數(shù)據(jù)分析技術(shù)在基礎(chǔ)教育中的應(yīng)用實(shí)踐研究

孫 慶

上海市大數(shù)據(jù)中心

一、 引言

通過搭建先進(jìn)的信息化環(huán)境、引用新技術(shù)新設(shè)備進(jìn)課堂、開發(fā)使用眾多的教育應(yīng)用軟件系統(tǒng)，高效支持教育教學(xué)業(yè)務(wù)活動(dòng)的開展，的確是推動(dòng)基礎(chǔ)教育信息化建用發(fā)展的必要手段，更是基礎(chǔ)教育信息化建設(shè)硬實(shí)力的重要體現(xiàn)。然而，隨著教育信息化應(yīng)用的持續(xù)深入，必然會(huì)形成大量的基于信息化的教育應(yīng)用成果和大量的教育業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)積累。匯集數(shù)量巨大、種類繁多的教育業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，形成教育數(shù)據(jù)資產(chǎn)并科學(xué)地加以利用，將會(huì)更好地支持教育教學(xué)工作的開展，有效推動(dòng)教育教學(xué)的創(chuàng)新與發(fā)展。科學(xué)利用教育數(shù)據(jù)資源并有效促進(jìn)教育事業(yè)發(fā)展，則是基礎(chǔ)教育信息化建設(shè)應(yīng)用軟實(shí)力的一種重要體現(xiàn)。而利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)，開展教育數(shù)據(jù)分析，從已有的教育數(shù)據(jù)中挖掘出更具價(jià)值的新的知識(shí)信息［1］，用以支持教育教學(xué)業(yè)務(wù)的開展，正是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)賦能教育最重要的方法和途徑。數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以在教育質(zhì)量監(jiān)測分析、學(xué)生成長發(fā)展評(píng)價(jià)、教育管理決策支持等教育應(yīng)用業(yè)務(wù)領(lǐng)域中發(fā)揮積極的作用。面向不同的教育應(yīng)用場景及其具體的問題解決需求，我們應(yīng)當(dāng)合理選擇數(shù)據(jù)分析技術(shù)來開展專門的教育數(shù)據(jù)分析，以確保最終能夠獲得并展示出富有價(jià)值的教育數(shù)據(jù)分析結(jié)果。當(dāng)然，開展教育數(shù)據(jù)分析，要有完善的教育數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)支持環(huán)境。在實(shí)施區(qū)域性教育行業(yè)云平臺(tái)建設(shè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)將教育數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的環(huán)境建設(shè)也一并納入其中。

二、 數(shù)據(jù)分析技術(shù)的教育應(yīng)用場景

（一） 數(shù)據(jù)分析技術(shù)在教學(xué)質(zhì)量測評(píng)中的應(yīng)用

就學(xué)科教學(xué)質(zhì)量測評(píng)而言，基于考試成績開展數(shù)據(jù)分析，就是要挖掘出隱藏在考試成績背后的新的知識(shí)信息。利用這些被發(fā)現(xiàn)的新的知識(shí)信息，可以為教師有效地調(diào)整學(xué)科的教學(xué)策略和教學(xué)方法提供科學(xué)的決策依據(jù)。圍繞教學(xué)質(zhì)量測評(píng)實(shí)施的數(shù)據(jù)分析，很重要的一件事情就是要準(zhǔn)確地展示出被試學(xué)生群體的學(xué)科考試成績的分布狀況和總體特征，并據(jù)此對(duì)區(qū)域內(nèi)各所學(xué)校的學(xué)科教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行深入分析與綜合比較（同樣，也可以對(duì)同一所學(xué)校某個(gè)年級(jí)的不同班級(jí)的學(xué)科教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行分析與比較）。根據(jù)分析比較后反饋的信息，就可以全面了解區(qū)域內(nèi)每所學(xué)校（或校內(nèi)同年級(jí)各班）的學(xué)科教學(xué)質(zhì)量表現(xiàn)的趨勢特征，以及學(xué)校間（或校內(nèi)各班級(jí)）在學(xué)科教學(xué)質(zhì)量上存在的差異性，并據(jù)此對(duì)學(xué)校（或班級(jí)）的學(xué)科教學(xué)提出改進(jìn)要求，從而為有效管控和提升學(xué)科教學(xué)質(zhì)量的整體發(fā)展水平提供支撐。而描述性數(shù)據(jù)分析技術(shù)，就是實(shí)現(xiàn)上述教學(xué)質(zhì)量測評(píng)管控最為常用的數(shù)據(jù)分析技術(shù)。

