大數據支持的教師信息化管理系統的設計與應用

凌偉

深度挖掘與合理使用大數據的潛在價值，在促進教育改革與創新、幫助學生個性化學習以及推進教育科學化管理方面具有重要意義。以大數據為支撐的教育管理信息化為教育科學決策提供了有力支撐，為師資均衡配置、實現教育公平提供了可能。本文在分析現有教師信息管理存在問題的基礎上，構建出大數據支持的教師信息化管理框架，以期為教育管理信息化的推進提供一定的借鑒和指導。

● 教師信息化管理的現實困境

近年來，政府部門發布了一系列促進教育信息化實現的措施，但從現狀來看，各地區在推行過程中存在著嚴重的問題與不足。

一方面，現階段學校及相關管理組織信息化程度低，很多地區或學校傾向于使用Office辦公軟件或者簡單的數據庫對教師信息進行管理，這種管理方式在收集、調用、查看方面存在著嚴重的不足，難以滿足現有需求。

另一方面，信息難以整合共享，存在信息孤島現象。例如，有些區域內存在多個教學分區，各分區通常為獨自辦公，工作之間很少有交集，各區域的信息也多為內部信息，一般不對外共享。或分區或學校都各自擁有其專門的信息管理系統或者管理手段，彼此之間不能進行有效的溝通，不同系統之間的數據不能直接整合。

● 大數據支持的教師信息化管理系統設計

充分利用數據、挖掘數據背后的意義可以使教育管理變得更加精準而高效。因此，筆者以所在區域教師數據為核心，以信息化手段為管理方式，構建了大數據支持的教師信息化管理框架，并以此框架為支撐，依托智慧教育云平臺開發了教師信息化管理系統，實現了教師管理信息化，為實現科學管理決策、保證師資均衡配置、促進教師專業發展提供了支持。

教師信息化管理系統基于B/S架構進行開發，系統總體從上至下分為三層——表示層、業務處理層和數據層，系統的整體層次架構如下頁圖1所示。

表示層：主要作用是給使用者提供可視化的操作接口，使用者可通過此接口對系統進行操作，如信息的輸入與修改、資料上傳、教師參評申請與考核等。教師信息化管理系統的用戶主要分為兩種類型：一類是教師，一類是管理者。系統針對不同類型用戶提供不同的操作權限，如針對教師用戶主要提供個人信息、教學信息的輸入與修改以及教師參評申請等功能，針對管理者用戶則提供發布系統公告、統計查詢、參評審核等權限。

業務處理層：此層是系統的核心層，負責對使用者發出的請求進行處理。用戶發出請求后，業務處理層針對具體請求從底層數據庫中調取數據進行處理，并將處理結果返回給用戶，主要包括用戶管理、資源管理、數據處理、安全控制以及系統管理。

數據層：負責管理整個系統平臺的數據信息，為上層處理提供支持，如硬件資源與軟件資源、操作系統平臺和數據庫平臺。

● 教師信息化管理系統的應用

該系統在實現教師管理信息化，促進精準決策、智能測評和教師發展方面發揮了重要作用（如圖2）。

第一，教師信息數據化呈現與一鍵式查詢，為管理決策提供依據。系統可將全區教師信息以模型化圖像呈現。通過模型結構圖，學校領導及上層管理者可清楚地查看全區教師的整體信息，如骨干教師分布、學歷分布、年齡分布、性別分布等。同時也允許管理人員通過特定條件篩選查看信息，實現了全區教師信息一鍵化查詢，方便領導掌握全區內教師分布，尤其是特級教師、骨干教師分布，可清楚看出區域內各學校間師資配比的對比情況，并以此數據為基礎確定教師輪崗與人員調動名單，盡力保證區域內各學校間的師資平衡。同時，系統通過對教師年齡、學科的統計也可為學校及政府的教師招聘提供參考。

