基于教育大數(shù)據(jù)的高校智慧教學環(huán)境構(gòu)建

余 泰， 李 莉， 趙 欣

（海軍軍醫(yī)大學教保處，上海200433）

0 引 言

技術(shù)變革教育的時代已經(jīng)來臨，以信息化帶動教育發(fā)展已上升為國家戰(zhàn)略［1］。2018年4月，教育部印發(fā)《教育信息化2．0行動計劃》，文中明確提出，要大力構(gòu)建智慧學習支持環(huán)境，加快建設(shè)智能教室、智能實驗室等智能學習空間，積極探索基于大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的應(yīng)用方式，推進信息技術(shù)和智能技術(shù)深度融入教育教學全過程［2］。目前，高校信息化已從單純的數(shù)字化校園建設(shè)過渡到技術(shù)與校園的深度融合，高校信息化建設(shè)進入了一個新的階段。通過探索教育大數(shù)據(jù)背景下，如何優(yōu)化現(xiàn)有智慧教學環(huán)境，聚焦信息技術(shù)與教育教學實踐深度融合，對高校驅(qū)動教學改革、融合管理服務(wù)、提升校園信息化統(tǒng)籌能力具有借鑒意義。

1 高校現(xiàn)有教學環(huán)境弊端

高校的教學環(huán)境涉及人、物、業(yè)務(wù)、管理，這些因素都是教學環(huán)境的構(gòu)成部分，教學的有效開展既依賴于豐富的信息化硬件支持，也需要良好的師生關(guān)系、交互手段、文化氛圍等軟實力支持［3］。教育信息化步入2．0時代，在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等信息技術(shù)的推動下，高校內(nèi)的學習場所不再局限在教室、教學樓，交互手段也在不再局限于面對面的實體空間內(nèi)。伴隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展和數(shù)字原住民逐漸成為高校主力軍，高?，F(xiàn)有的教學環(huán)境已不能滿足師生及管理者的實際需求。

（1）教室信息化配套設(shè)施落后。傳統(tǒng)的多媒體教學環(huán)境側(cè)重于支持回憶、理解和應(yīng)用等低階認知目標的培養(yǎng)和傳輸，無法有力支撐分析、評價和創(chuàng)造等高階認知能力的培養(yǎng)［4］。高層次的創(chuàng)新學習和探究學習需要協(xié)同設(shè)計教學環(huán)境空間布局、學習者個性化差異、學習者和環(huán)境的互動、學習預(yù)警及教學督導(dǎo)等多方面支撐。目前高校大部分教室仍是傳統(tǒng)的多媒體教室，配備投影機和臺式電腦，將知識的傳授從“人灌”機械地轉(zhuǎn)換成“電灌”，并不能滿足當前高校教育的需求。教室信息化配套設(shè)施落后，教學場所僅局限在教室內(nèi)，沒有線上交互及資源共享平臺支撐新型教學模式。

（2）教室內(nèi)教學設(shè)備零散復(fù)雜。高校當前正逐步推進智慧教室的建設(shè)，教學設(shè)備數(shù)量的增加，學習效率反而降低，新興技術(shù)和配套設(shè)備進課堂不利于課堂教學的良性進行，教師需要重新學習操作以適應(yīng)新技術(shù)的應(yīng)用，學生在學習中不能集中注意力，形成了新的教學技術(shù)負擔。在智慧教室中教學容易陷入“以技術(shù)為主導(dǎo)，忽略教學本位”的誤區(qū)。教室僅僅將各種新技術(shù)、多種設(shè)備直接堆砌在一起，沒有智能的管控體系和配套的信息化素養(yǎng)培訓，不僅增加了師生教、學負擔，同時也忽略了課堂教學是一個環(huán)境、技術(shù)、交互和管理的有機整體［5］。

（3）新增的軟件平臺各自孤立。高校傳統(tǒng)教學平臺仍局限于資源型課程平臺，主要應(yīng)用于提供素材、習題及相關(guān)輔助教學資源，教學內(nèi)容表現(xiàn)形式單一，自主學習資源和雙向互動模式欠缺，無法為學生個性化學習診斷、學習決策、精準推送和多元評估等學習服務(wù)提供科學依據(jù)。目前高校初步已架構(gòu)完成了教學、教務(wù)、管理等多業(yè)務(wù)流程的信息化平臺，基本是按照業(yè)務(wù)條線縱向建設(shè)，各個系統(tǒng)的管理功能不同，對于數(shù)據(jù)的來源和用途也缺乏規(guī)劃，難以集中進行關(guān)聯(lián)、融合的分析應(yīng)用，數(shù)據(jù)分散冗余、互為孤島的問題未得到根本解決，無法為校園的教育、教學創(chuàng)新和管理提供客觀的數(shù)據(jù)分析支持。