例如，通過計(jì)算獲取學(xué)生群體的考試平均分、中位數(shù)等集中量數(shù)，就可以概括地了解被試學(xué)生群體考試情況的中心趨勢。而對(duì)極差、標(biāo)準(zhǔn)差等差異量數(shù)計(jì)算分析，就可以度量出被試學(xué)生群體考試情況的離散趨勢。利用計(jì)算得到的這些描述性度量數(shù)值，配以圖形化展示（如盒裝圖）就可以準(zhǔn)確、直觀、清晰地將基于考試成績分析的結(jié)果呈現(xiàn)給教研人員和教學(xué)管理者，從而為研究制定學(xué)科教學(xué)質(zhì)量管控措施提供科學(xué)的決策依據(jù)。

（二） 數(shù)據(jù)分析技術(shù)在促進(jìn)學(xué)生發(fā)展中的應(yīng)用

加強(qiáng)“五育并舉”，促進(jìn)學(xué)生德智體美勞全面發(fā)展，是當(dāng)前教育改革發(fā)展的重點(diǎn)。全面關(guān)注、綜合評(píng)價(jià)學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間各方面的表現(xiàn)，可以為有效地指導(dǎo)學(xué)生更好地成長發(fā)展提供價(jià)值參考和決策依據(jù)。我們可以從各類教育應(yīng)用業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，獲取學(xué)生在各個(gè)方面的成長發(fā)展情況，如學(xué)科成績、體測結(jié)果、社會(huì)實(shí)踐情況、活動(dòng)競賽成果等，甚至還可以通過學(xué)生綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，同時(shí)獲取由系統(tǒng)平臺(tái)匯總的上述各類學(xué)生成長發(fā)展數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)分別記載著學(xué)生在不同成長領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展信息。面向促進(jìn)學(xué)生全面成長的教學(xué)和育人需求，研究評(píng)價(jià)模型，設(shè)計(jì)分析算法，對(duì)上述這些數(shù)據(jù)實(shí)施深度計(jì)算分析，從中挖掘出與學(xué)生成長發(fā)展相關(guān)的潛在規(guī)律或隱藏問題，將能為從教者調(diào)整教學(xué)策略、改變育人模式，更好地培養(yǎng)和促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展給予科學(xué)的參考依據(jù)和正確的教改導(dǎo)向。而這就是數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在基礎(chǔ)教育中的具體應(yīng)用體現(xiàn)。利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)開展教育數(shù)據(jù)分析，可能是某一育人領(lǐng)域內(nèi)，面向某種具體教育應(yīng)用而開展的教育數(shù)據(jù)分析，也可能是面向?qū)W生綜合發(fā)展而開展的跨領(lǐng)域教育數(shù)據(jù)分析。

比如，為了綜合評(píng)估學(xué)生學(xué)業(yè)水平與體質(zhì)健康的整體發(fā)展?fàn)顩r，深入探究兩者間的發(fā)展變化是否存在著制約關(guān)系，從而為學(xué)校調(diào)整教學(xué)育人模式（甚至是教育理念）提供決策依據(jù)，就可能需要針對(duì)學(xué)生考試成績和學(xué)生體測結(jié)果這兩大不同領(lǐng)域的教育業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)開展相關(guān)性分析。通過嘗試挖掘出隱藏在這兩大教育業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)背后的，但還不為我們所知的有關(guān)影響學(xué)生成長發(fā)展的新的知識(shí)信息，便可以此為決策依據(jù)，更為科學(xué)、精準(zhǔn)地來規(guī)劃和推動(dòng)學(xué)校在教學(xué)育人模式方面的變革與創(chuàng)新。

