基于大數(shù)據(jù)的教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)研究

丁玨 惲菲

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè)；平臺(tái)

大數(shù)據(jù)技術(shù)的快速發(fā)展，不僅改變了人們的生活方式，也對(duì)于各行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。在教育領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用也逐漸從理論走向?qū)嵺`，為教育信息化進(jìn)程注入了新的活力[1]。教學(xué)質(zhì)量是教育的核心，直接關(guān)系到學(xué)生的成長(zhǎng)和未來(lái)的發(fā)展。對(duì)教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估，是保障并提高教育質(zhì)量的重要手段?；诖髷?shù)據(jù)技術(shù)的教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)，可以整合各種教育資源，形成全方位、多層次的教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控體系，有助于提高教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)教育公平。

1 目前教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè)存在的問(wèn)題

教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè)是教育過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于提高教育質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)效果具有重要意義。然而，當(dāng)前教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè)存在一些問(wèn)題，影響了其作用的發(fā)揮，主要包括以下幾個(gè)方面：

1） 監(jiān)測(cè)機(jī)制不足

現(xiàn)行教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè)機(jī)制不夠完善，缺乏對(duì)教師教學(xué)質(zhì)量的全過(guò)程監(jiān)測(cè)和評(píng)估，導(dǎo)致無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取有效措施。

2） 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不高

由于數(shù)據(jù)采集方式的局限性，教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在一定的誤差，影響了對(duì)教學(xué)質(zhì)量的準(zhǔn)確判斷。

3） 缺乏有效反饋機(jī)制

教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè)結(jié)果往往缺乏及時(shí)、有效的反饋，導(dǎo)致教師無(wú)法明確了解自己的教學(xué)不足，從而難以改進(jìn)。

分析原因，一是監(jiān)測(cè)機(jī)制完善程度不足。現(xiàn)行教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè)機(jī)制主要依賴(lài)于傳統(tǒng)的聽(tīng)課、學(xué)生評(píng)價(jià)和教學(xué)資料審查等方式，缺乏現(xiàn)代化的監(jiān)測(cè)技術(shù)和手段，影響了監(jiān)測(cè)的全面性和準(zhǔn)確性。二是數(shù)據(jù)采集方式的局限性。目前教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集主要依靠人工方式進(jìn)行，受到時(shí)間、地點(diǎn)、人力等多種因素限制，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集不全面、不準(zhǔn)確。三是缺乏有效的反饋機(jī)制。教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè)結(jié)果未得到及時(shí)、有效的利用，缺乏與教師、學(xué)生和學(xué)校的溝通與反饋，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果無(wú)法對(duì)教學(xué)質(zhì)量的提升產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響。

2 基于大數(shù)據(jù)教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)原則

1） 實(shí)用性原則

平臺(tái)的功能應(yīng)滿足實(shí)際教學(xué)管理的需要。平臺(tái)應(yīng)具有數(shù)據(jù)采集、處理、分析、展示等功能，能夠?yàn)榻虒W(xué)管理者提供全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，提高教學(xué)管理效率。

2） 可靠性原則

平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集、處理、分析、展示等過(guò)程應(yīng)具有較高的可靠性。平臺(tái)應(yīng)采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，保證數(shù)據(jù)的安全性和準(zhǔn)確性。

3） 可擴(kuò)展性原則

平臺(tái)應(yīng)具有可擴(kuò)展性。隨著教學(xué)管理工作的不斷發(fā)展和變化，平臺(tái)應(yīng)能夠適應(yīng)新的需求，不斷更新和完善。

4） 安全性原則

平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集、處理、分析、展示等過(guò)程應(yīng)具有較高的安全性。平臺(tái)應(yīng)采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)加密技術(shù)，保證數(shù)據(jù)的安全性和保密性。

5） 可維護(hù)性原則

平臺(tái)應(yīng)具有可維護(hù)性。平臺(tái)應(yīng)采用模塊化設(shè)計(jì)，方便后期維護(hù)和升級(jí)。

6） 開(kāi)放性原則

平臺(tái)的數(shù)據(jù)接口應(yīng)具有開(kāi)放性。平臺(tái)應(yīng)能夠與其他教學(xué)管理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)信息共享和數(shù)據(jù)互通。

7） 用戶友好性原則

平臺(tái)的界面應(yīng)簡(jiǎn)潔明了、易于操作。平臺(tái)應(yīng)采用人性化的設(shè)計(jì)理念，方便用戶使用和操作。

8） 可持續(xù)性原則

平臺(tái)應(yīng)具有可持續(xù)性。平臺(tái)應(yīng)采用綠色環(huán)保的設(shè)計(jì)理念，降低能源消耗，提高資源利用率。

