基于大數(shù)據(jù)的知識(shí)發(fā)現(xiàn)新途徑 視頻課例中數(shù)據(jù)分析與挖掘的 三種應(yīng)用模式

隨著人們對(duì)知識(shí)的需求不斷增加且變得越發(fā)迫切，知識(shí)發(fā)現(xiàn)研究日益受到關(guān)注，而基于大數(shù)據(jù)的知識(shí)發(fā)現(xiàn)有助于挖掘課堂教學(xué)行為和教師實(shí)踐性知識(shí)的數(shù)據(jù)樣貌，為理解教育教學(xué)現(xiàn)象及其本質(zhì)提供深刻的洞見。首都師范大學(xué)教授王陸結(jié)合團(tuán)隊(duì)22年來扎根中小學(xué)課堂的實(shí)踐，深入淺出地介紹了基于大數(shù)據(jù)的知識(shí)發(fā)現(xiàn)視頻課例中數(shù)據(jù)分析與挖掘的三種促進(jìn)教師專業(yè)發(fā)展的應(yīng)用模式。

作者簡介

王陸 首都師范大學(xué)教育技術(shù)研究所所長

首都師范大學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任

北京市基礎(chǔ)教育信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心主任

引言

大數(shù)據(jù)即巨量的資料，指的是專業(yè)領(lǐng)域中所創(chuàng)造的大量非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。什么是非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)？就視頻課例這一特定的研究情境來說，典型的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)就是我們?cè)谡n堂中所錄下來的課堂錄像;半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)就是包含圖形、符號(hào)、數(shù)據(jù)等形式的文檔，如教師課前撰寫的教學(xué)設(shè)計(jì)方案文本以及課后撰寫的反思文本。

在視頻課例研究中，我所在團(tuán)隊(duì)開發(fā)的靠譜COP項(xiàng)目研究成果包含了兩大類型數(shù)據(jù)——非結(jié)構(gòu)化型數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化型數(shù)據(jù)，分別對(duì)應(yīng)了課堂教學(xué)行為大數(shù)據(jù)和實(shí)踐性知識(shí)大數(shù)據(jù)。在搞清楚什么是大數(shù)據(jù)、課堂教學(xué)行為大數(shù)據(jù)、實(shí)踐性知識(shí)大數(shù)據(jù)后，我將從四個(gè)方面對(duì)視頻課例進(jìn)行分析和探究。

洞見大數(shù)據(jù)知識(shí)發(fā)現(xiàn)

的新見解

知識(shí)發(fā)現(xiàn)是指從數(shù)據(jù)集中提取有效的、新穎的、潛在有用的、可理解的模式的非平凡過程。同時(shí)，隨著計(jì)算與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、觀測(cè)與傳感儀器以及數(shù)字存儲(chǔ)的發(fā)展，教育學(xué)科同很多學(xué)科一樣，正在從數(shù)據(jù)貧乏轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)富集的研究領(lǐng)域，一種新的透鏡——大數(shù)據(jù)正在影響著研究者看待和認(rèn)識(shí)教育教學(xué)問題的方式，也逐漸形成了從數(shù)據(jù)中提取新知識(shí)的有效途徑?！白寯?shù)據(jù)說話”開始成為教育學(xué)研究領(lǐng)域的一種理論主張，基于大數(shù)據(jù)的知識(shí)發(fā)現(xiàn)為教育學(xué)的研究找到了新起點(diǎn)，也將獲得更深刻的洞見。

數(shù)據(jù)是知識(shí)發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)與前提，數(shù)據(jù)處理的理論、方法與技術(shù)勢(shì)必影響知識(shí)發(fā)現(xiàn)的過程與結(jié)果。大數(shù)據(jù)的知識(shí)發(fā)現(xiàn)主要取決于兩個(gè)關(guān)鍵部分：一是數(shù)據(jù)獲取能力，即對(duì)數(shù)據(jù)獲得、共享、整合、分析以及構(gòu)建預(yù)測(cè)模型的能力，要獲取足夠多、足夠復(fù)雜、足夠蘊(yùn)含復(fù)雜關(guān)系的數(shù)據(jù);二是數(shù)據(jù)分析能力，即將精細(xì)的概率模型、統(tǒng)計(jì)推理、數(shù)據(jù)挖掘與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合。