第二，教師參評對比與骨干教師參評，使教師評測更為智能。系統內部預設教師職稱評定標準，并可根據教師現有職稱信息及資料自動與教師即將申請的高一等級職稱的評定要求做出對比評判，明確標明不符合評定指標的項目。此功能可幫助教師清楚地查看自身已有條件與評定指標之間的差距并幫助教師有針對性地做出完善。在此基礎上，教師可在系統中提交相關材料申請職稱評定，系統接到申請后自動對教師提交的材料進行審核，并對不符合評審條件的材料標明，審核人員可在系統中對系統審核結果進行查看，并進行最終判定（如圖3）。此功能可大幅度加速教師考核流程，一方面減少了領導部門審核材料的人工耗時，另一方面也方便教師自行查看審核結果，并有針對性地提升專業水平。

第三，教學數據分析與學術數據分析，為教師發展明確方向。系統可對區域內教師的教學數據和學術數據進行個性化的分析，深入挖掘教師在教學與學術中的問題，為教師個體提出有針對性的建議。同時，系統可統籌分析區域內全體教師的教學能力與學術能力現狀，明確規劃區域內教師發展的切實需求，為教育管理者有針對性地組織教師培訓提供指導。

綜上所述，教師信息化管理系統實現了教師管理信息化，為教師專業發展提供有針對性的指導，同時也為管理者制訂科學、有效的決策提供了支撐，從管理層面上最大限度地確保師資配置的均衡。目前，教師信息化管理系統的使用還處于探索階段，更多的功能仍需開發與完善，希望能在未來的探索實踐中取得更為有效的經驗，更快地實現教師管理智能化，為促進教師專業發展與師資均衡配置、提升教育水平做出貢獻。

2006年，周以真教授提出了“計算思維”（Computational thinking），為信息技術課程的教學改革帶來了啟示。《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》已把“計算思維”列入學科核心素養，使其成為信息技術核心培養目標之一。那計算思維怎樣反映到小學生的思維品質上呢？

● 問題的發現

隨著課程的不斷建設和發展，程序設計教學作為信息技術學科的主要教學內容，成為教育技術專家的共識，以編程為核心的課程改革成為發展趨勢。

筆者搜索了相關指數，結果令人吃驚。首先搜索少兒編程百度指數，這個指數依然是上升趨勢，而且，針對Scratch的編程，呈現上升趨勢。但搜索與程序設計聯系緊密的計算思維關鍵詞，百度指數顯示沒有被收錄，這說明該關鍵詞的熱度還不是很高。這也證明了整個社會群體對這個概念還沒有足夠的關注，還不是很清楚編程用來做什么，同時也說明，針對編程的學習目的沒有開展相應的教學方法指導?？梢?，在編程教育非?；鸨谋澈螅狈Φ氖菍W生深度學習課程的能力以及對教法的指導。

● 概念界定

1.周以真教授的計算思維概念

自2006年周以真教授提出“計算思維”后，國內外的學者對計算思維進行了研究，使計算思維的概念得到了不同的發展與延伸。

2011年國際教育技術協會（ISTE）聯合計算機科學教師協會（CSTA）共同給出了計算思維的操作性定義：計算思維是一個問題解決的過程，該過程包括制訂問題、分析問題、抽象建模、算法設計、優化方案、遷移解決方法等六要素。

2.《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》中計算思維的概念

《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》中對計算思維進行了解釋：“具備計算思維的學生，在信息活動中能夠采用計算機可以處理的方式界定問題、抽象特征、建立結構模型、合理組織數據;通過判斷、分析與綜合各種信息資源，運用合理的算法形成解決問題的方案;總結利用計算機解決問題的過程與方法，并遷移到與之相關的其他問題解決中?！?/p>

