在能力發(fā)展方面的差異,給出針對性的指導,從而推動學生創(chuàng)造性思維的發(fā)展。

1.3 促進學生評價的個性化發(fā)展

在以前的傳統(tǒng)班級知識授課管理工作模式下,教師對于學生的評價更加傾向于學生的考試成績,忽視了學生學習中的態(tài)度、行為、作業(yè)完成率等數(shù)據(jù)的收集和分析,導致教師對于學生的發(fā)展評價出現(xiàn)了片面化傾向[2]。 大數(shù)據(jù)下的個性化教學系統(tǒng)的建立,能夠及時地收集學生的基礎(chǔ)信息、歷史基礎(chǔ)信息以及學習過程中的考勤、作業(yè)和參與課堂提問等數(shù)據(jù),通過全方位的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)挖掘分析,能夠推動學生評價體系的多元化發(fā)展,并幫助教師針對學生成長給出客觀公正的評價,從而幫助學生在獲得成就感的同時,針對其發(fā)展中的薄弱處予以彌補。

2 大數(shù)據(jù)下的個性化教學系統(tǒng)設(shè)計分析

2.1 系統(tǒng)的總體功能設(shè)計

技術(shù)背景下的個性化教學系統(tǒng)可以分為客戶端、表示層、服務(wù)層、資源層 4 個部分。 客戶端需要由教師、學生和管理員利用瀏覽器訪問。 表示層為客戶端提供各種個性化的界面和內(nèi)容,系統(tǒng)中的其他功能模塊需要通過導航首頁點擊進入導航頁面,在進入導航頁面之前需要通過賬號密碼的身份認證,確保系統(tǒng)結(jié)合數(shù)據(jù)庫內(nèi)儲存的權(quán)限為登錄的賬號分配對應的導航頁面[3]。 服務(wù)層又可細分為應用和公共服務(wù)層兩個部分,應用服務(wù)層主要負責為教師提供有關(guān)教學工作應用的相關(guān)功能,又可以細分為學習模塊和交流模塊兩部分。 學習模塊的存在能夠通過資源共享、信息交互、教學質(zhì)量評估等幫助學生完成知識的學習;交流模塊是學生針對某一問題進行相互討論和交流的主要功能區(qū)域,具體包括了大數(shù)據(jù)的信息推薦、教學論壇以及教師在線實時解答等。 公共服務(wù)層的存在為應用服務(wù)層的運行提供必要的基本公共服務(wù),與教學應用之間的關(guān)聯(lián)不夠密切,通常包括了信息的篩選、智能引導、資源管理等模塊。 系統(tǒng)資源層也是數(shù)據(jù)層,主要是將用戶信息、學習檔案、資源庫和解答題庫等各種信息進行保存和寄存,將學生通過系統(tǒng)學習掌握知識的水平進行記錄并形成對應的檔案,這也是學生進行信息個性化篩選和開采的重要基礎(chǔ)條件。

2.2 大數(shù)據(jù)推薦模塊設(shè)計

大數(shù)據(jù)下的個性化教學系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)推薦模塊具體包括了用戶的特征生成、信息匹配以及生成推薦3部分。 系統(tǒng)可以通過用戶興趣和使用需求數(shù)據(jù)的全方位分析,結(jié)合已有的算法進行計算,并在科學提取統(tǒng)計分值的前提下,為學生展示最優(yōu)的推薦結(jié)果。 大數(shù)據(jù)推薦模塊在具體工作的過程中,包括以下3 個分析流程:第一,用戶特征向量的生成。 用戶在登錄個性化教學系統(tǒng)后,包括用戶個人的愛好、使用數(shù)據(jù)等在內(nèi)的行為特征,系統(tǒng)會逐漸將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)并生成與之相對應的特征向量。 第二,推薦結(jié)果的初步篩選。 系統(tǒng)可以結(jié)合數(shù)據(jù)的類別,初步選擇與用戶特征向量較為相似的數(shù)據(jù)并形成對應的表格。 第三,最終的推薦結(jié)果選擇。 大數(shù)據(jù)推薦模塊需要對經(jīng)過初步推薦結(jié)果所生成的數(shù)據(jù)表進行全方位的統(tǒng)計和排列,借此得出最后的推薦結(jié)果[4]。 這種大數(shù)據(jù)推薦模塊的數(shù)據(jù)分析流程,綜合考慮了模塊在性能、成本投入、載重等方面的因素,并且保證了整個教學系統(tǒng)的穩(wěn)定流暢地運行。系統(tǒng)在日志創(chuàng)建的過程中,能對日志中各字段的名稱和詳細形式進行科學及時的確定。 在成功進行用戶推送后,系統(tǒng)可以自主進行后續(xù)的分析工作,并將最終的數(shù)據(jù)結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫中。 在完成用戶分析工作后,內(nèi)容的推送可以通過實時在線和離線的方式完成,實時推送的時長一般維持在3～5 s。

