玩轉(zhuǎn)教育大數(shù)據(jù)，破解“ 學(xué)習(xí)如何發(fā)生”

顧小清

大數(shù)據(jù)，作為當(dāng)今熱詞，已催生了許多行業(yè)的轉(zhuǎn)型與變革。在教育領(lǐng)域中，同樣蘊(yùn)藏著具有應(yīng)用價(jià)值的海量數(shù)據(jù)。如何有效地利用這些數(shù)據(jù)，使之轉(zhuǎn)變成有價(jià)值的信息與知識(shí)，從而更好地理解學(xué)習(xí)發(fā)生機(jī)理、監(jiān)測學(xué)習(xí)過程、改進(jìn)學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)、優(yōu)化學(xué)習(xí)效果、提供學(xué)習(xí)服務(wù)、輔助教育決策，已引起社會(huì)廣泛關(guān)注。學(xué)習(xí)分析技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

伴隨著教育信息化的逐漸深入，教育系統(tǒng)中積累了大量有關(guān)學(xué)生復(fù)雜學(xué)習(xí)行為的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)背后的本質(zhì)可能正是破解“學(xué)習(xí)如何發(fā)生”這一問題的答案。深度挖掘和分析這些復(fù)雜行為數(shù)據(jù)，能夠?yàn)橥七M(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，為運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)推動(dòng)教育教學(xué)創(chuàng)新提供先決條件。如何有效地利用這些數(shù)據(jù)推動(dòng)教育變革，實(shí)現(xiàn)通過教育大數(shù)據(jù)改進(jìn)學(xué)習(xí)實(shí)踐，提供更好的教學(xué)與學(xué)習(xí)服務(wù)，是教育教學(xué)改革推動(dòng)過程中亟待解決的問題。學(xué)界將通過收集和分析學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中表現(xiàn)的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生全學(xué)段學(xué)習(xí)狀況的預(yù)判、監(jiān)控及評(píng)測的技術(shù)稱為“學(xué)習(xí)分析技術(shù)”，并視之為干預(yù)教育教學(xué)決策、優(yōu)化教師教學(xué)過程、支持學(xué)生以自我為導(dǎo)向開展個(gè)性化學(xué)習(xí)及自我評(píng)估的有效技術(shù)手段。

教育大數(shù)據(jù)推動(dòng)學(xué)習(xí)分析

學(xué)習(xí)分析技術(shù)是運(yùn)用多類分析方法和數(shù)據(jù)模型，基于學(xué)習(xí)者的行為數(shù)據(jù)及學(xué)習(xí)軌跡，對(duì)學(xué)習(xí)生成的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)規(guī)律、預(yù)測學(xué)習(xí)結(jié)果。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，學(xué)習(xí)分析技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用日漸廣泛與深入。在學(xué)習(xí)方面，學(xué)習(xí)分析技術(shù)旨在以學(xué)生為主體，從已發(fā)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中診斷問題和不足，以便為學(xué)習(xí)者制定基于個(gè)性化需求的學(xué)習(xí)服務(wù);在教學(xué)方面，學(xué)習(xí)分析技術(shù)可以用于評(píng)估和優(yōu)化課程，為教育干預(yù)和教學(xué)改進(jìn)提供依據(jù)。學(xué)習(xí)分析技術(shù)作為從海量數(shù)據(jù)中提取隱含信息的工具，能夠通過學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)對(duì)學(xué)習(xí)過程產(chǎn)生更全面、深刻的認(rèn)識(shí)，從而為學(xué)習(xí)者提供更具針對(duì)性的個(gè)性化教學(xué)輔助。