（三） 數(shù)據(jù)分析技術(shù)在教育管理工作中的應(yīng)用

在教育管理業(yè)務(wù)活動(dòng)中引入數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以為實(shí)施精準(zhǔn)的教育管理與制定科學(xué)的教育發(fā)展規(guī)劃提供源于數(shù)據(jù)實(shí)證的管理操作支持與規(guī)劃決策參考。對(duì)于涉及人、財(cái)、物管理的行政性教育事務(wù)工作，制定并執(zhí)行科學(xué)、規(guī)范、合理的管理制度與配套政策，是避免產(chǎn)生重大失誤，確保工作有序開展和保障教育機(jī)構(gòu)長期穩(wěn)定運(yùn)行的重要條件。相關(guān)工作制度和配套政策的研究與制定，需要基于具體的工作規(guī)則要求和與之相關(guān)的現(xiàn)狀實(shí)情分析。特別是對(duì)于那些需要量化管理、精準(zhǔn)施策、準(zhǔn)確管控的行政性事務(wù)管理工作，在研究制定制度和策略的時(shí)候，往往先要按照具體的工作要求和相關(guān)的業(yè)務(wù)規(guī)則對(duì)大量的相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)施計(jì)算分析，而后用獲取的精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果來支持制度及政策的制定、調(diào)整和執(zhí)行。

例如，面對(duì)公辦中小學(xué)教職工績效工資計(jì)算的復(fù)雜構(gòu)成因子，以及與這些構(gòu)成因子所對(duì)應(yīng)的大量的人員數(shù)據(jù)信息，我們可以利用規(guī)則性數(shù)據(jù)分析方法，計(jì)算分析得到教職人員績效工資發(fā)放的最優(yōu)基數(shù)，并以此為基準(zhǔn)核算出每個(gè)人的月度績效工資。在充分滿足學(xué)?？冃ЧべY分配方案的前提下，精確發(fā)放核定下?lián)艿娜藛T績效工資，進(jìn)而在確?？冃ЧべY全年發(fā)放總量與年度下?lián)芙?jīng)費(fèi)總量持平的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)每一位教職人員的實(shí)際收入最大化。這個(gè)例子中提到的規(guī)則性數(shù)據(jù)分析方法，在基礎(chǔ)教育管理工作中雖然很少被使用到，但它的確非常適合那些需要通過精確測算來對(duì)學(xué)校行政管理事務(wù)開展進(jìn)行決策的教育應(yīng)用場景。

三、 應(yīng)用于教育的常用數(shù)據(jù)分析技術(shù)

（一） 數(shù)據(jù)分析技術(shù)的選用

數(shù)據(jù)分析可以應(yīng)用于不同的行業(yè)領(lǐng)域，用以支撐行業(yè)相關(guān)業(yè)務(wù)活動(dòng)的高效開展，并能為行業(yè)機(jī)構(gòu)的事業(yè)發(fā)展和重大變革提供科學(xué)的決策依據(jù)。但是，在將數(shù)據(jù)分析應(yīng)用于不同的行業(yè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)基于各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用需求來選擇不同的數(shù)據(jù)分析技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方法，并形成具有行業(yè)特征的數(shù)據(jù)分析應(yīng)用。就基礎(chǔ)教育行業(yè)而言，數(shù)據(jù)分析技術(shù)的選型和使用，不但要符合基于教育數(shù)據(jù)開展測評(píng)分析（如教育統(tǒng)計(jì)、教育測量、教育評(píng)價(jià)等）的教育統(tǒng)計(jì)與教育測評(píng)理論［2］，而且還要能夠?yàn)榻逃脩簦ń處?、教育管理者等）?zhǔn)確地解讀數(shù)據(jù)分析結(jié)果，提供便捷有效的方式與途徑。除此之外，如何基于量化方式深層次支持教育管理決策和教學(xué)改革實(shí)踐，同樣也需要選擇適合可用的數(shù)據(jù)分析技術(shù)。而統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)可視化這三種數(shù)據(jù)分析技術(shù)［3］，在研判學(xué)校教學(xué)質(zhì)量、促進(jìn)學(xué)生成長發(fā)展、支持教育規(guī)劃決策等方面發(fā)揮著積極的作用，是能夠有效滿足基礎(chǔ)教育應(yīng)用實(shí)際需求的三種常用數(shù)據(jù)分析技術(shù)。

