淺談大數(shù)據(jù)技術與教育教學的融合應用

◆孫 陸

(山東省青島市市南區(qū)教育研究中心)

現(xiàn)代信息技術的發(fā)展為大數(shù)據(jù)的收集和分析提供了無限的可能，大數(shù)據(jù)時代的這一趨勢也對教育產(chǎn)生了巨大的影響：一方面，在科技理性的指導下，通過多維度收集學生行為的數(shù)據(jù)并進行模型建構，可以對學生的學習行為進行預測；另一方面，大數(shù)據(jù)時代的人文主義轉向使人們更關注教學活動的適應性，教育大數(shù)據(jù)的挖掘和利用可以更好地實現(xiàn)適應個人需求的定制化教學。筆者在此就大數(shù)據(jù)技術與教育教學融合應用談一些粗淺的看法。

一、大數(shù)據(jù)的挖掘和利用對教育，特別是課堂教學產(chǎn)生了深遠的影響

科學家索耶認為，越來越多的學習將經(jīng)過計算機中介發(fā)生，并產(chǎn)生越來越多的數(shù)據(jù)，我們有必要運用這些數(shù)據(jù)分析什么時候有效的學習正在發(fā)生。所以數(shù)據(jù)挖掘可以用于探究行為與學習之間的關系，如學習者的個體差異與學習行為之間有何關系，不同行為又會導致何種不同的學習結果。2012年美國發(fā)布《通過教育數(shù)據(jù)挖掘和學習分析促進教與學》提出大數(shù)據(jù)時代教育數(shù)據(jù)的特點：具有層級性、時序性和情境性，其中數(shù)據(jù)的層級性指，既收集教師層面的數(shù)據(jù)也收集學生層面的數(shù)據(jù)，既收集課堂數(shù)據(jù)也收集活動數(shù)據(jù)，為后期模型的建立提供了多維度的資源；數(shù)據(jù)的時序性是指，數(shù)據(jù)是實時的、連續(xù)的，為材料的前沿性提供了保障；而數(shù)據(jù)的情境性是指，數(shù)據(jù)是基于真實情境脈的，保證了模型的信度。

大數(shù)據(jù)技術能夠促進以學生為本的學習，數(shù)據(jù)不僅僅是科技理性指導下收集數(shù)據(jù)和擬合成模型，并針對學生的群體行為做出預測判斷，還可能在固有模型的基礎上，通過診斷學生在課堂中的行為表現(xiàn)，對固有模型進行修改，使課程內(nèi)容更加適合學生的長尾需求，實現(xiàn)個性化教學。大數(shù)據(jù)的利用可以支持對教育活動行為的建模預測，還可能支持教育實踐中的適應性教學。

二、建模與預測導向的大數(shù)據(jù)在教育教學中廣泛應用

大數(shù)據(jù)時代數(shù)據(jù)促進教育變革的方法之一是收集和分析處理數(shù)據(jù)，并進行預測?，F(xiàn)如今，由于數(shù)據(jù)記錄、存儲與運算的便捷性，海量的、多層次的數(shù)據(jù)可以便捷地加以收集，由隨機抽樣帶來的誤差因此減小，建模和預測可以基于全數(shù)據(jù)和真實數(shù)據(jù)，因而就更為精確。大數(shù)據(jù)時代通過探求海量數(shù)據(jù)的相關關系獲得盈利的最成功的案例是亞馬遜的市場營銷，亞馬遜收集讀者網(wǎng)上查閱行為和購買行為數(shù)據(jù)，建立讀者偏愛閱讀模型，預測讀者購買的群體行為，實現(xiàn)書籍的推薦。近幾年，教育研究的對象逐漸關注學生的學習行為，其背后是一種學習觀的轉變，學習被視為一種識知的過程，識知是一個活動，而不是將知識作為一個物品加以傳遞。識知總是境脈化的，而不是抽象的和脫離于具體情境的。識知是在個體與環(huán)境的互動中交互建構的，而不是客觀準確的，也不是主觀創(chuàng)造的。所以，學生的行為活動數(shù)據(jù)被認為是可以反映學生在學習過程這一情境化的動態(tài)變化進程中的情況。海量、多層次、連續(xù)的行為數(shù)據(jù)在收集后被擬合成模型，實現(xiàn)預測，如學習管理系統(tǒng)(LMS)的運用，等等。

三、大數(shù)據(jù)技術在教育教學中應用走向適應性

大數(shù)據(jù)時代，通過探求學生行為與學業(yè)水平之間的相關關系，建立模型，實現(xiàn)預測，能夠?qū)φn堂教學產(chǎn)生重要影響。然而，數(shù)據(jù)建模過程中，為了保證模型的效度與信度，極端個別數(shù)據(jù)被處理，使模型只能實現(xiàn)群體行為的預測，不能針對學習者個體實現(xiàn)定制化和個性化。

