基于大數(shù)據(jù)的個性化教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用

鄧志龍

(陜西學(xué)前師范學(xué)院,陜西 西安 710100)

0 引言

在素質(zhì)教育以及教育領(lǐng)域信息化發(fā)展的雙重影響下,教學(xué)工作需要為學(xué)生提供適合的針對性教育,確保學(xué)生能夠主動積極參與到知識學(xué)習(xí)的過程中,促進(jìn)學(xué)生綜合能力的發(fā)展。 以前的班級授課制的教學(xué)模式,因為忽視學(xué)生在學(xué)習(xí)能力、基礎(chǔ)知識積累等方面的個性差異,無法滿足現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對于人才多元化培養(yǎng)方面的具體需求。 云計算、物聯(lián)網(wǎng)和教育大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展,使得個性化教學(xué)得到了對應(yīng)的技術(shù)支持。 本文通過研究大數(shù)據(jù)下的個性化教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用,為今后我國大數(shù)據(jù)的個性化教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)、推廣應(yīng)用提供參考。

1 大數(shù)據(jù)背景下的個性化教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)、應(yīng)用的價值

1.1 消除數(shù)據(jù)資源的孤島現(xiàn)象

在以前的教育信息化工作中,教師對互聯(lián)網(wǎng)資源在教育學(xué)生中的重要價值已經(jīng)形成了正確的認(rèn)識,并力求使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行教學(xué)資源的收集和拓展。 但因為教學(xué)資源體系的建立缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致不同領(lǐng)域、不同系統(tǒng)的教學(xué)數(shù)據(jù)資源出現(xiàn)了明顯的孤島化發(fā)展現(xiàn)象,對個性化教學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生一定的阻礙[1]。大數(shù)據(jù)下個性化教學(xué)系統(tǒng)的建立,能夠幫助一定區(qū)域內(nèi)的學(xué)校結(jié)合具體的教材內(nèi)容以及學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況,綜合收集以及共享有關(guān)教學(xué)方面的資源,打破了以前各部門之間收集資源的信息孤島現(xiàn)象,能夠持續(xù)拓寬大數(shù)據(jù)下的教學(xué)資源體系。

1.2 有助于學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)展

教學(xué)活動具體包括教師的教學(xué)以及學(xué)生的知識學(xué)習(xí)兩個部分,教師的教學(xué)將會對學(xué)生的知識學(xué)習(xí)質(zhì)量產(chǎn)生明顯影響。 在素質(zhì)教育的要求下,教師需要高度關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)素質(zhì)、學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)能力等方面的培養(yǎng)。 大數(shù)據(jù)下的個性化教學(xué)系統(tǒng),能夠通過學(xué)生賬號的登錄以及學(xué)習(xí)過程中諸如出勤、作業(yè)完成率、考試成績等多項數(shù)據(jù)的收集和分析,幫助教師建立班級學(xué)生的成長檔案,結(jié)合學(xué)生在能力發(fā)展方面的差異,給出針對性的指導(dǎo),從而推動學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)展。

1.3 促進(jìn)學(xué)生評價的個性化發(fā)展

在以前的傳統(tǒng)班級知識授課管理工作模式下,教師對于學(xué)生的評價更加傾向于學(xué)生的考試成績,忽視了學(xué)生學(xué)習(xí)中的態(tài)度、行為、作業(yè)完成率等數(shù)據(jù)的收集和分析,導(dǎo)致教師對于學(xué)生的發(fā)展評價出現(xiàn)了片面化傾向[2]。 大數(shù)據(jù)下的個性化教學(xué)系統(tǒng)的建立,能夠及時地收集學(xué)生的基礎(chǔ)信息、歷史基礎(chǔ)信息以及學(xué)習(xí)過程中的考勤、作業(yè)和參與課堂提問等數(shù)據(jù),通過全方位的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)挖掘分析,能夠推動學(xué)生評價體系的多元化發(fā)展,并幫助教師針對學(xué)生成長給出客觀公正的評價,從而幫助學(xué)生在獲得成就感的同時,針對其發(fā)展中的薄弱處予以彌補(bǔ)。

