基于大數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)智慧教學(xué)模型構(gòu)建研究

楊盼盼

(阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 工程科技學(xué)院, 安徽 阜陽 236001)

隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)2.0等技術(shù)的到來，人類社會已進(jìn)入萬物互聯(lián)的智能時代。大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能等新興技術(shù)的迅速發(fā)展，促進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)與現(xiàn)代教育的有效融合，為高職院校教育教學(xué)模式的創(chuàng)新帶來了巨大變革。精準(zhǔn)智慧教學(xué)模式是大數(shù)據(jù)時代有效提升教學(xué)質(zhì)量的新途徑，旨在改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，從基于經(jīng)驗(yàn)教學(xué)轉(zhuǎn)向基于海量數(shù)據(jù)教學(xué)，依靠客觀真實(shí)的大數(shù)據(jù)進(jìn)行教學(xué)活動開展、教學(xué)目標(biāo)設(shè)定和教學(xué)決策評價等[1]，持續(xù)推動教學(xué)質(zhì)量的穩(wěn)步提高。

1 高職院校傳統(tǒng)教學(xué)模式面臨的問題

目前，大部分高職院校傳統(tǒng)教學(xué)模式主要面臨以下問題。

(1)教學(xué)理念陳舊，依賴主觀經(jīng)驗(yàn)：教師受到傳統(tǒng)教學(xué)思想的影響，教學(xué)理念陳舊，主要依賴自身的主觀教學(xué)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行課堂教學(xué)，往往會導(dǎo)致教學(xué)決策行為出現(xiàn)偏差，不夠客觀穩(wěn)定，無法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)。

(2)教學(xué)評價單一，缺乏數(shù)據(jù)支撐：傳統(tǒng)教學(xué)活動仍是以教師為中心，教學(xué)評價機(jī)制單一，對學(xué)生的考核評價多是以學(xué)科成績?yōu)橹?，注重考試結(jié)果，難以實(shí)現(xiàn)評價多樣化；教師缺乏有效的數(shù)據(jù)支撐，很難在有限的時間內(nèi)采集大量、精準(zhǔn)、有效的教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合化評價。

(3)標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)，忽略學(xué)生個性化發(fā)展：傳統(tǒng)教學(xué)模式下大多采用標(biāo)準(zhǔn)化的教學(xué)方案，教師主導(dǎo)課堂，學(xué)生被動接受，主要采取線下課堂教學(xué)制，課程教材、培養(yǎng)方案、考核方式等都是統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)置的。標(biāo)準(zhǔn)化的教學(xué)培養(yǎng)模式往往容易忽略學(xué)生的教育經(jīng)歷、學(xué)習(xí)興趣、思維方式等差異化特點(diǎn)[2]，無法滿足學(xué)生的個性化發(fā)展需求。

2 基于大數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)智慧教學(xué)模型構(gòu)建

精準(zhǔn)教學(xué)的內(nèi)涵是要注重學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)條件，依托互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)需求的精準(zhǔn)感知和對教學(xué)資源的精準(zhǔn)推送[3]。本文以高職院校教學(xué)環(huán)境為背景，構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)智慧教學(xué)模型。該模型以教學(xué)大數(shù)據(jù)中心為核心，以教師和學(xué)生的數(shù)字畫像為基礎(chǔ)，從目標(biāo)層面-實(shí)施層面-評價層面-干預(yù)層面，圍繞學(xué)生個性化學(xué)習(xí)路徑，采集分析學(xué)生學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)動態(tài)，形成學(xué)情分析態(tài)勢感知，幫助教師精準(zhǔn)推送符合學(xué)生學(xué)習(xí)需求的教育資源。最后通過精準(zhǔn)教學(xué)分析、評價與診斷，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)控制與干預(yù)，并不斷優(yōu)化調(diào)整教學(xué)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)驅(qū)動的精準(zhǔn)教學(xué)循環(huán)。精準(zhǔn)智慧教學(xué)模型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 精準(zhǔn)智慧教學(xué)模型圖

2.1 教學(xué)大數(shù)據(jù)中心建設(shè)

