大數(shù)據(jù)技術(shù)快速迭代背景下智慧教育的發(fā)展

夏林中，梁 晨

（深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息與通信學(xué)院，廣東 深圳 518172）

前言

科技發(fā)展水平?jīng)Q定了一個(gè)國(guó)家的數(shù)字化程度和全球市場(chǎng)地位，世界上主要經(jīng)濟(jì)體通過(guò)國(guó)家戰(zhàn)略來(lái)?yè)屨嘉磥?lái)數(shù)字經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈的制高點(diǎn)，加快數(shù)字化發(fā)展，建設(shè)數(shù)字國(guó)家已經(jīng)成為全球共識(shí)［1］。為此，國(guó)家發(fā)改委于2020年4月明確拓展了新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)范圍，拓展的范圍主要包括信息基礎(chǔ)設(shè)施、創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施等。教育部也于2021 年7月發(fā)布《教育部等六部門(mén)關(guān)于推進(jìn)教育新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)構(gòu)建高質(zhì)量教育支撐體系的指導(dǎo)意見(jiàn)》，并于2022 年2 月發(fā)布《教育部2022 年工作要點(diǎn)》，提出實(shí)施教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動(dòng)，加快推進(jìn)教育數(shù)字轉(zhuǎn)型和智能升級(jí)。因此，推動(dòng)教育新基建已成為國(guó)家的實(shí)質(zhì)性工作內(nèi)容，也是實(shí)現(xiàn)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的基礎(chǔ)，同時(shí)也是給智慧教育賦能的基礎(chǔ)。

近些年，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G等技術(shù)發(fā)展迅速，這些技術(shù)的發(fā)展極大地促進(jìn)了信息化進(jìn)程，并產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，為此，分析和管理這些數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以提取和分析相關(guān)教學(xué)數(shù)據(jù)并形成有效的分析結(jié)果，再將基于有效的分析結(jié)果而生成的建議推送給學(xué)生，從而引導(dǎo)學(xué)生掌握知識(shí)要點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心和個(gè)性化培養(yǎng)的學(xué)習(xí)模式；同樣，教師通過(guò)掌握現(xiàn)代信息技術(shù)，可以高效地為每一位學(xué)生提供定制化的學(xué)習(xí)方案［2］。

在教育界，大數(shù)據(jù)技術(shù)將極大地賦能教育智慧，這使智慧教育的盡快實(shí)現(xiàn)成為可能。當(dāng)前，有關(guān)如何實(shí)現(xiàn)智慧教育的研究也越來(lái)越多，尤其在基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧教育綜合平臺(tái)、智慧課堂教學(xué)模式、智慧學(xué)習(xí)、智慧科研、智慧管理、智慧服務(wù)、智慧評(píng)價(jià)等方面都有大量研究［3］。

一、大數(shù)據(jù)的本質(zhì)與價(jià)值

大數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、速度快、維度多、復(fù)雜性高、依附屬性強(qiáng)等自然特征，且是推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心要素，它與勞動(dòng)、資本、技術(shù)、土地一起構(gòu)成經(jīng)濟(jì)新范式。數(shù)據(jù)量大：當(dāng)前衡量數(shù)據(jù)量大小的單位已從原來(lái)的TB和PB變成了現(xiàn)在的EB和ZB［4］。速度快：針對(duì)EB甚至ZB量級(jí)的數(shù)據(jù)，可以在秒級(jí)時(shí)間內(nèi)獲取分析結(jié)果。維度多：根據(jù)不同的量化需求和實(shí)際應(yīng)用需要，數(shù)據(jù)的維度、層次及其衡量的顆粒度都會(huì)不同。復(fù)雜性高：一方面是數(shù)據(jù)的類型多樣，主要類型有文字、圖像、音頻、視頻等；另一方面是數(shù)據(jù)在內(nèi)容邏輯層面上會(huì)出現(xiàn)看似雜亂無(wú)章，實(shí)際有章可循的現(xiàn)象。依附屬性強(qiáng)：數(shù)據(jù)是虛擬無(wú)形的，必須存儲(chǔ)在相應(yīng)的存儲(chǔ)介質(zhì)里，只有通過(guò)相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備和終端顯示設(shè)備，數(shù)據(jù)才能以更直觀的方式被感知、度量、傳輸、分析與應(yīng)用，數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞、價(jià)值的高低才可能被評(píng)估。