2 大數(shù)據(jù)下的個性化教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計分析

2.1 系統(tǒng)的總體功能設(shè)計

技術(shù)背景下的個性化教學(xué)系統(tǒng)可以分為客戶端、表示層、服務(wù)層、資源層 4 個部分。 客戶端需要由教師、學(xué)生和管理員利用瀏覽器訪問。 表示層為客戶端提供各種個性化的界面和內(nèi)容,系統(tǒng)中的其他功能模塊需要通過導(dǎo)航首頁點擊進(jìn)入導(dǎo)航頁面,在進(jìn)入導(dǎo)航頁面之前需要通過賬號密碼的身份認(rèn)證,確保系統(tǒng)結(jié)合數(shù)據(jù)庫內(nèi)儲存的權(quán)限為登錄的賬號分配對應(yīng)的導(dǎo)航頁面[3]。 服務(wù)層又可細(xì)分為應(yīng)用和公共服務(wù)層兩個部分,應(yīng)用服務(wù)層主要負(fù)責(zé)為教師提供有關(guān)教學(xué)工作應(yīng)用的相關(guān)功能,又可以細(xì)分為學(xué)習(xí)模塊和交流模塊兩部分。 學(xué)習(xí)模塊的存在能夠通過資源共享、信息交互、教學(xué)質(zhì)量評估等幫助學(xué)生完成知識的學(xué)習(xí);交流模塊是學(xué)生針對某一問題進(jìn)行相互討論和交流的主要功能區(qū)域,具體包括了大數(shù)據(jù)的信息推薦、教學(xué)論壇以及教師在線實時解答等。 公共服務(wù)層的存在為應(yīng)用服務(wù)層的運行提供必要的基本公共服務(wù),與教學(xué)應(yīng)用之間的關(guān)聯(lián)不夠密切,通常包括了信息的篩選、智能引導(dǎo)、資源管理等模塊。 系統(tǒng)資源層也是數(shù)據(jù)層,主要是將用戶信息、學(xué)習(xí)檔案、資源庫和解答題庫等各種信息進(jìn)行保存和寄存,將學(xué)生通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)掌握知識的水平進(jìn)行記錄并形成對應(yīng)的檔案,這也是學(xué)生進(jìn)行信息個性化篩選和開采的重要基礎(chǔ)條件。

2.2 大數(shù)據(jù)推薦模塊設(shè)計

大數(shù)據(jù)下的個性化教學(xué)系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)推薦模塊具體包括了用戶的特征生成、信息匹配以及生成推薦3部分。 系統(tǒng)可以通過用戶興趣和使用需求數(shù)據(jù)的全方位分析,結(jié)合已有的算法進(jìn)行計算,并在科學(xué)提取統(tǒng)計分值的前提下,為學(xué)生展示最優(yōu)的推薦結(jié)果。 大數(shù)據(jù)推薦模塊在具體工作的過程中,包括以下3 個分析流程:第一,用戶特征向量的生成。 用戶在登錄個性化教學(xué)系統(tǒng)后,包括用戶個人的愛好、使用數(shù)據(jù)等在內(nèi)的行為特征,系統(tǒng)會逐漸將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)并生成與之相對應(yīng)的特征向量。 第二,推薦結(jié)果的初步篩選。 系統(tǒng)可以結(jié)合數(shù)據(jù)的類別,初步選擇與用戶特征向量較為相似的數(shù)據(jù)并形成對應(yīng)的表格。 第三,最終的推薦結(jié)果選擇。 大數(shù)據(jù)推薦模塊需要對經(jīng)過初步推薦結(jié)果所生成的數(shù)據(jù)表進(jìn)行全方位的統(tǒng)計和排列,借此得出最后的推薦結(jié)果[4]。 這種大數(shù)據(jù)推薦模塊的數(shù)據(jù)分析流程,綜合考慮了模塊在性能、成本投入、載重等方面的因素,并且保證了整個教學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定流暢地運行。系統(tǒng)在日志創(chuàng)建的過程中,能對日志中各字段的名稱和詳細(xì)形式進(jìn)行科學(xué)及時的確定。 在成功進(jìn)行用戶推送后,系統(tǒng)可以自主進(jìn)行后續(xù)的分析工作,并將最終的數(shù)據(jù)結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫中。 在完成用戶分析工作后,內(nèi)容的推送可以通過實時在線和離線的方式完成,實時推送的時長一般維持在3～5 s。

