基于大數據平臺的高校智慧教學系統研究與應用

劉亞 翃 ，梁 紅，胡靜嫻

（中北大學 信息化建設與管理處，山西 太原 030051）

0 引言

當下，人工智能、大數據等新技術廣泛應用，現代信息技術與教育教學深度融合，為高校實施課堂教學改革、提高教學質量提供了良好機遇和手段[1]。本文通過對高?，F有教學現狀痛點分析，提出一種基于大數據平臺的智慧課堂教學系統，旨在解決目前課堂互動、學習方式、學情分析、過程性數據存儲中所涉及的各類問題，有效推動高校積極探索基于新技術的教育教學新模式改革，充分發揮現代信息技術對高等教育發展的引領作用，讓大數據驅動教學改革，讓智慧教學成為新常態[2]。

1 高校教學現狀分析

1.1 知識單向傳輸、缺乏互動

目前，仍有部分高校課堂教學還停留在知識的單向傳輸上，教師仍只是聚焦于教學內容，關心的是在有限學時內能講多少內容，該加強教學廣度還是深度，該選哪些教材，沒有真正的以學生表現和能力為焦點，忽視了關注學生在學完后究竟能學到什么新的知識和技能，學完后能解決什么以前不會的問題等[3]。同時，師生間缺乏教學雙向互動，課堂氣氛壓抑沉悶，學生學習熱情度、活躍度和主動性不夠，學習動力不足，出勤率、抬頭率、參與率明顯處于三低狀態[4]。

1.2 教學、學習方式單一

教學方法單一、枯燥、靈活度比較差，教學模式僵化，由于教學設備和手段限制，大部分教師仍是黑板板書結合PPT的講授方式，教學方法改革創新不夠，滿足不了當代學生追求豐富多彩課堂教學需求；學生麻木、機械、被動接受知識，學習方式單一，學生學習的主體性、積極性、創新性被嚴重束縛[5,6]。

1.3 教學過程性數據缺失

目前，部分高校教師教學過程課堂互動，仍采用手工或紙質方式記錄，教學過程性數據無法進行妥善留存[7]；部分教師會利用各種信息化課堂互動輔助教學軟件，比如：微助教、雨課堂、藍墨云班課、學習通等，但各軟件間數據分散，無法沉淀、流轉、互通和共享，使用和協作繁瑣耗時，學校相關部門無法對教學過程性數據進行統一管理和分析，難以為學校專業認證、課程評估提供專業化的數據指導、決策和支撐[8]。

2 基于大數據平臺的高校智慧教學系統

針對目前高校課堂教學中存在的痛點，提出一種基于大數據平臺的高校智慧教學系統。該系統主要包括四大部分（如圖1所示），即以在線課程中心為云端大腦，結合學生端（移動學習APP）、教室端（多媒體教室智慧課堂互動系統）、管理端（教學大數據平臺），進而全方位、多層面構建線上有資源、線下有活動、過程有互動和評價的高校智慧教學系統，為線上線下立體式智慧教學提供有效支撐[9]。

圖1 基于大數據平臺的高校智慧教學系統Fig.1 Intelligent teaching system based on big data platform of universities

2.1 云端大腦（在線課程中心）

在線課程中心為作為整個智慧教學系統的云端大腦，支持教師將所授課程的全部內容轉化為線上資源，包括課程基本信息、課程每章節視頻、圖片、動畫、PPT課件、課堂測驗、鏈接、文檔、課后作業等。教師可在課前發布通知和學習任務（視頻及測驗等），將課程資源推送給每一位學生，督促學生進行提前預習，根據學生學習情況，做到課堂講授時有的放矢；同時，可根據系統自動統計的學生學習情況活躍度進行總體分析，一方面可對學生學習情況有一個整體了解，另一方面也可在客觀上督促學生學習，進一步提升教學效果。

2.2 學生端（移動學習APP）

新生代學生和以往大為不同，他們希望從多源頭快速接收學習信息，更喜歡圖片、聲音、超鏈接和影像視頻等。通過移動學習APP，學生不僅可利用自帶的手機、PAD等移動設備與教師實現課堂實時互動，包括資料推送、課堂簽到、隨堂測試、搶答等，而且課前和課后可根據教師推送的學習資料、課后作業進行提前預習和課后鞏固，更大程度擴展學習時間、空間和機會，滿足學生“時時可學、處處能學”的個性化學習需求。