2.3 教學質(zhì)量評價模塊設(shè)計

教學質(zhì)量評估模塊作為教師針對學生的學習行為進行客觀公正評價的重要模塊,有著明顯的交互性和使用性特征,具備教學反饋、監(jiān)督課堂紀律、智能考勤等多種功能,可以細分為學生、教師、教務(wù)、教室4 個層面的終端,每個終端和服務(wù)器都可以借助移動網(wǎng)絡(luò)同時進行連接。 客戶端和教室終端的開發(fā)能夠在綜合運用云服務(wù)器建立后臺數(shù)據(jù)的前提下,形成完善的教學質(zhì)量評估模塊。 系統(tǒng)可以通過圖像處理技術(shù)將教室終端的各項數(shù)據(jù)進行收集,并且這一模塊也可以在客戶端、教室終端、數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)傳輸中發(fā)揮相應的作用[5]。 設(shè)置在教室場所的教室終端具體包括了網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)收集、終端管理和幀處理4 個功能模塊,云服務(wù)器可以將相關(guān)的管理信號下達到網(wǎng)絡(luò)通信子模塊,經(jīng)過處理后將其傳遞到終端管理子模塊。 在教室終端運行的過程中,數(shù)據(jù)收集子模塊可以結(jié)合收到的管理信號進行課堂教學數(shù)據(jù)的收集,在完成數(shù)據(jù)收集后,幀處理模塊可以按照時間順序進行圖像的主幀截取,并進行圖像的科學判斷,以此加快對視頻流的處理。 客戶端同樣可以分為教師、教務(wù)和學生3 個部分,主要負責信息的發(fā)送、接收和顯示。 云服務(wù)器可以接收并返回不同終端發(fā)來的圖像和文字信息,數(shù)字也能夠在各終端上接收和顯示。 在教學質(zhì)量評估模塊中,云服務(wù)器主要是針對接收的考勤、聽課率、課堂行為等數(shù)據(jù)進行分析,并通過反饋單元反饋最終結(jié)果到客戶端。

3 大數(shù)據(jù)下的個性化教學系統(tǒng)應用分析

3.1 教學工作模式的變革

大數(shù)據(jù)下的個性化教學系統(tǒng)能夠在全方位采集學生學習情況的同時,借助其中的分析和預測功能,有效變革之前班級制授課的模式,推動學生個性化教育工作的發(fā)展。 大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自主學習、合作學習等現(xiàn)代化學習模式的綜合創(chuàng)新應用,實現(xiàn)課前預習、課中的知識學習以及課后鞏固的有效銜接,與學習過程相關(guān)的數(shù)據(jù)能夠及時地反饋到學生終端上,確保學生的學習主體地位得到應有的尊重,并為其提供相應的學習建議。 教學內(nèi)容也可以由教師結(jié)合平常的測驗或者經(jīng)過考試所得的學習數(shù)據(jù)分析進行重難點教學內(nèi)容的調(diào)整,并同步優(yōu)化相關(guān)的教學方法和策略,教師能夠在結(jié)合學生具體需求的情況下,有效掌控整個教學過程。

3.2 學習資源的個性化推送

大數(shù)據(jù)個性化教學系統(tǒng)的應用,能夠?qū)γ恳晃粚W生的隨堂測驗、單元測試、作業(yè)、考試等相關(guān)的過程數(shù)據(jù)進行全方位記錄,并且這些數(shù)據(jù)也能夠進行知識點的標簽化處理,確保教師能夠了解到學生每一學科甚至每一個單元知識點的具體掌握狀況。 因為學生對于知識點的掌握程度存在著明顯的差異,個性化學習系統(tǒng)對學生進行的資源推送也存在著明顯的不同,可以幫助學生利用系統(tǒng)推送的個性化學習資源進行自我提升。 學生在學習過程中產(chǎn)生的考試、作業(yè)、測試報告也可以在系統(tǒng)后臺進行分析,教師可以通過報告數(shù)據(jù)信息及時查看了解學生的學情,在掌握學生知識點薄弱部分的同時,向?qū)W生推薦與錯誤知識點完全匹配的同一種類型的練習題,確保學生能夠進一步地進行知識練習和鞏固。

3.3 學情的預警和決策應用

大數(shù)據(jù)下的個性化教學系統(tǒng)能夠幫助教師完成學情預警,并做出正確的教學決策,教師也可以利用系統(tǒng)針對學生的學習過程和相關(guān)數(shù)據(jù),進行全方位收集和可視化處理,確保教師能夠結(jié)合已有的教學經(jīng)驗以及學生的實際情況,對學生的學習方式以及學習行為進行干預。 教師可以利用個性化學習系統(tǒng)中的學情大數(shù)據(jù)采集技術(shù),對學生的學習行為進行持續(xù)跟蹤和記錄,針對學生出現(xiàn)的各種學習問題及時提供指導,防止出現(xiàn)學習問題沉淀的現(xiàn)象。 教師也可以結(jié)合學習過程評價的最終結(jié)果,將不合格的學生視為需要重點干預的對象,根據(jù)學生在知識學習上的特點,制定針對性的教學及學習方案。 學生也可以登錄個性化教學平臺,通過觀看知識學習進度條進行自我控制和監(jiān)管,也可以在與其他學生學習進度條對比的前提下,激發(fā)學生的良性競爭心理,自主投入知識學習中,逐步提高學生的學習效率和質(zhì)量。

4 結(jié)語

大數(shù)據(jù)個性化教學系統(tǒng)的設(shè)計和應用,符合素質(zhì)教育背景下推動學生個性化發(fā)展的要求,可以在學生學習過程數(shù)據(jù)全方位收集的基礎(chǔ)上,幫助教師科學評價學生的學習質(zhì)量,制定針對性的干預策略,轉(zhuǎn)變以前班級制的傳統(tǒng)授課方式,確保學生能夠針對自身知識學習和掌握薄弱處進行彌補。 在今后的大數(shù)據(jù)個性化教學系統(tǒng)應用的過程中,校方需要注重與其他學校合作拓展教學資源,教師需要注重個性化教學系統(tǒng)的應用和優(yōu)化學習,發(fā)揮教學系統(tǒng)在推動學生學習質(zhì)量和效率提高等方面的作用。