大數(shù)據(jù)被認(rèn)為是由于信息技術(shù)的突飛猛進(jìn)而引發(fā)的數(shù)據(jù)規(guī)模爆炸式增長的產(chǎn)物。大數(shù)據(jù)不僅具備海量的數(shù)據(jù)規(guī)模，同時(shí)它的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)速度快，數(shù)據(jù)類型豐富多樣，但存在價(jià)值密度低的缺陷，需要加以挖掘才能體現(xiàn)其潛在價(jià)值。對(duì)大數(shù)據(jù)的挖掘已經(jīng)在很多領(lǐng)域體現(xiàn)出價(jià)值，因此教育大數(shù)據(jù)的挖掘也被寄予了厚望。2012年9月，美國布魯金斯學(xué)會(huì)在《教育大數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析和網(wǎng)絡(luò)儀表盤》一文中提出，依托數(shù)據(jù)挖掘、分析和可視化等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)過程信息的深層挖掘，學(xué)習(xí)表現(xiàn)的深入了解，學(xué)習(xí)過程的極大優(yōu)化。最終實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)教學(xué)到教育信息化的轉(zhuǎn)變，突破固有依賴定期測試和教師主觀性評(píng)價(jià)的局限。

無論是學(xué)生在課堂中的具體表現(xiàn)還是在線學(xué)習(xí)終端記錄的行為數(shù)據(jù)，都將成為教育大數(shù)據(jù)的來源。“大”數(shù)據(jù)不僅意味著龐大的數(shù)據(jù)量，還意味著數(shù)據(jù)獲取的高頻度以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的多元化。因此，怎樣獲取教育大數(shù)據(jù)，如何挖掘?qū)W習(xí)過程數(shù)據(jù)隱含的教育價(jià)值，是基于教育大數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)分析的研究方向。目前，在教育教學(xué)過程中應(yīng)用學(xué)習(xí)分析技術(shù)越來越重要。隨著數(shù)據(jù)來源和數(shù)據(jù)數(shù)量的日益遞增，智能技術(shù)的日益成熟以及可視化數(shù)據(jù)分析表征日益細(xì)化，教育大數(shù)據(jù)為學(xué)習(xí)分析的深入探索提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)及多方面的研究可能性。

數(shù)據(jù)是學(xué)習(xí)分析的核心

從挖掘數(shù)據(jù)潛力，到凝練出學(xué)習(xí)分析的研究方向，筆者所在團(tuán)隊(duì)在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)分析研究領(lǐng)域不斷探索，逐漸形成以數(shù)據(jù)為核心的學(xué)習(xí)分析研究閉環(huán)（見下圖）。

從上圖可以看到，學(xué)習(xí)分析技術(shù)，是以數(shù)據(jù)為核心，形成的“收集—分析—應(yīng)用”的完整技術(shù)閉環(huán)。在這一技術(shù)內(nèi)核上，我們更多是從技術(shù)角度探討如何獲取和匯聚多樣化的數(shù)據(jù)，如移動(dòng)設(shè)備捕捉、智能語義轉(zhuǎn)化等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的采集技術(shù);探討如何處理和分析多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)，如采用網(wǎng)絡(luò)分析法、話語分析法、內(nèi)容分析法以及機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)相關(guān)的模型算法等分析技術(shù);探討如何以面向應(yīng)用的視圖報(bào)告數(shù)據(jù)處理結(jié)果，如提供學(xué)習(xí)者畫像與進(jìn)行可視化呈現(xiàn)。眾多數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)多源數(shù)據(jù)的有效整合，為指導(dǎo)實(shí)踐提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

學(xué)習(xí)分析的外層，則是從其功能的視角呈現(xiàn)學(xué)習(xí)分析技術(shù)的價(jià)值目標(biāo)，也就是通過技術(shù)內(nèi)核的數(shù)據(jù)閉環(huán)所產(chǎn)生的結(jié)果能夠?yàn)榻獭W(xué)、研所提供的功能價(jià)值：理解學(xué)習(xí)機(jī)理、監(jiān)控學(xué)習(xí)過程、改進(jìn)學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)、優(yōu)化學(xué)習(xí)效果、提供學(xué)習(xí)服務(wù)、輔助教育決策。如通過學(xué)習(xí)者的訪問日志洞悉可能產(chǎn)生的認(rèn)知困難和影響學(xué)習(xí)過程的情境因素，從而理解學(xué)習(xí)發(fā)生的機(jī)理。通過探究學(xué)習(xí)者的交流話語，更清晰地認(rèn)識(shí)和監(jiān)控學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程。經(jīng)由分析在線學(xué)習(xí)過程中的關(guān)系、角色分布，為改進(jìn)個(gè)體學(xué)習(xí)提供證據(jù)支持，并最終在實(shí)踐之中優(yōu)化教學(xué)效果。立足于技術(shù)閉環(huán)的數(shù)據(jù)挖掘和呈現(xiàn)，結(jié)合已有經(jīng)驗(yàn)預(yù)判和評(píng)測當(dāng)前的學(xué)習(xí)者行為，從而為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)。此外，經(jīng)由實(shí)踐檢驗(yàn)的學(xué)習(xí)分析結(jié)果源于對(duì)數(shù)據(jù)的真實(shí)挖掘和推演，能夠更有效地輔助決策者制定相應(yīng)的教育決策。