2 重構(gòu)高校智慧教學環(huán)境

高校信息化的目標是促進學校教學內(nèi)容、教學手段和方法現(xiàn)代化，關(guān)注學生間的個體差異，支撐信息化課程改革，促進高等教育質(zhì)量全面提高。目前，針對智慧環(huán)境下教學效果究竟如何的研究較少，當前的研究主要關(guān)注于兩個領(lǐng)域：①研究分析環(huán)境中的交互行為，主要分析在智慧教學環(huán)境中，教學在行為產(chǎn)生或在行為交互方面有何獨特的表現(xiàn)；②研究分析新技術(shù)的教學功用，主要驗證在提升教學效果方面，新技術(shù)引入應(yīng)用的有效性以及教學評價的方法和評價結(jié)果對教學實際的真實作用［6］。智慧教學環(huán)境的重構(gòu)應(yīng)以促進信息技術(shù)與教育教學深度有效融合、提高學與教的效果為目的，以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)分析等新技術(shù)為核心，構(gòu)建規(guī)范、安全、可靠的校園網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實現(xiàn)空間舒適自洽、資源互聯(lián)互通、信息交換共享及大數(shù)據(jù)精準分析，為學員、教員、管理者和不同用戶提供多樣、精準、智能的教學環(huán)境支撐。

（1）重構(gòu)智慧教學樓宇，打造“無界”空間。教學環(huán)境從空間上分為物理空間和虛擬空間，對于物理空間，目前關(guān)注的是獨立的教室改造，并未更多地關(guān)注各個教室的聯(lián)動性和公共空間的改造；對于虛擬空間，目前平臺更多關(guān)注于資源的累積和線上交流，未關(guān)注如何利用線上平臺支撐課堂教學交互和課堂教學數(shù)據(jù)采集分析。因此，重構(gòu)智慧教學樓宇，在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)互聯(lián)互通、系統(tǒng)全面整合應(yīng)用的基礎(chǔ)上，重新整體規(guī)劃智慧教室及公共空間改造，實現(xiàn)空間與技術(shù)的深度融合，連通校園內(nèi)外，教室內(nèi)外，線上線下空間，支持彈性教學模式的開展，突破傳統(tǒng)學習空間的界限。

首先是根據(jù)教學需求，合理規(guī)劃智慧教室功能及場域分布?！叭恕辈粌H是學習活動的中心，更是教室環(huán)境設(shè)計的中心。智慧教室的功能多樣，具備課堂討論、翻轉(zhuǎn)課堂、教學提升、移動學習、智能控制、統(tǒng)一管理與節(jié)約能耗等多功能，適用于多屏互動、跨?；?、精品錄播、創(chuàng)新研討等多種教室類型［7］。教學樓整體改造應(yīng)進行整體規(guī)劃和設(shè)計，避免傳統(tǒng)多媒體教室和單獨智慧教室信息孤島式建設(shè)。每一間教室都應(yīng)是智慧樓宇的一個數(shù)據(jù)采集點，通過物聯(lián)網(wǎng)及數(shù)據(jù)分析中心開展數(shù)據(jù)交換。其次是進一步擴展學習場域，對公共區(qū)域如走廊，室外綠化等進行規(guī)劃與延展。在教育信息化2．0的時代背景下，教室內(nèi)的教學并不能滿足學生的需求，發(fā)生在任何時間、任何場所、利用任何設(shè)備所開展的教學活動都可以稱之為課堂教學，通過改造教學樓綠化地帶、公共走廊、可涂寫墻面、學生創(chuàng)新研討室等多種學習場所，進一步連通教室內(nèi)外、學校內(nèi)外和課堂與其他空間互通，讓課堂成為立體多元的學習場所。最后是基于物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)智慧樓宇內(nèi)所有設(shè)備的智能管控和數(shù)據(jù)智能采集。對于智慧樓宇，不再是冷冰冰的混凝土和墻壁，而是可以“感知和控制”的智慧體。智慧樓宇通過物聯(lián)網(wǎng)，支持對傳統(tǒng)多媒體教學設(shè)備（如：電腦、投影機、投影幕、功放等）及在新型教學理念支撐下所出現(xiàn)的新型教學設(shè)備，如：觸摸一體機、錄播系統(tǒng)等設(shè)備進行自動化、智能化的控制。智能中控系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)本地教學設(shè)備和教學環(huán)境控制，而且支持遠程集中控制、遠程監(jiān)測、智能化運維，最大程度上降低了教室內(nèi)多種設(shè)備的維護負擔。

