大數據驅動的城鄉教育優質均衡發展機制構建研究

王國霞 李馥蕙

（西北師范大學 教育技術學院，甘肅 蘭州 730070）

一、引言

城鄉教育非均衡發展一直是困擾我國教育改革與發展的重大問題。2019 年發布的《全國義務教育均衡發展督導評估工作報告》顯示，我國的義務教育已基本實現均衡發展，優質均衡將成為未來義務教育工作的重點。城鄉教育均衡發展邁向了新的臺階，高質量的教育成為人們追求的教育目標。

本研究通過文獻研究法對我國近5 年來城鄉教育優質均衡發展的論文進行了閱讀和分析以后，發現我國的城鄉教育優質均衡發展雖取得了一些成效，但也面臨著很多問題。具體表現在城鄉教育發展過程中的教育輸入、教育過程、教育結果三個方面。在教育輸入方面，由于教育推進機制的不健全，許多農村學校的學生大規模地涌入城鎮，導致城鎮學校學生人數眾多，而農村學校學生人數急劇減少。同時，農村學校的教師年齡結構、教師學歷水平、師生比例以及專任教師數量均低于城鎮學校。城鄉學校的學生生源和師資質量面臨著差異較大的狀況。在教育過程方面，農村學校采用教師講授為主、學生接受學習的教學方式，城鎮學校利用數字教材進行教學和學生自主學習。農村學校的教學質量顯著低于城鎮學校。同時，農村學校的教師參與決策指數、學校領導力以及校長輪崗指數與城鎮學校相比也仍顯落后。農村學校的管理水平急需得到進一步的提高。城鄉學校間的教學質量和管理水平面臨著差異較大的狀況。在教育結果方面，《中國農村教育發展報告2019》顯示，我國農村學生的學業水平達不到國家規定的及格標準，也在失去對知識的學習興趣。同時，農村學生的綜合素質和全面發展水平也有待提高。城鄉學校的學生學習質量面臨著差異較大的狀況。

在傳統的技術視野下，教育部門利用有限的調研數據和自身經驗促進城鄉教育的優質均衡發展。但這些有限的調研數據，存在著統計結果不全面、不準確以及延時性等缺陷，這嚴重阻礙了教育工作的順利和高效開展。大數據技術是一種“以證據為本”的技術。它可以突破人們經驗、常識以及主觀臆斷帶來的局限性，能夠全面真實地刻畫事物的特征、現狀以及發展趨勢。這有助于城鄉教育優質均衡發展過程中學校教學、校園管理、學生學習數據的真實記錄和分析，從而有效地為城鄉教育的優質均衡發展提出新的思路和解決措施，提高教育質量，最終促進城鄉教育的優質均衡發展。

二、城鄉教育優質均衡發展機制的內涵與特性

（一）城鄉教育優質均衡發展機制的內涵

教育均衡是指在平等原則的支配下教育機構、受教育者在教育活動中平等待遇的實現（包括建立和完善確保其實際操作的教育政策和法律制度），其最基本的要求就是在正常的教育群體之間平等地分配教育資源和份額，達到教育需求與教育供給的相對均衡，并最終落實在人們對教育資源的支配和使用上[1]。優質均衡是教育均衡發展的高位階段，也稱為“高位教育均衡”。優質均衡的核心是優質，優質是指作為結果的教育質量的均衡發展。而教育質量包含于整個教育服務過程中，體現在教育輸入、教育過程、教育結果三個方面。其中教育輸入的質量主要偏重于教育的“軟件”，包括學校的辦學理念、學校的辦學目標與辦學特色、學校的文化與傳統、師資隊伍、學生生源等；教育過程的質量主要有教學質量、德育質量和管理質量；結果質量包括人才培養質量和滿足社會的教育成就[2]。城鄉教育優質均衡發展就是要在教育輸入、教育過程和教育結果三個方面達到動態互動的統一發展。

“機制”一詞最早源于希臘文，原指機器的構造和動作原理。對“機制”有兩種理解：一是機器由哪些部分組成和為什么由這些部分組成；二是機器是怎樣工作和為什么要這樣工作[3]。把機制的本義引申到不同的領域，就產生了不同的機制。本文中的城鄉教育優質均衡發展有效機制主要指利用大數據技術的優勢，對城鄉教育過程中教育輸入、教育過程、教育結果三方面的信息進行有效挖掘和分析，針對可視化的結果，采取有效的措施，提高城鄉之間的教育質量，最終實現城鄉教育的優質均衡發展。