當(dāng)然，知識(shí)發(fā)現(xiàn)不可能無中生有地創(chuàng)造知識(shí)，數(shù)據(jù)、信息、實(shí)物、現(xiàn)象之間普遍存在的各種關(guān)系是進(jìn)行知識(shí)發(fā)現(xiàn)的基本依據(jù)，盡管在現(xiàn)實(shí)世界中有些關(guān)系是顯性的、直接的、較為容易發(fā)現(xiàn)的，甚至可以觀測(cè)到的，但是絕大部分關(guān)系還是隱性的，隱藏在我們數(shù)據(jù)信息事物和現(xiàn)象中，不容易被發(fā)現(xiàn)。其基本關(guān)系可以分為五種：因果關(guān)系，因時(shí)間而形成，是歸納、演繹等知識(shí)發(fā)現(xiàn)方法的基礎(chǔ);相似關(guān)系，因特征相似而形成，是類比、想象、聯(lián)想等知識(shí)發(fā)現(xiàn)方法的基礎(chǔ);結(jié)構(gòu)關(guān)系，因空間而形成，是系統(tǒng)、綜合等知識(shí)發(fā)現(xiàn)方法的基礎(chǔ);邏輯關(guān)系，因邏輯而形成，是分類、比較等知識(shí)發(fā)現(xiàn)方法的基礎(chǔ);數(shù)量關(guān)系，因數(shù)據(jù)而形成，是統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)學(xué)等知識(shí)發(fā)現(xiàn)方法的基礎(chǔ)。

大數(shù)據(jù)時(shí)代知識(shí)發(fā)現(xiàn)的思維模式超越了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)演繹的思維局限性，特別強(qiáng)調(diào)三個(gè)特點(diǎn)。1.整體兼顧部分：從方法論上看，“全數(shù)據(jù)模式”注重運(yùn)用整體方法把握事物，但要克服其局限性，兼顧部分，深化認(rèn)識(shí)，重視還原事物的層次性。2.量化整合質(zhì)化：從內(nèi)容上看，質(zhì)化研究與量化研究應(yīng)該是統(tǒng)一的、相互補(bǔ)充的——質(zhì)化研究為量化研究奠定基礎(chǔ)，是量化研究的依據(jù);而量化研究是質(zhì)化研究的具體化，使質(zhì)化研究更為科學(xué)、準(zhǔn)確。3.因果強(qiáng)調(diào)相關(guān)：因果關(guān)系是客觀存在的，是我們認(rèn)識(shí)世界本質(zhì)的邏輯前提;即便大數(shù)據(jù)更側(cè)重強(qiáng)調(diào)相關(guān)關(guān)系，也始終離不開對(duì)因果關(guān)系的追求，這是由思維的本性所決定的，側(cè)重相關(guān)分析并沒有否定因果分析。

目前，我們正生活在數(shù)據(jù)的海洋中。然而，數(shù)據(jù)不等同于信息，信息也不等同于知識(shí)，知識(shí)更不等同于智慧。如果我們不能將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成信息，再轉(zhuǎn)化為知識(shí)，再涌現(xiàn)出智慧的方法與技術(shù)，那么我們就會(huì)身處數(shù)據(jù)的海洋，卻忍受著知識(shí)的饑渴。此時(shí)，基于大數(shù)據(jù)的知識(shí)發(fā)現(xiàn)服務(wù)應(yīng)運(yùn)而生。我所在團(tuán)隊(duì)開發(fā)的靠譜COP項(xiàng)目就是一種知識(shí)發(fā)現(xiàn)服務(wù)，著眼于課堂教學(xué)行為大數(shù)據(jù)和實(shí)踐性知識(shí)大數(shù)據(jù)，兩組數(shù)據(jù)相互影響，實(shí)踐性知識(shí)決定了教師課堂教學(xué)行為，而教師課堂教學(xué)行為的改進(jìn)，可以反作用于實(shí)踐性知識(shí)，強(qiáng)化甚至重構(gòu)實(shí)踐性知識(shí)。兩組大數(shù)據(jù)的常模數(shù)據(jù)庫集群為深度的視頻課例研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