（二） 統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)

統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)可以分為描述性統(tǒng)計(jì)分析、相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析等數(shù)據(jù)分析技術(shù)。描述性統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)基于對(duì)數(shù)據(jù)的描述，開展數(shù)據(jù)趨勢分析，展示數(shù)據(jù)特征。這種技術(shù)常用在學(xué)科教學(xué)質(zhì)量測評(píng)分析之中。它將學(xué)科考試分?jǐn)?shù)作為統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)對(duì)象，利用描述性分析匯總技術(shù)，挖掘分析隱藏在數(shù)據(jù)背后的與學(xué)科教學(xué)質(zhì)量相關(guān)的知識(shí)信息，從而可以為學(xué)校、教師發(fā)現(xiàn)教學(xué)問題和調(diào)整教學(xué)策略提供數(shù)據(jù)支持。在基于考試分?jǐn)?shù)開展描述性匯總分析時(shí)，通過計(jì)算獲取用于展現(xiàn)考試分?jǐn)?shù)中心趨勢特征和離散趨勢特征的度量值，就可以準(zhǔn)確、有效地了解和把握同年級(jí)學(xué)生群體（學(xué)校、班級(jí)）的學(xué)科學(xué)業(yè)水平的總體定位和個(gè)體間差異狀況，從而為教學(xué)管理部門在區(qū)域?qū)用妫ɑ蛐＜?jí)層面）針對(duì)性地實(shí)施教學(xué)質(zhì)量管控提供決策依據(jù)。如表1所示，用于反映考試分?jǐn)?shù)中心趨勢特征的度量值，由平均分、中位數(shù)和眾數(shù)三個(gè)集中量數(shù)構(gòu)成；用于反映考試分?jǐn)?shù)離散趨勢特征的度量值，則由全距、標(biāo)準(zhǔn)差和中間四分位數(shù)極差三個(gè)差異量數(shù)構(gòu)成。計(jì)算和分析這些描述性匯總統(tǒng)計(jì)量數(shù)，為實(shí)施區(qū)域性學(xué)科教學(xué)質(zhì)量的測評(píng)管控提供數(shù)據(jù)支撐，是描述性統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)在教育測評(píng)分析中的具體應(yīng)用實(shí)踐。

表1 考試分?jǐn)?shù)描述性匯總統(tǒng)計(jì)分析統(tǒng)計(jì)量數(shù)

而相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析是用來衡量數(shù)據(jù)之間的密切相關(guān)程度的一種統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)。在教育評(píng)價(jià)中，我們可以利用相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，對(duì)不同教育業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)系列之間的量化趨勢關(guān)系實(shí)施計(jì)算分析，揭示出數(shù)據(jù)之間可能存在的潛在相關(guān)性規(guī)律，并借此形成面向特定教育研究主題的教育評(píng)價(jià)結(jié)論。例如， 在評(píng)估試卷的命題質(zhì)量時(shí)，可以通過計(jì)算試題得分與試卷總分的相關(guān)系數(shù)，來評(píng)估每道試題對(duì)整份試卷測試目標(biāo)達(dá)成度的貢獻(xiàn)大小，并據(jù)此為有效地評(píng)估試卷命題質(zhì)量提供科學(xué)的參照依據(jù)。如圖1所示，在一次試卷命題質(zhì)量分析過程中，以每個(gè)學(xué)生的試卷總分和某道試題的得分為兩組不同的數(shù)據(jù)系列，通過計(jì)算這兩組變量的相關(guān)系數(shù)（Pearson系數(shù)）后發(fā)現(xiàn)，有8道試題的得分與試卷總分的相關(guān)系數(shù)值達(dá)到了0.7以上，試題得分與試卷總分呈現(xiàn)出高度的正相關(guān)性。這說明了這些試題在評(píng)價(jià)(或說區(qū)分)學(xué)生的學(xué)業(yè)水平時(shí)，起到了積極的作用，可以認(rèn)為這些試題的命題質(zhì)量是相對(duì)較高的。

