基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的高校實(shí)踐教學(xué)研究

江雨燕 李常訓(xùn) 趙文輝 吳超

摘 要：運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，以高校傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)資源和信息管理資源的對象，進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與提取、存儲(chǔ)與管理、挖掘與分析、成果展示等流程分析，科學(xué)管理高校實(shí)踐教學(xué)資源，提高高校實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)用型人才。

關(guān)鍵詞：教學(xué)資源;大數(shù)據(jù)技術(shù);實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號：G642 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? 文章編號：1002-2589（2015）03-0188-02

中國高等教育已經(jīng)由精英教育過渡到大眾教育階段，作為高等教育生命線的教育質(zhì)量深受關(guān)注。教學(xué)實(shí)踐表明：制約培養(yǎng)高質(zhì)量人才的瓶頸——實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教育質(zhì)量——是提高“以就業(yè)為導(dǎo)向”高級實(shí)用型人才的關(guān)鍵。為了提高高校實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教育質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)用型人才，教育部出臺(tái)“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”的意見，總結(jié)出增強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力、社會(huì)責(zé)任感和就業(yè)能力的相關(guān)辦法。因此可見，加大高校實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)施力度有助于提高培養(yǎng)人才質(zhì)量，促進(jìn)培養(yǎng)人才創(chuàng)新。

加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的提出導(dǎo)致高校教育理念發(fā)生轉(zhuǎn)變，根據(jù)學(xué)科規(guī)劃，廣大高校加大了實(shí)踐教學(xué)的投入力度，進(jìn)而實(shí)踐教學(xué)的軟件和硬件環(huán)境均得到改善。但是，由于高校招生規(guī)模擴(kuò)大，教育的層次多元化發(fā)展，高校實(shí)踐教學(xué)出現(xiàn)教學(xué)資源不平衡、利用分散、效率低下等問題。本文運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對于現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)資源進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘與分析，并將結(jié)果用于教學(xué)資源管理，進(jìn)而提高實(shí)踐教學(xué)的效率，為社會(huì)培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人才。

一、高校實(shí)踐教學(xué)資源

高校實(shí)踐教學(xué)資源是高校實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)，決定著實(shí)踐教學(xué)成功與否，因此，提高現(xiàn)有的資源利用率是改善實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的有效途徑。高校實(shí)踐教學(xué)資源是指高校在教育學(xué)生期間所有的基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)硬件設(shè)施如教學(xué)樓等、建設(shè)實(shí)踐教學(xué)的資金如校外實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)等、領(lǐng)導(dǎo)實(shí)踐教育的師資隊(duì)伍等要素的綜合裝備和利用能力的總和（圖1）。然而，高校的信息系統(tǒng)是數(shù)據(jù)生產(chǎn)的巨戶。學(xué)生的視角來看，包括聯(lián)系方式、家庭住址等基本的信息，校園卡消費(fèi)、宿舍使用時(shí)間等生活信息，選課、圖書借閱、學(xué)科成績等學(xué)習(xí)信息，參與的社團(tuán)、比賽、講座等第二課堂信息;從教師的視角來看，包括聯(lián)系方式、受教育歷程等基本信息，教學(xué)任務(wù)、教學(xué)內(nèi)容（一般以課件的形式）等教學(xué)信息，論文著書、科研數(shù)據(jù)等科研信息;從高校管理者的視角來看，包括高校的資產(chǎn)信息、師資信息、招生就業(yè)信息、校企合作信息、校間合作信息等。同時(shí)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，高校校內(nèi)人員主動(dòng)生成或者有設(shè)備手機(jī)的信息也在時(shí)時(shí)更新，例如，微博、微信、QQ等社交信息，BBS搜索點(diǎn)擊信息等。這些就是高校信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，也是高校的實(shí)踐教學(xué)資源。同時(shí)，這些數(shù)據(jù)資源與傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)資源相輔相成。

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二、大數(shù)據(jù)處理一般流程

大數(shù)據(jù)的處理流程具有一般數(shù)據(jù)處理流程的共性，可以定義為：運(yùn)用合適的工具抽取和集成廣泛異構(gòu)的數(shù)據(jù)源，遵循特定的標(biāo)準(zhǔn)，將所得的結(jié)果統(tǒng)一存儲(chǔ)，采用適用率高的數(shù)據(jù)分析技術(shù)分析存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)以獲取有價(jià)值的知識(shí)，并且將這些知識(shí)以可視化的方式展示給終端用戶。大數(shù)據(jù)處理的一般流程為數(shù)據(jù)的抽取與集成，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)展示（圖2）。