依托大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，建立教學(xué)大數(shù)據(jù)中心，最大程度挖掘各類教學(xué)數(shù)據(jù)資產(chǎn)價值，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)輔助教學(xué)分析決策的能動性，推動大數(shù)據(jù)與教育教學(xué)的深度融合和教學(xué)數(shù)據(jù)“資產(chǎn)化”建設(shè)。教學(xué)大數(shù)據(jù)中心建設(shè)是開展精準(zhǔn)智慧教學(xué)的基礎(chǔ)，為后續(xù)精準(zhǔn)教學(xué)的開展提供充足的數(shù)據(jù)源泉。教學(xué)大數(shù)據(jù)中心建設(shè)架構(gòu)包括：數(shù)據(jù)源采集→數(shù)據(jù)治理→數(shù)據(jù)存儲管理→數(shù)據(jù)應(yīng)用與服務(wù)四個層次，如圖2所示。

圖2 教學(xué)大數(shù)據(jù)中心建設(shè)架構(gòu)圖

數(shù)據(jù)源采集層主要是對現(xiàn)有的各類系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，包括教學(xué)相關(guān)的課程數(shù)據(jù)、學(xué)業(yè)數(shù)據(jù)、教學(xué)數(shù)據(jù)、科研數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)治理層遵循“一校一庫、一數(shù)一源、一數(shù)多用、動態(tài)更新”的原則，依據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)則和約束條件進(jìn)行數(shù)據(jù)識別、抽取、交換、清洗、轉(zhuǎn)換等，實(shí)現(xiàn)教學(xué)數(shù)據(jù)實(shí)時交換和共享，核心組件包括：ETL工具、WebService接口、HTTP接口等。數(shù)據(jù)存儲管理層基于數(shù)據(jù)治理結(jié)果存儲管理各類數(shù)據(jù)庫，包括：元數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫、主題數(shù)據(jù)庫等。混合使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Oracle RAC和非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫HBase，海量存儲各類結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)[4]。數(shù)據(jù)應(yīng)用與服務(wù)層通過對教學(xué)大數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、聚類分析，最終基于知識圖譜形成師生數(shù)字畫像，提供各類數(shù)據(jù)應(yīng)用與服務(wù)功能。

2.2 精準(zhǔn)教學(xué)目標(biāo)設(shè)定

精準(zhǔn)教學(xué)目標(biāo)設(shè)定的目的在于對預(yù)期開展的教學(xué)各環(huán)節(jié)活動進(jìn)行精準(zhǔn)指引。精準(zhǔn)教學(xué)目標(biāo)設(shè)定步驟如下：第一步，要精準(zhǔn)量化表述學(xué)生應(yīng)該掌握的知識結(jié)構(gòu)和實(shí)踐技能程度，并對教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行層層細(xì)化分解，形成多個詳細(xì)的子目標(biāo)節(jié)點(diǎn)[5]，實(shí)現(xiàn)因人而異的分層教學(xué)。第二步，依托教學(xué)大數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)分析，全面掌握學(xué)情數(shù)據(jù)，包括學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、思維方式、知識結(jié)構(gòu)等，找出不同學(xué)生群體的知識短板，構(gòu)建學(xué)習(xí)特征與精準(zhǔn)教學(xué)目標(biāo)之間的映射關(guān)系，并以此建立精準(zhǔn)子目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建精準(zhǔn)目標(biāo)決策樹。

2.3 精準(zhǔn)教學(xué)實(shí)施開展

大數(shù)據(jù)環(huán)境下，精準(zhǔn)教學(xué)實(shí)施開展是以教學(xué)大數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)，以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)的多層次教學(xué)互動。精準(zhǔn)教學(xué)活動設(shè)計(jì)要根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)和個性化因素，通過差異識別→動態(tài)映射→共性教學(xué)→個性教學(xué)四個模塊，貫穿于課前→課中→課后三個教學(xué)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)差異化的教學(xué)內(nèi)容，實(shí)施同質(zhì)化和異質(zhì)化動態(tài)分組的精準(zhǔn)教學(xué)。精準(zhǔn)教學(xué)實(shí)施流程如表1所示。

表1 精準(zhǔn)教學(xué)實(shí)施流程表

課前，基于教學(xué)大數(shù)據(jù)中心，教師及時獲取學(xué)生畫像，有效識別學(xué)生群體差異，分組設(shè)計(jì)與之相匹配的教學(xué)內(nèi)容，供學(xué)生課前預(yù)習(xí)。課中，教師針對學(xué)生預(yù)習(xí)過程中遇到的共性問題進(jìn)行集中統(tǒng)一講解，個性化問題進(jìn)行分類干預(yù)指導(dǎo)，從班級—小組—學(xué)生三個層面開展分組教學(xué)。課后，教師針對學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課堂教學(xué)情況，精準(zhǔn)推送個性化的課后作業(yè)和復(fù)習(xí)資料，實(shí)時查看學(xué)生完成動態(tài)，基于大數(shù)據(jù)中心進(jìn)行聚類分析，及時批改作業(yè)和進(jìn)行課后輔導(dǎo)。

