大數據背景下高校信息化教學模式的構建研究

叢亮

摘要：近年來，我國高等院校不斷加大信息化教學模式的改革和建設力度，但大部分高校仍然無法擺脫“重硬件、輕軟件”的建設誤區，模糊傳統教學與新型信息化教學的界限。在大數據技術快速發展的背景下，新型教學模式的構建是高校開展信息化教學工作的基礎。該文對大數據的內涵及特征進行了剖析，分析了高校目前信息化教學存在的實際問題，對教學思想、教學環境、教學方法、教學目標、教學結構及教學程序這六個構成大數據背景下信息化教學模式的要素進行了歸納，在此基礎上進行了大數據時代高校信息化教學的構建模式及路徑研究。

關鍵詞：大數據；信息化教學；構建模式

在《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》的指導方針指引下，我國高等教育信息化教學的建設不斷向高校教學、科研和管理等方面深入發展，信息化技術在教學中的應用研究成為學者們關注的熱點。信息技術的更新和發展對傳統課堂的影響和改變成為了重要的研究方向。在大數據時代，“互聯網+”教育引起了學者們的廣泛探討。教育模式的變革是未來提高教育質量的重要影響因素，如何變革教育模式，需要更多的數據分析，不斷歸納總結經驗觀點，這些都需要進行大數據的分析。大數據對教育質量的提升、教育公平的促進及教育方式的改革具有重要的支撐作用。隨著大數據對教育的影響，信息化教學模式逐漸引起了學者的關注和研究。

信息化教學模式要培養創新型人才，利用信息技術進行終身學習是大數據時代對未來學習者的要求，目前的教學模式在培養創新型人才方面很難達到要求，急需變革，構建信息化教學模式。從國內外教育信息化模式發展的演進軌跡和發展脈絡來看，在大數據時代，高等學校教育信息化已經從原來的強調軟件服務和平臺服務轉變到強調數據服務的新型模式。隨著微課程、MOOC及翻轉課堂等教學形式的應用，產生了海量的數據，合理有效地應用大數據分析技術來深度融合高等教育教學和信息化技術成為國內外學者研究的重要議題，大數據背景下高校信息化教學模式的構建研究具有重要的理論價值和現實意義。

一、大數據背景下高校信息化教學模式研究背景

（一）大數據的內涵及發展演變

所謂大數據，即海量數據，具備海量化（Volume）、多樣化（Variety）、時效性強（Velocity）、價值化（Value）及真實性（Veracity）等五方面特征，即“5V”特征。大數據分析通過對多維數據和異構數據的分析和深入挖掘，發現數據背后的價值及關系，其研究方向是從采集數據開始，對采集到的大量數據進行挖掘分析，從而發現規律及預測事物未來的發展趨勢。大數據是解決問題的新方法，是分析問題的新思維，我們不僅要研究大數據的價值和應用前景，更要從微觀層面深入理解大數據分析的內涵。

在大數據思維下，知識來源于信息，信息來源于數據。從數據到信息再到知識的轉換過程，就是數據從產生到積累存儲再到分析挖掘最后轉變到運用的過程。分析教育大數據的演變要結合大數據在高校教育中應用的現狀。教育大數據的基礎是原始的教育數據，包括個體教育數據、課程教育數據、學校教育數據、區域教育數據和國家教育數據五個層次結構，通過高校信息化教學模式的構建，挖掘各類數據信息的價值，賦予數據一定的現實意義，發現教育數據變量之間的關系，從而使得數據轉換成信息；對信息進行綜合分析，再轉換成教育知識；教育知識通過最后的應用實踐轉換到智慧層面，為教育研究和相關教育決策提供科學的指導。

（二）研究綜述

張偉平、楊世偉基于設計的研究范式對高校信息化教學的有效性進行了研究，總結出影響信息化教學有效性的主要因素包括：信息技術的應用、教學設計和教學方法、學生的學習興趣。裴濤對信息化教學模式的已有研究及信息化教學模式的可行性和優勢進行了分析，在此基礎上對信息化教學模式的實施提出：貫徹課程信息化實施理念、重視傳統教學手段的實用價值等建議。趙靖巖、胡振波歸納了大數據環境下的信息化教學模式的六個構成要素：教育思想或理論、教學目標、教學程序、教學方法、教學結構、學習環境，并以此構建了基于大數據的高校信息化教學模式，提出了包括更新大數據理念、培養優秀教師、構建信息化學習環境、開展個性化教育、提供配套信息服務等構建路徑。Zhao Hongmei以“信號與系統”的課堂教學為載體，通過對教學實踐與分析教學效果的研究，提出信息化教學模式不僅可以提高教學效果，積極改善教學氛圍，而且能夠充分激發學習動機和學生自主學習的積極性和主動性，提高學生分析解決問題的能力。本文針對高校信息化教學提出了更加貼合高校實際的要素構成，并基于此設計了符合高等教育現實需求的信息化教學模式構建路徑。

