大数据与智慧教育
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摘 要：智慧教育是教育信息化发展的最新愿景。教育大数据汇聚存储了教育领域的信息资产，是发展“智慧教育”最重要的基础，而数据挖掘和学习分析技术是连接教育大数据与智慧教育的桥梁。建构基于大数据与学习分析技术的智慧教育教学，需要从教育网络大平台建设、学习者学习方式变革、课程教学方式创新、教育数据挖掘与学习过程分析、学校教育系统重构等多个角度去推动。
关键词：教育信息化；大数据；智慧教育；学习分析技术
中图分类号：TP3 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2013）24-0008-04
数据已逐渐成为信息时代社会发展最重要的资产，但在另一面，各种网络终端激增生成的海量数据，在网络世界中表现出无序生成与泛滥的特征：体量浩大，非结构化，价值大密度低，人们期望找到一种能够更加“智慧”的方式处理这些数据。2008年IBM公司提出了智慧地球（Smart Planet）的概念，采用新的信息处理技术把大量收集到、感知到的数据进行汇聚与分析，为人类生产、管理、消费等不同领域提供“智慧”，为人类社会实现所谓的智慧城市、智慧交通、智慧医疗等等。而作为在教育领域的延伸，“智慧教育”也同样成为了教育信息化发展的最新愿景。
一、大平台大数据对教育信息系统的重构
实现智慧教育的前提是应用新思维、新技术，重构已有教育信息系统，推动教育数据的汇聚、存储与处理，形成教育大平台与大数据。国家教育信息化规划中提出来的“两平台”（国家教育资源公共服务平台、国家教育管理公共服务平台）建设、基于云计算理念的智慧校园建设、大规模开放在线课程教学实践，在教育信息化建设的不同层次上为建设教育领域的大数据迈出了有历史意义的一步。
1.国家教育信息化“两平台”与大数据汇聚
国家教育资源公共服务平台、教育管理公共服务平台是目前国家在建的两个教育大平台，其目标是汇聚教育管理、教学支持领域的海量信息，形成有效支持教育教学过程、教育管理的教育大数据。其中国家教育资源公共服务平台采用资源征集、资源汇聚、资源共建、资源捐赠几种方式实现教育教学资源数据的汇聚；国家教育管理公共服务平台采用学生和教师“一人一号”、学校“一校一码”的思路，全面准确地汇聚全国学生、教师和学校办学条件的动态数据。这些大数据成为我们观察、监测教育系统的“显微镜与仪表盘”，成为智能化教育分析与决策的基石。
2.云计算理念下的“智慧校园”建设
传统的数字校园建设导致大量的信息孤岛与数字鸿沟，云计算为新时期的教育信息化建设带来了新思路。“集中力量办大事”、“集中建设、分散使用”的建设方式，将更有利于教育信息资源的收集、存储、共享与应用，有利于形成区域性的教育大数据。基于教育云的信息化系统建设，对传统的校园网络系统进行重新整合与优化，将促进学校教育系统的深刻变革。应用云计算技术开发的教育信息服务平台，有助于将越来越庞大复杂的教育管理、教务教学、课改教研、教育资源、安全管理等应用，抽象为简单、个性化、智慧型、支持多终端且具有良好用户体验的应用，让每一个用户都可以通过个人电脑、移动终端、数字电视等设备访问所关注的教育服务，最终实现任何人在任何时间、任何地点，以任何方式开展的数字化学习。
3.基于开放资源与网络自组织的社会化课程学习
近年来大量涌现的网络自组织学习模式、MOOC（Massive Open Online Course）社会化学习模式，以更大范围的开放、深度协作为基础，聚合了大量的非结构化教育数据，如开放教育课程资源、网络学习过程数据等等，突破了以学校传统课程体系为核心、以LMS（Learning Management System）为基础的网络课程模式。社会化深度协作的开放式教育平台，实现了人类有史以来最大范围的教育资源分享与教育合作，是大数据时代的课程教学大平台。
二、基于学习分析技术的智慧教育教学
教育信息化语境中的“智慧教育”最早是受“智慧地球”概念的启发而延伸过来的。IBM公司倡导的“智慧地球”是应用物联网、移动通讯、智能分析等新一代信息技术，促进世界更全面地互联互通，改变政府、企业和人类的生产、协作与管理方式，让所有事物、流程、运行方式都实现更深入的智能化，最终让人类能够更透彻地感应和度量世界的本质和变化。智慧教育的本意也是应用新一代信息技术，变革今天依然停留在工业时代的“教学工厂”式学校教育，提升教育系统的效率和智能化程度，为信息社会培养适应时展的人才。随着教育信息化的发展，不同国家、不同研究团体也将赋予智慧教育不同的内涵，它最终将是信息时代教育发展的一种形态，是未来教育的常态。
1.智慧教育的发展愿景