2.4 精準(zhǔn)教學(xué)評價與診斷

精準(zhǔn)教學(xué)評價與診斷以教學(xué)大數(shù)據(jù)中心為驅(qū)動，采集學(xué)生全周期的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)和學(xué)情分析數(shù)據(jù)，并貫徹于課前預(yù)習(xí)、課中授課、課后復(fù)習(xí)等各個環(huán)節(jié)，對學(xué)生進(jìn)行客觀、精準(zhǔn)、綜合的評價。在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，線下課堂教學(xué)評價可以采用量表、調(diào)查問卷、投票器、圖表工具等方法獲取學(xué)生參與課堂互動、學(xué)習(xí)結(jié)果等方面的數(shù)據(jù)。線上教學(xué)評價可以通過數(shù)據(jù)挖掘和日志分析等方法獲取學(xué)生瀏覽信息、訪問行為、評論記錄、作業(yè)情況等數(shù)據(jù)。除此以外，還可以采取雷達(dá)圖、散點(diǎn)圖、控制圖等分析評價工具，對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行可視化分析評價。以計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程為例，采用雷達(dá)圖進(jìn)行精準(zhǔn)教學(xué)評價，如圖3所示，可以全面客觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)效果，實(shí)現(xiàn)全過程的精準(zhǔn)教學(xué)評價和診斷。

圖3 計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程精準(zhǔn)教學(xué)評價雷達(dá)圖

2.5 精準(zhǔn)教學(xué)控制與干預(yù)

精準(zhǔn)教學(xué)控制與干預(yù)是在深入挖掘?qū)W生歷史學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，精準(zhǔn)識別學(xué)生學(xué)習(xí)行為和潛在規(guī)律，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)中存在的內(nèi)在缺陷和問題，精準(zhǔn)提供相匹配的干預(yù)措施，優(yōu)化完善教學(xué)策略，循環(huán)調(diào)整教學(xué)目標(biāo)?；诖髷?shù)據(jù)中心可以自主監(jiān)測學(xué)生學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)效果，并智能推送學(xué)習(xí)優(yōu)化和改進(jìn)建議，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、自我效能感、自主決策能力提升。教師針對學(xué)生自主決策學(xué)習(xí)和個性化控制干預(yù)情況，及時開展精準(zhǔn)教學(xué)干預(yù)效果反思，深入分析各個教學(xué)環(huán)節(jié)存在的潛在問題并進(jìn)行批判性思考，在不斷的反思和改進(jìn)中加深對大數(shù)據(jù)的體會，從多方位視角審視班級、小組和個體的學(xué)習(xí)效果，并不斷反饋優(yōu)化教學(xué)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)驅(qū)動的精準(zhǔn)教學(xué)循環(huán)。

3 精準(zhǔn)智慧教學(xué)模型的實(shí)施途徑

3.1 建設(shè)智慧化教學(xué)平臺，注重教學(xué)資源精準(zhǔn)推送

以阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例，基于精準(zhǔn)智慧教學(xué)模型，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，構(gòu)建包含全過程的學(xué)生學(xué)業(yè)數(shù)據(jù)、綜合評價數(shù)據(jù)、教學(xué)資源等的教學(xué)大數(shù)據(jù)中心，并以此為基礎(chǔ)建設(shè)智慧化教學(xué)平臺。智慧化教學(xué)平臺集成了多個網(wǎng)絡(luò)教學(xué)APP，如職教云、超星學(xué)習(xí)通、智慧樹等，并以教學(xué)大數(shù)據(jù)中心為引擎，對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行深度數(shù)據(jù)挖掘，形成分類教學(xué)評價和診斷報告。依托智慧化教學(xué)平臺，教師精準(zhǔn)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律和特征，依據(jù)學(xué)習(xí)者特征與教學(xué)內(nèi)容之間的二元映射關(guān)系，計(jì)算二者相似度[6]，基于教學(xué)內(nèi)容、分類協(xié)同、關(guān)聯(lián)規(guī)則三個層面精準(zhǔn)推送個性化、差異化的教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與教學(xué)過程的深度融合。

