微課、電子書包、魔法教棒背后的想象力：教育大數據

河北省唐山市荊各莊小學 馬永紀

當前的信息技術逐步朝數據主導的方向過度。社會經濟的各個領域都在不斷地通過數據引導進入一個新的精細化管理和運營的時代，教育行業也在這一趨勢的影響下逐步發展，不斷涌現越來越多的基于數據的應用，助力教育的進一步變革。

“數據”與“數字”的區別何在?有個簡單的例子，一個學生考試得了78分，這只是一個“數字”，如果思考這78分背后的因素：家庭背景、努力程度、學習態度、智力水平等，把它們和78分聯系在一起，這就成了“數據”。國際數據公司定義了大數據的四大特征：海量的數據規模(vast)、快速的數據流轉和動態的數據體系(velocity)、多樣的數據類型(variety)和巨大的數據價值(value)。

一、教與學中的大數據的應用

1.大數據在題庫中的應用

近些年最熱的題庫類應用，也是基于大數據的教育應用細分行業。越來越豐富詳盡的知識點體系，不斷優化的交互反饋，使其成為很多教師、學生常用的在線學習工具。通過在線的形式，在用戶使用過程中可以積累大量的學習行為數據。這些數據不僅包括答題的結果，還可以記錄學習者的答題過程、時間、速度、停頓甚至部分思路，如果能夠有效的針對這些數據進行挖掘整理，就可以讓學習者更加方便、有效率的提升自己的學習效果，將自己寶貴的時間用在對自己最有價值的方面。目前，我們的題庫距離用戶的目標底線相較甚遠。從用戶體驗角度看，移動端的App 相對好些，例如魔方格等。

2.大數據在微課、MOOC 及顛倒課堂中的應用

以微課、MOOC 為代表的新一代視頻學習方式，相比題庫這一類比較標準化的結構，其數據的多樣性更強，世界范圍內有相同興趣的人結成學習小組，通過互動討論促進共同的學習和進步，其海量的數據更具規模化。這一過程中，我們可以獲取到關于學習者更立體的信息，例如通過觀察視頻播放的過程，通過追蹤在線互動和課后作業完成的情況，我們可以越來越真實的建立起學習者模型，為更好的課程和更有針對性的教學服務提供有力的參考依據。

教師社區的岳雷老師講，微課最大的價值之一就是獲得學習者的學習數據，更有效地支持他的學習。Coursera(世界三大MOOC 平臺)發展團隊中國區業務負責人伊萊·布林德博士介紹說，他們的平臺會給授課的教授提供數據分析工具，通過這個工具，教授能夠看到有多少學生觀看過他發布的視頻、學生看了幾遍這個視頻，教師可以通過監測學生的具體表現，及時調節學習內容。他說應用翻轉課堂，平臺上的數據則可以幫助教師甄別哪些是學生已掌握的內容，哪些是學生需要進一步練習的內容。數據分析工具還可以應用于學生互評活動，例如，可以通過數據把那些花了不到一分鐘就給出的評價去掉，只取可靠的學生評分。同時，從研究者的角度看，平臺記錄下的所有的學生行為，可用于對不同教育問題進行深入研究。

在國內如火如荼的微課、顛倒課堂教學實驗中，大批的微課制作出來之后，如果不能生成教學的大數據，那么其價值將大打折扣。要實施顛倒課堂，教師必須要拿到課前學生學習微課的數據，包括前面提到的播放數據外還需要獲取到學生在看微課后的問題，及他們看微課學習效果測量的數據，簡而言之就是看完微課要有配套的題目測量學生學習的情況，教師根據這些數據一定要在課前就做出最優的教學設計，而不能到課上通過常規的問答、舉手來了解學生的學情，如果那樣這個顛倒的價值就沒有體現出來。

大數據才是顛倒課堂的核心價值，在這方面學校、教師需能夠支持顛倒課堂的微課及平臺產品，目前市面上能夠采用免費方式的洋蔥數學、四葉草頗受矚目，希望能夠有更多精品服務一線的用戶。