破解基于視頻課例的知識(shí)發(fā)現(xiàn)方法

視頻課例一般具有四個(gè)工具屬性：一是可以跨越時(shí)空限制被反復(fù)觀看。視頻課例分析能夠提供研究者一種來自研究場(chǎng)域的、永久的且可以支持研究者重復(fù)觀察的研究資料，從而使得研究者可以發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)觀察方式無法獲得的、但也許很重要的線索與知識(shí)。二是能夠忠實(shí)地記錄復(fù)雜課堂教學(xué)的細(xì)節(jié)以及口語數(shù)據(jù)以外（動(dòng)作、表情等）的事件信息。三是視頻課例記錄可避免教師自陳資料中發(fā)生的社會(huì)期望偏差。二、三兩個(gè)工具屬性可有效降低因研究者自身的經(jīng)驗(yàn)和自信而造成的個(gè)人主觀意見所形成的確認(rèn)偏差，從而提高研究的可靠性。四是允許跨領(lǐng)域分析并可用于不同分析方法。視頻課例分析并不限定于特定的研究方法，可用于民族志、言語分析、互動(dòng)分析、會(huì)話分析等研究中，也可以經(jīng)過適當(dāng)編碼、計(jì)數(shù)等轉(zhuǎn)換程序后，同時(shí)使用量化與質(zhì)性等方法。因此，視頻課例為教育教學(xué)研究開辟了新的空間和新的領(lǐng)域。

基于大數(shù)據(jù)的視頻課例知識(shí)發(fā)現(xiàn)方法包括資料收集、資料管理和資料分析三個(gè)階段，包括“現(xiàn)象—表征—樣貌—知識(shí)”循環(huán)往復(fù)的知識(shí)發(fā)現(xiàn)路徑。

一、現(xiàn)象

教學(xué)現(xiàn)象是理解與研究課堂教學(xué)活動(dòng)規(guī)律與本質(zhì)的重要切入點(diǎn)。然而，無論是進(jìn)入課堂的研究者，還是身處課堂的廣大中小學(xué)教師，即使有了研究的意識(shí)，面對(duì)復(fù)雜多變的教學(xué)現(xiàn)象，也不知如何研究，從而導(dǎo)致了當(dāng)前的教學(xué)規(guī)律更多的是研究者通過主觀臆想或演繹推論得出的，較少是從復(fù)雜、多變的教學(xué)現(xiàn)象的觀察研究中得出的。

那么，教學(xué)現(xiàn)象是如何形成的呢？教學(xué)現(xiàn)象是由教學(xué)行為導(dǎo)致的，教學(xué)現(xiàn)象因課堂教學(xué)行為的差異性而具有豐富性和多樣性;大數(shù)據(jù)自身蘊(yùn)含的模式與關(guān)系就可以對(duì)復(fù)雜的現(xiàn)象產(chǎn)生知識(shí)洞見。

在日常的課堂觀察中，我們往往會(huì)有這樣的評(píng)價(jià)：優(yōu)秀教師的課堂教學(xué)很深入、很有效;低水平教師的課堂教學(xué)很淺顯，有效性很差。但評(píng)價(jià)從何得出呢？我們往往無法詳細(xì)列舉。但有了大數(shù)據(jù)的輔助——教學(xué)行為轉(zhuǎn)換序列網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖，我們就可以很容易地對(duì)其進(jìn)行描述。教學(xué)行為轉(zhuǎn)換序列網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖分為六個(gè)層次，從低到高依次為記憶、理解、運(yùn)用、分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造，通過研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)秀教師的課堂教學(xué)不僅在低級(jí)階層有很多的認(rèn)知活動(dòng)（記憶、理解、運(yùn)用），同時(shí)在高級(jí)階層仍然有很多認(rèn)知活動(dòng)（分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造），而且低級(jí)階層和高級(jí)階層之間有很多的互動(dòng);但低水平教師的課堂教學(xué)大部分停留在記憶和理解階層。由此我們便可以對(duì)之前的評(píng)價(jià)進(jìn)行詳細(xì)的描述。