3 基于大數(shù)據(jù)教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

基于大數(shù)據(jù)的教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)旨在通過(guò)對(duì)海量教學(xué)數(shù)據(jù)的收集、分析和可視化，為學(xué)校提供科學(xué)、準(zhǔn)確的決策支持，從而提高教學(xué)質(zhì)量[2]。

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于大數(shù)據(jù)的教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)采用分層架構(gòu)，主要包括數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)分析層和應(yīng)用層。

數(shù)據(jù)采集層主要負(fù)責(zé)收集各類(lèi)教育數(shù)據(jù)，包括學(xué)生成績(jī)、教師教學(xué)評(píng)價(jià)、課堂視頻等。這些數(shù)據(jù)通過(guò)多種數(shù)據(jù)源進(jìn)行采集，如數(shù)據(jù)庫(kù)、文件系統(tǒng)、傳感器等。

數(shù)據(jù)處理層負(fù)責(zé)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、轉(zhuǎn)換和整合，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)處理層實(shí)現(xiàn)了對(duì)敏感數(shù)據(jù)的脫敏和加密處理，確保數(shù)據(jù)安全。

數(shù)據(jù)分析層利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘和分析，包括數(shù)據(jù)挖掘、可視化分析和預(yù)測(cè)分析等。數(shù)據(jù)分析層為教育管理部門(mén)和學(xué)校提供多維度的數(shù)據(jù)分析報(bào)告，幫助他們了解教學(xué)質(zhì)量現(xiàn)狀和趨勢(shì)。

應(yīng)用層則是面向教育管理部門(mén)和學(xué)校的用戶界面，包括Web端和移動(dòng)端。用戶可以通過(guò)應(yīng)用層進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢(xún)、報(bào)表生成和決策支持。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

大數(shù)據(jù)采集技術(shù)：平臺(tái)采用ELK（Elasticsearch+Logstash+Kibana） 架構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和日志分析。此外，平臺(tái)還使用了SNMP（Simple Network ManagementProtocol） 協(xié)議，通過(guò)SNMP工具從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)。

大數(shù)據(jù)處理技術(shù)：平臺(tái)采用Hadoop分布式文件系統(tǒng)（HDFS） 作為分布式計(jì)算的基礎(chǔ)架構(gòu)，能夠處理海量數(shù)據(jù)。Hadoop還提供了ZooKeeper，用于協(xié)調(diào)和配置管理。數(shù)據(jù)預(yù)處理階段包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)歸一化等操作，以及去除噪聲、處理缺失值、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)挖掘則是通過(guò)關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘、聚類(lèi)分析、異常檢測(cè)等方法，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的模式和規(guī)律，為教學(xué)質(zhì)量評(píng)估提供支持。

大數(shù)據(jù)分析技術(shù)：平臺(tái)使用大數(shù)據(jù)分析工具如Spark SQL、Spark Streaming和 MLlib。Spark SQL可以對(duì)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行快速查詢(xún)，Spark Streaming能夠處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量問(wèn)題并采取相應(yīng)的措施。Spark Mlib提供了豐富的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。利用統(tǒng)計(jì)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，提取有價(jià)值的信息和知識(shí)。

數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)：平臺(tái)使用了MySQL和PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)。MySQL主要用來(lái)存儲(chǔ)非結(jié)構(gòu)化和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，而PostgreSQL則提供高可靠性和可擴(kuò)展性。

可視化技術(shù)：平臺(tái)采用了ECharts和D3.js兩種可視化技術(shù)。ECharts可視化技術(shù)主要用于折線圖、柱狀圖、餅圖等基礎(chǔ)圖表展示，D3.js可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的交互式圖表和動(dòng)態(tài)圖形。

3.3 功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)功能包含了通知發(fā)布子系統(tǒng)、用于督導(dǎo)聽(tīng)評(píng)課、學(xué)生評(píng)教、教師評(píng)學(xué)、同行評(píng)教、教學(xué)檢查等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的教學(xué)評(píng)測(cè)子系統(tǒng)、自主性調(diào)研問(wèn)卷子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分析的大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)結(jié)果反饋處理的跟蹤反饋系統(tǒng)及師生交流子系統(tǒng)。通過(guò)這樣的分類(lèi)形式從而構(gòu)建了一套方便、便捷的質(zhì)量管理監(jiān)測(cè)體系。

1） 通知發(fā)布子系統(tǒng)

為了提高學(xué)生的主動(dòng)參與評(píng)教率，系統(tǒng)提供了相應(yīng)的信息設(shè)置工具，支持自動(dòng)觸發(fā)并將相關(guān)信息推送至需要參與評(píng)教的手機(jī)上。收到信息的人只需點(diǎn)擊信息即可直接跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的模塊，從而實(shí)現(xiàn)了通知評(píng)測(cè)（調(diào)研）的一體化。不僅師生可以隨時(shí)隨地利用碎片化的時(shí)間完成評(píng)測(cè)，而且也減輕了管理人員的事務(wù)性工作[3]。