二、大數據背景下的高校信息化教學模式架構及功能

根據教育部提出的教育信息化工作意見，大數據背景下高校信息化教學要定位于數據驅動式的教學模式，逐漸推動教學的信息化發展、學習的個性化發展、決策的科學化發展及管理的精細化發展。在大數據分析技術下，高校信息化教學模式要解決三個問題：一是大數據的來源，從各個級別的教育數據中采集大數據資料；二是大數據的應用方法，主要采用大數據分析處理技術處理數據資料；三是大數據的作用價值，具體體現在高校信息化教學模式的架構建設中，包括以下模塊：采集模塊、處理模塊、挖掘分析模塊及應用模塊。

（一）采集模塊

信息化教學模式中采集數據的來源有五個層次：（1）個體層的教育數據，主要包括學生和教師的個人信息資料、描述用戶狀態的數據以及反映用戶的學習過程和學習記錄等各種行為數據；（2）課程層的教育數據，主要包括學生信息、課程的基本信息、課程考核信息以及有關實驗資源、電子教材和視頻資源等的課程資源信息，這些信息都是圍繞課程教學產生的大量相關信息；（3）學校層的教育數據，主要包括按照國家相關規定產生的學校管理數據；（4）區域層的教育數據。主要包括各級學校及各在線教育機構和社會培訓機構提供的在云平臺產生的反映各種教育行為和結果的數據以及按照國家相關標準規定提供的行政管理數據；（5）國家層的教育數據，主要包括各個區域產生的大量有關教育的數據資料。

（二）處理模塊

高校信息化教學模式中相關大數據資料類型多樣，結構復雜，對數據的格式轉換和預處理費時費力，導致過去的數據使用效率低下。對其進行改進的處理方法有以下三種：一是利用數據庫導入的方式對結構化數據進行采集處理；二是利用網絡爬蟲技術對網絡上的半結構化數據和非結構化數據進行原始頁面的獲取；三是采用分布式的結構來存儲數據，利用HDFS技術存儲半結構化數據和非結構化數據，利用RDBMS技術存儲機構化數據。

（三）分析模塊

高校信息化教學模式的核心就是數據挖掘分析模塊，這個模塊的主要任務是挖掘和分析教育平臺上的大數據資料。該模塊主要包括兩部分工作內容：一是對大數據進行特征檢索和數據匹配；二是對教育平臺上的大量數據進行分析計算，挖掘數據信息，發現數據之間的隱含關系。

（四）應用模塊

將分析模塊中得到的數據分析結果合理應用到教學決策和學生的學習管理、教學內容管理中是應用模塊的主要任務。學校層面或者區域層面對獲得的學生學習活動數據及教師教學活動數據進行處理分析，整合信息資源，找到提升教師教學能力和決策能力的途徑。應用相關軟件對教育管理活動和教學管理活動進行數字化的處理，通過數據分析挖掘問題解決方案。最后建立學習資源屬性上的關聯，實現學習資源平臺共享，幫助學生找到更適合的學習方法。

三、大數據背景下我國高校信息化教學模式存在的主要問題

我國高等教育信息化建設經歷了近20年的發展，從20世紀90年代末期的基礎設施建設階段發展到大力推行信息技術在高等教育教學實踐、科學研究以及教學管理等方面的縱深發展。但就目前的高校信息化教學建設的現狀來看，無論是教學模式的構建、教學目標的轉換、教學內容的創新還是教學評價的全面性等，都沒有取得關鍵性的突破。其突出表現在：教學模式仍然以傳統教學為主；教師在課堂上單方面向學生傳遞教學信息；教學目標仍然是依循統一的教學大綱完成，教學內容仍以教材為藍本進行單項傳遞；忽視完整和全面客觀的教學評價。