2017年版課標對計算思維的解釋是對ISTE&CSTA提出的計算思維操作性定義的補充和完善，筆者以此作為計算思維的界定。

● 基于程序結構講授法培養小學生計算思維

1.基于程序結構講授法的程序設計課程特點

（1）基于項目的課程設計

腳本中涉及的命令模塊，都是圍繞所在的程序結構講授完成，即沒有獨立的命令模塊的講解，而是針對程序結構詳細講授，在結構中包含相關的命令模塊。

（2）基于游戲的課程設計

課程的設置基于小學生喜聞樂見的小游戲，這樣即使涉及復雜的程序、運算的命令模塊，學生也能夠有耐心把這個程序編寫完整。

（3）基于跨學科的課程設計

課程案例設置含有跨學科的內容，是希望讓學生通過信息技術課學習程序設計，并把這個思考的方法轉移到生活中，從而提升學生的計算思維能力。

2.教學案例

（1）Scratch 2.0編程軟件

Scratch是一款面向少年的簡易編程工具，共有十大模塊、100多塊“積木”，使用者只需用鼠標拖動模塊到程序腳本區就可以編寫程序。

（2）Scratch 2.0程序結構特點

Scratch2.0編程軟件作為一種程序設計語言，具有計算機語言的結構特征。程序腳本是由順序、循環、選擇以及模塊化程序結構這四種基本結構組成，四種結構既可以單獨使用，也可以相互結合組成較為復雜的程序結構。

①順序程序結構。

順序結構是程序結構中最基本的結構，即程序是按從上往下的順序執行。例如，在貓抓老鼠2.0升級版案例中，案例分為五個項目，其中一個項目就是，小貓的移動辦法是通過鍵盤方向鍵的上下左右移動來決定的。

教學片段：

師：我們編寫的程序通過方向鍵控制小貓的移動方向，這是一個順序結構（通過直接講授幫助學生構建程序結構過程）。我們在編寫小貓按照方向鍵方向移動這個順序結構的腳本時，需要哪些命令模塊？

生：在事件中按下xx鍵，然后移動（判斷、分析數據）。

此環節學生能夠組織數據，但不是很合理，還要通過分析、判斷的過程，形成合理的腳本。通過順序結構的直接講授，學生在一段時間內自然就會形成順序的概念，并且結合順序結構，進行合理的組織和思考，從而逐步提升計算思維能力。

②循環程序結構。

有些程序需要不斷重復同樣的內容，如在制作不斷切換造型來實現的動畫效果時，需要不斷重復切換不同的造型，這就是循環結構。循環結構一般用于重復某段需要不斷重復執行的腳本。

在講授的時候，教師可以通過提問幫助學生建構循環程序結構。例如，在設計模擬循跡的程序時，通過添加色塊模擬傳感器，小貓運動中不停偵測黑色軌跡，從而達到循線的目的。

學生在完成色塊的偵測時沒有問題，可是小貓的循線還是出現了問題，就是原地不動。教師并沒有直接告訴學生用什么結構來解決這個問題，而是通過事實問題的問答來幫助學生了解程序結構，從而解決問題。

教學片段：

師：要使小貓循線不偏離黑色軌跡，需要怎么辦？

學生的答案五花八門：傳感器、移動、判斷……（這些答案沒有回答到點上）

師：小貓循線移動是僅僅移動一步或者幾步嗎？

生：不是，是一直移動。

師：在程序設計中怎么理解一直移動呢？同學們可以點開控制模塊，看一看哪種結構可以幫助我們解決一直移動的問題。（基于事實問題，讓學生構建與計算機之間的聯系，提升計算思維能力）

學生通過分析判斷，就會想到如果讓小貓重復移動是不是會開始循線？經過調試，學生實現了小貓循線的程序設計。

③選擇程序結構。

選擇結構也稱為判斷結構或分支結構，是在順序結構中提供了程序的分支，也就是說在程序的一個順序流程中加入子程序流程，這樣可以使程序更具交互性。分支結構又可分為單分支結構和雙分支結構。