2） 教學(xué)評(píng)測(cè)子系統(tǒng)

教學(xué)評(píng)測(cè)子系統(tǒng)提供靈活多樣的評(píng)價(jià)體系設(shè)置，支持針對(duì)評(píng)價(jià)的指標(biāo)、環(huán)節(jié)、適用人群以及時(shí)間頻率進(jìn)行靈活的定義和配置，從而滿足學(xué)校不斷發(fā)展的需求。系統(tǒng)既可以支持現(xiàn)階段的需求，同時(shí)也支持未來(lái)的不斷發(fā)展，真正地為管理者提供一套可以配置的工具[4]。系統(tǒng)以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)+即時(shí)通信工具的方式，使得師生使用更加的方便快捷。

3） 調(diào)研問(wèn)卷子系統(tǒng)

除定期的質(zhì)量監(jiān)控評(píng)教外，還需要具備行程性、過(guò)程性的評(píng)教、調(diào)研手段的調(diào)研問(wèn)卷子系統(tǒng)，方便督導(dǎo)員隨時(shí)隨地發(fā)起調(diào)研投票以便充分了解教師教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，并對(duì)其進(jìn)行指導(dǎo)。

為了實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地自行發(fā)起調(diào)研投票，調(diào)研問(wèn)卷子系統(tǒng)具備靈活自定義的指標(biāo)庫(kù)和組卷功能，從而方便使用者快速地通過(guò)指標(biāo)庫(kù)導(dǎo)入的方式進(jìn)行組卷，同時(shí)該系統(tǒng)也支持自行定義對(duì)應(yīng)的指標(biāo)以此形成有特色的問(wèn)卷。系統(tǒng)還支持對(duì)問(wèn)卷的發(fā)布進(jìn)行管理，可以根據(jù)人員的不同職位設(shè)定是否可以發(fā)布調(diào)研問(wèn)卷及調(diào)研的范圍。針對(duì)沒(méi)有進(jìn)行回答的用戶，系統(tǒng)支持通過(guò)后臺(tái)進(jìn)行查看并選擇未參與的人員進(jìn)行通知的補(bǔ)發(fā)等一系列的操作。為了方便問(wèn)卷發(fā)起者對(duì)問(wèn)卷回答情況的掌握，系統(tǒng)也為使用者提供了實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)反饋功能。

4） 大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析子系統(tǒng)

大數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)根據(jù)學(xué)校具體需求進(jìn)行定制及拓展。 系統(tǒng)支持從參評(píng)率、評(píng)價(jià)成績(jī)等方面對(duì)數(shù)據(jù)的有效范圍進(jìn)行設(shè)置，并進(jìn)行整體或各項(xiàng)指標(biāo)、各評(píng)測(cè)范圍的成績(jī)分析、排名分析、比較、趨勢(shì)分析以及參評(píng)率監(jiān)測(cè)等。同時(shí)系統(tǒng)支持通過(guò)指標(biāo)推導(dǎo)結(jié)論，即通過(guò)各個(gè)問(wèn)卷指標(biāo)的自由組合拓展分析，滿足學(xué)校的個(gè)性化分析，例如教師年度教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)分析等。

排名分析：系統(tǒng)支持對(duì)各項(xiàng)評(píng)測(cè)調(diào)研的結(jié)果進(jìn)行綜合排名的分析，同時(shí)也支持查看具體的排名明細(xì)，以及根據(jù)學(xué)校的需求選取截取數(shù)據(jù)的有效區(qū)間，從而保證針對(duì)有效數(shù)據(jù)的合理分析。

參評(píng)率分析：系統(tǒng)支持根據(jù)參評(píng)率對(duì)參與評(píng)測(cè)調(diào)研的信息進(jìn)行查詢(xún)，支持直觀地顯示實(shí)際的參與人數(shù)和應(yīng)參與人數(shù)。

指標(biāo)綜合分析：系統(tǒng)支持通過(guò)選取不同問(wèn)卷中的全部指標(biāo)或者個(gè)別指標(biāo)，并對(duì)選取的指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重設(shè)置，組合成新的分析主題，系統(tǒng)自動(dòng)生成該分析主題的結(jié)果進(jìn)行拓展分析。

比較趨勢(shì)分析：系統(tǒng)支持針對(duì)教師、學(xué)院、課程等進(jìn)行比較分析，通過(guò)雷達(dá)圖的形式展現(xiàn)比較對(duì)象與院系、全校等不同維度的比較結(jié)果，簡(jiǎn)明直觀。同時(shí)系統(tǒng)支持按學(xué)年學(xué)期展現(xiàn)教師、學(xué)院、課程等不同維度的趨勢(shì)分析結(jié)果，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期監(jiān)控比較。

