淺談大數(shù)據(jù)技術(shù)與教育教學(xué)的融合應(yīng)用

◆孫 陸

(山東省青島市市南區(qū)教育研究中心)

現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展為大數(shù)據(jù)的收集和分析提供了無(wú)限的可能，大數(shù)據(jù)時(shí)代的這一趨勢(shì)也對(duì)教育產(chǎn)生了巨大的影響：一方面，在科技理性的指導(dǎo)下，通過(guò)多維度收集學(xué)生行為的數(shù)據(jù)并進(jìn)行模型建構(gòu)，可以對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行預(yù)測(cè)；另一方面，大數(shù)據(jù)時(shí)代的人文主義轉(zhuǎn)向使人們更關(guān)注教學(xué)活動(dòng)的適應(yīng)性，教育大數(shù)據(jù)的挖掘和利用可以更好地實(shí)現(xiàn)適應(yīng)個(gè)人需求的定制化教學(xué)。筆者在此就大數(shù)據(jù)技術(shù)與教育教學(xué)融合應(yīng)用談一些粗淺的看法。

一、大數(shù)據(jù)的挖掘和利用對(duì)教育，特別是課堂教學(xué)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響

科學(xué)家索耶認(rèn)為，越來(lái)越多的學(xué)習(xí)將經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)中介發(fā)生，并產(chǎn)生越來(lái)越多的數(shù)據(jù)，我們有必要運(yùn)用這些數(shù)據(jù)分析什么時(shí)候有效的學(xué)習(xí)正在發(fā)生。所以數(shù)據(jù)挖掘可以用于探究行為與學(xué)習(xí)之間的關(guān)系，如學(xué)習(xí)者的個(gè)體差異與學(xué)習(xí)行為之間有何關(guān)系，不同行為又會(huì)導(dǎo)致何種不同的學(xué)習(xí)結(jié)果。2012年美國(guó)發(fā)布《通過(guò)教育數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析促進(jìn)教與學(xué)》提出大數(shù)據(jù)時(shí)代教育數(shù)據(jù)的特點(diǎn)：具有層級(jí)性、時(shí)序性和情境性，其中數(shù)據(jù)的層級(jí)性指，既收集教師層面的數(shù)據(jù)也收集學(xué)生層面的數(shù)據(jù)，既收集課堂數(shù)據(jù)也收集活動(dòng)數(shù)據(jù)，為后期模型的建立提供了多維度的資源；數(shù)據(jù)的時(shí)序性是指，數(shù)據(jù)是實(shí)時(shí)的、連續(xù)的，為材料的前沿性提供了保障；而數(shù)據(jù)的情境性是指，數(shù)據(jù)是基于真實(shí)情境脈的，保證了模型的信度。

大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠促進(jìn)以學(xué)生為本的學(xué)習(xí)，數(shù)據(jù)不僅僅是科技理性指導(dǎo)下收集數(shù)據(jù)和擬合成模型，并針對(duì)學(xué)生的群體行為做出預(yù)測(cè)判斷，還可能在固有模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)診斷學(xué)生在課堂中的行為表現(xiàn)，對(duì)固有模型進(jìn)行修改，使課程內(nèi)容更加適合學(xué)生的長(zhǎng)尾需求，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)。大數(shù)據(jù)的利用可以支持對(duì)教育活動(dòng)行為的建模預(yù)測(cè)，還可能支持教育實(shí)踐中的適應(yīng)性教學(xué)。