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1.數(shù)據(jù)來源。大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源非常的廣泛，它包括傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、XML等半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、以文本、音頻、視頻和其他形式存在的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。當(dāng)前，高校已經(jīng)建立了基本的管理信息系統(tǒng)、教學(xué)管理系統(tǒng)、圖書館管理系統(tǒng)等，在同一的數(shù)據(jù)中心，匯聚了大量結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

2.數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理。根據(jù)數(shù)據(jù)源的不同，采用不同的數(shù)據(jù)提取方式。對于結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，采用ETL工具，將數(shù)據(jù)抽取存儲(chǔ)于HBase數(shù)據(jù)庫中;對于Web網(wǎng)頁等此類非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，采用Nuth技術(shù)進(jìn)行抽取，Solr技術(shù)進(jìn)行索引，之后存儲(chǔ)于HBase數(shù)據(jù)庫中。HBase數(shù)據(jù)庫是一個(gè)開源的分布式數(shù)據(jù)庫，具有高可靠性、高性能、可伸縮的特性，并且不是以關(guān)系模型為基礎(chǔ)建立的，可用以存儲(chǔ)大規(guī)模結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

3.數(shù)據(jù)挖掘與分析。采用Hive技術(shù)對HBase數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘與分析。hive是基于Hadoop的一個(gè)數(shù)據(jù)倉庫工具，可以將結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)文件映射為一張數(shù)據(jù)庫表，并提供簡單的SQL查詢功能，可以將SQL語句轉(zhuǎn)換為MapReduce任務(wù)進(jìn)行運(yùn)行。其優(yōu)點(diǎn)是學(xué)習(xí)成本低，可以通過類SQL語句快速實(shí)現(xiàn)簡單的MapReduce統(tǒng)計(jì)，不必開發(fā)專門的MapReduce應(yīng)用，十分適合數(shù)據(jù)倉庫的統(tǒng)計(jì)分析。通過Hive可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯總統(tǒng)計(jì)分析，并且易于擴(kuò)展器計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力。此外，可以運(yùn)用Mahout機(jī)器學(xué)習(xí)工具對數(shù)據(jù)進(jìn)行無監(jiān)督學(xué)習(xí)和監(jiān)督學(xué)習(xí)。

4.數(shù)據(jù)分析成果展示。在數(shù)據(jù)展示層，運(yùn)用Tableau軟件可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與圖表的完美結(jié)合，將數(shù)據(jù)挖掘與分析的成果以可視化的方式呈現(xiàn)給數(shù)據(jù)的使用者。Tableau軟件工具擁有多種預(yù)定義的圖標(biāo)格式，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性，可以將多種維度在同一圖表中展示。

三、基于大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用的高校實(shí)踐教學(xué)

促進(jìn)學(xué)科交叉融合發(fā)展，構(gòu)筑有生命力的學(xué)科生態(tài)，打造凸顯核心競爭力的高水平學(xué)科是學(xué)校學(xué)科規(guī)劃的重要任務(wù)。借助大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，充分收集各學(xué)科的教學(xué)狀態(tài)數(shù)據(jù)、科研項(xiàng)目數(shù)據(jù)、前沿發(fā)展動(dòng)態(tài)等信息，從而分析學(xué)科建設(shè)存在的不足，確定學(xué)科未來發(fā)展的方向，發(fā)掘出潛在的具有國際視野的學(xué)科帶頭人。

1.高效管理高校教學(xué)資源

隨著社會(huì)的發(fā)展，為了適應(yīng)社會(huì)對人才的需要，高校在保障當(dāng)前教學(xué)研究的前提下，需要發(fā)展新的學(xué)科，這就不可避免的需要完善相應(yīng)的學(xué)科設(shè)備，這些設(shè)備可以是學(xué)科教師、教材、教室、實(shí)驗(yàn)室、教學(xué)軟件等。因此，高校的教學(xué)資源是相當(dāng)豐富的，有效管理高校的教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)師生最大限度地使用教學(xué)資源，是高校管理者的重要任務(wù)，是完成教學(xué)任務(wù)、培養(yǎng)社會(huì)認(rèn)可的人才的重要保障。以實(shí)驗(yàn)室為例，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室管理往往是單個(gè)管理者管理少數(shù)有限的實(shí)驗(yàn)室，此種管理方式無疑是低效率的，浪費(fèi)了高校人力資源，降低實(shí)驗(yàn)室的使用效率。運(yùn)用大數(shù)技術(shù)，將高校所有的實(shí)驗(yàn)室存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)中心，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的地理位置、實(shí)驗(yàn)對象、使用時(shí)間等不同參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘與分析，預(yù)測實(shí)驗(yàn)室在某一時(shí)間的某一設(shè)備進(jìn)行某一操作，判斷實(shí)驗(yàn)設(shè)備是否可以承受負(fù)載或者可能發(fā)生故障等情況。通過此種方式，管理者就可以以前進(jìn)行設(shè)備檢修，減小損失，提高實(shí)驗(yàn)室的利用率，同時(shí)通過設(shè)備監(jiān)控中心對所有的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行監(jiān)控管理，減少管理人員，這樣可以縮減高校的人力資源和財(cái)力支持。