隨著信息化的不斷推進(jìn)，無(wú)處不在的各種傳感器時(shí)時(shí)刻刻都在將客觀世界的各類物理量量化成數(shù)據(jù)，由此生成的數(shù)據(jù)量在人類歷史上是前所未有的［5］。在教育領(lǐng)域，由師生產(chǎn)生的教學(xué)與學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)也是極其龐大的，這些數(shù)據(jù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行共享與交流，然而要充分利用和挖掘這些龐大的教學(xué)與學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的內(nèi)在價(jià)值和核心價(jià)值已非人力所能辦到，這就要借助大數(shù)據(jù)技術(shù)?；诖髷?shù)據(jù)技術(shù)分析與挖掘數(shù)據(jù)的價(jià)值在未來(lái)將會(huì)影響甚至改變各行各業(yè)，它正在引領(lǐng)新一輪技術(shù)和理念革新的浪潮。

在教育領(lǐng)域，推動(dòng)大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用非常有必要。首先，當(dāng)前我國(guó)教育管理模式與機(jī)制需要完善，地區(qū)間教育資源不平衡及教育不公平問(wèn)題長(zhǎng)期存在，落后地區(qū)教育質(zhì)量亟待提升；其次，信息化社會(huì)最需要?jiǎng)?chuàng)新能力強(qiáng)的人才，而通過(guò)傳統(tǒng)培養(yǎng)方式培養(yǎng)的人才在創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上有所欠缺，為此，亟須針對(duì)每個(gè)學(xué)生的特點(diǎn)制定個(gè)性化的培養(yǎng)方案，從而讓每個(gè)學(xué)生的創(chuàng)新能力得到有效培養(yǎng)和提升。而這些問(wèn)題可以通過(guò)利用大數(shù)據(jù)技術(shù)來(lái)解決和緩解。

二、教學(xué)數(shù)據(jù)收集及分析平臺(tái)構(gòu)建

在介紹教學(xué)數(shù)據(jù)收集及分析之前，先來(lái)了解一下數(shù)字化與數(shù)據(jù)化之間的異同。所謂數(shù)字化，就是用數(shù)字符號(hào)“0”和“1”對(duì)事物加以表征的方式，而數(shù)據(jù)化是數(shù)字化的產(chǎn)物，更多強(qiáng)調(diào)的是將數(shù)字化信息轉(zhuǎn)化為可處理與計(jì)算的變量。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是數(shù)字化是數(shù)據(jù)化的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)化是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可處理與分析的前提［6］。

教學(xué)過(guò)程主要分為教學(xué)管理、教學(xué)活動(dòng)、教學(xué)資源和學(xué)生學(xué)習(xí)四個(gè)部分，而教學(xué)管理又包括課程管理、學(xué)習(xí)跟蹤、教師管理、專業(yè)管理、趨勢(shì)分析等部分；教學(xué)活動(dòng)又包括線上線下課堂教學(xué)、課后輔導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)、總結(jié)討論、習(xí)題布置與批改等部分；教學(xué)資源又包括課程、實(shí)踐環(huán)境、虛擬仿真資源、視頻、MOOC、SPOC等部分；學(xué)生學(xué)習(xí)又包括線上線下課堂筆記、問(wèn)題思考、課堂共同討論、習(xí)題作答、學(xué)習(xí)總結(jié)等部分。以上所提部分都會(huì)留下很多數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將會(huì)被重點(diǎn)收集，這些收集到的數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)智慧教育的“養(yǎng)料”［7］。