二、建模與預(yù)測(cè)導(dǎo)向的大數(shù)據(jù)在教育教學(xué)中廣泛應(yīng)用

大數(shù)據(jù)時(shí)代數(shù)據(jù)促進(jìn)教育變革的方法之一是收集和分析處理數(shù)據(jù)，并進(jìn)行預(yù)測(cè)。現(xiàn)如今，由于數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)與運(yùn)算的便捷性，海量的、多層次的數(shù)據(jù)可以便捷地加以收集，由隨機(jī)抽樣帶來(lái)的誤差因此減小，建模和預(yù)測(cè)可以基于全數(shù)據(jù)和真實(shí)數(shù)據(jù)，因而就更為精確。大數(shù)據(jù)時(shí)代通過(guò)探求海量數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系獲得盈利的最成功的案例是亞馬遜的市場(chǎng)營(yíng)銷，亞馬遜收集讀者網(wǎng)上查閱行為和購(gòu)買行為數(shù)據(jù)，建立讀者偏愛閱讀模型，預(yù)測(cè)讀者購(gòu)買的群體行為，實(shí)現(xiàn)書籍的推薦。近幾年，教育研究的對(duì)象逐漸關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，其背后是一種學(xué)習(xí)觀的轉(zhuǎn)變，學(xué)習(xí)被視為一種識(shí)知的過(guò)程，識(shí)知是一個(gè)活動(dòng)，而不是將知識(shí)作為一個(gè)物品加以傳遞。識(shí)知總是境脈化的，而不是抽象的和脫離于具體情境的。識(shí)知是在個(gè)體與環(huán)境的互動(dòng)中交互建構(gòu)的，而不是客觀準(zhǔn)確的，也不是主觀創(chuàng)造的。所以，學(xué)生的行為活動(dòng)數(shù)據(jù)被認(rèn)為是可以反映學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程這一情境化的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)程中的情況。海量、多層次、連續(xù)的行為數(shù)據(jù)在收集后被擬合成模型，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)，如學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)(LMS)的運(yùn)用，等等。

三、大數(shù)據(jù)技術(shù)在教育教學(xué)中應(yīng)用走向適應(yīng)性

大數(shù)據(jù)時(shí)代，通過(guò)探求學(xué)生行為與學(xué)業(yè)水平之間的相關(guān)關(guān)系，建立模型，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)，能夠?qū)φn堂教學(xué)產(chǎn)生重要影響。然而，數(shù)據(jù)建模過(guò)程中，為了保證模型的效度與信度，極端個(gè)別數(shù)據(jù)被處理，使模型只能實(shí)現(xiàn)群體行為的預(yù)測(cè)，不能針對(duì)學(xué)習(xí)者個(gè)體實(shí)現(xiàn)定制化和個(gè)性化。

但是，在數(shù)據(jù)建模的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)教學(xué)的適應(yīng)性是大數(shù)據(jù)時(shí)代促進(jìn)教育變革的另一成果。數(shù)據(jù)建模及行為預(yù)測(cè)依舊屬于科技理性指導(dǎo)下的行為模式，可能會(huì)造成忽視學(xué)生個(gè)性需求的現(xiàn)象，而個(gè)性化需求正是知識(shí)社會(huì)的重要特征，個(gè)性化的教育也受到教育研究者、政策制定者和教育實(shí)踐者越來(lái)越多的關(guān)注。

學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)相關(guān)學(xué)科內(nèi)容時(shí)，學(xué)習(xí)行為被記錄跟蹤下來(lái)，學(xué)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)被傳送到后臺(tái)，記錄在學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，作用于預(yù)測(cè)模塊。預(yù)測(cè)模塊通過(guò)改變內(nèi)容傳遞模塊，再次作用于學(xué)習(xí)者。在整個(gè)過(guò)程中，教師、教學(xué)管理者起干涉作用。

適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)是一個(gè)交互的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)往往會(huì)提供給學(xué)生一些學(xué)習(xí)行為建議。奧地利針對(duì)學(xué)生的問(wèn)題解決的過(guò)程設(shè)計(jì)了一個(gè)適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)。研究者先使用原始數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，第一步是原始數(shù)據(jù)的收集。除了記錄學(xué)生解答問(wèn)題時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)還收集了學(xué)生的信息、問(wèn)題的信息和解決問(wèn)題的步驟；在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類后，歸納出問(wèn)題解決的類型，通過(guò)添加判斷學(xué)生學(xué)習(xí)行為的結(jié)果模型和一系列監(jiān)控和調(diào)節(jié)模塊，構(gòu)成了整個(gè)面向問(wèn)題解決的適應(yīng)性系統(tǒng)。當(dāng)學(xué)生使用這個(gè)模型時(shí)，模型會(huì)根據(jù)學(xué)生的行為數(shù)據(jù)為學(xué)生提供他們所偏愛的解決問(wèn)題的過(guò)程與方法。