3.大數據在電子書包中的應用

經過多年的努力，電子書包在國內部分學校展開了的實驗性使用。電子書包最大的改變就是每個學生都具備了一臺數字化的終端。學生擁有數據終端是大數據在教育行業中應用的一個重要里程碑，當學生有了終端后，其學習過程的數據采集，才有了堅實的技術支持。目前穿戴設備處于不夠完善的階段，電子書包是連接學生的最佳硬件媒介。筆者總結的電子書包七大殺手級應用中，“評測和數據分析”位列第一。這也是電子書包行業內做的最突出的一個功能。教師、學生、家長、領導、專家都嘆服于數據的瞬時即達，基于數據庫的數據分析讓用戶實現了夢寐以求的愿望。

隨著電子書包監測能力的提高，其收集的數據將不僅是使用學習應用產生數據，還將記錄學生在學習活動中個體行為表現，例如學習時的書本距離、體態位置、用眼強度等，從而實現從單純的知識學習到健康學習的延伸。

4.大數據在移動App 上的應用

移動App 是最“接近”用戶的應用方式之一，更便于用戶應用，目前最火爆的學習App 莫過于問答類App 了，無論是基于機器識別還是人工輔助，目前情況看都不樂觀，究其原因還是對用戶的需求滿足切合度有差距。從大數據角度講，產品需要提供更有價值數據，答案數據因為產品題庫和難度的問題，不能夠達到用戶理想的需求水平，已經解決的大量題目數據的挖掘依然不夠，這些數據中由于大量的用戶數據沉淀，實際上有更多有意思的東西等著大家去挖掘，以專業的視角提供給用戶，為用戶做出更好的服務。

除了以上大數據的應用外，在英語作文批閱，語音在教學中的應用都有激動人心的變革實現，但這些大數據在日常教學中的應用覆蓋度太低，我們期盼有更多基于大數據基礎上的應用滿足師生常態剛需，解決學生學習過程中具體點的有效應用。

另一方面，上述所有的數據獲取來源，幾乎都是來自線上通過PC，或者移動端獲取來，對于教學來說，當下還是有大量的學習時間，學習過程是發生在線下而非線上。教室中、家庭里、人與人之間真實的互動反饋，通過線上的交流替代，顯然還是未來的幻想，這就給數據采集帶來了另外一個難題：怎樣采集到更多線下發生的學習數據?最近幾年越來越成熟的物聯技術和可穿戴設備，給我們提供了一條新的思路。

二、物聯網在教育行業的大數據應用

物聯網，其英文名稱是：“Internet of things(IOT)”。顧名思義，物聯網就是物物相連的互聯網。物聯網這種技術形態和思路應用到教育教學數據采集過程中，具備先天的優勢：首先，他的數據采集過程，對于使用者來說是“離線”的，而非“在線”的；其次，他所收集的數據，大部分學習者無法干預；最后，這些數據的收集對傳統業務流程的改革更小、改善更多，可以大大減少業務推進的阻力。

近幾年，這種技術越來越多的被引進到教育系統中，從各個角度協助教育部門調整、改進管理和教學手段，提升教育服務質量。其中，最早也是最普遍的應用，應該算使用智能校徽的校園門禁和安全管理系統，這類應用多數基于2.4GHz 通訊的有源卡加接收器件，也有一些通過其他的RFID 無源卡輔以較大功率的有源天線加以實現。這樣系統使用后，學生可以方便上、下學，無需通過校門的時候刻意地到某個刷卡器上刷卡，其位置信息就可以自動記錄下來。類似的技術解決方案在礦山、物流等需要復雜的定點定位的系統中也有非常成熟和精巧的案例。

雖然上、下學簽到這樣的業務對于校園日常的教育教學工作的影響非常有限，為物聯網進入校園開了一個好頭。當教師和學生開始擁有如RFID 卡片這樣的物聯器件時，我們就有可采取更多、更有效的手段深度挖掘其應用空間。

同樣，基于2.4GHz 通訊的搶答器就是一款活躍在很多中小學課堂的應用，它的操作非常簡單，通過幾個簡單的按鈕，可以收集到課堂上學生對于某個問題的理解或者某個作品的評價，并即時產生出統計圖表，這樣可以更加方便讓教師獲得學生反饋信息，更好的組織教學。但其始終未能大面積展開還是因為其提供的數據面過窄，數據價值達不到用戶行為遷移的標準。