在理解數(shù)據(jù)化內(nèi)涵和掌握需要收集的教學(xué)數(shù)據(jù)之后，就需要實(shí)際構(gòu)建智慧教育平臺(tái)。智慧教育平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)教育智慧化的實(shí)際載體，它綜合運(yùn)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、智能感知、移動(dòng)互聯(lián)、社交網(wǎng)絡(luò)等新興信息技術(shù)，全面感知學(xué)習(xí)環(huán)境、識(shí)別師生教學(xué)學(xué)習(xí)信息、匯集各類個(gè)體相關(guān)信息等，為師生提供具有方便、快捷、高效、個(gè)性化等特點(diǎn)的智慧教學(xué)學(xué)習(xí)服務(wù)。

從技術(shù)層面解構(gòu)，智慧教育平臺(tái)應(yīng)該是一個(gè)融合的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)環(huán)境和廣泛的信息終端；從功能層面解構(gòu)，智慧教育平臺(tái)應(yīng)該能提供快速、綜合的業(yè)務(wù)處理服務(wù)，能提供管理與決策支持服務(wù)，能提供個(gè)性化的信息服務(wù)，能按需配置教學(xué)資源與技術(shù)服務(wù)；從應(yīng)用層面解構(gòu)，智慧教育平臺(tái)能提供智慧課堂和智慧社區(qū)服務(wù)［8］。

在構(gòu)建智慧教育平臺(tái)時(shí)還需要綜合考慮如下情況：吸收已建設(shè)好的各類個(gè)性化數(shù)據(jù)信息，將它們吸收并融會(huì)貫通進(jìn)平臺(tái)里；整合已建設(shè)好的教學(xué)資源充實(shí)進(jìn)平臺(tái)，并實(shí)現(xiàn)充分共享；充分使用信息技術(shù)支持師生多樣化、個(gè)性化的教學(xué)學(xué)習(xí)需求；充分考慮到各種場(chǎng)景的教與學(xué)的信息互通、分享與交流。

在智慧教育平臺(tái)運(yùn)行管理過(guò)程中，可利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，且分析模型主要有如下種類：分析專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)數(shù)據(jù)，建立領(lǐng)域知識(shí)模型；分析教師教學(xué)過(guò)程信息，建立教師教學(xué)效果模型；分析學(xué)生基本信息和學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，構(gòu)建學(xué)生學(xué)習(xí)行為模型；分析學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括課前預(yù)習(xí)、隨堂筆記、課中提問(wèn)、課后作業(yè)、實(shí)驗(yàn)和考試等過(guò)程數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)，建立學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)模型；綜合分析學(xué)生相關(guān)整體數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)分析模型，建立就業(yè)發(fā)展模型。最終根據(jù)學(xué)習(xí)行為分析和評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合領(lǐng)域知識(shí)模型，建立個(gè)性化知識(shí)推薦模型，為學(xué)生提供個(gè)性化知識(shí)推薦。

三、基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧教育發(fā)展

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)和新一代信息技術(shù)的快速迭代發(fā)展，其在智慧教育上發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用?？梢赃@樣說(shuō)，智慧教育是以智能化教育信息技術(shù)為支撐，以尊重每位學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)特點(diǎn)的先進(jìn)教育理念為先導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生實(shí)現(xiàn)智慧學(xué)習(xí)。大數(shù)據(jù)技術(shù)不僅促進(jìn)了教與學(xué)的有效性，而且使個(gè)性化教育成為可能，同時(shí)還賦予教育智慧。