（一）缺乏創新，目標單一

目前各高校都在不同程度上開展了不同模式的信息化教學，主要體現在實踐操作類、情景模擬類、調查研究類等模式。很多高校只是將教學過程從傳統教室轉移到具有現代信息化教學設備的新型多媒體教室中，教學內容和教學方式并沒有發生太大的變化，仍然以教師授課為主。雖然在現有的模式下，仍然能夠完成教師與學生之間的溝通交流，在教師的監督下，學生能夠完成學業，教學活動在培養方案的要求下開展。教學效果明顯，提升較快，教學活動具有很強的秩序性，開展順利。但是由于教育資源的限制，現有的教學模式無法完全體現學生學習的主觀能動性，限制了創新能力的培養，高校人才的培養存在嚴重的同質化現象。

（二）教育效果評價機制單一

現有的教學結構還是以教師為中心，對學生學習效果的評價標準簡單化模式化。目前的信息化教學無法適應不同學生的個性學習需求，不能真正做到以學生為中心，學校的教育服務意識有待提高?，F有的教育效果評價主體還是教師，考核形式多數還是通過學科知識考試來考察學生對知識的理解和掌握程度，強調最終的學習結果，評價方法、評價內容單調。評價機制存在嚴重的單一化現象，缺乏個性化、多元化，過于依賴主觀經驗進行判斷評價，評價信息有時存在片面性，判斷依據不充分。

（三）傳統教育觀念根深蒂固

在“學與教”的傳統教學模式下，“先行組織者”理論、“動機”理論以及“有意義的接受學習”理論被廣泛接受。教師大部分按照自己的準備思路完成授課，較少對基于信息技術的學科教學理念開展深入探究，而僅僅把多媒體的使用和制作CAI課件作為信息化教學手段的體現。而多在信息化教室開展的實踐教學活動也是流于形式，沒有對教學內容和教學方法進行有目標的設計，無法達到夯實學生的學科理念基礎、開拓學科發展前沿的視野、發展學生學科創新精神的教學目標。而學生也習慣于被動接受，以期末考試為短期學習目標，根本無法進行長期持續的學習。這樣的模式雖然能夠順利完成教學任務，但是缺乏對學生學習興趣和主動性的激勵策略，學生獲取知識的主動能力提高困難。

（四）“高科技，低效率”現象嚴重

雖然目前高校都在開展信息化教學，對信息化教學模式實施的投入很高，成立了大量的學習中心和實驗教學中心，但是由于軟硬件問題及維護管理問題，這些投入對學生的學習效果貢獻度不高，信息化教學環境的實用性有待提高，質量有待改善。目前我國教育資源MOOC大量開放，推出了可以得到證書認證的項目及學分互認項目，雖然注冊量很大，但真正能夠完成課程要求、順利通過考試的比例卻不高。

四、大數據背景下高校信息化教學模式的構建

對教學模式的研究要從其構成要素的研究開始，最早的觀點為三要素說，即教學方法、教學過程和教學結構；接著是四要素說，即學生、教師、教學媒介及教學內容；后來發展到五要素說，即教學理論、目標傾向、教學方法、教學程序及教學結構。隨著信息時代的來臨，教學模式向信息化轉變，信息技術成為學習的環境支撐條件，信息化教學是信息時代教學模式的新發展，是信息技術支持條件下的教學模式，因此，學習的環境條件成為了信息化教學模式中新的構成要素。綜上，在信息化教學模式下，構成要素擴展到了六要素，即教學理論、目標傾向、教學方法、教學程序、教學結構以及學習環境條件。

在建立學科教學任務的同時，要根據學生的特征對教學目標進行確定和細化，并且根據教學目標進行教學要素的選擇和設計。這其中包括教學內容的分析與撰寫、教學資源的選擇與派發、教學情境的設計與完善、教學認知工具（實時互動工具）的使用與指導、教學活動的設計與實施。在信息化教學中，要發揮團隊建設的力量，在內容設計與過程實施中，一般不建議只是一名教師承擔信息化教學的全過程，最好由2-3名教師共同完成并配備助教，這樣有助于信息化教學的管理和順利開展。在教學實施過程中，要通過總結與強化練習對學習效果進行形成性評價，并用以修訂和完善學科教學目標，最終形成總結性評價。信息化教學模式的構建步驟如下頁圖所示。

