基于大數(shù)據(jù)理論的個性化教育探討

張君雁 楊晨輝 張志強

摘要：該文依據(jù)智能信息處理和大數(shù)據(jù)理論，利用相關(guān)的技術(shù)來跟蹤和采集學(xué)生學(xué)習(xí)行為的詳細數(shù)據(jù)并進行特征分析，進而實現(xiàn)個性化教育的目標。在教學(xué)過程中，實現(xiàn)個性化教育不僅能夠激發(fā)學(xué)生更多的潛力并提升學(xué)習(xí)能力，而且可以讓教師、家長以及學(xué)生共同利用學(xué)習(xí)行為分析中得到的結(jié)論，制定完善的學(xué)習(xí)方案，不斷完善學(xué)生學(xué)習(xí)效果。本文結(jié)合多年的本科教學(xué)和管理經(jīng)驗，提出基于大數(shù)據(jù)理論和方法的學(xué)習(xí)行為分析，為實現(xiàn)個性化教育給出了研究思路和方法。

關(guān)鍵詞：個性化教育;大數(shù)據(jù)理論;智能信息處理;學(xué)習(xí)行為分析;學(xué)習(xí)效果

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）13-0125-02

1引言

個性化教育已經(jīng)成為我國教育改革工作的重要舉措，在國家（2010-2020年）中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要中，將學(xué)生個陛化教育作為戰(zhàn)略目標，其旨在關(guān)注學(xué)生的不同特點和個陛差異，發(fā)展每一個學(xué)生的優(yōu)勢潛能。學(xué)生的學(xué)習(xí)行為特征將蘊含在海量的信息數(shù)據(jù)中，尤其是小學(xué)生，其學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)模式、思維模式正處在培養(yǎng)和形成階段，為了能夠針對不同學(xué)生培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)狀態(tài)，提高其學(xué)習(xí)效率，進行個性化輔導(dǎo)教育將非常必要，學(xué)生自控能力弱，更需要這種個性化的監(jiān)督教育，使之能夠養(yǎng)成適合學(xué)生自身的個性化學(xué)習(xí)方法，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以關(guān)注每個學(xué)生個體的微觀表現(xiàn)嘲。個性化教育能充分調(diào)動了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)主動性和積極性;其教育數(shù)據(jù)的精確收集，能讓教育管理者及時掌握學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀況，并進行及時的干預(yù)和指導(dǎo)。實現(xiàn)個性化教學(xué)關(guān)鍵在于實現(xiàn)學(xué)生個陛化行為數(shù)據(jù)的采集、行為數(shù)據(jù)與學(xué)生學(xué)習(xí)專注度的關(guān)聯(lián)，以及個性化平臺的搭建。整個系統(tǒng)的關(guān)鍵首先在行為化數(shù)據(jù)的采集，行為數(shù)據(jù)的采集必須通過先進的rr技術(shù)支撐，必須具備人臉檢測與識別技術(shù)、行為特征提取與識別技術(shù)、視頻采集技術(shù)、大數(shù)據(jù)挖掘與處理技術(shù)以及軟件開發(fā)技術(shù)等，各個環(huán)節(jié)缺一不可。

2學(xué)生個性化行為數(shù)據(jù)的收集

在學(xué)習(xí)行為分析與收集方面，美國教育部率先提出了NEDM系統(tǒng)和方法;Verbert設(shè)計了一套教育數(shù)據(jù)集框架;Abwlado提出了一種獲取學(xué)習(xí)相關(guān)數(shù)據(jù)的方法;為建設(shè)一個個性化學(xué)習(xí)行為分析服務(wù)系統(tǒng)提供了思維藍圖;Siemens出了開放學(xué)習(xí)分析平臺來滿足各類學(xué)習(xí)系統(tǒng)和環(huán)境中的個性化學(xué)習(xí)行為分析需求;個性化教育基于先進的數(shù)據(jù)技術(shù)為手段，以海量數(shù)據(jù)（結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化）為基礎(chǔ)，通過對數(shù)據(jù)的挖掘與處理，形成一套涵蓋業(yè)務(wù)、技術(shù)和IT基礎(chǔ)架構(gòu)的全面解決方案來存儲、管理和分析教育數(shù)據(jù)。為了能從根本上實現(xiàn)個性化教育，首先必須采集足夠個性化數(shù)據(jù)，并存儲于大數(shù)據(jù)平臺中，其學(xué)生行為數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、收集、清洗以及處理如圖一所示：學(xué)生的個性化數(shù)據(jù)首先來自兩個方面，一方面是通過教學(xué)系統(tǒng)收集，比如收集學(xué)生的入學(xué)時間、人學(xué)年份、平時成績、期末成績、年齡、性別等;另一方面是通過人體特征進行采集，比如上課表情（喜、怒、哀、樂）、上課的行為（長時間低頭、發(fā)呆、搖頭晃腦、睡覺、說話），課下行為（走路的步態(tài)、神態(tài)、喜好）等全方位的采集，并通過計算機技術(shù)進行采集，通過數(shù)據(jù)清理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的計算，分析出一套學(xué)生行為與學(xué)習(xí)效果的最優(yōu)關(guān)系，最后形成學(xué)生學(xué)習(xí)行為專注度評價體系，得出學(xué)生的學(xué)習(xí)專注度，個性化教育平臺系統(tǒng)根據(jù)專注度持續(xù)的最佳時間進行推送相關(guān)的知識資源，老師也可以根據(jù)系統(tǒng)的提示進行個性化的人工干預(yù)，及時改變學(xué)生的不良學(xué)習(xí)行為和不好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