最早倡导智慧教育概念的是IBM公司，IBM公司认为未来智慧教育的内涵是[1]：（1）以学生为中心：教学活动以学生为中心而设计；关注个性化学习与发展；（2）实时统计与分析：对教学、教育资源的科学分配、集中管理、实时监测；“对教学效果和学生学习进展与技能水平的实施评估和考量；针对不同角色的实时的统计分析，支持管理方（教育局）、服务方（学校、第三方教育机构）、公众等多视角多层次的统计分析；（3）集成管理：对教学过程和管理过程的集成化操作和处理；对教育辅助设施的智能化管理；对优秀教育教学管理体制、流程和规范的快速复制和推广；对个人和群体教育信息的完整性记录和管理；（4）多样化的互动式体验：多样化的教学工具和方式；无地域和时间限制的公众在线学习；互动式的、体验式的教学模式；（5）共享资源：高度集成的资源共享；随处随时可得的优质资源。
韩国政府发展智慧教育（SMART Education）的目标是培养在21世纪社会中能够引领国际社会，具有创造力和个性的全球化人力资源。韩国认为SMART Education=Intelligent Customized Teaching & Learning[2]，即智慧教育是智能化的、可定制的个性化教与学。SMART的内涵包括：Self-directed（自我导向）；Motivated with fun（通过兴趣激发学习动机）；Adaptive based on level（支持分层适应式教学）；Resource Free（丰富的免费教学资源）；Technology embedded（技术融入）。
台湾学者张奕华则把SMART Education中的SMART阐释为[3]：Student-centered approach（以学生为中心的教学）、Motivate students to learn（通过多元取向引起学生学习动机）、Accessing online education（无处不在的学习机会）、Resource availability and diversity（丰富的学习资源）、Technology support and service（技术支持与服务）。
由此可见，智慧教育发展的愿景是在新一代信息技术支持下，尊重每位学习者的个性化与多元化发展需要，创建智能化的教育环境，推动信息时代的教与学变革，以最有效的方式促进学习者的知识建构与智慧发展。
2.学习分析技术解决问题的途径
基于大数据的数据挖掘与学习分析技术是实现智慧教育的两大基石。根据Johnson等学者对学习分析技术（Learning Analytics）的定义，学习分析指的是对学生生成的海量数据进行解释和分析，以评估学生学业进展，预测未来表现，并发现潜在问题。数据可以来自学生的显性或隐性学习行为，如完成作业、参加考试、参与课外活动、论坛发帖等。目前学习分析技术已引起全球教育界的关注，美国教育部教育技术办公室2012年10月的《通过教育数据挖掘和学习分析提升教与学：议题简述》（Enhancing Teaching and Learning Through Educational Data Mining and Learning Analytics： An Issue Brief）一文，提出应用数据挖掘和学习分析技术解决教学实际问题的一些基本途径，明确了学习过程领域问题的解决途径[4]：学习者知识模型（学习者的前序知识、高层次思维掌握情况如何）；学习者行为建模（学习者的学习行为是否是主动、有意义的）；学习者学习体验建模（学习者对学习体验满意吗？）；学习者学习档案（学习者喜欢加入什么样的学习小组？）；知识领域建模（如何保证学习内容符合学习者认知层次？如何建立这些学习内容的学习路径？）；学习要素和设计原则分析（哪些要素能提升学习者的学习？哪些设计最符合学习者？）；趋势分析（哪些方面发生变化了？如何发生变化的？）；适应性和个性化分析（如对学习者的下一步建议等）。
3.可汗学院的学习分析技术
广受全球关注的可汗学院的成功有三个因素：微课堂式的授课课件、颠覆性的教学流程（由传统的教学过程优化为技术支持的“先学后教”）、学习分析技术的应用。可汗学院平台提供了强大的学习分析功能，其教学活动分为学业成就（Accomplishments）、重要统计（Vital Statistics）、社区（Community）三个部分，每次进入学习页面都提示“建议的下一个学习活动”。系统随时监测各学习者的行为，如教师发现某个环节或知识点的教学视频被学生们反复浏览和点击时，要意识到这可能对学生而言是一个学习难点，或者自己的讲解有问题，需要据此调整教学。可汗学院为应用学习分析技术促进教学提供了一个典型、成功的案例。
三、智慧教育的发展路径
信息技术对教育的“革命性影响”产生了没有？如果要让这种“革命性”影响发生，教育信息化的发展路径是什么？“翻转课堂”、MOOC等新型教学模式让人们看到了希望，但如何让工业时代的学校教育模式真正适应信息时代人才培养的需要，使其发展成为信息时代的智慧教育模式，还需要教育界不断探索，在制定清晰的发展路径的基础上，进行广泛深入的实践。
1.以促进智慧学习（Smart Learning）为核心