最近跟著STEAM 系統進入一些校園的傳感器實驗室應用則是一種更加Geek 式的操作，它構建一個相對封閉獨立的小環境，集成溫度、濕度、化學等多種傳感器，利用攝像頭、麥克風和互聯網的輔助，幫助學校把一些長期的探究性課程記錄并借助網絡讓更多學生參與進來。例如可以利用這套系統觀察一株植物的全部生長過程，生成成長圖表，記錄觀察日記等。唯一遺憾的是這類系統對于學習者本身的觀測和數據記錄相對比較匱乏，更多屬于教學探究工具。

那么，有沒有直接深入日常課堂教學流程，采集課堂學習數據的物聯網技術形式呢？

去年的普教展上有一種基于物聯網的教棒，讓我們看到這種方向的實踐。這種教棒利用物聯技術實現了教學過程數據的采集。它在一根類似于教鞭外形的“棒子”上集成了諸如傳感器，通訊模塊等元器件，可以對學生的電子學生卡、ID 卡進行掃描和感應。只要是利用RFID、NFC 標簽做成的卡片，都能被它識別出來，從而實現教師對學生的數據評價操作。

當教師想要表揚或者批評某個學生的時候，只需要用這支教棒輕輕觸碰學生的學生卡，相應的表揚或者批評的數據就可以實時在系統記錄。同時，在教師的電腦屏幕上，還可以出現對應操作的動畫效果。例如教師表揚學生時，可以在屏幕上出現一朵小紅花或者五角星。

這種有趣的交互效果對于傳統的課堂評價方式來說，是一種有趣的變化，教師不再需要繁瑣地在黑板上記上名字，等下課再給小朋友發貼紙或者蓋章，只要用教棒棒輕輕一點，整個操作就可以完成。

每一次評價操作，伴隨著一條線下數據的電子化記錄，其中包含了學科、班級、時間、設備、教師、學生、評價操作、評價量值、對應維度等非常豐富的信息。系統中針對數據還可以做進一步的處理，例如給學生發花的同時，還可以再給家長發一條信息，便于家長更好了解孩子學情；或者針對性的處理發花數據，形成對教師教學過程或者學生個人發展的一些數據報表（如圖所示）；或者將發出的花朵兌換成為積分，給學生二次激勵，其相關業務系統同樣采用物聯網技術實現，學生只要拿著自己的學生卡即可將自己課上獲得的紅花、積分兌換成自己的獎品、獎勵。

這種基于物聯網的新一代教學工具和應用的出現，標志著物聯技術同教學的一個深度融合，為教學信息化改革另辟蹊徑，提供了一條更加切實可行的選擇道路。最為令人驚喜的是筆者所在學校教師的反饋極富震撼性，每次新的信息化應用教師接受時都會有“波折”，這次異乎尋常的順暢，師生對此反響都很強烈，記得上一次出現這種場景還是在多年前教室里面裝投影時才發生過，著實讓筆者唏噓。

去年北京和成都就提出了在2015年要實現100%的無線校園網建設目標，那么，基于無線環境下的高價值應用必將是眾多學校在2015年要發力的方向。如何發揮無線數字校園網的作用，除了已經初具形態的移動教學、移動OA 外，教學評價、學生評價的無線網絡大數據應用，必將成為行業應用的熱點。

隨著技術和教育本身融合的持續深化，我們相信會有更多、更好的大數據技術應用于教育行業中，也會有更多深度應用的案例出現。這一過程中，采用物聯網技術進行數據采集，更多的將線下數據整合到線上，促進更好的教育個性化和管理精細化，是一個明確的趨勢，也正有越來越深入教學過程的產品不斷的涌現出來。

大數據時代的到來，讓社會科學領域的發展和研究，從宏觀群體逐漸走向微觀個體，讓追蹤每一個人的數據成為可能，也使研究每一個個體成為可能。對于教育研究者來說，我們將比任何時候都更接近發現真正的學生，這正是教育的進步。寬帶資本董事長田溯寧博士說：“大數據技術，已經不再簡單的是一種工具，而是成為重塑我們社會的一種最重要的力量。”我們堅信——大數據在今后必將帶來教育最深刻的變革。