圍繞上述學(xué)習(xí)分析閉環(huán)，我們也形成了系列研究。

第一，在理解學(xué)習(xí)發(fā)生機(jī)理方面，我們圍繞“認(rèn)知—非認(rèn)知—社會(huì)性”的學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)展主線，積極尋找“學(xué)習(xí)如何發(fā)生”的觀測新視角和答案。團(tuán)隊(duì)中多項(xiàng)課題試圖通過捕獲學(xué)生的“問題解決”與“概念轉(zhuǎn)變”過程，刻畫學(xué)生問題解決的行為模式、破解認(rèn)知結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律;以“學(xué)習(xí)持續(xù)力”“技術(shù)使用”為重點(diǎn)，找尋學(xué)生學(xué)習(xí)持續(xù)力的作用機(jī)制和教師技術(shù)采納的關(guān)鍵誘因;專注于“協(xié)作”的發(fā)生與發(fā)展，致力于勾勒協(xié)作學(xué)習(xí)能力的多維評(píng)估與發(fā)展框架。

第二，在監(jiān)測學(xué)習(xí)過程方面，過去的若干年中，我們致力于如何有效地捕獲學(xué)習(xí)全過程數(shù)據(jù)，以便跟蹤動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)進(jìn)程。比如，團(tuán)隊(duì)先后設(shè)計(jì)并開發(fā)了諸如“問題解決測評(píng)系統(tǒng)”“游戲化協(xié)作學(xué)習(xí)平臺(tái)”等工具，捕獲學(xué)生在問題解決過程及協(xié)作過程中的行為，判斷學(xué)生問題解決的所處階段、協(xié)作的即時(shí)進(jìn)程。

第三，在改進(jìn)學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)方面，我們與中小學(xué)展開合作。比如，圍繞“數(shù)學(xué)課堂高階思維”主題，運(yùn)用學(xué)習(xí)分析技術(shù)對(duì)課堂中的師生對(duì)話進(jìn)行捕獲和挖掘，經(jīng)由行為序列分析，在多輪迭代之中不斷調(diào)整數(shù)學(xué)“單元活動(dòng)”的設(shè)計(jì)，最終提升學(xué)生的高階思維能力。研究成果形成了聚焦于“批判性思維”“知識(shí)遷移”能力的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)改進(jìn)方案，并開展迭代研究。

第四，在優(yōu)化學(xué)習(xí)效果方面，我們一直在努力尋找這樣的契機(jī)——通過發(fā)揮學(xué)習(xí)分析結(jié)果的作用，為優(yōu)化學(xué)習(xí)效果創(chuàng)造更多的可能性。比如，依托學(xué)習(xí)分析技術(shù)，從“基本屬性—行為屬性—結(jié)果屬性”等多個(gè)維度建立學(xué)習(xí)者畫像，并根據(jù)畫像分析結(jié)果生成學(xué)習(xí)反饋、學(xué)習(xí)預(yù)警、學(xué)習(xí)干預(yù)以及個(gè)性化學(xué)習(xí)推薦等典型策略。實(shí)踐表明，學(xué)習(xí)者畫像在一定程度上能有效地提高學(xué)習(xí)體驗(yàn)、促進(jìn)學(xué)習(xí)參與和改善學(xué)業(yè)成績。我們認(rèn)為，想要學(xué)習(xí)分析發(fā)揮優(yōu)化學(xué)習(xí)效果的作用，關(guān)鍵在于能否借助學(xué)習(xí)分析技術(shù)對(duì)學(xué)生進(jìn)行全方位分析，并提供精準(zhǔn)化的干預(yù)，如此方能彰顯優(yōu)化效果。