選擇程序結構是程序設計中非常關鍵的一環。學生編寫的腳本如果帶有選擇程序結構，這個程序會變得更有趣味。這里不僅涉及到一個結構，還有偵測的命令模塊，需要條件，才可以選擇。

教學片段：

師：我們設計了貓抓老鼠這個程序，通過變量的變化實現了貓抓老鼠。那么怎樣停止程序？

生：點擊紅色按鈕;還有單獨設置一個腳本，按下空格鍵停止全部程序;等等。

師：我們能不能通過單獨寫個腳本，用到判斷的程序結構。（這個程序結構的問題拋出，學生很快想到如果……，條件是什么）

有了這個問題，學生提出諸多條件的問題，如導入另外一個角色，無論是小貓還是老鼠碰到這個角色，都停止全部程序。

師：大家還可思考，能不能把變量作為條件，與選擇程序結構一起用？

最后，教師和學生達成共識，如果變量增加到15這個數值，那么就結束所有程序。

學生在編寫程序的時候，也許不會過多思考，但是程序結構的拋出，給了學生一個思考的方向，和解決問題的思路。

④模塊化程序結構。

作為圖形化編程軟件，相比Scratch 1.4版本，Scratch 2.0中增添了更多積木模塊，定義好的腳本作為次要程序，在同一個程序中反復調用編寫好的自定義模塊。這樣簡化了程序，編寫的思路也非常清晰。

因此筆者認為，在Scratch 2.0中可以單獨提出一個程序結構，即模塊化程序結構。模塊化程序結構由主程序腳本和定義模塊腳本組成。例如，講解通過程序畫花的過程，定義模塊腳本是一片花瓣、多片花瓣等，主程序腳本就是順序結構，落筆，畫出花。

教學片段：（教師邊演示邊操作，如下圖所示）。

師：我們畫花可以想象有多片花瓣，還有枝干，如果這些內容在一個程序中完成，需要不停地抬筆、落筆、移動步數、旋轉。而Scratch 2.0中提供了自定義模塊，我們通過模塊化程序結構來完成這個作品，會讓程序簡單可讀，易于理解。

自定義模塊里命名之后，接下來的過程就是移動、旋轉的命令模塊。同樣，一片花瓣畫好，多個怎么畫？同樣的辦法，自定義之后，調用剛才的模塊，其他的部分依此類推。

最后我們在主程序中用一個順序結構，就可以完成一朵花。

在教學實踐中，基于程序結構講解程序設計，降低了學習難度，讓學生在編寫腳本的過程中有了思路。直接講授程序結構的過程就是小學生不斷分析、判斷、解決問題的過程，是知識整體遷移的過程，也是不斷提升計算思維能力的過程。

3.借助評價量表深度認知程序結構

在以往的教學中，講授程序結構是通過一系列的命令模塊，讓學生有感性認識之后，再畫出程序流程圖，讓學生明白是什么程序結構。

而筆者在實踐中，則是通過評價量表學習單進行引導性學習，先給出程序設計的流程圖，讓學生有整體意識分析，再通過程序結構圖進行分析、判斷、收集數據等操作，完成程序腳本的編寫。也就是說，先構建模型的思維，再有細節性的思維，經過長時間這種思維品質的訓練，學生無論是編寫程序，還是解決生活中的問題，都能形成有效的解決方案。

評價量表在引導學生學習程序設計知識的同時，對學生是否完成程序編寫項目進行評定，更重要的是，它通過程序結構流程圖的展示，促進學生計算思維能力的形成。

后記

譚國聚老師在信息技術教學中，積極思考探索，并參與了多項市區課題研究，編著了《編程案例解讀與思考》和《信息技術基礎知識匯總》兩本校本課程教材，同時，輔導電子與信息技術社團團員在區級、市級、國家級比賽中分別獲得一等獎好成績。譚老師是一位教學非常認真的教師，他的課程設計總是建構在非常嚴謹的理論基礎之上，這一點非常值得大家學習。