大數據對高等教育教學的影響

張書華，楊 卓

(1.天津財經大學 管理科學與工程學院,天津 300222;2.天津商業大學理學院,天津 300134)

1 大數據時代背景

從“棱鏡門”到“李世石大戰阿爾法狗”，從智能手機到可穿戴3D服裝設計等互聯網應用的普及，以及便攜信息存儲量(U盤)從最初的4MB到目前的百度云等。互聯網的普及，智能設備的應用預示著“信息時代”的到來。在這個“信息化”下的數據時代，無論是數據規模，還是數據形式都跟以往有所不同，整個社會被帶入了以PB(1024TB)為單位的數據存儲和處理時代，即“大數據時代”。大數據在各個領域中逐漸得到廣泛應用，甚至一些小學也已開設Python教學，這說明人們認識到了大數據的重要性。通過對大數據的儲存、挖掘與分析，大數據在營銷、企業管理、 數據標準化與情報分析等領域大有作為，如京東，用戶只要有過搜索某一產品的記錄，其后臺就開始通過大數據統計出用戶購買該類產品的可能性，提前備貨從而提高供貨效率。

翻轉課堂、慕課和微課程的興起讓人們體驗到了大數據對教育的影響，他們將教學信息化、數據化，新的教學環境使得教學觀、資源觀、教師發展觀都將發生重大變化[2～4]。課堂教學不再只停留在課堂上教師的教與學生的學，學生可以通過網絡選擇不同的教學形式、教學內容，學習自己感興趣的知識，同時教師也增添了靈活的教學方式不再是黑板教學。

2012年天津數學年會上，徐宗本院士在報告中談到：“當今社會已處于數據化進程之中！”數據化社會即所謂社會的數據化，是指以數據技術為基礎，以數據產業為支柱，以數據價值的生產為中心，以數據產品為標志的社會。與農業社會和工業社會不同的是，數據化社會是以數據和知識為基本生產資料，以人與知識的結合為生產力的社會，即數據是大數據時代的原材料，知識是大數據時代的勞動工具。學習大數據處理就是要讓統計專業的學生掌握新時代背景下的“勞動工具”，能否熟練掌握運用這種勞動工具將直接影響學生的后續發展，進而影響整個社會的進步。

教學改革的關鍵是讓每個學生能夠學有所得，不光是被動的接受還要主動思考，因此調動學生的積極性是非常重要的。學生對新鮮實物的好奇感及接受力是教學的出發點，針對不同學生的特點做出特色教學方案將有利于教學的發展和進步， 然而班級授課制的存在使得每位教師不得不同時面對幾十位甚至一百多位學生。同樣的教學內容，面對不同特點的學生，教師很難讓自己所傳授的內容引起所有人的共鳴而大數據時代將有望讓教師實現這個目標。大數據下的高校信息化教學模式，是指運用大數據的思維方式，利用大數據技術從各類學習環境中，挖掘有意義的學習信息，并對信息進行存儲與加工，進而形成穩定的教學活動結構框架和活動程序。大數據時代對于統計專業學生是機遇，但對于統計學專業的教師來說，卻是一個挑戰。無論是在教學內容還是在教學方法上，新形勢下的統計學專業教學工作相對于傳統的教學工作都有所不同。在教學過程中，新模式的教學不僅要傳授知識方法，更要兼顧運用知識和方法的能力，即培養學生收集數據、篩選數據、整理數據和分析數據的能力，重中之重是要逐步培養學生自主學習的習慣和自主更新知識的自覺性。大數據時代，統計學專業的教師正處于時代的風口，應關注新形勢、新方法、新問題，不斷學習，不斷領悟，在解決問題的過程中成長[3]。

2 大數據對高等教育教學的影響

2015 年 9 月，教育部辦公廳頒發《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見》，文件中提到高校信息化教學改革將定位于數據驅動式教學，推動教學的信息化、管理的精細化、決策的科學化及學習的個性化發展。教學的信息化是充分利用現代信息技術和信息資源，合理安排教學過程的各個環節和要素，以實現教學過程的優化。構建信息化環境，獲取、利用信息資源，支持學生自主學習，提高學生的學習興趣，從而優化教學效果。

大數據環境下的學習過程強調個性化服務，針對不同對象選取不同的教材及教學方案，將各類學習資源有效聚合、轉移和流通從而體現個性化。

構建基于大數據的云教學環境以提高教育資源的應用和增強師生之間的互動是當今教育信息化的主題， 首先要理性的認識大數據，大數據的基本特征是在數字化基礎上的數據化，如何將超大容量的各種數據進行剝離、抓取、搜集、整理、分析并得到想要的信息。同樣在教學中面對學生出現的各種教學需求，教師也要對這種需求信息加以整理，最終明確如何結合云教學解決學生的特色教學需求，從而實現個性化教學。傳統教學由于教育資源有限，很難開展個性化教學。云計算的出現，有效解決了各高校“信息孤島”的現象，使得各種不斷涌現的教學資源充分融合。然而大數據的出現更是讓云計算的應用有了真正的用武之地，云服務端為大數據提供了海量的結構化、半結構化和非結構的數據，而數據分析和數據挖掘技術充分挖掘出這些海量信息的有效性。因此在教學中應充分利用云計算提供的軟件、存儲、安全等技術，支持教師的高效教學，為學生個性化學習提供便利 。

