大數(shù)據(jù)背景下教育信息化的變革

一、大數(shù)據(jù)的定義隨著云計(jì)算、移動(dòng)設(shè)備和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式的快速改革和發(fā)展，我們生活的世界也面臨著數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的巨大增長(zhǎng)。它還被標(biāo)記為描述天文學(xué)和物理效應(yīng)的“大數(shù)據(jù)”，并在幾乎世界上的技術(shù)、醫(yī)療、體育、公共管理、工業(yè)和其他領(lǐng)域公布了自己的品牌。由于各個(gè)領(lǐng)域?qū)τ跀?shù)據(jù)的要求標(biāo)準(zhǔn)是有差異的、動(dòng)態(tài)的,大數(shù)據(jù)還沒有明確統(tǒng)一的定義。目前主要是從數(shù)據(jù)規(guī)模、數(shù)據(jù)復(fù)雜性程度、數(shù)據(jù)應(yīng)用價(jià)值、技術(shù)實(shí)現(xiàn)這四個(gè)角度進(jìn)行界定,在眾多定義中來自國(guó)際數(shù)據(jù)公司(IDC)的論述較為全面。首先,它通過一些描述性的詞匯來界定,認(rèn)為大數(shù)據(jù)應(yīng)符合4V特征即海量的數(shù)據(jù)規(guī)模(Volume)、多樣化的數(shù)據(jù)形式和來源(Variety)、動(dòng)態(tài)和復(fù)雜的數(shù)據(jù)體系(Velocity),數(shù)據(jù)應(yīng)用能夠獲得巨大價(jià)值的產(chǎn)品和服務(wù)(Value)。其次,從技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程的角度進(jìn)行描述,認(rèn)為大數(shù)據(jù)是一種通過快速挖掘、處理、分析,從海量數(shù)據(jù)中獲取巨大應(yīng)用價(jià)值的一種全新的技術(shù)架構(gòu)。大數(shù)據(jù)應(yīng)用給教育理論與實(shí)踐帶來了巨大的影響,教育的核心價(jià)值觀、理論基礎(chǔ)、實(shí)踐方式、研究方法等方面都發(fā)生了巨大的變化。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面,包括重構(gòu)教育的科學(xué)性、開放性和前瞻性特征,通過學(xué)習(xí)分析技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)個(gè)性化教育的實(shí)現(xiàn),借助融合網(wǎng)絡(luò)課程、翻轉(zhuǎn)課堂等多種方式改造教學(xué)模式,依托多樣化的評(píng)價(jià)對(duì)象和科學(xué)的評(píng)價(jià)方法豐富教學(xué)評(píng)價(jià)體系。二、重建教育特征(一)教育科學(xué)研究缺乏可應(yīng)用的教育研究工具與社會(huì)科學(xué)的眾多領(lǐng)域一樣,教育科學(xué)一直以來被質(zhì)疑能否被稱為一門真正的“科學(xué)”。一方面教育科學(xué)研究具有為教育決策提供服務(wù)的天然功能,其提供的數(shù)據(jù)和研究成果是教育決策制定的依據(jù),將直接決定教育決策的執(zhí)行效率和權(quán)威性。但是在另一方面作為社會(huì)科學(xué)研究的一部分,教育科學(xué)研究有其天然的局限性:針對(duì)體量巨大、類型龐雜的教育數(shù)據(jù),教育科學(xué)研究缺乏用于進(jìn)行收集和分析的技術(shù)工具;最為常見的采用問卷調(diào)查法進(jìn)行樣本分析,無法在廣度和深度上滿足研究需求,更有甚者在無法獲得實(shí)證數(shù)據(jù)時(shí),僅僅依賴假設(shè)和經(jīng)驗(yàn)來分析教育現(xiàn)象和解決教育問題。大數(shù)據(jù)的教育應(yīng)用使得全面挖掘教育領(lǐng)域數(shù)據(jù),掌握教育實(shí)際情況成為可能。同時(shí)這種依賴于技術(shù)手段的數(shù)據(jù)獲取,可以在不影響學(xué)習(xí)者的情況下進(jìn)行,可以消除來自學(xué)習(xí)者自身和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的干擾,這樣能夠最大程度的保證采集數(shù)據(jù)的真實(shí)性,實(shí)現(xiàn)以教育數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的教育研究能夠反應(yīng)教育的實(shí)際情況,增強(qiáng)教育科學(xué)研究與教育實(shí)踐的科學(xué)性。(二)大數(shù)據(jù)挖掘研究對(duì)教育系統(tǒng)的意義教育應(yīng)用的大數(shù)據(jù)類型包括教育決策數(shù)據(jù),學(xué)生的人口學(xué)數(shù)據(jù)、家庭背景數(shù)據(jù)、學(xué)業(yè)水平數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)等,從宏觀到微觀,方方面面一應(yīng)俱全。這些數(shù)據(jù)并沒有孰輕孰重之分,在特定的領(lǐng)域都有其不同的價(jià)值和地位。