（2）搭建智慧教學平臺，鏈接“無界”溝通。一站式的智能教學平臺旨在通過構(gòu)建泛在、高效、移動、安全的平臺，推動信息技術(shù)與教學的深度融合，打造集教、學、考、管、評和支持服務(wù)為一體的全周期綜合教學平臺。通過創(chuàng)建教師、學生和管理空間，靈活支持混合式教學和翻轉(zhuǎn)課堂等新型教學模式開展；通過對學習者的特征分析，建立學習者模型，實現(xiàn)學習預(yù)警、檢測、評價、補救等功能，幫助學習者實現(xiàn)個性化、智能化學習；通過教學資源靈活組織和智能推送，滿足教師多種教學模式的開展與應(yīng)用，實現(xiàn)教學過程可監(jiān)控可調(diào)整，并對不同教學模式下學生學習興趣、參與性、學習能力與學習成績的大數(shù)據(jù)分析，評價教學結(jié)果，優(yōu)化教學策略；通過線上線下學習資料推送、學習任務(wù)預(yù)告、課前課后評估，實現(xiàn)教學數(shù)據(jù)信息可視化，PC端、APP、教室內(nèi)屏幕等多渠道多終端無縫連接，打通線上線下、學校內(nèi)外教學分隔。實現(xiàn)“線上”和“線下”三大融合（見圖1），硬件設(shè)施與軟件系統(tǒng)融合——打造教學資源制作、展示、共享一條龍服務(wù)中心；線上和線下教學融合——打造師生多元互動的學習共同體；理論和實操教學融合——打造突破時空限制的無邊界課堂，全面激發(fā)課堂教學的結(jié)構(gòu)性變革，真正實現(xiàn)教與學的閉環(huán)，為學校教學資源整合、教學模式改革、教學方法創(chuàng)新提供穩(wěn)固的教學平臺支撐。

圖1 線上線下相融合的智慧教學架構(gòu)圖

（3）部署智慧督導(dǎo)平臺，實現(xiàn)“無界”評教。教學質(zhì)量是高校生存和發(fā)展的永恒主題。為了保證和提高教學質(zhì)量，加快教學改革創(chuàng)新，高校均建立了教學督導(dǎo)機制［8］。目前，大部分高校的教學督導(dǎo)方式仍停留在線下督導(dǎo)，督導(dǎo)專家隨機到教室聽課，填寫紙質(zhì)課程督導(dǎo)表格，教學督導(dǎo)部門手工進行匯總，評價局限于課程計劃或者教學結(jié)果與預(yù)定目標相對照的過程，只關(guān)注課堂上教員知識講解的重點是否突出，難點如何突破，知識與技能是否掌握與形成，教學任務(wù)是否完成，評價較為片面，信息化手段欠缺?；凇爸腔劢虒W樓宇”的督導(dǎo)系統(tǒng)，建立線上（網(wǎng)絡(luò)平臺）＋線下（智能終端）的教學督導(dǎo)模式，綜合專家督導(dǎo)、學員評教、院系自評等方面對教師進行綜合評價打分。①基于課堂錄播系統(tǒng)建設(shè)在線督導(dǎo)平臺，為分管領(lǐng)導(dǎo)、督導(dǎo)專家、教學管理人員提供實時訪問及回顧課堂情況并提交督導(dǎo)意見；②重新設(shè)計學生評教打分標準，定制基于移動智能終端的評教系統(tǒng)，使得學生可在任何時間段、空間地點評價教師授課情況；③建設(shè)可自動存儲、處理督導(dǎo)評教結(jié)果，進行大數(shù)據(jù)分析并與教師專業(yè)發(fā)展等系統(tǒng)連通的后臺系統(tǒng)，進一步提升教學督導(dǎo)工作效率，為提高課堂教學質(zhì)量提供科學指導(dǎo)［9］。