圖1 試題得分與試卷總分的相關(guān)性分析（Pearson相關(guān)分析）

（三） 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

數(shù)據(jù)挖掘從某種意義上說是一個(gè)知識(shí)發(fā)現(xiàn)的過程，也就是要從已有的數(shù)據(jù)中提取出新的知識(shí)信息。這個(gè)過程包括了挖掘前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，執(zhí)行數(shù)據(jù)挖掘算法，評(píng)估挖掘（模式）結(jié)果，以及展示挖掘獲取的知識(shí)信息［4］。面向教育應(yīng)用而言，如果希望通過數(shù)據(jù)挖掘獲取新的有價(jià)值的知識(shí)信息，并用以驗(yàn)證面向某類教育主題的經(jīng)驗(yàn)性或研究性假設(shè)，或?yàn)橄嚓P(guān)教育業(yè)務(wù)活動(dòng)的開展提供決策支持，那么可以考慮參照數(shù)據(jù)挖掘的實(shí)施過程，逐步執(zhí)行各項(xiàng)技術(shù)操作，并最終獲取經(jīng)數(shù)據(jù)挖掘后得到的知識(shí)結(jié)果。然而，需要指出的是，單從技術(shù)實(shí)現(xiàn)的角度看，數(shù)據(jù)挖掘的技術(shù)與實(shí)現(xiàn)途徑雖然有一套泛化而全能的方法和系統(tǒng)，以及與之配套的眾多的軟件工具（產(chǎn)品），但是其是否適合特定領(lǐng)域的挖掘需求是要視情況而定的。特別是針對(duì)基礎(chǔ)教育行業(yè)、源于教育應(yīng)用需求的數(shù)據(jù)挖掘任務(wù)，其實(shí)并沒有現(xiàn)成的方法和系統(tǒng)可以直接加以引用。

單從面向教育需求開展數(shù)據(jù)分析的角度來看，如果想通過數(shù)據(jù)挖掘達(dá)到探尋教育潛在規(guī)律、解決教育實(shí)際問題和促進(jìn)教育創(chuàng)新發(fā)展之目的，那么，如圖2所示，至少要在三個(gè)方面做好數(shù)據(jù)挖掘的規(guī)劃與實(shí)施。第一，確定教育主題。定位數(shù)據(jù)挖掘所面向的教育現(xiàn)實(shí)問題，明確實(shí)施數(shù)據(jù)挖掘的目的和教育意義所在。第二，挖掘模式選型。圍繞面向教育主題開展數(shù)據(jù)挖掘所涉及的教育業(yè)務(wù)領(lǐng)域及其用于分析的相關(guān)數(shù)據(jù)來源，明確實(shí)施數(shù)據(jù)挖掘的興趣點(diǎn)所在，規(guī)劃設(shè)計(jì)好具體的挖掘分析業(yè)務(wù)模型，并為數(shù)據(jù)挖掘可能的結(jié)果設(shè)定預(yù)期。然后，在此基礎(chǔ)上選擇確定所要使用的挖掘技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方法。第三，組織提供數(shù)據(jù)。從各教育業(yè)務(wù)領(lǐng)域的系統(tǒng)中抽取用于挖掘分析的源數(shù)據(jù)，形成面向挖掘分析的教育主題數(shù)據(jù)倉庫或數(shù)據(jù)集市，繼而基于確立的挖掘模式實(shí)施面向特定教育主題的數(shù)據(jù)挖掘分析。當(dāng)然，在這三項(xiàng)工作完成之后，我們還需要用準(zhǔn)確、有效的方式來展示挖掘分析的結(jié)果，清晰直觀地呈現(xiàn)出通過數(shù)據(jù)挖掘所獲取的新的知識(shí)信息，更加有效地支持教育教學(xué)應(yīng)用。