同時(shí)這些數(shù)據(jù)具有高速變化的特性,他們之間相互影響,一個(gè)看似微不足道的變量,極有可能引起結(jié)果的巨大變化。對(duì)于這些大數(shù)據(jù)挖掘的研究目前主要集中在三個(gè)領(lǐng)域,分別是教學(xué)過程數(shù)據(jù)挖掘、教育管理數(shù)據(jù)挖掘和教育科研數(shù)據(jù)挖掘。這些在教學(xué)、管理、科研活動(dòng)中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù),在教育系統(tǒng)中相互影響,相互作用。教育工作者如果想以教育數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)發(fā)掘有意義的信息,來作為影響個(gè)體教育效果乃至作為教學(xué)決策的依據(jù),單一類型的數(shù)據(jù)顯然無法提供足夠接近客觀的支撐,需要對(duì)這些開放的、多樣的、動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面挖掘與綜合分析。(三)大數(shù)據(jù)對(duì)于提高教學(xué)效率的對(duì)于目的于對(duì)于原有的、無教育科學(xué)的發(fā)展往往滯后于社會(huì)政治、經(jīng)濟(jì)、文化的發(fā)展,而教育的產(chǎn)品———人才的培養(yǎng)則滯后于教育科學(xué)的發(fā)展,這就要求教育具有一定的前瞻性、預(yù)測(cè)性,最大程度地彌補(bǔ)這一缺憾。大數(shù)據(jù)的應(yīng)用為這一愿望的實(shí)現(xiàn)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這得益于大數(shù)據(jù)能夠在紛繁復(fù)雜的數(shù)據(jù)中歸納出具有預(yù)測(cè)性的結(jié)果,這些結(jié)果可以是更適合學(xué)生的教學(xué)方法、更易于產(chǎn)生學(xué)習(xí)行為的時(shí)間段、更有效鞏固學(xué)習(xí)成果的方式以及更加積極的學(xué)習(xí)思想和行為傾向等。這些分析結(jié)果不僅能夠幫助對(duì)教學(xué)中可能出現(xiàn)的情況進(jìn)行預(yù)判,更為重要的是教育工作者可以藉此掌握教育的主動(dòng)權(quán),提高教學(xué)效率,少走彎路。教育領(lǐng)域的一些大數(shù)據(jù)應(yīng)用已經(jīng)在預(yù)測(cè)行為方面做了有益的嘗試。如美國(guó)西部州際高等教育委員會(huì)以64萬名大學(xué)生為研究對(duì)象建立了一個(gè)包含300萬條課程信息的數(shù)據(jù)庫(kù),通過33個(gè)針對(duì)在線課程變量的分析來預(yù)測(cè)輟學(xué)行為。當(dāng)曠課、遲到、學(xué)習(xí)表現(xiàn)等與輟學(xué)行為相關(guān)的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)向主管部門進(jìn)行提示。三、大數(shù)據(jù)助力自適應(yīng)學(xué)習(xí)分析前蘇聯(lián)著名教育學(xué)家蘇霍姆林斯基提倡全面發(fā)展的、和諧的、個(gè)性的教育,認(rèn)為“每個(gè)孩子都是一個(gè)完全特殊的、獨(dú)一無二的世界”。個(gè)性化教育可以使個(gè)體獲得健全的人格、全面的知識(shí),突出的能力和健康的身心,但是如何在“量”和“質(zhì)”兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教育,還是擺在各國(guó)教育工作者面前的一個(gè)難題。國(guó)際個(gè)性化教育協(xié)會(huì)對(duì)個(gè)性化教育進(jìn)行了描述性的定義,認(rèn)為個(gè)性化教育應(yīng)該“目的個(gè)性化”、“過程個(gè)性化”和“結(jié)果個(gè)性化”的高度統(tǒng)一。實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教育僅僅依靠個(gè)性化目標(biāo),只能是空中樓閣無從實(shí)現(xiàn)。盡管我們的教育中也有諸如“量身定制”、“一對(duì)一教學(xué)”等具體的手段來實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)過程,但是其效率和準(zhǔn)確度還是無法滿足高質(zhì)量、大規(guī)模個(gè)性化教育的需求。借助大數(shù)據(jù)的應(yīng)用可以一定程度上解決當(dāng)前個(gè)性化教育中存在的一系列問題,為實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教育提供全新的途徑。美國(guó)教育部于2012年4月12日發(fā)布的報(bào)告《通過教育數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析改進(jìn)教與學(xué)》中提出了基于學(xué)習(xí)分析技術(shù)的實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教育的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)。