時(shí)間：2017-06-27 10:36:00 來(lái)源：江蘇科技報
一、大數據及教育大數據領(lǐng)域發(fā)展
2007年，圖靈獎獲得者、關(guān)系數據庫鼻祖Jim Gray發(fā)表了《第四范式：數據密集型科學(xué)發(fā)現》的演講，他憑借自己對人類(lèi)科學(xué)發(fā)展特征的深刻洞察，指出世界科學(xué)的發(fā)展正進(jìn)入數據密集型科研——科學(xué)史上的“第四范式”，即從經(jīng)驗科學(xué)、理論科學(xué)、計算科學(xué)向數據密集型科學(xué)發(fā)展。
2008年9月，美國《自然》雜志發(fā)表了以“大數據”為主題的專(zhuān)刊，“大數據”這一概念受到高度重視，并迅速成為科學(xué)和創(chuàng )新領(lǐng)域的前沿話(huà)題。
2011年2月，美國《科學(xué)》雜志發(fā)表了關(guān)于大數據的專(zhuān)刊（Dealing with Data），發(fā)現如果沒(méi)有大數據科學(xué)家、云計算基礎設施、大數據分析技術(shù)的幫助，許多傳統科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展將一籌莫展。
2011年6月，麥肯錫研究院發(fā)布的《大數據：下一個(gè)創(chuàng )新、競爭和生產(chǎn)力的前沿》，對大數據的影響、應用領(lǐng)域和關(guān)鍵技術(shù)等都進(jìn)行了詳細的分析。大數據就像遺傳性、顛覆性極強的基因一樣，推動(dòng)著(zhù)產(chǎn)業(yè)形態(tài)朝著(zhù)“數據驅動(dòng)范式”前進(jìn)和變革。該報告中定義，“大數據是指其大小超出了常規數據庫工具獲取、儲存、管理和分析能力的數據集”。
這些代表性的報告促使了大數據時(shí)代序幕的拉開(kāi)，人類(lèi)社會(huì )正從IT（Information Technology）時(shí)代轉變到DT（Data Technology）時(shí)代，并催生了現代信息技術(shù)發(fā)展的新階段。（如圖1）
從2013年到2020年，數字宇宙規模將增長(cháng)10倍，每年產(chǎn)生的數據量由當前的4.4萬(wàn)億GB，增長(cháng)至44萬(wàn)億GB，每?jì)赡攴环?。中國的數據量?013年達576EB，到2020年將會(huì )達到8060EB，增長(cháng)13倍。到2020年，中國的數據量在整個(gè)數字宇宙中的比例將達到18%，數據規模將超過(guò)美國，位居世界第一。
在上述時(shí)代背景下，大數據在我國得到了廣泛重視?！洞髷祿藴驶灼?shū)（2016）》指出，我國正處于工業(yè)化向信息化發(fā)展的轉型時(shí)期，信息的公開(kāi)、共享和服務(wù)成為時(shí)代發(fā)展的主題，開(kāi)發(fā)和利用信息資源十分重要。阿里巴巴等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)紛紛推出自己的大數據分析工具，使這一領(lǐng)域呈現快速發(fā)展的態(tài)勢。
2016年中國大數據發(fā)展趨勢表現出如下特點(diǎn)：云計算和大數據深度融合；圍繞數據生產(chǎn)、開(kāi)發(fā)、服務(wù)和流通的大數據生態(tài)系統正在構建；開(kāi)源技術(shù)不斷進(jìn)步，互聯(lián)網(wǎng)公司開(kāi)啟了大數據技術(shù)和模式創(chuàng )新。全社會(huì )的大數據產(chǎn)業(yè)生態(tài)正蓬勃發(fā)展。
也正是在這一背景下，教育信息化的發(fā)展進(jìn)程中出現了“教育大數據”這一技術(shù)形態(tài)，并對“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的教育信息化產(chǎn)生深刻的影響。