（二）城鄉教育優質均衡發展機制的特性

1.精準性

精準性是城鄉教育優質均衡發展機制的基本特性。通過對學校教學、校園管理、學生學習等方面的數據進行收集和分析，能夠深入了解城市與農村在教育發展上的一些現實差距問題。進而針對這些問題，在不同的干預時機內采取不同的干預措施進行干預，最終實現城鄉教育的優質均衡發展。例如大數據技術可以動態追蹤教師的教學過程，并對這些過程性的數據進行挖掘和分析，建立干預模型，進而有效提升教師的教學效果。

2.智能性

城鄉教育優質均衡發展機制是一個智能性的系統。它采集城鄉教育優質均衡發展過程中教育輸入、教育過程、教育結果的信息是智能的，進行教育信息的建庫是智能的，教育信息分析和結果可視化是智能的。研究者通過不同的管理平臺利用不同的采集技術對城鄉教育優質均衡發展過程中的數據進行采集之后，系統會自動對其進行清洗和預處理，從而形成針對不同內容的信息庫，并對信息庫中的內容進行分析和挖掘，實現結果的智能可視化。同時系統中一旦出現影響城鄉教育優質均衡發展的顯性數據，就可以啟動干預機制，提醒有關工作者進行智能處理。

3.反饋性

反饋性是指城鄉教育優質均衡發展機制是一個能有效根據干預結果提供反饋的機制。比如經過數據分析以后，系統顯示學生的學習成績不高可能是由于教師專業發展水平不夠的問題。在對教師進行一定的專業能力和專業知識的培訓之后，對學生的學習結果進行測評，從而判斷學生的學業成就。同時，城鄉教育優質均衡發展機制是一個不斷發現問題并加以調整的系統。通過對城鄉教育優質均衡發展過程中的數據進行不斷采集、不斷發現新的問題，進而調整干預的措施，實現城鄉教育優質均衡的協調發展。

三、大數據驅動的城鄉教育優質均衡發展機制構建

（一）大數據驅動的城鄉教育優質均衡發展機制的理論依據

1.教育公平理論

教育公平是指個體在接受教育的權力和機會條件方面的平等性，是大數據驅動的城鄉教育優質均衡發展機制構建的理論基點。瑞典著名教育家胡森認為，教育公平分為“起點公平、過程公平、結果公平”三個階段。教育起點公平是指每個個體都能克服經濟、家庭、階層等現實因素的影響，平等地享有受教育的權力和機會；教育過程公平是指個體在受教育過程中受到公平的對待，強調關注學生的發展需求；教育結果公平是指個體最終能獲得符合自身特點的個性化教育，自身潛能得到充分發揮[4]。在大數據驅動的城鄉教育優質均衡發展機制運作時，研究者要面向全體學生，在教育起點、教育過程、教育結果三個方面做到教育公平，確保每個學生都能享受到公平公正的教育。

2.系統科學理論

系統是由相互聯系、相互依賴和相互作用的若干要素或部分結合而成的具有特定功能的有機整體[5]。任何系統的整體功能都等于各部分要素的功能相加之和。在大數據驅動下的城鄉教育優質均衡發展機制中，要將數據采集子系統、信息庫子系統、數據分析子系統、可視化展現子系統、干預子系統、干預效果測評子系統等各要素視為一個有機整體。這些要素之間相互配合，共同作用，一起促進城鄉教育的優質均衡發展。

3.協調共生理論

共生是指共生單元之間，在一定的共生環境中按某種共生模式形成的關系[6]。它包括共生單元、共生模式和共生環境三個要素[6]。共生單元之間的物質、信息和能量的交流越豐富，共生關系就越牢固。在城鄉教育優質均衡發展的過程中，中心城市、中小城鎮及農村就是城鄉共生系統中的共生單元。教育各要素要在這個共生單元中進行合理配置，進而縮短城鄉之間的教育差距，促進城鄉教育的優質均衡發展。