（一）大數(shù)據(jù)技術(shù)促進(jìn)了教與學(xué)的有效性

在這個(gè)大數(shù)據(jù)技術(shù)得到全面應(yīng)用的時(shí)代，將會(huì)給教育帶來(lái)三項(xiàng)根本性變革，它們分別是“為每一位學(xué)生提供一套量身定制的個(gè)性化教學(xué)方案”“師生雙方都能夠獲取教學(xué)效果、學(xué)習(xí)效果、教學(xué)支撐環(huán)境是否完備等方面的多維度、多角度、多層次和不同顆粒度的實(shí)時(shí)反饋”及“基于數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘技術(shù)，可分析與預(yù)測(cè)更優(yōu)的學(xué)習(xí)內(nèi)容推薦、學(xué)習(xí)時(shí)間安排和學(xué)習(xí)方式升級(jí)”。換句話說(shuō)就是大數(shù)據(jù)技術(shù)能推動(dòng)教育技術(shù)的智能化，為此，教師可以針對(duì)每一位學(xué)生實(shí)時(shí)收集其生活和學(xué)習(xí)過(guò)程中的所有相關(guān)數(shù)據(jù)，并依據(jù)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)及時(shí)掌握每一位學(xué)生的心理狀態(tài)和學(xué)習(xí)行為，從而實(shí)時(shí)為每一位學(xué)生制定一套個(gè)性化的學(xué)習(xí)方案。同時(shí)，智能技術(shù)可以促進(jìn)教師和學(xué)生與學(xué)習(xí)支撐環(huán)境和數(shù)字化教學(xué)資源的“對(duì)話”，更加快速和便捷地獲取所需的個(gè)性化知識(shí)，并提升師生的良好學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

基于大數(shù)據(jù)的分析和預(yù)測(cè)結(jié)果可以用于課程教學(xué)的評(píng)估，同樣也可以用于對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程發(fā)生機(jī)制的發(fā)現(xiàn)和把握。學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程可以使用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化處理，因此在教學(xué)過(guò)程中存在的各類問(wèn)題的解決將不再依賴于教師的主觀經(jīng)驗(yàn)，而是基于對(duì)海量教學(xué)數(shù)據(jù)的分析來(lái)獲取問(wèn)題的解決方案。

教學(xué)資源的開(kāi)發(fā)與建設(shè)也將因?yàn)榇髷?shù)據(jù)技術(shù)的廣泛應(yīng)用而發(fā)生變革。當(dāng)前大量教學(xué)資源處于分散和割裂狀態(tài)，以往采取人工的方式無(wú)法將這些分散和割裂狀態(tài)的教學(xué)資源整合起來(lái)并推薦給學(xué)習(xí)者，而現(xiàn)在不僅可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)將這些分散和割裂狀態(tài)的教學(xué)資源整合起來(lái)，還可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)充分挖掘各種教學(xué)資源的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，從而促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源的集成與優(yōu)化配置，形成一個(gè)能充分共享、良性循環(huán)的教學(xué)資源生態(tài)，這將會(huì)大大提升教與學(xué)的有效性。

（二）大數(shù)據(jù)技術(shù)使個(gè)性化教育成為可能

在當(dāng)今信息技術(shù)快速演進(jìn)的時(shí)代，能夠采集到的與教育相關(guān)的數(shù)據(jù)在廣度、深度和細(xì)分度上不斷得到延伸，教育相關(guān)的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出多元化、多層化和非結(jié)構(gòu)化特點(diǎn)，并且這些數(shù)據(jù)能夠更全面、更真實(shí)地反映教育背景、過(guò)程和結(jié)果。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中會(huì)留下許多數(shù)字痕跡，這些數(shù)字痕跡都存儲(chǔ)于相應(yīng)的空間中，再通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)這些數(shù)字痕跡進(jìn)行追蹤和分析，就可以挖掘出學(xué)生的學(xué)習(xí)行為規(guī)律及模式，再基于發(fā)現(xiàn)的學(xué)習(xí)行為規(guī)律及模式制定出更適合每位學(xué)生的特定的學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)偏好和學(xué)習(xí)能力的方案。也正因?yàn)槿绱耍髷?shù)據(jù)能夠破解教育方式單調(diào)化難題，助推個(gè)性化教育發(fā)展。