圖2 面向教育主題的數(shù)據(jù)挖掘分析實(shí)施過程

下面圖3和圖4所展示的是一個(gè)以面向?qū)W生全面發(fā)展為主題，研究學(xué)生學(xué)業(yè)水平與體質(zhì)健康之間是否存在著內(nèi)在關(guān)系的數(shù)據(jù)挖掘?qū)嶒?yàn)項(xiàng)目的挖掘成果。該項(xiàng)目以學(xué)科教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測分析系統(tǒng)的學(xué)生考試成績，以及體質(zhì)健康監(jiān)測管理系統(tǒng)的學(xué)生體測成績作為分析數(shù)據(jù)。該項(xiàng)目的挖掘模式為通過排序?qū)W科考試成績對(duì)學(xué)生進(jìn)行分類，然后針對(duì)學(xué)業(yè)水平較高（成績排名為前25%）和學(xué)業(yè)水平較低的兩大學(xué)生群體（成績排名為后25%），專門就學(xué)科考試成績和體測成績做關(guān)聯(lián)性分析。按照設(shè)計(jì)的算法模型，開展挖掘分析后，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)令人感興趣的頻繁模式（Frequent Pattern）：就體測成績優(yōu)良率而言，學(xué)業(yè)水平較高的學(xué)生群體遠(yuǎn)高于學(xué)業(yè)水平較低的學(xué)生群體；反觀體測成績不合格率，學(xué)業(yè)水平較低的學(xué)生群體則明顯高于學(xué)業(yè)水平較高的學(xué)生群體。該數(shù)據(jù)挖掘?qū)嶒?yàn)項(xiàng)目，對(duì)區(qū)域內(nèi)初中和高中兩個(gè)學(xué)段內(nèi)的多個(gè)年級(jí)都分別進(jìn)行了相同的挖掘分析，最后得到的結(jié)果都非常相似。從這個(gè)面向教育主題的數(shù)據(jù)挖掘?qū)嶒?yàn)項(xiàng)目中所提取到的知識(shí)信息，否定了所謂的“學(xué)習(xí)好的學(xué)生，體質(zhì)健康差；學(xué)習(xí)差的學(xué)生，體質(zhì)健康好”的主觀經(jīng)驗(yàn)性假設(shè)。同時(shí)，也給了學(xué)校和教師一個(gè)重要的提示，那就是在關(guān)注那些考試成績較差的學(xué)生的學(xué)業(yè)水平的同時(shí)，不要忘記還應(yīng)適當(dāng)?shù)仃P(guān)心一下他們的體質(zhì)健康。

圖3 學(xué)業(yè)成績優(yōu)良的學(xué)生的體測成績分布

圖4 學(xué)業(yè)成績較差的學(xué)生的體測成績分布

（四） 數(shù)據(jù)可視化技術(shù)

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)就是通過繪制圖形的方式，直觀、清晰地展示數(shù)據(jù)信息，它可以幫助人們更加快速、準(zhǔn)確地理解數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析結(jié)果所包含的信息。上文所述的學(xué)生學(xué)業(yè)水平與體質(zhì)健康的數(shù)據(jù)挖掘項(xiàng)目就采用了數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，用圖表的方式直觀、有效地呈現(xiàn)了挖掘的數(shù)據(jù)結(jié)果。傳統(tǒng)的電子表格軟件，如Excel，一般都具有圖表制作的功能，可以將二維表格內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成各種類型的圖表，用圖形化的方式更加形象地向我們展示數(shù)據(jù)的總體特征、變化趨勢和關(guān)鍵信息。但是，當(dāng)數(shù)據(jù)量規(guī)模不斷增大、數(shù)據(jù)可視化要求變得更加復(fù)雜時(shí)，受限于電子表格軟件系統(tǒng)的處理能力，我們就需要選擇使用專門的數(shù)據(jù)可視化工具軟件，如Power BI、Tableau、Highcharts等來繪制數(shù)據(jù)圖表，來完成處理更加復(fù)雜、呈現(xiàn)更為豐富的數(shù)據(jù)可視化操作。而這類專門的數(shù)據(jù)可視化軟件都具有連接各類數(shù)據(jù)源（文件或數(shù)據(jù)庫）的能力，并能快速分析和可視化數(shù)據(jù)，創(chuàng)建出我們所需要的圖表。數(shù)據(jù)可視化技術(shù)是開展教育數(shù)據(jù)分析的一種特殊方式，它為進(jìn)一步深入挖掘展示教育業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的內(nèi)涵價(jià)值提供了新的途徑。被可視化處理的教育數(shù)據(jù)，有時(shí)甚至還可以更直接、更深刻地揭示出隱藏在其后的教育現(xiàn)實(shí)問題。