二、表征

表征是數(shù)據(jù)信息的呈現(xiàn)方式，特指當(dāng)事物從“感性存在”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皵?shù)字存在”時(shí)數(shù)據(jù)所構(gòu)成的事物表象。大數(shù)據(jù)是對(duì)真實(shí)世界的表征與映射，由于任何形式的表征都會(huì)帶來信息的丟失，所以一般主張應(yīng)該直接對(duì)視頻課例進(jìn)行編碼而略過表征的環(huán)節(jié)。本文對(duì)此不作贅述。

三、樣貌

樣貌指意義上的表象，意為真實(shí)世界中的知識(shí)可計(jì)算與可視化地賦予數(shù)據(jù)的外貌。編碼體系和記號(hào)體系兩大類方法可以有效賦予課堂教學(xué)行為以數(shù)據(jù)的樣貌。編碼體系方法要求確定要觀察的具體項(xiàng)目，然后對(duì)準(zhǔn)備觀察的具體項(xiàng)目進(jìn)行編碼。編碼體系通常采用時(shí)間取樣法，觀察在特定的時(shí)間內(nèi)發(fā)生的特定行為，并以行為編碼表示。記號(hào)體系也叫項(xiàng)目清單，是指預(yù)先列出一些需要觀察并且有可能發(fā)生的行為，觀察者在每一種要觀察的事件或行為發(fā)生時(shí)做個(gè)記號(hào)。

除此之外，人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)等算法可以有效賦予實(shí)踐性知識(shí)以數(shù)據(jù)的樣貌。例如我所在團(tuán)隊(duì)從六個(gè)維度（教育信念、自我知識(shí)、人際知識(shí)、策略知識(shí)、情境知識(shí)、反思知識(shí)）對(duì)實(shí)踐性知識(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示，新手教師和成熟教師的人際知識(shí)增長最快，而勝任教師策略知識(shí)增長最快。

四、知識(shí)

知識(shí)是人類在改造世界和社會(huì)實(shí)踐中獲得的認(rèn)識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的綜合，傳統(tǒng)的知識(shí)生產(chǎn)方式主要是理論驅(qū)動(dòng)式的生產(chǎn)模式，這是一種精英化的知識(shí)生產(chǎn)方式。隨著大數(shù)據(jù)智能時(shí)代的到來，已經(jīng)形成了從人類獲取與產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)中提取知識(shí)的新途徑，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的知識(shí)已經(jīng)成為認(rèn)識(shí)人和社會(huì)的全新的知識(shí)來源。大數(shù)據(jù)為什么可以產(chǎn)生數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的知識(shí)呢？這是因?yàn)榇髷?shù)據(jù)具有三大特性：精準(zhǔn)數(shù)據(jù)追溯能力、協(xié)同數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)能力、可視化數(shù)據(jù)決策能力。大數(shù)據(jù)解釋了一種新的知識(shí)發(fā)現(xiàn)路徑，從海量的數(shù)據(jù)中挖掘出其背后具有規(guī)律性的“小模式”。例如，我所在團(tuán)隊(duì)針對(duì)福建省廈門市思明區(qū)教師三年的成長路徑數(shù)據(jù)挖掘出十條有效的發(fā)展路徑（見下表），這就是大數(shù)據(jù)背后發(fā)現(xiàn)的“小模式”，也是數(shù)據(jù)的一種高級(jí)表達(dá)形式。

從“現(xiàn)象—表征—樣貌—知識(shí)”的知識(shí)發(fā)現(xiàn)路徑，我們經(jīng)歷了經(jīng)驗(yàn)科學(xué)、理論科學(xué)、計(jì)算（實(shí)證）科學(xué)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型（大數(shù)據(jù)）科研四代范式。當(dāng)前我們正經(jīng)歷著第四代范式，與第三代研究范式相比較，其分析思路從“假設(shè)—驗(yàn)證”變?yōu)榱恕鞍l(fā)現(xiàn)—總結(jié)”，分析過程從“定性—定量—再定性”變?yōu)榱恕岸俊ㄐ浴?，邏輯關(guān)系從“分布理論—概率保證—總體推斷”變?yōu)榱恕皩?shí)際分布—總體特征—概率判斷”?？梢哉f，隨著研究水平的提高以及數(shù)據(jù)可得性、易得性的提升，我們的知識(shí)研究已經(jīng)發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變。