楊現民等人在《教育大數據的應用模式與政策建議》一文中，對教育大數據的作用進(jìn)行了較為系統的闡述，并就如何推動(dòng)教育大數據發(fā)展提出了六點(diǎn)建議；在《發(fā)展教育大數據：內涵、價(jià)值和挑戰》一文中，對教育大數據結構模型進(jìn)行了闡述，并就我國教育大數據發(fā)展中面臨的應用落地、數據安全、數據治理與運營(yíng)等挑戰進(jìn)行了描述。
孟志遠等人描述了“大數據驅動(dòng)的教育變革”國際研討會(huì )暨首屆中國教育大數據發(fā)展論壇中關(guān)于教育大數據的研討。該研討會(huì )涉及三個(gè)方向：一是大數據變革教育的理論思辨研究，體現在利用教育大數據轉變教育思路、改變教學(xué)方式、轉變評價(jià)觀(guān)念、建設教育治理體系等方面；二是基于教育大數據的教育現狀解讀，對各種渠道獲取的教育大數據背后蘊藏的教育現狀進(jìn)行分析與展示；三是相關(guān)技術(shù)介紹，包括新興的大數據計算理論，以及傳統技術(shù)手段與定量研究方法的新應用。
當前，伴隨移動(dòng)終端泛在化及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，數據采集正在向非結構化、過(guò)程性的數據轉變。數據之于教育教學(xué)的意義和價(jià)值日益凸顯，從繁雜的教育數據中發(fā)現相關(guān)關(guān)系、診斷現存問(wèn)題、預測發(fā)展趨勢，對實(shí)現個(gè)性化學(xué)習、輔助教育科學(xué)決策等方面具有重要作用?；诖髷祿膶W(xué)業(yè)診斷與提升，以及基于大數據的園所科學(xué)化管理等應用案例越來(lái)越多地呈現，教育大數據研究與應用進(jìn)入了快速發(fā)展階段。
2016年4月，《中國基礎教育大數據發(fā)展藍皮書(shū)（2015）》發(fā)布，對教育大數據的應用模式進(jìn)行了歸納，包括驅動(dòng)教育政策科學(xué)化、驅動(dòng)教育評價(jià)體系重構、推動(dòng)區域教育均衡發(fā)展、助推學(xué)校教育質(zhì)量提升以及促進(jìn)師生個(gè)性化發(fā)展，并提出七大常用的教育數據分析模型，包括決策支持模型、校情監測模型、適應性學(xué)習模型、學(xué)業(yè)評價(jià)模型、學(xué)習預警模型、深度學(xué)習行為診斷模型和學(xué)生畫(huà)像模型等，教育數據的系統化發(fā)展和應用得到越來(lái)越廣泛的重視。
二、推進(jìn)教育數據的教育教學(xué)應用
面對大數據時(shí)代的來(lái)臨，我們一方面要理解大數據及其支撐技術(shù)發(fā)展的前沿狀態(tài)；另一方面，也要理解我國教育信息化建設發(fā)展進(jìn)程中教育數據基礎環(huán)境的基本現狀，教育大數據應用發(fā)展的進(jìn)程才剛剛開(kāi)始。我們要宣傳、關(guān)注和應用教育數據，從各級各類(lèi)教育業(yè)務(wù)發(fā)展中推進(jìn)數據的生成、匯聚和應用，特別是廣大一線(xiàn)教師要用數據來(lái)改變“經(jīng)驗性”教學(xué)實(shí)踐，成為能用數據、想用數據和善用數據的一線(xiàn)教師；同時(shí)，教育系統中的各級各類(lèi)教育管理人員，更應該基于數據開(kāi)展精準管理，推動(dòng)教育綜合治理的能力建設。伴隨教育大數據領(lǐng)域的發(fā)展，數據之于教育教學(xué)應用發(fā)展的意義日益得到實(shí)踐，下面通過(guò)一些案例進(jìn)行說(shuō)明。
1.數據功能支持的文獻研究