圖5是一張多年前，某地區(qū)域內(nèi)的公辦小學(xué)的師生配比統(tǒng)計(jì)分析圖表。這是當(dāng)時(shí)基于教師和學(xué)生管理系統(tǒng)的師生實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息匯總分析得到的統(tǒng)計(jì)結(jié)果數(shù)據(jù)，并以可視化的方式用圖表的形式展示出來。該圖表清晰、直觀地呈現(xiàn)出全區(qū)各所小學(xué)之間在師生配比上的差異，尤其是位于圖表兩端的學(xué)校的巨大差異，相當(dāng)引人注目。經(jīng)數(shù)據(jù)可視化后，透露出學(xué)校教師數(shù)量配備不平衡的問題，這種方式遠(yuǎn)比枯燥的統(tǒng)計(jì)數(shù)值來得更加直接與透徹，進(jìn)而從堅(jiān)持教育公平和推進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育均衡發(fā)展的觀點(diǎn)來看，數(shù)據(jù)可視化后的這張統(tǒng)計(jì)圖表所呈現(xiàn)出來的顯著差別，也許還會(huì)給區(qū)域的教育行政管理部門提供更多的啟示。

圖5 學(xué)校師生比統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)可視化展示

四、 構(gòu)建教育數(shù)據(jù)分析的系統(tǒng)環(huán)境

（一） 如何搭建教育數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)環(huán)境

數(shù)據(jù)分析技術(shù)應(yīng)用于教育業(yè)務(wù)領(lǐng)域時(shí)，既要有可供計(jì)算分析的各類教育數(shù)據(jù)信息，也要有能夠支持開展教育數(shù)據(jù)計(jì)算分析的技術(shù)環(huán)境［5］。為此，我們需要構(gòu)建圍繞不同教育主題的數(shù)據(jù)倉庫，用于存儲(chǔ)從不同數(shù)據(jù)源抽取、清理、加載的各種教育數(shù)據(jù)信息。同時(shí)，還要建設(shè)、部署各種數(shù)據(jù)查詢、分析和展示系統(tǒng)（工具），支持基礎(chǔ)教育用戶開展基于教育數(shù)據(jù)信息、面向教育應(yīng)用主題、引用不同數(shù)據(jù)分析技術(shù)的教育數(shù)據(jù)分析實(shí)踐活動(dòng)。如此，形成完善的教育數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)環(huán)境，為有效運(yùn)用數(shù)據(jù)分析技術(shù)、充分滿足教育應(yīng)用實(shí)際創(chuàng)設(shè)必要的條件。然而，教育數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)環(huán)境的建設(shè)，具有一定的技術(shù)難度，系統(tǒng)構(gòu)成也存在相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性。除去計(jì)算、存儲(chǔ)等底層硬件資源的建設(shè)部署外，還要選型配置數(shù)據(jù)倉庫工具，以及選購或設(shè)計(jì)開發(fā)相關(guān)的數(shù)據(jù)分析軟件系統(tǒng)（工具）。因此，應(yīng)當(dāng)將其納入?yún)^(qū)域性教育行業(yè)云平臺(tái)體系的建設(shè)范疇，作為區(qū)教育云的數(shù)據(jù)中臺(tái)加以建設(shè)，并整合嵌入至區(qū)教育行業(yè)云平臺(tái)之中。

（二） 對(duì)接教育應(yīng)用軟件系統(tǒng)獲取分析數(shù)據(jù)