學(xué)習(xí)分析是指針對(duì)來自于學(xué)習(xí)者的大范圍數(shù)據(jù)的解釋,以評(píng)估學(xué)業(yè)進(jìn)展、預(yù)測(cè)未來表現(xiàn)、發(fā)現(xiàn)潛在問題。這些數(shù)據(jù)可以采自于我們通常作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的顯性的學(xué)習(xí)效果,如作業(yè)完成情況、考試通過率等,也可以來自于一些不作為直接評(píng)估學(xué)習(xí)進(jìn)步水平的行為,如在線社交互動(dòng)、課外活動(dòng)等。通過學(xué)習(xí)分析模型對(duì)上述數(shù)據(jù)的處理與展示,教育工作者能夠?qū)W(xué)習(xí)行為和結(jié)果進(jìn)行分析解釋,進(jìn)而根據(jù)每個(gè)學(xué)生的能力和需要水平提供適應(yīng)性的反饋。學(xué)習(xí)分析具體的應(yīng)用領(lǐng)域不僅限于聚焦學(xué)生表現(xiàn),也可以通過其所依賴的大數(shù)據(jù)挖掘與分析來對(duì)課程、教學(xué)計(jì)劃和教育機(jī)構(gòu)進(jìn)行深入的評(píng)估,以更激進(jìn)的方式促進(jìn)教學(xué)模式的轉(zhuǎn)化,幫助學(xué)生通過正式和非正式的學(xué)習(xí)活動(dòng)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的全面發(fā)展。自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)以學(xué)習(xí)分析為技術(shù)基礎(chǔ),通過在線學(xué)習(xí)平臺(tái)提供的學(xué)習(xí)環(huán)境,對(duì)教育數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘與分析,為教育工作者以及學(xué)習(xí)者本身提供反饋以改善教學(xué)活動(dòng)。其獨(dú)特之處體現(xiàn)為數(shù)據(jù)的廣泛性和過程的自適性。自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)包括與學(xué)習(xí)者在線行為相關(guān)的數(shù)據(jù)如訪問日志、學(xué)習(xí)路徑、學(xué)業(yè)成績(jī)等,也包括在學(xué)校以及相關(guān)機(jī)構(gòu)中存儲(chǔ)的學(xué)生信息。在這些大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)自適性過程如下:首先,學(xué)習(xí)者的行為數(shù)據(jù)經(jīng)過結(jié)構(gòu)化處理后存儲(chǔ)至學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)庫(kù);其次,由預(yù)測(cè)模塊調(diào)用,包括學(xué)習(xí)者行為數(shù)據(jù)的內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)和包括學(xué)習(xí)者穩(wěn)定個(gè)人信息的外部數(shù)據(jù)庫(kù),為下一步分析提供數(shù)據(jù)支持,接著預(yù)測(cè)系統(tǒng)會(huì)依據(jù)不同的目標(biāo)調(diào)用相應(yīng)的分析工具和模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析;第三,自適應(yīng)模塊會(huì)依據(jù)上一步的分析結(jié)果,自動(dòng)為學(xué)習(xí)者提供有針對(duì)性的指導(dǎo),同時(shí)這些分析結(jié)果,也會(huì)被傳遞給教師,最后由教師通過干預(yù)模塊對(duì)學(xué)習(xí)過程實(shí)現(xiàn)人為干預(yù)。四、大數(shù)據(jù)時(shí)代為教學(xué)提供的新路徑在學(xué)校教育的課堂教學(xué)模式下,學(xué)生的學(xué)習(xí)過程是在教師的指導(dǎo)下按照教學(xué)大綱有序的進(jìn)行,封閉的教室環(huán)境和小班教學(xué)最大程度地保障了教學(xué)效率與教學(xué)個(gè)性化的平衡。受困于空間和時(shí)間的限制,單一課堂教學(xué)模式顯然已經(jīng)無法適應(yīng)信息化時(shí)代個(gè)體與社會(huì)對(duì)優(yōu)質(zhì)、高效、個(gè)性化教育的需求。依托于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特別是大數(shù)據(jù)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式和網(wǎng)絡(luò)課程的發(fā)展成為解決這一問題的重要途徑。2004年開源網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)moodle誕生,通過這一平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)、師生交流、考試、資源共享等功能,使教學(xué)和課堂在空間和時(shí)間上進(jìn)行了延伸。