教育科研是廣大一線(xiàn)教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展過(guò)程中的必要環(huán)節，而文獻研究是教育科研的必然途徑。近幾年來(lái)，各類(lèi)文獻資料庫的數據功能得到了顯著(zhù)加強。以我們開(kāi)展的一項關(guān)于“高階思維能力”的文獻研究為例，在CNKI上檢索關(guān)鍵詞“高階思維能力”，該平臺不但呈現了文獻列表，還提供了計量可視化分析功能。用戶(hù)可以選擇部分文獻或全部文獻進(jìn)行可視化分析，CNKI將根據文獻里的年份、學(xué)科、作者、機構等數據信息自動(dòng)生成多種統計圖形，包括總體趨勢分析、分布分析（涉及學(xué)科、作者、機構和文獻來(lái)源等類(lèi)別），以及根據關(guān)鍵詞出現頻率和關(guān)聯(lián)特征自動(dòng)生成的關(guān)系網(wǎng)絡(luò )圖?；谶@些分析，用戶(hù)可以快速獲取其教育科研中核心概念的發(fā)展態(tài)勢，并根據自己的研究問(wèn)題，進(jìn)行整合和討論。
2.基于互聯(lián)網(wǎng)教育服務(wù)的學(xué)習者發(fā)展研究
自2013年以來(lái)，伴隨在線(xiàn)學(xué)習的發(fā)展，越來(lái)越多的互聯(lián)網(wǎng)教育服務(wù)走向廣大師生的學(xué)習和教學(xué)常態(tài)化實(shí)踐。這些系統覆蓋全國的教育用戶(hù)，其學(xué)習行為、學(xué)習表現能夠持續有效地記錄在系統中，具有“教育大數據”發(fā)掘的意義和價(jià)值。下面以作業(yè)盒子小學(xué)（原速算盒子）、小象數據研究院發(fā)起的“全國小學(xué)生數學(xué)能力在線(xiàn)評測”活動(dòng)為例。
該評測活動(dòng)是全國范圍內首次跨區域、跨教材版本、跨年級的摸底考查行動(dòng)，評測時(shí)間設定在2017年3月6日至16日，共吸引全國31個(gè)省、市、自治區近8000所學(xué)校，超過(guò)80萬(wàn)師生同時(shí)在線(xiàn)參與評測，創(chuàng )同類(lèi)評測活動(dòng)參與人數歷史之最。題目布置、答題、批改以及數據生成全部在線(xiàn)完成。在指定評測時(shí)間內，教師通過(guò)作業(yè)盒子小學(xué)將評測題目布置給班群學(xué)生，學(xué)生在線(xiàn)提交作業(yè)，系統自動(dòng)批改，并從答題時(shí)間、正確率、考查能力等多個(gè)維度統計區域、班群和個(gè)體的差異，據此形成研究報告。
本次評測活動(dòng)所用題庫緊緊圍繞教學(xué)大綱和數學(xué)核心素養的基本要求，注重對不同維度數學(xué)能力的考查，包括數感、符號意識、空間觀(guān)念、幾何直觀(guān)、數據分析觀(guān)念、運算能力、推理能力和模型思想等。通過(guò)科學(xué)的題量設計和答題時(shí)間設置，充分考查不同區域、不同教材版本以及不同年級學(xué)生的知識點(diǎn)掌握情況和數學(xué)能力的分布狀況。此次活動(dòng)在短時(shí)間內集中采集了超過(guò)1.2億條評測數據，通過(guò)大數據平臺集中處理后自動(dòng)生成可視化、數據化的數學(xué)能力分布圖表，并在專(zhuān)家的分析解讀后，形成具有可操作性的教學(xué)建議，突破了傳統評測在區域、時(shí)間、人力、成本和效果等諸多方面的局限。下面將一些數據進(jìn)行呈現。
作為第一次跨區域、跨教材版本、跨年級的小學(xué)生數學(xué)能力在線(xiàn)評測活動(dòng)，本次活動(dòng)共覆蓋全國31個(gè)省、市、自治區，7596所學(xué)校，20174位教師，825878位學(xué)生。從參與度上來(lái)看，湖南、山東兩省參與度排在全國前列。
1~4年級題量設計相同，答題平均用時(shí)呈遞增趨勢。5~6年級題量相同，但答題用時(shí)差距較大。（如圖2）
本次評測中，組委會(huì )將題目比對數學(xué)能力進(jìn)行了標簽化處理，進(jìn)而對不同年級數學(xué)綜合能力分布進(jìn)行了量化考查，差異明顯。（如圖3）
報告在數學(xué)核心素養能力方面增加了區域對比維度，抽取了上海、北京、吉林長(cháng)春、湖南益陽(yáng)四個(gè)城市與全國平均水平進(jìn)行比對。調查發(fā)現了一些較為明顯的差異，以上海為例。（如圖4）
3.基于大數據分析下的個(gè)性化學(xué)習策略研究
