大數(shù)據(jù)視角下的個(gè)性化教育探索

杜圣東　楊燕

摘 要：傳統(tǒng)教育重視結(jié)果而忽略過(guò)程，注重事后統(tǒng)計(jì)而忽視提前預(yù)測(cè)分析。文章從大數(shù)據(jù)角度重新審視個(gè)性化教育，論述大數(shù)據(jù)技術(shù)、個(gè)性化教育和學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的關(guān)系，對(duì)基于大數(shù)據(jù)的個(gè)性化教育分析目標(biāo)、內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行初步探索，提出一種基于大數(shù)據(jù)深度學(xué)習(xí)技術(shù)的多維度學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)方法，并對(duì)其原理、模型、框架進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，構(gòu)建具有反饋優(yōu)化能力的深度信念網(wǎng)絡(luò)多維學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)模型。

關(guān)鍵詞：個(gè)性化教育；大數(shù)據(jù)；多維度學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)；深度學(xué)習(xí)；深度信念網(wǎng)絡(luò)

0 引 言

如果說(shuō)互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)促進(jìn)了教育的全球化、民主化和多元化，那么大數(shù)據(jù)技術(shù)將實(shí)現(xiàn)教育的個(gè)性化和定制化，大數(shù)據(jù)時(shí)代個(gè)性化教育[1]的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用潛力巨大。教育領(lǐng)域積累了具有廣泛應(yīng)用價(jià)值的海量數(shù)據(jù)，教育數(shù)據(jù)的多樣性、關(guān)聯(lián)性、時(shí)效性、可追溯性等特點(diǎn)為教育大數(shù)據(jù)分析提供了絕佳條件。大數(shù)據(jù)挖掘可以對(duì)教育數(shù)據(jù)進(jìn)行從微觀到宏觀的統(tǒng)計(jì)、分析、推理和預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)和教學(xué)的相互作用規(guī)律和趨勢(shì)走向，幫助教師和管理者更好地做出學(xué)習(xí)指導(dǎo)和教育決策，既能為學(xué)生提供高質(zhì)量、個(gè)性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，又能改進(jìn)教師的教學(xué)方式，完善和優(yōu)化教學(xué)過(guò)程。在當(dāng)今大數(shù)據(jù)時(shí)代，利用數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等大數(shù)據(jù)技術(shù)，進(jìn)行大規(guī)模教育數(shù)據(jù)集的深度挖掘和分析預(yù)測(cè)，從而指導(dǎo)個(gè)性化教育決策，使傳統(tǒng)教育從統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)向個(gè)體關(guān)注，能實(shí)現(xiàn)真正意義上的個(gè)性化教育。

1 大數(shù)據(jù)時(shí)代看個(gè)性化教育

1.1 教育大數(shù)據(jù)成為研究熱點(diǎn)

隨著教育信息化和教育大數(shù)據(jù)技術(shù)的高速發(fā)展，教育的形式、內(nèi)容、渠道等方面都在加速演化和變革，國(guó)內(nèi)外層出不窮的教育大數(shù)據(jù)研究與應(yīng)用就是很好的例證。在國(guó)外，以Coursear、TED、Udemy、Udacity、edX、可汗學(xué)院等為代表的大型開(kāi)放式在線(xiàn)課程（MOOC，massive open online courses）的興起，為教育全球化和大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的個(gè)性化教育提供了新的試驗(yàn)場(chǎng)。麻省理工學(xué)院（MIT）于2014年7月發(fā)布了名為《麻省理工學(xué)院教育之未來(lái)》（The Future of MIT Education）的研究報(bào)告[2]，用模塊式課程代替學(xué)期制課程，并充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和edX開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程進(jìn)行教育改革。紐約大學(xué)創(chuàng)新了教育數(shù)據(jù)管理體制，設(shè)立專(zhuān)門(mén)的大數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)（CDS， The NYU Center for Data Science）進(jìn)行校級(jí)大數(shù)據(jù)管理分析工作，旨在通過(guò)運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)改善教育，向教師和管理者提供學(xué)生到底在“怎樣”學(xué)習(xí)更多、更細(xì)、更精確的信息。在國(guó)內(nèi)，近幾年大數(shù)據(jù)研究覆蓋了多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域[3]，基于大數(shù)據(jù)的個(gè)性化教育研究逐漸成為熱點(diǎn)，周進(jìn)[4]提出了一種過(guò)程支持框架，以支持大數(shù)據(jù)時(shí)代的個(gè)性化教育。朱天宇、陳恩紅等[5]對(duì)基于認(rèn)知診斷的個(gè)性化試題推薦方法做了深入研究，為課程、試題等教育資源的科學(xué)推薦提供了很好的參考。畢鶴霞[6]對(duì)大數(shù)據(jù)條件下高校貧困生確認(rèn)模型進(jìn)行了實(shí)證研究。電子科技大學(xué)的周濤[7]對(duì)數(shù)萬(wàn)名學(xué)生的生活和學(xué)習(xí)信息（包括食堂消費(fèi)、圖書(shū)借閱、學(xué)習(xí)成績(jī)等）進(jìn)行了大數(shù)據(jù)分析，找出了成績(jī)好和成績(jī)差學(xué)生的群體特征，對(duì)有心理問(wèn)題的學(xué)生可以進(jìn)行初步預(yù)測(cè)和定位，為教師和管理者提供了鮮活的個(gè)性化教育決策支持。