（二）大數據促進城鄉教育優質均衡發展的可行性分析

目前，城鄉教育優質均衡發展的機制研究大多是通過政府宏觀指導、財政和師資力量進行支撐以及教育管理監督體系作為保障去實施的。而大數據技術應用于城鄉教育優質均衡發展的機制研究較少。大數據技術是教育信息化2.0 時代下的一種智能技術，它的本質是發現海量的數據背后所蘊含的價值信息，并對這些價值信息進行干預，從而起到促進事物發展的作用。在城鄉教育優質均衡發展的過程中，大數據技術能夠從教育輸入、教育過程、教育結果三個方面去促進教育質量的提高，進而達到城鄉教育的優質均衡發展。在教育輸入方面，大數據技術通過對城鄉學校的學生數量、學生特點和學生結構進行分析，從而科學測算和調整學校的教育資源，達到城鄉學校學生生源均勻分布的目的。也可對城鄉學校的教師數量、師生比例、教師年齡結構、教師學歷水平等進行挖掘和分析，從而合理規劃師資質量，確保城鄉師資質量的精準分配。在教育過程方面，大數據技術可以動態追蹤教師的教學過程，對教師課堂前、課堂中和課堂后的教學信息進行精準診斷和分析，并采取一定干預手段，提升教師的教學水平。也可對城鄉學校的管理信息進行跨平臺的檢索和操作，獲取的是全面的管理信息，提高了學校的管理水平。在教育結果方面，大數據技術可以動態追蹤學生的學習過程，通過對學生的學習過程進行診斷和分析，發現學生學習過程當中存在的不足，建立學習干預模型，進而提升學生的學習效果。

（三）大數據驅動的城鄉教育優質均衡發展機制的結構設計與實施

當前，一些學者對城鄉教育優質均衡發展機制的研究已經有了初步的探索。薛海平和李巖在分析了中國城鄉義務教育均衡發展預警機制的內涵和建設思路后，指出城鄉義務教育均衡發展預警工作系統包括信息來源系統，預警監測指標系統，信息的收集、分析、發布和反饋系統，報警系統以及預警防范措施系統等五大系統[7]。趙雪梅和趙可云在相關學業預警系統研究的基礎上，構建了基于教育大數據的農村留守兒童學業預警系統。其系統包括數據采集、信息庫、數據分析、可視化反饋、預警與干預、干預效果測評六個子系統[8]，旨在提升農村留守兒童的學業成就水平。彭飛霞通過對基于大數據的高校精準扶貧機制的內涵和特性進行分析以后，構建了基于大數據的教育精準扶貧機制。該機制包括建立大數據收集中心、布局大數據收集系統、協同處理數據、數據的校準與核實、依托大數據設計精準扶貧手段、提供反饋以驗證效用等部分[9]。這可以有效提升高校扶貧資源的分配效率，確保高校教育扶貧工作的順利展開。李振超和陳琳等人構建了大數據支持的數字化學習發展性評價系統。該系統由測評功能子系統、采集與存儲子系統、分析子系統和反饋子系統構成[10]。楊麗娜等人在辨析了大數據背景下不同層次個性化學習內涵的基礎上，構建了大數據驅動的個性化學習服務體系。該體系由數據層、分析層、服務層和用戶層構成[11]，旨在提升學生的個性化學習服務效果。

綜上所述，大數據驅動的教育機制構建研究中，應首先確立數據指標體系，對數據進行采集和處理，并存儲到信息庫中；然后利用大數據技術對各類數據進行分析和結果可視化；最后將可視化的結果反饋給不同的用戶，進而實施有效的干預。因此，本研究在此基礎上，并借鑒大數據技術體系框架[12]和城鄉教育優質均衡發展的相關研究，構建了大數據驅動的城鄉教育優質均衡發展機制。該機制包括數據采集、信息庫、數據分析、可視化展現、干預、干預效果測評六個部分。其中大數據技術體系框架如圖1 所示。大數據驅動的城鄉教育優質均衡發展機制如圖2 所示。

1.數據采集子系統

數據采集子系統可以通過在線學習與管理平臺、教務系統、攝像機、智能錄播系統、視頻監控、可穿戴設備等，并利用物聯感知技術、視頻監控技術、智能錄播技術、情感識別技術、圖像識別技術（網評網閱技術、點陣密碼筆技術與拍照搜題技術）、在線學習與管理平臺技術、日志搜索分析技術與網絡爬蟲采集技術等采集教師教學、學生學習、校園管理等方面的數據。比如智能錄播系統可以采集課堂教學過程中的音視頻信息，全真再現課堂教學的全過程。在線學習類平臺可以采集課程的學習數據，如課程的基本信息、學生的學習成績、課程作業等。在線管理類平臺可以采集有關財務、人事、科研、學籍等方面的信息。通過對這些不同類型的數據進行采集并分析，可以實現城鄉教育優質均衡發展的精準干預。