伴隨教育大數據領(lǐng)域的發(fā)展，個(gè)性化學(xué)習支持與服務(wù)成為備受關(guān)注的實(shí)踐領(lǐng)域，并同廣大一線(xiàn)教師和學(xué)生的常態(tài)教學(xué)、學(xué)習實(shí)踐相結合。
科大訊飛智學(xué)網(wǎng)提供針對數學(xué)、物理、化學(xué)等學(xué)科的個(gè)性化智能教學(xué)方案。通過(guò)個(gè)性化智能教學(xué)系統收集教育大數據，智學(xué)網(wǎng)提供精準數據分析，實(shí)現精準評測和精準推薦。
系統根據學(xué)生真實(shí)作答數據，智能診斷出每個(gè)學(xué)生的知識點(diǎn)掌握情況，測評出薄弱環(huán)節，并基于科大訊飛人工智能推薦引擎提供個(gè)性化學(xué)習資源，助力教師因材施教，幫助學(xué)生查漏補缺，系統化改進(jìn)學(xué)校教與學(xué)的形態(tài)，全面提升學(xué)校的信息化應用能力和教學(xué)服務(wù)水平。（如圖5）智學(xué)網(wǎng)個(gè)性化教與學(xué)服務(wù)促進(jìn)了師生教與學(xué)方式的變化。
目前該系統已經(jīng)在合肥一中、合肥六中、南京一中、寧波二中、黃廣中學(xué)、南昌三中等學(xué)校使用，在學(xué)生成績(jì)的提高方面取得了明顯進(jìn)步。
合肥一中高一年級2016年上學(xué)年周練5數學(xué)總體效果如表1。
黃廣中學(xué)高二年級2016年10月月考（理科）化學(xué)總體效果如表2。
4.基于“雙課堂”各類(lèi)交互數據支持語(yǔ)文專(zhuān)題教學(xué)
教育數據不僅用于支持精準調優(yōu)的教學(xué)實(shí)踐，更用于促進(jìn)課堂向支持學(xué)生能力發(fā)展的高階課堂生態(tài)方向發(fā)展，以筆者所在團隊與北京五中合作的“雙課堂”深化發(fā)展研究為例?！半p課堂”，即常態(tài)的“現實(shí)課堂”與基于網(wǎng)絡(luò )教育服務(wù)平臺搭建的“虛擬課堂”。將二者適當融合，構成一個(gè)新型的教學(xué)環(huán)境，憑借這一環(huán)境所開(kāi)展的教學(xué)可稱(chēng)為“雙課堂”教學(xué)。在這一教學(xué)環(huán)境中，“虛擬課堂”以網(wǎng)絡(luò )平臺為依托，分別為學(xué)生和教師提供云端的個(gè)人中心和公共平臺。教師轉變?yōu)閷W(xué)生的指導者，學(xué)生則可以在教師的指引下進(jìn)行個(gè)性化自主學(xué)習，并且能隨時(shí)隨地與教師、同學(xué)進(jìn)行交流探討?！艾F實(shí)課堂”中，教師可以與學(xué)生面對面交流，解決學(xué)生的共性問(wèn)題，從而保證了學(xué)生學(xué)習內容的統一及整體學(xué)習質(zhì)量的提升。
在上述“雙課堂”教學(xué)環(huán)境中，如何充分發(fā)揮兩類(lèi)課堂各自的優(yōu)勢，使“現實(shí)課堂”成為促進(jìn)學(xué)生核心素養和學(xué)科能力發(fā)展的課堂，是非常重要的研究話(huà)題。本團隊與北京五中王屏萍老師團隊開(kāi)展合作，充分發(fā)揮行為數據、交互數據、作品數據的價(jià)值，挖掘這些數據背后所反映的學(xué)生學(xué)習狀態(tài)、學(xué)習認知建構效果、學(xué)生思維發(fā)展品質(zhì)。下面以王老師“雙課堂”教學(xué)中某一主題的語(yǔ)文教學(xué)為例，通過(guò)“雙課堂”支持系統所積累的數據進(jìn)行分析。
例1：學(xué)生參與交互的行為狀態(tài)分析
利用UCINET軟件對其進(jìn)行社會(huì )網(wǎng)絡(luò )分析，可以得到“地壇中那些景物”主題的交互網(wǎng)絡(luò )圖。（如圖6）可以看出，除了授課教師，仲同學(xué)與其他人的交互最多，反映出他在本次討論中表現最為活躍。另外，從他被回復的情況可以看出，他的發(fā)言經(jīng)常被其他同學(xué)回復，能引發(fā)其他人思考討論，或者他發(fā)言的角度新穎，能夠引發(fā)質(zhì)疑等。除了仲同學(xué)之外，田同學(xué)、王同學(xué)、張同學(xué)在本次討論中的發(fā)言也相對比較積極?？梢钥闯?，這幾位活躍發(fā)言的同學(xué)成為幾組討論的中心，撐起了這次討論的交互網(wǎng)絡(luò )。