美国教育部在《美国教育技术发展计划2010》（简称NETP2010）中，提出了以“应用技术推动学生的学习”作为促进美国教育系统变革的路径，其关键是以使用技术帮助学生改善学习为起点，让学生掌握适应信息时代的学习与生存方式，从而促使传统教学做出改变，继而促使课程、教师、学校、政策等要素做出相应的变化[5]。这一路径基本包括[6]：（1）建立面向21世纪的学习模型。重新审视信息时代的学习目标，人们需要学什么和怎么学，21世纪需要怎样的学习，信息时代需要什么样的学习方式，其最终目标是将21世纪的技术引入到有意义学习中，推动和鼓励每个年龄段的学生取得成就，让所有学习者在校内外都享有参与式的学习体验，使其成为全球性网络社会中积极的、富有创造力的、有知识、有道德的参与者；（2）用技术支持学习评价。其目标是各级教育系统将充分利用技术的力量来测量各要素，尤其是学生的21世纪技能和复杂思维能力，并使用评价所得的数据来促进教育系统的持续改进。（3）应用技术促进教师专业发展及课堂教学方式变革。技术可以为教师团队提供各种支持，包括教学资源的获取、教师间的协调、师生的互动等，帮助学校发展具有在线教学技能的师资力量。NETP2010提出了一个连接课堂教学、社区学习、资源环境的“联结”教学模型，通过网络虚拟环境和在线社区来连接教学、教师与学习者，实现学生的个性化学习、增强学生的学习动机。（4）完善信息化基础设施。为促进学生的学习与教师的有效教学，通过整合新一代网络技术、云计算技术、开放教育资源等，为师生提供随时随地的支持服务。（5）不断测量和改进教育系统，提高学校的生产力。用技术重构教育系统的基本过程与结构，从衡量“在座位上的学习时间”转移到衡量“学习效率”，充分利用技术来改善学习结果。这种由“转变学习方式”驱动的发展路线，是一种“自下而上”的变革模式，它对推动我国智慧教育的发展有着非常积极的借鉴价值。
2.基于云计算的信息化建设模式
基于云计算、传感技术、物联网和海量信息处理等新技术的教育系统让教育信息化进入了全新发展的阶段。利用云计算对传统的教育信息系统、校园网络系统进行整合与优化，建构教育云服务平台，形成新一代的数字校园系统、智慧校园系统，实现对教育信息系统的重构，聚合更大范围的教育资源，建立可流动、可获取、可应用的大规模非结构化教育数据，形成教育大数据，以支持教育教学的智能决策、实施、评价等全过程。在教育云时代，数字校园不再孤立，所有的教师、学生都能随时随地共享优质的教育资源，教育大数据将有助于推动教育评估、教育决策，创新教育实践，为教育教学过程的智能化支持提供了巨大机遇。
3.大数据支持的课程教学模式创新
借助海量开放教育资源、大平台（如国家资源公共服务平台），学生不再局限于在课堂上进行学习，云平台的各种资源为学生提供了一个无墙的课堂。各种新型的课程教学方式，将突破学校教学时空的局限，推动学校的教学模式由封闭走向开放。在课程教学组织方式上，从结构化良好的封闭式课堂教学逐步发展到半开放的混合式课程、完全开放的社会化课程教学，教学时空、师生关系进一步多元化。如翻转课堂拓宽了课堂的教学时空，构建了一个“半开放式”的教学系统；MOOC课程则是完全依赖于网络的社会化学习，是基于自组织的深度协作式、开放式教学。在课程评价方式上，借助于基于大数据的学习分析技术，对学生的知识建构与复杂能力评估，将为学生学习提供更加个性化、有效的支持，实现“智慧化”学习。这些课程教学模式的创新丰富了智慧教育的内涵和实践。
四、结束语
大数据时代的教育创新以变革工业时代的“教学工厂”，构建适应信息时代人才培养需要的教育模式为根本目标，智慧教育将是教育信息化发展的新阶段，是人文、科技与教育的高度融合，也将是信息时代教育发展的未来。
参考文献：
[1]IBM.Education for a Smarter Planet The Future of Learning[EB/OL].http：///smarterplanet/us/en/education_technology/ideas/.
[2]SunghoHwon， PPT： Educational Technology in Korea， Issues&Challenges， 2012.
[3]张奕华.智慧教育与智慧学校理念[J].中国信息技术教育， 2013，（6）：15-17.
[4]U.S. Department of Education Office of Educational Technology.Enhancing Teaching and Learning through Educational Data Mining and Learning Analytics： An Issue Brief[DB/OL]. http：//www.ed.gov/edblogs/technology/files/2012/03/edm-la-brief.pdf.
[5]柯清超.技术推动的教育变革与创新[J].中国电化教育，2012，（4）：9-13.
[6]U.S. Department of Education Office of Educational Technology. Transforming American Education： Learning Powered by Technology [DB/OL]. http：//www.ed.gov/sites/default/files/netp2010.pdf