在教學過程中，師生互動是教學得以實現的重要環節。借助于云平臺，讓高校師生可以通過平臺隨時隨地的進行互動，學生可以在平臺上提問，教師也可以對自己擅長的問題給出最佳解決方案，同時還可以引導學生將問題深入化研究。這使得教師和學生的群體智慧得以共享進而提升師生的整體智慧水平，從而實現真正意義上的師生互動。大數據的出現不僅能引導師生自主學習，同時教師根據師生互動的行為和結果分析還可以預測后續的教學情況，及時調整教學策略以實現最優教學狀態。同時基于學生近期學習狀況分析適合其健康發展的學習策略開展適應性學習、自我導向學習。

2.1 傳統教學面臨的問題

閱讀、寫作和計算是傳統教育的三大基石。大數據時代，傳統的三大基石轉化為：數據獲取、數據表達和數據處理。手機、電腦的普及使學生能夠快速獲得信息，但是由于他們面對的海量數據是零散的數據，使得他們缺少深入研究下去的動力和能力；雖然學生獲取數據的自主選擇性增強，但處理數據、分析數據的能力沒有顯著增強。

傳統教學方式的局限性在大數據環境下將得到充分解決，教學信息化模式不只限于課堂教學將延伸到網絡教學。這樣學生獲得知識的途徑將多樣化，學習方式也多元化。而教師的職責也將發生重大改變，不僅要傳教解惑更應結合數據分析，根據個人的學習和發展指導學生學習數據挖掘，探索數據和現實生活的聯系，使教學同時代發展緊密結合。

2.2 相應問題的解決辦法

針對以上問題，對癥下藥，不斷摸索實踐并作出應對之策，應當是高校教師教學工作的重點。在學習過程中應同時提高學生的動手和動腦能力，使其在學習中有成就感，從而不再淺嘗輒止，也不再自我膨脹。打牢基礎后，才能有所收獲，真的讓學生達到“海闊憑魚躍，天高任鳥飛”的境地。在講授具體理論時，一定要注意與實踐的結合，既把理論講得系統，又把理論講得生動，活學活用。比如：講授優化理論，如果只是單純的照搬經典教材，無疑讓學生心生疑竇——這門課這么枯燥又有何用？但如果能夠結合當前大數據背景下的實際問題，建立支持向量機模型，將矩陣論和統計學都結合進去，引入標準罰函數，引入“KTT”條件，自然就引入了優化思想，這個過程會讓學生感覺“柳暗花明”。當然，達到相關學科的融會貫通，需要統計教師不斷積累，不斷總結。

據筆者體會，文學中有“比較文學研究”，那么在統計教學中，更應比較研究“經典統計和現代數據挖掘”。現實數據千差萬別，“一招鮮吃遍天”的統計方法早已不復存在，但在大數據問題中，經典方法并不是一無是處。比如，經典一元回歸模型在某些問題中的預測效果還是非常好，同時兼具優良的解釋能力。正如，英國統計學家Box所說：“所有模型都是錯的，但有一些是有用的。”在教學過程中，主要對比不同分析方法的優劣，可以讓學生體會更深刻，運用知識的時候也就更加得心應手。既然，沒有完美的模型，就要具體問題具體分析，通過數據不斷修正模型，改進模型參數，使模型預測正確，貼近實際。這個過程應當讓學生了解并掌握，正所謂——統計是一門藝術”。在實踐教學設計過程中，應當以這種“統計分析能力”為培養目標，切實設計好各門課程授課次序、教學環節中的重點難點，漸進有序，同時結合實際培養學生，使學生不斷更新知識，不斷反饋修正已有的統計模型，不斷適應實際需要。

目前好多高校都推出免費的網絡教學，這將有利于教育資源的充分共享，推動數據時代的公平化教育的發展，為更多新型人才的培養提供滋養。同時通過網絡授課，也讓教師認識到自身水平的不足，逐步提高自身的教學科研水平，為實現中國夢貢獻自己的力量。匯水成河，在師生的共同努力下，充分利用云平臺發展我國的教育事業，助推我國科技進步，實現強國夢。

3 大數據時代的高等教育教學發展展望

幾年前，人類還在沾沾自喜：計算機在圍棋領域無法戰勝人類。今年，應用深度學習算法的機器人就以5∶1的大比分戰勝了職業圍棋選手，一時間，“數據挖掘和機器學習”戰無不勝、攻無不克的言論頓起，有人甚至斷言：未來，人類會被機器統治[6，7]。

其實，上述言論不免杞人憂天。“一種技術越專業，這種技術就越難以推廣”。即，專業的數據挖掘技術只能在某些極小的領域能應用。

今天的數據挖掘技術能夠對于很多問題實現精準預測，實現實時交流，并實時更新，但在一些關鍵領域還有很長的路要走，比如NLP問題至今無法證偽也無法證實，數據挖掘方法實際上更加側重于預測數據，而不是控制數據。“以大數據分析為基礎的人工智能會控制全人類”，這種說法至少在20年之內，是杞人憂天的。

近年來，語音識別，文本識別，圖像識別，金融領域開展的課程教學項目，本著“實用性、知識應用性、科學性、量化評價、可操作性、團隊參賽”六項原則，進行單項考核，提高學生的個人能力。

(4)加強專業能力的培養。以“以課帶賽，以賽促學，以賽促改，以賽促提高”為教改方向，遵循學生“比學趕超、走在前列”這一規律，待每個教學項目結束后，充分發揮課程“全天候”教學作用，組織學生開展課程項目技能競賽活動，形成濃厚的“人人都參與，項項有榜樣”課程學習氛圍，提高專業能力。

通過對《森林調查技術》實踐技能考核“標準地調查”項目的反思，不斷地有目的、有針對性地對實踐教學進行改革，提高了實踐教學質量，加強了學生的核心實踐技能，為學生的頂崗實習和以后從事林業相關工作打下堅實的基礎。