人工智能分析：包含情感分析與標(biāo)簽、畫(huà)像。情感分析支持針對(duì)所有主觀意見(jiàn)進(jìn)行情感分析，通過(guò)情感值與可信度判斷屬于正向評(píng)價(jià)或負(fù)向評(píng)價(jià)，對(duì)于可信度高的負(fù)向評(píng)價(jià)自動(dòng)反饋至相關(guān)負(fù)責(zé)部門(mén)，進(jìn)行后續(xù)跟蹤處理。利用人工智能對(duì)大量的主觀意見(jiàn)進(jìn)行自動(dòng)情感分析，通過(guò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)判斷負(fù)向評(píng)價(jià)進(jìn)行反饋，大量減少人工干預(yù)。

自動(dòng)數(shù)據(jù)分析報(bào)告：系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)及內(nèi)置模板，自動(dòng)生成學(xué)生評(píng)教、督導(dǎo)聽(tīng)課、教師評(píng)學(xué)的報(bào)告，并支持導(dǎo)出下載。

5） 跟蹤反饋?zhàn)酉到y(tǒng)

系統(tǒng)支持基于指標(biāo)的日常診斷整改工作，利用學(xué)校現(xiàn)有的指標(biāo)庫(kù)進(jìn)行自由組合，并自動(dòng)對(duì)歷次評(píng)教情況進(jìn)行追蹤，最終展現(xiàn)出總體的整改效果，支持按照指標(biāo)或?qū)ο筮M(jìn)行統(tǒng)計(jì)。對(duì)于信息員反饋的教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)管理、師德師風(fēng)、后勤服務(wù)等維度的問(wèn)題分流至各負(fù)責(zé)端口部門(mén)，處理時(shí)間和處理意見(jiàn)實(shí)時(shí)記錄和反饋至信息員，教學(xué)質(zhì)量監(jiān)管部門(mén)也可介入問(wèn)題的處理機(jī)制，宏觀把控診斷反饋流程。

6） 師生交流子系統(tǒng)

師生交流子系統(tǒng)可以在教師了解到學(xué)生的教學(xué)評(píng)測(cè)結(jié)果或調(diào)研結(jié)果后，提供一個(gè)讓教師即時(shí)和學(xué)生深度溝通交流的渠道。教師可根據(jù)結(jié)果進(jìn)一步了解其產(chǎn)生的原因，也可以根據(jù)結(jié)果做如教輔答疑、教學(xué)補(bǔ)充等進(jìn)一步的處理。

教學(xué)班交流：系統(tǒng)可以根據(jù)學(xué)校的教學(xué)班自動(dòng)地生成對(duì)應(yīng)的教學(xué)班群組，方便師生在群組中進(jìn)行實(shí)時(shí)的溝通和交流。

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交流：系統(tǒng)同樣也支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的溝通和交流的模式，方便一對(duì)一交流進(jìn)一步了解師生的問(wèn)題所在，從而促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的改革和提升。

4 基于大數(shù)據(jù)教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)的應(yīng)用場(chǎng)景

基于大數(shù)據(jù)的教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)的應(yīng)用場(chǎng)景主要包括教學(xué)管理部門(mén)決策支持、學(xué)校教學(xué)質(zhì)量評(píng)估和教師教學(xué)能力提升[5]。

4.1 教學(xué)管理部門(mén)決策支持

平臺(tái)通過(guò)對(duì)海量教育數(shù)據(jù)的分析，為教學(xué)管理部門(mén)提供教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè)報(bào)告，幫助他們制定科學(xué)、合理的教學(xué)管理制度。

4.2 學(xué)校教學(xué)質(zhì)量評(píng)估

平臺(tái)可以為學(xué)校提供教學(xué)質(zhì)量評(píng)估工具，幫助學(xué)校全面了解教學(xué)質(zhì)量現(xiàn)狀。學(xué)?？梢愿鶕?jù)平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行教師教學(xué)能力評(píng)估、課程評(píng)估和學(xué)生評(píng)估等，為教學(xué)改進(jìn)提供有力支持。

4.3 教師教學(xué)能力提升

平臺(tái)可以為教師提供教學(xué)能力提升工具，幫助他們了解自身教學(xué)能力和教學(xué)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，為教學(xué)改進(jìn)提供有力支持。例如，平臺(tái)可以為教師提供個(gè)性化教學(xué)建議、教學(xué)案例分享等資源，幫助教師提升教學(xué)能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于大數(shù)據(jù)的教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)為學(xué)校提供了有效的教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè)工具，幫助學(xué)校制定科學(xué)、合理的教學(xué)制度以及全面了解教學(xué)質(zhì)量現(xiàn)狀，為教學(xué)改進(jìn)提供有力支持，著力提升教師教學(xué)能力。