但是，在數(shù)據(jù)建模的基礎上實現(xiàn)教學的適應性是大數(shù)據(jù)時代促進教育變革的另一成果。數(shù)據(jù)建模及行為預測依舊屬于科技理性指導下的行為模式，可能會造成忽視學生個性需求的現(xiàn)象，而個性化需求正是知識社會的重要特征，個性化的教育也受到教育研究者、政策制定者和教育實踐者越來越多的關注。

學習者學習相關學科內(nèi)容時，學習行為被記錄跟蹤下來，學生的學習行為數(shù)據(jù)被傳送到后臺，記錄在學習者數(shù)據(jù)庫內(nèi)，作用于預測模塊。預測模塊通過改變內(nèi)容傳遞模塊，再次作用于學習者。在整個過程中，教師、教學管理者起干涉作用。

適應性學習系統(tǒng)是一個交互的動態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)往往會提供給學生一些學習行為建議。奧地利針對學生的問題解決的過程設計了一個適應性學習系統(tǒng)。研究者先使用原始數(shù)據(jù)進行建模，第一步是原始數(shù)據(jù)的收集。除了記錄學生解答問題時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)還收集了學生的信息、問題的信息和解決問題的步驟；在對數(shù)據(jù)進行分類后，歸納出問題解決的類型，通過添加判斷學生學習行為的結果模型和一系列監(jiān)控和調(diào)節(jié)模塊，構成了整個面向問題解決的適應性系統(tǒng)。當學生使用這個模型時，模型會根據(jù)學生的行為數(shù)據(jù)為學生提供他們所偏愛的解決問題的過程與方法。

除了適應性教學系統(tǒng)，還有適應性評測系統(tǒng)。是一個計算機輔助的個性化網(wǎng)絡學習測評平臺，平臺不提供課程設計和課程目標，而是一個教學工具。CAPA通過后臺記錄學生的基本資料，學生參與的互動交流、學業(yè)情況，針對學業(yè)課程中的疑難點，提供個性化的考試資源。

四、大數(shù)據(jù)技術在教育教學中應用給我們的啟示

大數(shù)據(jù)時代由于數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)收集與攜帶便捷，使海量學生行為數(shù)據(jù)被挖掘、收集，通過數(shù)據(jù)建模對學習者行為的分析變得比前大數(shù)據(jù)時代更為全面和可靠。數(shù)據(jù)時代在數(shù)據(jù)的挖掘和預測上固然潛力十足，但是大數(shù)據(jù)時代更多的價值是滿足學習者的適應性需求，在預測行為的基礎上，修改教學模式，使之個性化與定制化。從數(shù)據(jù)建模走向支持適應性教學，支持對象從群體轉向了個人，對教育活動的影響從對行為的認識轉向了教育活動的實踐，從科技理性指導下的去境脈轉向了基于真實情境的教學活動。

走向適應性，不僅改變?nèi)祟愋袨榉绞?，更重要的是改變了認知方式。前大數(shù)據(jù)時代人們在科技理性的指導下完全被數(shù)據(jù)證據(jù)左右，教師和學生、教育決策者和學校形成傳統(tǒng)社會契約關系，當事人把自己百分之百地交給專業(yè)工作人員，而專業(yè)工作人員遵守契約，對當事人全心全意地負責，從而使專業(yè)工作人員享受至高無上的壟斷性地位。大數(shù)據(jù)時代，教師不再是知識的控制者，他通過參與學生的學習活動，根據(jù)學生的認知特點、個性需求，不斷地調(diào)整教學步驟、教學進度和難度。學生不用完全將自己有如病人交付給醫(yī)生一般完全托付給教師。在學習的過程中，通過與教師的互動交流，在教師的協(xié)助下，成為自己學習的主體，控制并對自己的學習負責。由于教師精力有限，大數(shù)據(jù)時代下的網(wǎng)絡計算機輔助學習系統(tǒng)可以為教師和學生提供輔助指導的機會。

五、大數(shù)據(jù)技術在教育教學中應用應注意的幾個問題

大數(shù)據(jù)給我們帶來的便捷的生活和高質(zhì)量的教育的同時，需要我們保持警惕和防止因果關系和相關關系的誤用，并且維護數(shù)據(jù)安全。在信息安全方面，學生和教師的大量信息被收集和使用，在使用的過程中，必須制定相關私隱保護法，保證信息的安全，警惕數(shù)據(jù)濫用。學生的行為數(shù)據(jù)也不可以作為教師教學評優(yōu)的依據(jù)，讓大數(shù)據(jù)真正成為支持教學變革、提升教學效能、促進學生發(fā)展的手段，而不是控制教師和學生的工具。