本研究采用馮建軍教授提出的義務教育質量均衡指標框架作為城鄉教育優質均衡發展的數據來源。該框架由教育輸入的質量、教育過程的質量和教育結果的質量三大部分構成。教育輸入的質量主要從學校特性、師資隊伍、學生來源三個維度進行采集，如表1 所示。教育過程的質量主要從課程與教學、德育工作、質量管理三個維度進行采集，如表2 所示。教育結果的質量主要從個適性結果、內適性結果和外適性結果三個維度進行采集。其中又分為靜態結果和增值結果。靜態結果反映教育質量達到的實際水平，增值結果反映教育質量前后比較的增長情況[13]，如表3 所示。通過對采集的到教育輸入、教育過程、教育結果三方面的數據進行綜合分析和評估，可以實現城鄉教育優質均衡發展的精準干預。

表1 教育輸入數據及數據指標[13]

表2 教育過程數據及數據指標[13]

表3 教育結果數據及數據指標[13]

2.信息庫子系統

為了保證數據的一致性、完整性和可信性，在建立信息庫子系統之前，需要對數據進行清洗和預處理。將不同來源與類型的數據整合成單一且便于處理的數據，如對數據進行去重、異常值處理、歸一化處理等。然后將這些整合好的數據分類存儲到分布式數據庫中。每個不同的分布式數據庫都包含不同的內容，如教學資源庫、管理信息庫、學生學習庫等。并且信息庫會隨著教育數據的持續采集而增量更新，同時保證學校各應用系統間的互通，實現學校與學校之間、學校與區域之間、區域與區域之間的信息共享。

3.數據分析子系統

數據分析是從海量數據中發現隱含的、不平凡的、具有價值的規律或模式[14]。它可以利用內容分析法、語義分析法、社會網絡分析法對學習者產生的知識、行為數據進行識別分析，利用面部表情識別、語音情感識別、內容挖掘等來識別學習者的語言、文本中所蘊含的情緒信息，根據分析測量結果對學習知識、行為、情感進行預測和干預，為學生提供量身定制的教育[8]。管理者也可利用數據挖掘與統計分析的方法去了解學校的教育管理情況。比如科研、人事、學籍等的日常管理狀況，從而做出有效的決策和管理。教育部門也可對學生生源和師資力量進行數據分析，提出有效的政策和措施。

4.可視化展現子系統

數據可視化是指將結構或非結構化的數據轉換成適當的可視化圖表，然后將隱藏在數據中的信息直接展現在人們面前，是一種關于數據視覺表現形式的科學技術研究[14]。應用可視化技術對所有學習分析相關人員都十分有用。可以追蹤學習者學習行為，了解學習者的學習狀態，提供給學習者學習的診斷信息，幫助學習者制定符合自身發展的學習路徑。可以展示教師教學過程中的某些特點，幫助教師對教學行為進行診斷，采取合理的措施來提升課程績效，提高學習者的學習效果。可以給有關教育研究者提供決策的依據，幫助其進行宏觀上的教育調控和管理。也可以給家長展示子女在校的學習情況、課程參與情況和情感變化等，通過家長的鼓勵、關懷，激發學生的學習興趣和提高學習成效。

5.干預子系統

干預子系統是城鄉教育優質均衡發展的核心環節。干預需要不同的社會成員之間的共同努力。不同的社會角色需采取不同的干預時機、干預內容和干預方式對影響城鄉之間教育優質均衡發展的因素進行干預，達到城鄉教育之間的真正均衡。學生根據可視化得到的信息，采取不同的學習方法、學習工具提高自己的學習績效，同時也可與學習伙伴進行線上和線下的學習交流和答疑，進行學習資源推薦等。教師可適當調整自己的教學方式，反思自己課程教學過程中存在的問題，同時積極地參加學校的交流培訓活動，并與其他教師進行學術上的溝通，達到改變自己教學效果的目的，更好地服務于學生的學習。管理者則可從宏觀上對學校進行調控，比如學校德育工作的建設、學校的校本研修活動、學校辦學目標的制定等。教育部門可以合理調整學校教師和學生的容量，確保學生生源和教師質量的均勻分配。家長可根據孩子的在校情況，對其進行心理疏導和課外輔導，培養孩子樂觀自信的品格和提高孩子的學業成就水平。