第五，在提供學(xué)習(xí)服務(wù)層面，我們啟動(dòng)了自適應(yīng)測試的專題研究，目的是基于前沿理論和學(xué)習(xí)者建模技術(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果為不同的個(gè)體或群體提供差異化的服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的自適應(yīng)。當(dāng)前，我們正在研制面向中小學(xué)和高校學(xué)生的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，從而為師生提供面向每個(gè)人、適合每個(gè)人的學(xué)習(xí)服務(wù)支持，以幫助他們更有針對(duì)性地開展相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)與能力發(fā)展。伴隨著智能技術(shù)的發(fā)展，未來的學(xué)習(xí)服務(wù)將更多地體現(xiàn)個(gè)性化的特點(diǎn)，以發(fā)展每個(gè)個(gè)體的潛能。

最后，在輔助教育決策層面，我們先后與一些區(qū)域合作，并嘗試為這些地區(qū)的教育大數(shù)據(jù)發(fā)展提供咨詢服務(wù)。在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)據(jù)分析技術(shù)，診斷合作區(qū)域內(nèi)的教育質(zhì)量提升瓶頸和發(fā)展滯緩根源，幫助其制定科學(xué)的教育發(fā)展決策。對(duì)于制定教育決策，我們一直堅(jiān)持，經(jīng)驗(yàn)判斷應(yīng)以數(shù)據(jù)挖掘作為依據(jù)及決策輔助。科學(xué)的決策制定要從大數(shù)據(jù)中找尋更多支持。

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策，分析變革教育

傳統(tǒng)教學(xué)模式中的教師往往根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)和主觀判斷，選擇教學(xué)策略和設(shè)計(jì)課堂活動(dòng)。大數(shù)據(jù)背景下的學(xué)習(xí)分析技術(shù)幫助教師突破經(jīng)驗(yàn)的局限，更有針對(duì)性、更細(xì)致地進(jìn)行教學(xué)改進(jìn)。此外，學(xué)習(xí)分析技術(shù)能夠幫助學(xué)生完成自我監(jiān)控、評(píng)估并實(shí)現(xiàn)自我導(dǎo)向的個(gè)性化學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)者根據(jù)可視化的學(xué)習(xí)行為與結(jié)果分析可以清楚地了解自身的學(xué)習(xí)表現(xiàn)，認(rèn)識(shí)到自身的不足和問題，進(jìn)行自我評(píng)價(jià)并判斷個(gè)人的學(xué)習(xí)需求。通過追蹤個(gè)人學(xué)習(xí)行為軌跡，分析學(xué)習(xí)過程中的行為數(shù)據(jù)，充分意識(shí)到自身的學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)特征，并了解與其他學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)差距，有針對(duì)性地調(diào)整學(xué)習(xí)計(jì)劃并做出改變，實(shí)現(xiàn)以自我為導(dǎo)向的個(gè)性化學(xué)習(xí)。

在“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策，分析變革教育”的時(shí)代，教育大數(shù)據(jù)紛繁復(fù)雜，亟待使用分析技術(shù)對(duì)其進(jìn)行量化分析。學(xué)習(xí)分析技術(shù)通過“數(shù)據(jù)收集—分析—應(yīng)用”的周期性循環(huán)有助于深度挖掘?qū)W習(xí)過程數(shù)據(jù)的內(nèi)涵價(jià)值，使數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出可視化結(jié)果，預(yù)測學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，為教育決策干預(yù)和教學(xué)過程優(yōu)化提供重要依據(jù)。從整體上看，學(xué)習(xí)分析技術(shù)能夠幫助教師和學(xué)生深入理解不同情境下的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)價(jià)值的高效應(yīng)用，為教育教學(xué)改革提供數(shù)據(jù)支持和科學(xué)依據(jù)。

（作者單位：華東師范大學(xué)）

責(zé)任編輯：王夢(mèng)茜