在大數據時代，信息化教學模式的構建要重視大數據在教學過程的實施中所具有的特殊作用。在六要素理論下，教研和管理的各環節對大數據背景下高校信息化教學模式的理解應更準確，即在大數據的思維方式下，應用大數據分析技術從不同類別的學習環境條件中分析挖掘有價值的信息條件，對信息進行進一步的加工存儲，形成持續穩定的教學程序和教學結構。

（一）堅持大數據驅動的基本理念

大數據基礎上的信息化教學模式是一種全新的教學模式，其建立應用都是很復雜的工程，需要教師、學校及國家各個層面都堅持大數據的理念，不斷推動這種新的教學模式的開展。從教師層面看，信息技術僅僅只是為教師教學服務的工具，教師不應忙于為信息技術服務，不應將人灌教學轉變為機灌教學，否則信息技術便失去其存在的意義；同時，工欲善其事，必先利其器，教師要想利用好信息化教學，就必須掌握相關軟件的操作。因此，教師要革新教育理念，堅持“數字化教學”方法，用數據驅動教學，在大數據的基礎上樹立個性化的人才培養目標。從學校層面看，教學軟件開發應遵循“多、快、好、省”的理念?！岸唷敝腹δ芏啵Y源多，一件多用；“快”是學得快，做事快，即插即用；“好”就是人性化，動態化，拿來就用；“省”是省鈔票，省時間，不用白不用。因此，教育管理人員要能夠通過大量的相關數據分析挖掘有利于提高學生學習能力和效果的教學方法和項目，并開發相應軟件進行推廣應用。從國家層面看，政府應將“信息技術對教育發展具有革命性影響”作為重大的戰略決策，在大數據分析技術支持下，按照教育發展戰略制定切實可行的教育政策和規定。

（二）大數據支撐個性化教育

大數據技術帶來了學習環境的信息化改變，通過反饋、預測和個性化三大要素不斷改善學生的學習，滿足學生學習的信息需求，變革學生的學習方式。學生的學習過程不再是過去的被動接受，而是需要提供個性化的定制式的服務，是需要高度協作的全方位建構活動。在翻轉課堂和MOOC模式下，通過學生的作業、討論、實驗記錄等資料，得到學生學習的過程性數據和效果數據，反映學生個體的學習過程和學習軌跡，進而分析挖掘更多的數據信息，為學生的個性化學習提供基于大數據的環境支撐。

信息資源是信息化服務的基礎，信息服務利用各種技術和方法對大量的數據信息進行收集、整理、分析，并最終提供相關的信息服務和信息產品。在大數據信息環境下，學習不再使用固定的教材，學習過程不再采用固定的順序，需要提供個性化的學習服務。在學習資源大量增加的情況下，需要提供合理可行的配套信息服務，有效地整合海量學習信息資源，幫助資源流通和應用。高校進行信息化教學改革，除了要具備像視頻設備、音頻設備及計算機等能夠開展多媒體教學的硬件設備外，還要保證覆蓋整個校園的網絡穩定運行，保證學生隨時隨地可以聯網學習，使用平板電腦和手機能夠保證學習視頻的清晰流暢。在信息化教學環境下，還要解決一個重要的問題，就是如何幫助學生在大量的學習資源中快速找到需要的學習資料，有針對性地向學生提供適合的信息。目前常用的是學生進行資源搜索，但是更有效的方法是有針對性的向學生進行信息推送，這種“資源找人”的方法可以有效地從大量的教育數據資源中挖掘有效信息，向學生提供滿足其需要的學習資料，為滿足個性化教育提供服務。

（三）構建信息化教學環境

布魯姆提出的學習需求理論將知識學習分為概念、理解及綜合三個層次。在不同的階段，信息化教學要向學生提供不同類型的知識。在保證資料來源真實的前提下，可大規模開展在線開放課程（MOOC），構建信息化教學環境，將在線開放課程與傳統集中授課形式有效結合，充分發揮在線教學的作用。MOOC將對學生的學習過程和學習內容進行記錄，監控整個學習進程。在這種學習條件下，對于初學階段的學生將提供結構良好的概要性的基礎知識，隨著學習的深入，將對知識進行聚類處理，尋找知識之間的關聯并使其可視化。MOOc將滿足學生的不同需求，針對不同個體，制定不同的有針對性的教學計劃，發揮學生學習的主觀能動性，提高學生的自學能力，滿足學生對不同層次知識的學習需求，按照學生自己的進度完成學習。