3.2 融合線上線下數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)智慧教學(xué)

為滿足精準(zhǔn)智慧教學(xué)的海量數(shù)據(jù)需求，采取線上線下相融合的大數(shù)據(jù)采集機(jī)制。線上教學(xué)大數(shù)據(jù)采集主要源于智慧教學(xué)平臺，通過后臺采集技術(shù)、系統(tǒng)LOG日志采集技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)爬蟲采集技術(shù)等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，包括系統(tǒng)日志、用戶日志、留言、在線討論、全網(wǎng)信息等數(shù)據(jù)。線下教學(xué)大數(shù)據(jù)采集主要借助智慧教室環(huán)境，通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器、可穿戴智能配件、眼動跟蹤等各類感知技術(shù)來獲取學(xué)生課堂中學(xué)習(xí)互動、知識獲取和情感變化等學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和生理數(shù)據(jù)，自動感知學(xué)習(xí)情境、辨識學(xué)習(xí)者和教學(xué)者特征、智能推送學(xué)習(xí)資源，實(shí)現(xiàn)多維度、全方位的學(xué)習(xí)記錄和追蹤，有效促進(jìn)教師的教和學(xué)生的學(xué)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)智慧教學(xué)。

3.3 注重教學(xué)實(shí)效，促進(jìn)精準(zhǔn)深度學(xué)習(xí)

在大數(shù)據(jù)驅(qū)動下，精準(zhǔn)智慧教學(xué)實(shí)踐注重教學(xué)實(shí)效，關(guān)注大數(shù)據(jù)評價和教研方法深度變革。以阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例，首先，深入問題研究，開展精準(zhǔn)教學(xué)決策。依托教學(xué)大數(shù)據(jù)中心師生畫像，針對多維大數(shù)據(jù)評價和診斷，深入研究教學(xué)問題，不斷修正和優(yōu)化教學(xué)決策。其次，開展教學(xué)改進(jìn)，推動精準(zhǔn)教學(xué)服務(wù)。根據(jù)大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)評價報告，針對學(xué)科、專業(yè)、課程幾個層面開展教學(xué)調(diào)研，制定改進(jìn)計(jì)劃，定期跟蹤計(jì)劃實(shí)施情況，確保改進(jìn)措施產(chǎn)生實(shí)效。最后，實(shí)施個性化教學(xué)，促進(jìn)精準(zhǔn)深度學(xué)習(xí)。在大數(shù)據(jù)驅(qū)動下，教學(xué)過程從以往基于歷史經(jīng)驗(yàn)到基于信息證據(jù)，從群體化教學(xué)到個性化教學(xué)，促進(jìn)教學(xué)決策的最優(yōu)化和精準(zhǔn)深度學(xué)習(xí)。

4 結(jié)束語

現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展有效促進(jìn)了信息技術(shù)與教育教學(xué)的融合，精準(zhǔn)智慧教學(xué)模式的實(shí)踐離不開信息技術(shù)的有力支撐。隨著智慧校園建設(shè)在高職院校迅速興起，不久的未來，大數(shù)據(jù)必然成為教育教學(xué)生態(tài)的新核心。為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)智慧教學(xué)模式，高職院校要充分依托大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新型信息技術(shù)，基于精準(zhǔn)智慧教學(xué)模型，對現(xiàn)有的教學(xué)模式進(jìn)行變革，變被動為主動，精選教學(xué)內(nèi)容，重構(gòu)教學(xué)策略，建立虛擬教學(xué)環(huán)境和教學(xué)空間，融合線上線下智能教學(xué)場景，全面改進(jìn)教與學(xué)的方式。學(xué)校要從大數(shù)據(jù)環(huán)境構(gòu)建、智慧校園基礎(chǔ)建設(shè)、信息化教學(xué)投入等方面夯實(shí)精準(zhǔn)智慧教學(xué)基礎(chǔ)，積極推進(jìn)基于大數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)智慧教學(xué)走向常態(tài)化，引導(dǎo)學(xué)生開展深度自主學(xué)習(xí)的良性循環(huán)，建立積極和諧的教學(xué)氛圍，進(jìn)而提升教育教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)適應(yīng)社會發(fā)展需求的綜合性創(chuàng)新人才。