除了適應(yīng)性教學(xué)系統(tǒng)，還有適應(yīng)性評(píng)測(cè)系統(tǒng)。是一個(gè)計(jì)算機(jī)輔助的個(gè)性化網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)測(cè)評(píng)平臺(tái)，平臺(tái)不提供課程設(shè)計(jì)和課程目標(biāo)，而是一個(gè)教學(xué)工具。CAPA通過(guò)后臺(tái)記錄學(xué)生的基本資料，學(xué)生參與的互動(dòng)交流、學(xué)業(yè)情況，針對(duì)學(xué)業(yè)課程中的疑難點(diǎn)，提供個(gè)性化的考試資源。

四、大數(shù)據(jù)技術(shù)在教育教學(xué)中應(yīng)用給我們的啟示

大數(shù)據(jù)時(shí)代由于數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)收集與攜帶便捷，使海量學(xué)生行為數(shù)據(jù)被挖掘、收集，通過(guò)數(shù)據(jù)建模對(duì)學(xué)習(xí)者行為的分析變得比前大數(shù)據(jù)時(shí)代更為全面和可靠。數(shù)據(jù)時(shí)代在數(shù)據(jù)的挖掘和預(yù)測(cè)上固然潛力十足，但是大數(shù)據(jù)時(shí)代更多的價(jià)值是滿足學(xué)習(xí)者的適應(yīng)性需求，在預(yù)測(cè)行為的基礎(chǔ)上，修改教學(xué)模式，使之個(gè)性化與定制化。從數(shù)據(jù)建模走向支持適應(yīng)性教學(xué)，支持對(duì)象從群體轉(zhuǎn)向了個(gè)人，對(duì)教育活動(dòng)的影響從對(duì)行為的認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)向了教育活動(dòng)的實(shí)踐，從科技理性指導(dǎo)下的去境脈轉(zhuǎn)向了基于真實(shí)情境的教學(xué)活動(dòng)。

走向適應(yīng)性，不僅改變?nèi)祟愋袨榉绞剑匾氖歉淖兞苏J(rèn)知方式。前大數(shù)據(jù)時(shí)代人們?cè)诳萍祭硇缘闹笇?dǎo)下完全被數(shù)據(jù)證據(jù)左右，教師和學(xué)生、教育決策者和學(xué)校形成傳統(tǒng)社會(huì)契約關(guān)系，當(dāng)事人把自己百分之百地交給專業(yè)工作人員，而專業(yè)工作人員遵守契約，對(duì)當(dāng)事人全心全意地負(fù)責(zé)，從而使專業(yè)工作人員享受至高無(wú)上的壟斷性地位。大數(shù)據(jù)時(shí)代，教師不再是知識(shí)的控制者，他通過(guò)參與學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)、個(gè)性需求，不斷地調(diào)整教學(xué)步驟、教學(xué)進(jìn)度和難度。學(xué)生不用完全將自己有如病人交付給醫(yī)生一般完全托付給教師。在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，通過(guò)與教師的互動(dòng)交流，在教師的協(xié)助下，成為自己學(xué)習(xí)的主體，控制并對(duì)自己的學(xué)習(xí)負(fù)責(zé)。由于教師精力有限，大數(shù)據(jù)時(shí)代下的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)可以為教師和學(xué)生提供輔助指導(dǎo)的機(jī)會(huì)。

五、大數(shù)據(jù)技術(shù)在教育教學(xué)中應(yīng)用應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

大數(shù)據(jù)給我們帶來(lái)的便捷的生活和高質(zhì)量的教育的同時(shí)，需要我們保持警惕和防止因果關(guān)系和相關(guān)關(guān)系的誤用，并且維護(hù)數(shù)據(jù)安全。在信息安全方面，學(xué)生和教師的大量信息被收集和使用，在使用的過(guò)程中，必須制定相關(guān)私隱保護(hù)法，保證信息的安全，警惕數(shù)據(jù)濫用。學(xué)生的行為數(shù)據(jù)也不可以作為教師教學(xué)評(píng)優(yōu)的依據(jù)，讓大數(shù)據(jù)真正成為支持教學(xué)變革、提升教學(xué)效能、促進(jìn)學(xué)生發(fā)展的手段，而不是控制教師和學(xué)生的工具。