6.干預效果測評子系統

大數據驅動的城鄉教育優質均衡發展機制是一個循環往復的系統。因此，研究者根據可視化展現得到的信息對其進行干預后，需要對干預效果進行測評，對比干預前后的狀態是否發生變化。若干預效果不理想，需要進行二次干預，循環往復直至解決問題，達到滿意的效果。

本研究構建的大數據驅動的城鄉教育優質均衡發展機制提高了教育質量，促進了城鄉之間教育的優質均衡發展。在教育輸入方面，系統通過對學生來源和師資隊伍的數據進行采集和分析以后，合理安排了學生生源和師資隊伍，確保了城鄉學校學生生源的均勻分布和師資質量的精準分配。在教育過程方面，系統通過對課程與教學和質量管理的數據進行采集和分析以后，提高了學校教師的教學質量和管理水平。在教育結果方面，系統通過對學生的學習結果數據進行采集和分析以后，采取合理的干預，提高了學生的學習績效。

四、大數據驅動的城鄉教育優質均衡發展機制的保障

大數據驅動的城鄉教育優質均衡發展機制中標準與規范是整個系統的基礎，以保障各個環節之間以及整個系統教育數據的融通和共享。安全與監控貫穿整個流程，以保證教育數據各個環節的安全性和可控性[12]。具體來說，大數據驅動的城鄉教育優質均衡發展機制有效實施的條件如下。

（一）規范數據開放接口，建立融通的校園系統

數據兼容性問題是我們推進大數據教育應用過程中重點關注的問題。研究表明，數據互通在一定程度上成為教學與學習分析系統共通共用、普及推廣的障礙。不同的數據存儲系統中數據編碼和數據格式不統一，數據無法實現遷移和共享。因此，大數據驅動的城鄉教育優質均衡發展機制運行時，應規范數據開放接口，各個系統之間建立統一的數據平臺，保證校園不同系統教育數據的融通和共享。教育數據的融通和共享是大數據驅動的城鄉教育優質均衡發展機制有效運行的前提。

（二）多方人員共同參與，獲取更多的均衡發展機會

優質均衡是城鄉教育均衡發展的目標。只有多方人員參與到城鄉教育優質均衡發展的目標當中，才能促進城鄉教育的優質均衡發展。學習者通過機制可以了解自己的學習與心理狀態，及時采取方法調整自己的學習路徑與心理狀況。教師是課堂教學活動的傳授者和組織者，可根據機制展現的課堂教學狀況，對自己的教學內容和教學方法做出調整，提高課堂教學效果。管理者可宏觀上對學校的管理情況做出優化和改革，制定出符合每個學校的管理制度和章程，提高學校的管理水平。父母通過機制可以了解子女的學習情況與心理需求，給予他們一定的支持和鼓勵，幫助他們實現全面發展。不同的主體在大數據驅動的城鄉教育優質均衡發展機制中都有不同的作用。他們是缺一不可的，只有通力合作，才能確保城鄉教育優質均衡發展機制的高效運行。

（三）建立安全與監控機制，保證信息安全

《促進大數據發展行動綱要》指出，在推動教育數據共享與開放的同時，要建立大數據安全保障體系，保證信息安全。大數據時代的城鄉教育優質均衡發展涉及教育輸入、教育過程、教育結果數據的收集、存儲與分析，不同內容的數據都面臨著信息安全的挑戰。為更好地應對挑戰，安全與監控應貫穿于機制的每個環節，對各個環節教育數據的安全性進行總體控制。也應制定合適的倫理規范，對每個環節的參與主體起到道德約束的作用。安全與監控和倫理與規范一起促進大數據驅動的城鄉教育優質均衡發展機制的正常運行。

五、結語

大數據驅動的城鄉教育優質均衡發展機制可以精準發現城市與農村在教育優質均衡發展過程中存在的現實差距與問題，并根據這些問題采取有針對性的干預，最終促進城鄉教育的優質均衡發展。但應意識到技術不是唯一決定論，教育的發展具有不可預測性和多樣性，不能陷入數字和技術的謎團中，而應對教育的各種要素進行綜合考慮。也應在機制的運行過程中，嚴格遵守技術標準與倫理規范，避免由于技術應用而造成的深層次的社會問題和學生活動透明化而帶來的倫理道德問題。