例2：認知建構導向的交互行為頻次統計
學(xué)習者的認知建構是教學(xué)實(shí)踐中有重要意義的實(shí)踐話(huà)題，不同的認知建構狀態(tài)反映了“雙課堂”教學(xué)生態(tài)中意義建構的指向和效果。在所選定的教學(xué)專(zhuān)題中（如圖7），闡述/附議和知識共建/意義挖掘所占比例最大，分別為32%和30%。說(shuō)明在本次討論中，大多數學(xué)生趨向于發(fā)表自己的觀(guān)點(diǎn)，或針對別人的觀(guān)點(diǎn)進(jìn)行補充和探討。同時(shí)，駁斥/否定占22%，僅次于前兩者，主要表現在對他人的觀(guān)點(diǎn)提出質(zhì)疑，進(jìn)行反駁，這反映出學(xué)生在該帖中的討論相對激烈，能進(jìn)行思維的碰撞。審視/修改和其他分別占8%和6%，主要表現在學(xué)生能結合別人提出的觀(guān)點(diǎn)來(lái)反思調整自己的想法，同時(shí)表達感謝或者對他人的想法表示贊揚?？偨Y觀(guān)點(diǎn)占比最少，僅為2%，反映出只有少數學(xué)生能有意識地梳理大家的發(fā)言，并邏輯清晰地闡述對問(wèn)題的全面認識，大多數學(xué)生還是趨向于就問(wèn)題的單個(gè)角度進(jìn)行闡述或討論。本次討論中，學(xué)生在“虛擬課堂”中實(shí)現了合作學(xué)習，能通過(guò)意義共建、駁斥否定等方式共同建構對知識的理解，反映了合作學(xué)習的本質(zhì)。
例3：基于SOLO分類(lèi)框架的學(xué)習者思維發(fā)展呈現
學(xué)習者的思維發(fā)展越來(lái)越成為課堂教學(xué)追求的目標。研究中，選取某一專(zhuān)題活躍度較高的五位同學(xué)，利用SOLO分類(lèi)理論框架，對他們2013年至2015年間在論壇中發(fā)表的帖子進(jìn)行編碼，旨在考查學(xué)生的發(fā)言質(zhì)量和思維發(fā)展趨勢。（如圖8）從中可以看出，學(xué)生在2013年的思維表現相對不穩定，從整體發(fā)展趨勢可以看出學(xué)生的思維層次逐漸由低到高，表現為前期的分數主要在3以下，后期的分數在3以上（12月份后期分數值降低可能是因為臨近期末，學(xué)生的帖子質(zhì)量受到影響）。由此可見(jiàn)，學(xué)生在“虛擬課堂”上進(jìn)行討論時(shí)，思維逐漸由單一結構走向多元結構。
上述一組案例，從面向應用視角讓我們體驗到教育數據應用的意義和價(jià)值。只有積極主動(dòng)地關(guān)注教育數據，應用教育數據，教育大數據才能有切實(shí)發(fā)展的可能。
而另一方面，我們也能夠深刻感受到，教育數據的應用面向教育科研、教育管理、學(xué)習發(fā)展及教學(xué)優(yōu)化，特別在變革課堂教學(xué)、建構面向學(xué)生核心素養提升和21世紀能力發(fā)展的課堂等方面，都具有了切實(shí)有效的實(shí)踐可能。
期待廣大教師積極參與到教育數據應用發(fā)展的進(jìn)程中，并以您的智慧和實(shí)踐為我國教育現代化的進(jìn)程貢獻力量。
李玉順 清華大學(xué)博士，副教授，數字學(xué)習與教育公共服務(wù)教育部工程研究中心副主任，中國教育發(fā)展戰略協(xié)會(huì )教育信息化專(zhuān)業(yè)委員會(huì )專(zhuān)家、北京市中小學(xué)百所數字校園實(shí)驗項目指導專(zhuān)家、北京數字學(xué)校發(fā)展戰略研究核心專(zhuān)家、國家數字化學(xué)習資源中心高級研究員?，F任職于北京師范大學(xué)教育學(xué)部，研究方向為泛在學(xué)習、適應性智能學(xué)習系統、中小學(xué)數字校園與區域教育信息化等。