1.2 個(gè)性化教育將由大數(shù)據(jù)技術(shù)驅(qū)動(dòng)

大數(shù)據(jù)時(shí)代的教育有幾個(gè)顯著特點(diǎn)：一是教育數(shù)據(jù)的時(shí)效性，傳統(tǒng)的《百科全書(shū)》多年才印刷一次，如有錯(cuò)誤需要數(shù)年后才能修訂，如今的維基百科每分每秒都在進(jìn)行海量條目數(shù)據(jù)的更新；二是教育形式和數(shù)據(jù)的多樣性，在線(xiàn)、離線(xiàn)、課上、課下、手機(jī)、電腦、平板、圖像、文本、視頻等層出不窮，隨著教育形式、渠道、載體的多樣化，教育大數(shù)據(jù)積累的廣度和深度在急劇擴(kuò)展；三是教育數(shù)據(jù)的可追溯性，比如一個(gè)學(xué)生考試得了70分，在傳統(tǒng)教育管理模式下這只是一個(gè)數(shù)字，難以深入挖掘原因，在大數(shù)據(jù)時(shí)代這個(gè)數(shù)字能變成可追溯評(píng)價(jià)的信息，這個(gè)學(xué)生為什么考了70分，而不是50分或90分？跟他的家庭情況、智力水平、學(xué)習(xí)態(tài)度、努力程度等有什么聯(lián)系？當(dāng)前成績(jī)對(duì)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)會(huì)造成怎樣的影響？上述3個(gè)方面對(duì)傳統(tǒng)教育的內(nèi)容、方式、評(píng)價(jià)等都提出了挑戰(zhàn)。由于傳統(tǒng)教育采用的是大規(guī)模、標(biāo)準(zhǔn)化的教育模式，重視結(jié)果而忽略過(guò)程，只能事后分析而無(wú)法提前預(yù)測(cè)和介入指導(dǎo)。這種教育在一定程度上講，還是分?jǐn)?shù)教育，很難做到因材施教和個(gè)性化。隨著教育大數(shù)據(jù)的積累和數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的快速發(fā)展，利用大數(shù)據(jù)對(duì)學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)趨勢(shì)、學(xué)習(xí)心理、教學(xué)效果等進(jìn)行深入分析和評(píng)價(jià)成為可能。已有眾多學(xué)校、企業(yè)和教育管理機(jī)構(gòu)在不斷創(chuàng)新、探索和應(yīng)用教育大數(shù)據(jù)技術(shù)，以期達(dá)到個(gè)性化教育之目的。同時(shí)為基于實(shí)證的教育（evidence-based teaching， EBT）[8]目標(biāo)提供數(shù)據(jù)支撐，并為教育管理者提供統(tǒng)觀全局的決策支持。大數(shù)據(jù)技術(shù)促使教育形式、規(guī)模、影響力發(fā)生深刻的變化，決定教育未來(lái)的將是那些有效利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過(guò)挖掘分析、追溯評(píng)價(jià)改進(jìn)并適應(yīng)個(gè)性化教育的組織機(jī)構(gòu)。

2 面向個(gè)性化教育的大數(shù)據(jù)技術(shù)初探

2.1 實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教育的關(guān)鍵是學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)

怎么進(jìn)行更深入、更專(zhuān)業(yè)的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)，是實(shí)現(xiàn)個(gè)性教育的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。面向個(gè)性化教育的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)技術(shù)要考慮教育大數(shù)據(jù)的多樣性、時(shí)效性、可追溯性等特點(diǎn)，并根據(jù)學(xué)生、教師、管理3個(gè)維度的評(píng)價(jià)需求，對(duì)教育教學(xué)中海量數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)挖掘分析，結(jié)合態(tài)度、行為、背景等因素，分析發(fā)現(xiàn)學(xué)生思想、行為和心態(tài)的變化，通過(guò)各種數(shù)據(jù)指標(biāo)的評(píng)價(jià)分析為個(gè)性化教育提供一手資料。基于大數(shù)據(jù)的個(gè)性化學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)技術(shù)，需重點(diǎn)關(guān)注如下幾個(gè)方面的分析內(nèi)容。

（1）學(xué)習(xí)行為：學(xué)生學(xué)習(xí)效果的優(yōu)劣與其學(xué)習(xí)行為緊密相連，學(xué)生的行為數(shù)據(jù)包括進(jìn)出圖書(shū)館的次數(shù)、借閱書(shū)籍的種類(lèi)、生活記錄信息等，計(jì)算出每名學(xué)生的學(xué)習(xí)、生活狀態(tài)。對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行分析，能為學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)和學(xué)習(xí)預(yù)警提供更科學(xué)的數(shù)據(jù)支持，例如刻畫(huà)學(xué)生生活與學(xué)習(xí)的規(guī)律性。如果某學(xué)生最近幾個(gè)月作息極不規(guī)律，那么他的成績(jī)就會(huì)有下滑的可能，或者某學(xué)生進(jìn)出圖書(shū)館的頻率較高，學(xué)習(xí)成績(jī)會(huì)往好的趨勢(shì)發(fā)展；或者分析所修課程相關(guān)性，如先導(dǎo)課程的掌握程度對(duì)后續(xù)課程的成績(jī)有較大的影響。通過(guò)多種學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)的分類(lèi)、聚類(lèi)和預(yù)測(cè)挖掘技術(shù)，進(jìn)行多角度學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)分析，是學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)技術(shù)要解決的主要問(wèn)題。