2.3 教學(xué)質(zhì)量評價模塊設(shè)計

教學(xué)質(zhì)量評估模塊作為教師針對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行客觀公正評價的重要模塊,有著明顯的交互性和使用性特征,具備教學(xué)反饋、監(jiān)督課堂紀(jì)律、智能考勤等多種功能,可以細(xì)分為學(xué)生、教師、教務(wù)、教室4 個層面的終端,每個終端和服務(wù)器都可以借助移動網(wǎng)絡(luò)同時進(jìn)行連接。 客戶端和教室終端的開發(fā)能夠在綜合運用云服務(wù)器建立后臺數(shù)據(jù)的前提下,形成完善的教學(xué)質(zhì)量評估模塊。 系統(tǒng)可以通過圖像處理技術(shù)將教室終端的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行收集,并且這一模塊也可以在客戶端、教室終端、數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)傳輸中發(fā)揮相應(yīng)的作用[5]。 設(shè)置在教室場所的教室終端具體包括了網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)收集、終端管理和幀處理4 個功能模塊,云服務(wù)器可以將相關(guān)的管理信號下達(dá)到網(wǎng)絡(luò)通信子模塊,經(jīng)過處理后將其傳遞到終端管理子模塊。 在教室終端運行的過程中,數(shù)據(jù)收集子模塊可以結(jié)合收到的管理信號進(jìn)行課堂教學(xué)數(shù)據(jù)的收集,在完成數(shù)據(jù)收集后,幀處理模塊可以按照時間順序進(jìn)行圖像的主幀截取,并進(jìn)行圖像的科學(xué)判斷,以此加快對視頻流的處理。 客戶端同樣可以分為教師、教務(wù)和學(xué)生3 個部分,主要負(fù)責(zé)信息的發(fā)送、接收和顯示。 云服務(wù)器可以接收并返回不同終端發(fā)來的圖像和文字信息,數(shù)字也能夠在各終端上接收和顯示。 在教學(xué)質(zhì)量評估模塊中,云服務(wù)器主要是針對接收的考勤、聽課率、課堂行為等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并通過反饋單元反饋最終結(jié)果到客戶端。

3 大數(shù)據(jù)下的個性化教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用分析

3.1 教學(xué)工作模式的變革

大數(shù)據(jù)下的個性化教學(xué)系統(tǒng)能夠在全方位采集學(xué)生學(xué)習(xí)情況的同時,借助其中的分析和預(yù)測功能,有效變革之前班級制授課的模式,推動學(xué)生個性化教育工作的發(fā)展。 大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)等現(xiàn)代化學(xué)習(xí)模式的綜合創(chuàng)新應(yīng)用,實現(xiàn)課前預(yù)習(xí)、課中的知識學(xué)習(xí)以及課后鞏固的有效銜接,與學(xué)習(xí)過程相關(guān)的數(shù)據(jù)能夠及時地反饋到學(xué)生終端上,確保學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位得到應(yīng)有的尊重,并為其提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)建議。 教學(xué)內(nèi)容也可以由教師結(jié)合平常的測驗或者經(jīng)過考試所得的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析進(jìn)行重難點教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整,并同步優(yōu)化相關(guān)的教學(xué)方法和策略,教師能夠在結(jié)合學(xué)生具體需求的情況下,有效掌控整個教學(xué)過程。