2.3 教室端（教室智慧課堂互動系統）

針對目前高校課堂教學單向傳輸、缺乏互動的問題，在多媒體教室端部署智慧課堂互動系統，結合移動APP實現廣大教師和學生在課堂中的深度交流與互動，涵蓋一鍵投屏、課堂簽到、選人搶答、投票、隨堂測驗、話題討論、問卷調查、圖片、直播等，并可將課堂互動結果投到大屏幕實時展示，同時也可發送到學生手機端，充分調用學生積極性、研究性和探索性，激活課堂氛圍，真正實現課堂教學與信息技術深度融合，為廣大教師開展混合式教學、互動式教學、翻轉課堂等新型教學模式提供良好信息化教學環境和支撐。

2.4 管理端（教學大數據平臺）

該智慧教學系統管理端的教學大數據平臺能將師生使用信息化手段教學的過程進行數據跟蹤管理，可統計所有教室使用智慧教學的過程性數據，管理人員可根據需要個性化分析教學數據的不同維度，自定義數據指標，數據統計非常靈活；在進行數據存儲、分析匯總的同時，全面實現智慧教學過程性數據的互通互享，為教學管理提供有效數據支撐，為學校管理人員制作數據報告提供工具，依托云端大腦的數據記錄功能，輔助學校形成課程、教師教學、學生在校期間學習等的電子檔案。教學大數據平臺共有四大板塊：數據統計、數據分析、數據報告和數據檔案，具體如圖所示。

圖2 教學大數據平臺功能結構圖Fig.2 Function structure diagram of teaching big data platform

2.4.1 各類數據統計

該教學大數據平臺可實時對課程基礎、教師教學、學生學習、師生出勤、課程資源建設數據進行統計，不僅可以整體直觀展現學校各院系教師線上課程建設、學生學習課程分布情況，包括教師建課數、學生學課數、在線課程數、教學班級數、各年級學習課程數等；而且可以從教師教學課前任務點發放、課中活動發放、課后作業與考試發放多維度展示教學效果；同時，可以從學生課前預習進度、任務點完成進度、課堂活動參與、課后作業、考試得分等來對學生學習細節情況進行展現和統計。

2.4.2 各類數據分析

將各類數據統計完成后，該大數據平臺可以自動對數據進行總體細致分析，不僅能夠彌補標準化數據統計的不足，而且可解決數據來源多渠道不統一的弊端，將教學數據分析的顆粒度整體提升。該平臺數據分析涵蓋了高校管理人員所關心的師生教學、學習層面的所有數據，包括教師教學行為、學生學習行為、師生出勤、線上資源建設等。管理人員通過平臺自動生成的數據報表，可自主分析各院系教學班的教師教學情況、學生學習效果，以此進一步了解師生整體教學和學習效果。

2.4.3 數據檔案

通過對各類數據的累積和沉淀，可以從課程、學生、教師三個維度形成高校教學電子檔案，可全面記錄單個課程的教師教學及學生學習行為軌跡；完整記錄每個教師所授課程的相關信息，包括課程建設、師生課堂互動、課后討論、作業發放與批閱等；完整記錄每個學生所學所有課程的相關信息，包括課程章節學習、師生課堂互動、課后討論作業考試完成情況等。高校管理人員和領導可以設置評教任務、指標庫，監督教學評教工作，并為教學預警、教學評價、教學質量監控作進一步的數據決策支持。

3 總結

智慧教學是高度信息化環境下教育改革的必然趨勢，是實現智慧校園的關鍵性指標[10]。將基于大數據平臺的智慧教學系統應用于高校教育教學中，用信息技術改變傳統教學方式，構建全新教學模式，增強師生課堂互動，深度提升課堂活躍度，逐步積累教學過程性數據，助力課程評估，提高教學實效，進一步推進高校信息化教學內涵建設、革新和人才培養質量水平提升[11]。