值得一提的是，隨著教育信息化的建用發(fā)展，越來越多的教育應(yīng)用軟件系統(tǒng)被建成并投入實(shí)際應(yīng)用，而軟件的運(yùn)行又積累了大量的教育業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，這為開展教育數(shù)據(jù)分析提供了大量的源于教育教學(xué)實(shí)際的可用的分析數(shù)據(jù)。另外，通過常態(tài)化運(yùn)行的教育軟件系統(tǒng)，還能獲取與之相關(guān)的業(yè)務(wù)領(lǐng)域的全量教育數(shù)據(jù)信息，甚至是實(shí)時(shí)的全量教育數(shù)據(jù)信息。這使得開展基于全部數(shù)據(jù)樣本的數(shù)據(jù)分析及研究成為可能。毋庸置疑，這比傳統(tǒng)的基于問卷調(diào)查（或填報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)表）獲取有限的抽樣數(shù)據(jù)而開展的數(shù)據(jù)分析，在形成科學(xué)、全面、可信的分析結(jié)果上，將更具優(yōu)勢。當(dāng)然，要達(dá)到這一目的，就一定要做好教育數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)環(huán)境與教育行業(yè)云平臺(tái)整合對(duì)接的設(shè)計(jì)和建設(shè)工作，以便在教育應(yīng)用業(yè)務(wù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)之間建立起高效的數(shù)據(jù)交換通道，確保為教育數(shù)據(jù)分析的實(shí)施提供真實(shí)可用、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、數(shù)量充足的分析數(shù)據(jù)。

五、 總結(jié)

在教育行業(yè)中，尤其是基礎(chǔ)教育行業(yè)中，有眾多的教育應(yīng)用場景需要用到數(shù)據(jù)分析技術(shù)，如學(xué)科教育質(zhì)量監(jiān)測分析、中小學(xué)生成長發(fā)展評(píng)價(jià)，甚至是教育行政管理決策等。通過引用數(shù)據(jù)分析技術(shù)，不但可以有效地支持教學(xué)科研業(yè)務(wù)活動(dòng)的開展，而且還可以科學(xué)有序地推動(dòng)教育教學(xué)的創(chuàng)新與發(fā)展，更可以準(zhǔn)確高效地提升教育管理工作的實(shí)效。針對(duì)教育應(yīng)用而言，統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)可視化是三種較為常用的數(shù)據(jù)分析技術(shù)。無論選用哪一種數(shù)據(jù)分析技術(shù)開展教育數(shù)據(jù)分析，都應(yīng)當(dāng)明確開展數(shù)據(jù)分析的目標(biāo)定位和意義所在，應(yīng)當(dāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)出面向具體應(yīng)用的教育數(shù)據(jù)分析模型，并基于應(yīng)用實(shí)際選擇適合的數(shù)據(jù)分析技術(shù)和具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑。除此之外，還應(yīng)當(dāng)有效地做好教育源數(shù)據(jù)信息的采集工作，務(wù)必確保用于分析的數(shù)據(jù)的質(zhì)量與總量。需要再次強(qiáng)調(diào)的是，構(gòu)建完善的教育數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)環(huán)境，并將其整合進(jìn)區(qū)域性教育行業(yè)云平臺(tái)體系建設(shè)之中，這項(xiàng)工作也非常重要。其原因在于，這是推動(dòng)教育數(shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)入常態(tài)化應(yīng)用并確保順利輸出分析結(jié)果的重要基礎(chǔ)性保障。

科學(xué)、合理地運(yùn)用數(shù)據(jù)分析技術(shù)，使之與教育教學(xué)實(shí)現(xiàn)真正的融合，并向我們反饋未知但卻富有價(jià)值的新的教育知識(shí)信息，繼而為推動(dòng)教育教學(xué)的創(chuàng)新與發(fā)展提供來自教育數(shù)據(jù)信息的原動(dòng)力。運(yùn)用數(shù)據(jù)分析技術(shù)，讓數(shù)據(jù)賦能教育成為現(xiàn)實(shí)。用好數(shù)據(jù)分析技術(shù)，使教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型不再遙遠(yuǎn)。