2007年翻轉(zhuǎn)課堂在美國(guó)誕生,翻轉(zhuǎn)課堂將教學(xué)信息化過程前置,要求學(xué)生課前學(xué)習(xí)教學(xué)內(nèi)容視頻,而在課堂上完成作業(yè)、進(jìn)行探討,教師在課堂上使用相關(guān)的數(shù)據(jù)分析軟件針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)中遇到的問題進(jìn)行人性化的指導(dǎo),對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行了創(chuàng)新式的改造。2012年MOOC(MassiveOpenOnlineCourse,大規(guī)模開放在線課程)開始迅猛發(fā)展(著名的例子包括斯坦福的Coursera和Udacity等),MOOC由課程發(fā)布者以知識(shí)傳播為目的,將大規(guī)模的課程發(fā)布至網(wǎng)絡(luò)并免費(fèi)共享,探索了優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源分享與應(yīng)用的新途徑。五、教學(xué)評(píng)價(jià)活動(dòng)內(nèi)容主要來源于學(xué)習(xí)成績(jī)的結(jié)果性評(píng)價(jià)教育評(píng)價(jià)不僅僅是為了區(qū)分不同的學(xué)業(yè)水平,更為重要的是了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,從而為其制定個(gè)性化提高方案,以便更好地達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。這就要求教學(xué)評(píng)價(jià)是一種綜合性的、全面的評(píng)價(jià),不能僅僅依賴取自于學(xué)習(xí)成績(jī)的結(jié)果性評(píng)價(jià),還需要結(jié)合考察學(xué)習(xí)過程表現(xiàn)的過程性評(píng)價(jià)。但是長(zhǎng)期以來,學(xué)校教學(xué)環(huán)境下教學(xué)評(píng)價(jià)活動(dòng)主要還是基于學(xué)生的考試成績(jī)、作業(yè)成績(jī)和平時(shí)的課堂表現(xiàn)。由于評(píng)價(jià)信息的數(shù)量規(guī)模、數(shù)據(jù)來源有限,現(xiàn)有的教學(xué)評(píng)價(jià)更多是結(jié)果性評(píng)價(jià)與經(jīng)驗(yàn)性評(píng)價(jià)。大數(shù)據(jù)的應(yīng)用使學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的不同層面的數(shù)據(jù)和信息(包括學(xué)生個(gè)體層面的、行為層面的、內(nèi)容層面的、環(huán)境層面)都被有效地組織起來。以全面的大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)依托于相關(guān)的評(píng)價(jià)模型進(jìn)行分析,我們可以更多地關(guān)注學(xué)習(xí)過程,了解是哪些因素影響了學(xué)業(yè)水平,這些因素間有著什么樣的關(guān)系,從而為實(shí)現(xiàn)提高學(xué)生學(xué)業(yè)水平、實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)提供依據(jù)。六、大數(shù)據(jù)分析的核心能力是什么?大數(shù)據(jù)的應(yīng)用開啟了教育科學(xué)發(fā)展的新時(shí)代,推動(dòng)了教育領(lǐng)域的眾多變革,但是隨著應(yīng)用的深入,出現(xiàn)了一系列值得我們思考的問題。大數(shù)據(jù)的來源包括眾多不同類型的數(shù)據(jù)庫(kù),因此基于教育的大數(shù)據(jù)分析僅僅考慮教育事業(yè)數(shù)據(jù)是不夠的,還要綜合考慮與教育分析對(duì)象相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域,如何共享與綜合利用跨領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫(kù)是首先需要解決的問題。教育工作者能夠有效地進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析,需要具備足夠的數(shù)據(jù)素養(yǎng):首先,需要保證能夠獲取高質(zhì)量的教育數(shù)據(jù),能夠使用相關(guān)軟件存儲(chǔ)與管理數(shù)據(jù);其次,能夠熟練使用通用的以及本學(xué)科專用的數(shù)據(jù)分析工具,掌握基本的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析方法;第三,能夠解釋數(shù)據(jù),并利用相關(guān)分析進(jìn)行數(shù)據(jù)建模的能力。大數(shù)據(jù)來自于對(duì)個(gè)體行為和自然情況的搜集,這些數(shù)據(jù)和分析是可以被重復(fù)利用的,而大數(shù)據(jù)的分析過程由教育部門、政府職能部門、數(shù)據(jù)分析企業(yè)共同完成。這意味著如果不明確信息的