大數(shù)據(jù)技術(shù)促進(jìn)個(gè)性化教育主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，以往技術(shù)手段單一，無(wú)法對(duì)師生教與學(xué)的行為進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，現(xiàn)在有了大數(shù)據(jù)技術(shù)后，就可以根據(jù)師生的教與學(xué)行為，發(fā)掘師生的隱性教育需求，從而進(jìn)行資源推送，打破以“供給導(dǎo)向”為主的資源建設(shè)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)椤靶枨髮?dǎo)向”的資源建設(shè)模式，這就為教與學(xué)提供了更多的可能和途徑；第二，在使用大數(shù)據(jù)技術(shù)后，可以通過(guò)相應(yīng)的智慧教育平臺(tái)實(shí)時(shí)捕捉學(xué)生的行為變化、量化和深度分析學(xué)生行為數(shù)據(jù)、把握和預(yù)測(cè)學(xué)生的需求動(dòng)態(tài)、提供個(gè)性化學(xué)習(xí)支撐等；第三，大數(shù)據(jù)技術(shù)量化和記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)偏好，教師通過(guò)數(shù)據(jù)真正認(rèn)識(shí)每一位學(xué)生，再根據(jù)每位學(xué)生的特點(diǎn)提供精準(zhǔn)且有針對(duì)性的教學(xué)；第四，基于智慧教育平臺(tái)建立自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，為學(xué)生精準(zhǔn)推薦最優(yōu)的課程及有助于其達(dá)到最佳學(xué)習(xí)效果的學(xué)習(xí)次序；第五，數(shù)據(jù)的跨界整合、跨界流動(dòng)和跨界挖掘是大數(shù)據(jù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可以充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)的這個(gè)優(yōu)勢(shì)來(lái)有效整合所有有用的教學(xué)資源，從而改進(jìn)升級(jí)傳統(tǒng)的教學(xué)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)更具個(gè)性化的交互。

（三）大數(shù)據(jù)技術(shù)賦予教育智慧

龐大的教育數(shù)據(jù)是教育領(lǐng)域的寶貴信息資產(chǎn)，是發(fā)展智慧教育的重要基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘與分析技術(shù)則是連接大數(shù)據(jù)和智慧教育的橋梁。換句話說(shuō)，大數(shù)據(jù)技術(shù)就是實(shí)現(xiàn)智慧教育的支柱，是將教學(xué)從數(shù)字化推向智慧化的發(fā)動(dòng)機(jī)，主要原因有以下幾點(diǎn)：從智慧教學(xué)角度看，大數(shù)據(jù)技術(shù)促進(jìn)了教學(xué)模式與方式的改革，促使分層教學(xué)向分類教學(xué)轉(zhuǎn)變，促成了對(duì)教學(xué)行為的準(zhǔn)確預(yù)判；從智慧學(xué)習(xí)角度看，大數(shù)據(jù)技術(shù)使個(gè)性化學(xué)習(xí)得到真正實(shí)現(xiàn)，使學(xué)習(xí)資源能夠被精準(zhǔn)地分析和推薦；從智慧管理角度看，大數(shù)據(jù)技術(shù)使教育設(shè)備與資產(chǎn)的管理智能化，使學(xué)生學(xué)習(xí)的幫助體系更加完善，使各類分散的教育數(shù)據(jù)匯聚在一起并實(shí)時(shí)向?qū)W生共享；從智慧評(píng)價(jià)角度看，大數(shù)據(jù)技術(shù)使教育評(píng)價(jià)和學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)更科學(xué)、更及時(shí)、更高效；從智慧服務(wù)角度看，大數(shù)據(jù)技術(shù)促進(jìn)了家?；ネā⒅腔蹞裥Ｅc智慧就業(yè)。

結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家教育新基建的穩(wěn)步推進(jìn)及大數(shù)據(jù)技術(shù)的迅速發(fā)展，智慧教育的真正實(shí)現(xiàn)也將指日可待。當(dāng)然，在真正實(shí)現(xiàn)智慧教育的征程當(dāng)中還存在很多急待解決的關(guān)鍵問(wèn)題，這需要各相關(guān)領(lǐng)域的工作者共同攜手來(lái)解決。作為教育工作者，有義務(wù)成為協(xié)調(diào)各方的中心聯(lián)絡(luò)者、組織者和踐行者，為真正實(shí)現(xiàn)智慧教育做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。