3個性化教學(xué)平臺的架構(gòu)設(shè)計

個性化教學(xué)平臺其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計采用云架構(gòu)的模式搭建，利用SaaS和PaaS結(jié)合的服務(wù)模型原則，該架構(gòu)的邏輯視圖如圖2所示。在云的體系架構(gòu)支撐下，資源學(xué)習(xí)庫系統(tǒng)、教務(wù)管理系統(tǒng)、教學(xué)系統(tǒng)等個性化學(xué)習(xí)行為分析數(shù)據(jù)收集并傳送到學(xué)生行為數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。

大數(shù)據(jù)分布式計算系統(tǒng)從數(shù)據(jù)匯聚系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，并進行分布式運算處理，這些處理包括數(shù)據(jù)存儲、索引，以及針對不同的數(shù)據(jù)模型所進行的分布式實時分析技術(shù)任務(wù)，從業(yè)務(wù)邏輯上看，則可簡化為如圖2所示的架構(gòu)。本系統(tǒng)在設(shè)計方面主要考慮基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的分層設(shè)計，并利用基于Hadoop為核心的分布式計算系統(tǒng)架構(gòu)，形成了一個完整的大數(shù)據(jù)生態(tài)體系，包括從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)清理、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲與處理方面都應(yīng)采用模塊化設(shè)計。

4個性化教育的優(yōu)勢

搭建基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的海量信息存儲平臺，能滿足不同環(huán)境下對高校學(xué)生個性化學(xué)習(xí)行為分析的需求搭建的平臺能提供分布式存儲、索引、分析功能，提供高可靠性的海量存儲、快速查詢與獲取，根據(jù)海量資源進行后臺分析，構(gòu)建知識地圖。了解學(xué)生已經(jīng)掌握什么和沒有掌握什么，然后實施教學(xué)干預(yù)，從而改進教學(xué);運用社會網(wǎng)絡(luò)分析法，不但可以為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供支持，還可以判斷哪些學(xué)生從哪些同伴那里得到了啟示，學(xué)生在哪里產(chǎn)生了認知上的困難，又是哪些情境因素影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)過程等，個性化教育平臺應(yīng)該提供了多用戶儀表盤服務(wù)。經(jīng)過數(shù)據(jù)收集分析后，儀表盤以可視化的方法輔助用戶進行教學(xué)決策和學(xué)習(xí)干預(yù)構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)理論的個性化學(xué)習(xí)行為模型，能有助于提高高校學(xué)生個性化學(xué)習(xí)效果，通過對使用記錄挖掘，能挖掘后臺服務(wù)器中保存的學(xué)習(xí)行為日志，可以獲取學(xué)生使用學(xué)習(xí)平臺產(chǎn)生的訪問數(shù)據(jù)及交互信息，從中抽取出有用的數(shù)據(jù)，形成目標模式;分析得到學(xué)生的使用習(xí)慣、行為偏好、學(xué)習(xí)進度有助于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的調(diào)整與改善并可以對學(xué)生形成個性化的學(xué)習(xí)服務(wù)。

5結(jié)論

個性化教育是教育信息化的發(fā)展趨勢，可以根據(jù)視頻采集系統(tǒng)實時捕捉學(xué)習(xí)行為，包括表情、動作、神態(tài)，并利用大數(shù)據(jù)分析與處理系統(tǒng)實時觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)專注度，然后采用有效的干預(yù)策略使學(xué)生集中精力，認真學(xué)習(xí)?；趥€性化的教育方式不僅僅能夠改變傳統(tǒng)的教學(xué)管理方式，同時還能夠?qū)虒W(xué)過程中學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)進行監(jiān)督，并且為課堂教學(xué)改革提供可靠的科學(xué)分析依據(jù)。對老師而言，根據(jù)學(xué)生個性化信息及時調(diào)整教學(xué)策略，實施干預(yù);對于學(xué)習(xí)資源平臺而言，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格、興趣偏好、知識水平等特征，個陛化推薦學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)路徑;對于學(xué)校而言，分析潛在危險的學(xué)生發(fā)出警告并實施干預(yù)，改善學(xué)生的成績和表現(xiàn)等。