同時，MOOC可以在學習平臺上發動具有相同學習興趣的學生組成學習社區，促進知識的進化和增值。零復制成本的特征使得數字資源被利用得越多，其價值發揮得越充分。已建成的數字資源隨著使用者的增加，在無需增加投入的情況下也能夠自動發揮其增值效用。因此，我們要不斷完善改造教學系統，增加網絡題庫和名師的教學視頻內容，并對學生的學習信息進行規范化的記錄。目前我國的高校MOOC平臺上已經提供了很多優質課程的教學資源，來自全國近1000所高校的教師推出了視頻教學課，我們要充分利用重點高校的優質資源，實現跨校的學習交流，促進學生知識體系的自主構建。

（四）提高高校教師數據分析的能力

在大數據時代，教師是信息化教學的組織者，作為高等教育重要資源的優秀教師，要不斷更新教學觀念，強化自身的信息應用技術水平，提高教學效果。不斷改進教學方法，提高數據挖掘分析的能力是大數據背景下對教師提出的新要求。作為知識與學生之間的主要媒介，在大數據時代，教師要成為學生學習的引導者，而不僅僅是授業解惑。教師要具備信息化應用能力，通過云平臺將教育資源進一步整合，改變教學方法，采用分組協作的教學方式，幫助學生通過網絡視頻資源學習知識，掌握名校學生的思維方式，提高解決問題的能力。在理論教學中，采取翻轉課堂等新的教學方式，幫助學生借助視頻教學資源，利用較少的課堂時間，帶著任務學習，將實踐教學和崗位工作融入課堂，使理論、實踐、工作一體化，這也是大數據背景下高校學生培養能力的重點。

在大數據時代，高校教師在國家政策和學校要求規范下，要不斷提高自身的知識推理能力、檢索信息的水平和聚合特定知識的能力，能夠感知到學生的學習需求。這些都要求教師要有豐富的知識儲備，還要有信息化的教學能力。在信息化的教學環境下，教師要適應大數據帶來的教育改革，具備數據挖掘分析的能力，開展信息化的教學實踐。高校要向教師提供數據分析的培訓，幫助教師在復雜的教學數據中發現更有價值的教學內容。

大數據背景下，高校信息化教學模式的構建是一項十分復雜的系統工程，受到各種因素的影響，對其構建方法的探討要與時俱進。運用大數據理念推動高校信息化教學模式的推廣是高等教育發展的要求，也是高等教育信息化改革的必經之路。

五、基于大數據的高校信息化教學應用效果與啟示

上文中筆者已提出了高校信息化教學模式的構建路徑，為進一步探究該教學模式的應用效果，本研究采用Gretchen Lowerison等人設計的調查問卷，對筆者所在高校的教師與學生進行了采訪，并就學習體驗、學習策略、教學方法、信息技術應用情況進行了總結。其中采訪學生共計40人，男女各20人，包括大一至研一各年級；采訪教師共計26人，男女各13人，職稱涵蓋了講師、副教授以及教授。

（一）學習體驗

該項內容是為了調查師生、生生之間的溝通狀況，以及學生自主學習的效果。結果顯示，不同課程的互動性有所不同，總的來說互動還需加強。學生的互動式和自主式學習已經大為提升，但是教師授課方式仍舊以講授為主，缺少討論與互動。

（二）學習策略

—部分學生更熱衷于自主學習，比較反感教師的過多講解，另—部分則依賴于教師的講授，對比鮮明。

（三）教學方法

從學生反饋來看，課程案例質量與教學效果提升有直接關聯，案例越是貼近鮮活，越是能激發學生求知欲，使學生記憶更加深刻。然而對于基礎理論課程，如何開展探究式教學還值得思考。

（四）信息技術應用情況

從問卷可以看出，學生對于信息技術的應用持歡迎態度，認識到信息技術的應用是有必要的，教師普遍也贊同這一觀點，但是教師仍堅持信息技術并非主要因素，課程設計仍是關鍵。

通過上述分析可以看出，學生較為熱衷于信息技術的應用，能夠認識到信息技術為自身的學習提供了便利。然而對課堂教學進行深入探究可以發現，互動性的缺失仍然較為明顯。因此，在教學中充分發揮信息技術價值的前提是給予學生更多自由發揮的空間，以學生為中心進行教學設計。