（4）打造大數(shù)據(jù)分析平臺，輔助多用戶“無界”決策。智能大數(shù)據(jù)管理平臺在技術(shù)上實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、大數(shù)據(jù)存儲和管理等功能，教學大數(shù)據(jù)以全流程多維度的方式，貫穿課前課中課后，融合線上線下、打通課內(nèi)課外，以教學數(shù)據(jù)為總線，服務(wù)于教學評估。智慧大數(shù)據(jù)管理平臺主要從數(shù)據(jù)采集與整合、數(shù)據(jù)分析與解釋、數(shù)據(jù)應(yīng)用與預(yù)警3個方面開展整體治理（見圖2），并提供標準的對外數(shù)據(jù)讀取接口和圖形化的數(shù)據(jù)管理運維。①數(shù)據(jù)采集與整合［10］。高?？梢栽趯嶓w空間內(nèi)以大屏展示、圖形化采集教學平臺數(shù)據(jù)源、教學環(huán)境數(shù)據(jù)源、教學督導(dǎo)數(shù)據(jù)源以及業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)源等不同類別數(shù)據(jù)，提供強大的實時和離線計算能力的大數(shù)據(jù)綜合分析結(jié)果。②數(shù)據(jù)分析與解釋。通過數(shù)據(jù)清洗、深度的機器學習，有效的剔除冗余數(shù)據(jù)，優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)高效的統(tǒng)計分析功能，以及開展智能的數(shù)據(jù)挖掘與數(shù)據(jù)融合。③數(shù)據(jù)應(yīng)用與預(yù)警。大數(shù)據(jù)分析平臺可以通過對教育數(shù)據(jù)的分析，挖掘出教學、學習、評估等符合學生實際與教學實際的情況，如畫像精準化分析、個性化學習推送、知識圖譜智能生成、定制教學數(shù)據(jù)報告、領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙數(shù)據(jù)實時呈現(xiàn)等功能?？梢詰?yīng)用在教學評價、質(zhì)量診斷、教學監(jiān)控、教學預(yù)警、決策支持、用戶檔案、用戶畫像以及智能推送等方面，為高校管理、服務(wù)、教學和科研等方向提供深度的大數(shù)據(jù)綜合分析結(jié)果，從而為高校用戶構(gòu)建海量數(shù)據(jù)深度分析基礎(chǔ)，挖掘數(shù)據(jù)潛在的核心價值，輔助決策［11］。

圖2 智慧教學環(huán)境中教育大數(shù)據(jù)治理體系圖

3 高校智慧教學環(huán)境優(yōu)化成效

高校對現(xiàn)有智慧教學環(huán)境的優(yōu)化，以數(shù)字化校園建設(shè)為基礎(chǔ)，以服務(wù)師生為導(dǎo)向、統(tǒng)一云平臺為基礎(chǔ)、未來課堂為核心、智能數(shù)據(jù)分析為支撐，力求構(gòu)建一個規(guī)范、安全、可靠的智慧校園環(huán)境［12］。目前，我校智慧教學環(huán)境優(yōu)化與升級已開展一期建設(shè)，逐步實現(xiàn)學生自主學習、全面成長，教師能潛心教學、專注研究，讓管理人員能愜意地辦公、精準地決策，在一期建設(shè)中，基于智慧教學樓建設(shè)為學生提供舒適智能的學習環(huán)境；基于智慧教學平臺的搭建為教師提供移動智能的教學環(huán)境；基于全校教育大數(shù)據(jù)的收集和分析為全校師生和管理者提供科學智能的決策支持，通過分步分期建設(shè)，實現(xiàn)高校內(nèi)外人員、物理、業(yè)務(wù)、流程的深度智能融合，打造一個服務(wù)智能高效、管理科學精細、資源豐富優(yōu)質(zhì)、文化底蘊深厚的智慧校園［13］。

結(jié) 語

智慧教學環(huán)境是數(shù)字教學環(huán)境的進一步發(fā)展和提升，是信息技術(shù)與教育教學的深度融合，是教育信息化的更高級形態(tài)。《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》指出，要“利用大數(shù)據(jù)技術(shù)開展對教育教學活動和學生行為的收集、分析和反饋，為推動個性化學習和針對性教學提供支持”［14］，教育大數(shù)據(jù)作為信息化的基石日益為高校所重視?；诮逃髷?shù)據(jù)優(yōu)化高校智慧教學環(huán)境的過程中，高校應(yīng)立足院校實際，結(jié)合高校特色做好頂層設(shè)計與統(tǒng)籌推進，在不斷優(yōu)化和修正的過程中促使教師教學走向智能化、學生學習趨向自主化、學習環(huán)境逐步多元化、管理決策日益科學化，逐步推進教育信息化2．0時代背景下的教學變革［1］。

·名人名言·

學習的最大動力，是對學習材料的興趣。

——布盧姆