3.2 學(xué)習(xí)資源的個性化推送

大數(shù)據(jù)個性化教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用,能夠?qū)γ恳晃粚W(xué)生的隨堂測驗、單元測試、作業(yè)、考試等相關(guān)的過程數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位記錄,并且這些數(shù)據(jù)也能夠進(jìn)行知識點的標(biāo)簽化處理,確保教師能夠了解到學(xué)生每一學(xué)科甚至每一個單元知識點的具體掌握狀況。 因為學(xué)生對于知識點的掌握程度存在著明顯的差異,個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)對學(xué)生進(jìn)行的資源推送也存在著明顯的不同,可以幫助學(xué)生利用系統(tǒng)推送的個性化學(xué)習(xí)資源進(jìn)行自我提升。 學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的考試、作業(yè)、測試報告也可以在系統(tǒng)后臺進(jìn)行分析,教師可以通過報告數(shù)據(jù)信息及時查看了解學(xué)生的學(xué)情,在掌握學(xué)生知識點薄弱部分的同時,向?qū)W生推薦與錯誤知識點完全匹配的同一種類型的練習(xí)題,確保學(xué)生能夠進(jìn)一步地進(jìn)行知識練習(xí)和鞏固。

3.3 學(xué)情的預(yù)警和決策應(yīng)用

大數(shù)據(jù)下的個性化教學(xué)系統(tǒng)能夠幫助教師完成學(xué)情預(yù)警,并做出正確的教學(xué)決策,教師也可以利用系統(tǒng)針對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和相關(guān)數(shù)據(jù),進(jìn)行全方位收集和可視化處理,確保教師能夠結(jié)合已有的教學(xué)經(jīng)驗以及學(xué)生的實際情況,對學(xué)生的學(xué)習(xí)方式以及學(xué)習(xí)行為進(jìn)行干預(yù)。 教師可以利用個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的學(xué)情大數(shù)據(jù)采集技術(shù),對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行持續(xù)跟蹤和記錄,針對學(xué)生出現(xiàn)的各種學(xué)習(xí)問題及時提供指導(dǎo),防止出現(xiàn)學(xué)習(xí)問題沉淀的現(xiàn)象。 教師也可以結(jié)合學(xué)習(xí)過程評價的最終結(jié)果,將不合格的學(xué)生視為需要重點干預(yù)的對象,根據(jù)學(xué)生在知識學(xué)習(xí)上的特點,制定針對性的教學(xué)及學(xué)習(xí)方案。 學(xué)生也可以登錄個性化教學(xué)平臺,通過觀看知識學(xué)習(xí)進(jìn)度條進(jìn)行自我控制和監(jiān)管,也可以在與其他學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度條對比的前提下,激發(fā)學(xué)生的良性競爭心理,自主投入知識學(xué)習(xí)中,逐步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量。

4 結(jié)語

大數(shù)據(jù)個性化教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用,符合素質(zhì)教育背景下推動學(xué)生個性化發(fā)展的要求,可以在學(xué)生學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)全方位收集的基礎(chǔ)上,幫助教師科學(xué)評價學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量,制定針對性的干預(yù)策略,轉(zhuǎn)變以前班級制的傳統(tǒng)授課方式,確保學(xué)生能夠針對自身知識學(xué)習(xí)和掌握薄弱處進(jìn)行彌補(bǔ)。 在今后的大數(shù)據(jù)個性化教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用的過程中,校方需要注重與其他學(xué)校合作拓展教學(xué)資源,教師需要注重個性化教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用和優(yōu)化學(xué)習(xí),發(fā)揮教學(xué)系統(tǒng)在推動學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量和效率提高等方面的作用。