2.改進(jìn)高校教學(xué)模式

教育所追求的最高目標(biāo)是因材施教的個(gè)性化學(xué)習(xí)。大數(shù)據(jù)分析學(xué)習(xí)內(nèi)容，線上學(xué)習(xí)系統(tǒng)能以可視化的形式來指導(dǎo)學(xué)習(xí)者的自我學(xué)習(xí)與個(gè)性化發(fā)展，個(gè)性化學(xué)習(xí)功能就實(shí)現(xiàn)了。通過學(xué)習(xí)平臺(tái)上的多媒體學(xué)習(xí)資料、學(xué)習(xí)信息、學(xué)習(xí)進(jìn)展、互動(dòng)信息等個(gè)性化信息，學(xué)生可以完善自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)，并且加快對自身興趣的挖掘和優(yōu)勢的培養(yǎng)。每一學(xué)生的各種數(shù)據(jù)（結(jié)構(gòu)、半結(jié)構(gòu)、非結(jié)構(gòu)）是有限的，但是在整個(gè)教育信息化的背景下，個(gè)性化學(xué)習(xí)方式要基于大數(shù)據(jù)技術(shù)方可更好地實(shí)現(xiàn)。大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，將使得教育更加目的化與個(gè)性化。因此，未來個(gè)性化學(xué)習(xí)的終端，將會(huì)進(jìn)一步融入學(xué)習(xí)資源平臺(tái)，因人而異，因材施教，進(jìn)而推進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的前沿技術(shù)、資源、資訊于個(gè)人職業(yè)規(guī)劃，并且將貫穿于個(gè)人的終身學(xué)習(xí)中。

3.評估師生學(xué)習(xí)行為

每個(gè)高校定期要做教學(xué)評估，意圖通過這種方式找出教學(xué)中存在的實(shí)際問題，以便及時(shí)更新教學(xué)方案與方法，提高教學(xué)的質(zhì)量，進(jìn)而培養(yǎng)出適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的學(xué)生。運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)管理高校教學(xué)評估系統(tǒng)，既可以提高教育管理的科學(xué)度，又可以增強(qiáng)數(shù)字化建設(shè)的實(shí)效度。采用基于大數(shù)據(jù)挖掘與分析的智能算法處理教學(xué)質(zhì)量評估問題，從多方面因素中找出內(nèi)在的關(guān)聯(lián)如教師教學(xué)的效果、多媒體課件的使用率，課堂師生互動(dòng)等，為任課教師提供準(zhǔn)確的反饋意見，為管理者提供科學(xué)的決策支持信息，進(jìn)而科學(xué)制定教學(xué)工作方案，提高教學(xué)質(zhì)量。此外，應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)對于師生各階段的教與學(xué)成果進(jìn)行分析挖掘，可以實(shí)現(xiàn)評價(jià)的透明化和公正性，同時(shí)，對于教師的研究資金、學(xué)生的獎(jiǎng)學(xué)金、助學(xué)金的發(fā)放提供數(shù)據(jù)支持，這將會(huì)在師生的求學(xué)過程中起到良性的引導(dǎo)作用。

四、結(jié)束語

大數(shù)據(jù)挖掘與分析技術(shù)盡管在高校實(shí)踐教學(xué)資源管理中有著廣泛的應(yīng)用前景，但是其應(yīng)用存在制約因素。第一，如何達(dá)到業(yè)務(wù)與技術(shù)的郵寄關(guān)聯(lián)融合。數(shù)據(jù)分析的目的即是業(yè)務(wù)的需求，有了分析的目的，業(yè)務(wù)需求期望得到滿足，高校管理者才能有目的地對數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘與分析，得到數(shù)據(jù)隱藏的價(jià)值，用以管理決策。第二，大數(shù)據(jù)挖掘與分析需要專業(yè)的高技術(shù)人員，這就要求既專精數(shù)據(jù)技術(shù)，又深悉校園網(wǎng)業(yè)務(wù)。總之，大數(shù)據(jù)挖掘與分析技術(shù)將越來越多的應(yīng)用于高校實(shí)踐教學(xué)資源管理中，以提高高校實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，當(dāng)時(shí)具體應(yīng)用的成果還存在許多方面的問題，還需要進(jìn)行更加深層次的探索與修正。