姚中喜

摘要：大數(shù)據(jù)的發(fā)展為教學(xué)管理提供了更多的管理手段，加快推進(jìn)教學(xué)活動與現(xiàn)代科技的融合。本文從大數(shù)據(jù)框架建設(shè)開始，介紹教學(xué)大數(shù)據(jù)建設(shè)的需要的底層平臺，教學(xué)大數(shù)據(jù)的分析數(shù)據(jù)源和教學(xué)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用場景等。主要介紹教學(xué)數(shù)據(jù)的采集、治理、存儲與檢索，結(jié)合學(xué)校自身業(yè)務(wù)系統(tǒng)對教學(xué)大數(shù)據(jù)分析所需要的各種結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)源分析，以及通過對業(yè)務(wù)系統(tǒng)梳理和對數(shù)據(jù)源的分析處理，通過大數(shù)據(jù)平臺運(yùn)用算法分析來實現(xiàn)對智慧教育模式的探索。

關(guān)鍵詞 大數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)治理 個性化教學(xué) 智慧教育

在中國教育行業(yè)的發(fā)展形勢上，自大數(shù)據(jù)的概念提出以來，中國大部分高校一直保持對其的高度關(guān)注。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的逐漸成熟，很多高校已經(jīng)開始了接受并建設(shè)了大數(shù)據(jù)模型。除此之外，有部分高校已經(jīng)開設(shè)了大數(shù)據(jù)相關(guān)的專業(yè)課程，同時部分高校也意識到了數(shù)據(jù)對于學(xué)校信息化建設(shè)的重要性，并建立了自己的大數(shù)據(jù)開發(fā)團(tuán)隊，對本校數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析及研發(fā)。

目前高校信息化建設(shè)都比較完善，包括“一卡通系統(tǒng)、教務(wù)系統(tǒng)、OA辦公系統(tǒng)、學(xué)工系統(tǒng)、成人教育系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、圖書館管理系統(tǒng)、人事系統(tǒng)、上網(wǎng)認(rèn)證系統(tǒng)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)、校園有線網(wǎng)、校園WiFi、數(shù)據(jù)交換平臺、財務(wù)系統(tǒng)”等，而且大部分業(yè)務(wù)系統(tǒng)已經(jīng)建設(shè)多年，并且學(xué)校目前已經(jīng)對部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了整理及標(biāo)準(zhǔn)化。應(yīng)該來說很多高校已經(jīng)積累了海量的教育數(shù)據(jù)，即學(xué)生服務(wù)類數(shù)據(jù)、學(xué)校管理類、教學(xué)類的數(shù)據(jù)都比較豐富。但是學(xué)校還未有效利用相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，并沒有能夠運(yùn)用已有的數(shù)據(jù)展現(xiàn)學(xué)?，F(xiàn)狀以及分析學(xué)校存在的風(fēng)險，展示學(xué)生學(xué)習(xí)過程、老師教學(xué)模式等的相關(guān)信息。

1教育大數(shù)據(jù)平臺框架

教育大數(shù)據(jù)平臺需要能夠有效采集和整合學(xué)校業(yè)務(wù)系統(tǒng)和硬件設(shè)備，建設(shè)學(xué)校統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)管理平臺，提供統(tǒng)一的接口開發(fā)應(yīng)用，為校學(xué)生、教師、院領(lǐng)導(dǎo)提供大數(shù)據(jù)服務(wù)。

基于學(xué)?，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)源，構(gòu)建統(tǒng)一的、分布式的教育大數(shù)據(jù)平臺，主要分為大數(shù)據(jù)倉庫建設(shè)和管理及大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分析建設(shè)，首先，在數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)建方面，通過采集數(shù)據(jù)源全量數(shù)據(jù)及增量數(shù)據(jù)，構(gòu)建學(xué)校原始大數(shù)據(jù)倉庫，從而更好的集中和積累校園應(yīng)用數(shù)據(jù)，為教育大數(shù)據(jù)分析和校園信息化發(fā)展提供數(shù)據(jù)的備份和積累;在原始數(shù)據(jù)倉庫的基礎(chǔ)上對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析和標(biāo)準(zhǔn)化處理，形成聚類數(shù)據(jù)倉庫，標(biāo)準(zhǔn)化校園的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，從而反推動校園業(yè)務(wù)系統(tǒng)的完善和標(biāo)準(zhǔn)化;分析校園大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)需求構(gòu)建業(yè)務(wù)模型，根據(jù)模型對標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析和關(guān)聯(lián)，形成應(yīng)用模型主題庫。并通過數(shù)據(jù)管理平臺對整個數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)建模清洗過程進(jìn)行圖形化配置、管理和應(yīng)用。

2教育大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)源采集

數(shù)據(jù)采集是指通過業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)、硬件設(shè)備數(shù)據(jù)等方式獲得的各種類型的結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化及非結(jié)構(gòu)化的海量數(shù)據(jù)，是教育大數(shù)據(jù)分析服務(wù)模型的根本。采用分布式高速高可靠數(shù)據(jù)采集、高速數(shù)據(jù)全映像等大數(shù)據(jù)收集技術(shù);高速數(shù)據(jù)解析、轉(zhuǎn)換與裝載等大數(shù)據(jù)整合技術(shù);設(shè)計質(zhì)量評估模型，開發(fā)數(shù)據(jù)質(zhì)量技術(shù)等。校內(nèi)信息采集與集成，完成校內(nèi)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，包括學(xué)校校務(wù)數(shù)據(jù)中心平臺、各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫;校內(nèi)各類非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，包括校內(nèi)各種互動教學(xué)網(wǎng)站內(nèi)容、學(xué)生等各類文檔、圖片、業(yè)務(wù)系統(tǒng)日志等采集和集成。

實現(xiàn)教育大數(shù)據(jù)分析接入的數(shù)據(jù)類型包括業(yè)務(wù)系統(tǒng)、硬件兩大類。學(xué)?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)源系統(tǒng)有：一卡通系統(tǒng)、教務(wù)系統(tǒng)、圖書館管理系統(tǒng)、人事系統(tǒng)、上網(wǎng)認(rèn)證系統(tǒng)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)、校園有線網(wǎng)、校園WiFi、財務(wù)系統(tǒng)、學(xué)工系統(tǒng)、成教系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，通過對學(xué)校的數(shù)據(jù)源分析，設(shè)計大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方案。

通過數(shù)據(jù)采集ETL工具庫，采集對數(shù)據(jù)中心內(nèi)外的全量及新增數(shù)據(jù)源，可采集學(xué)校各種類型的軟件、硬件設(shè)備數(shù)據(jù)和日志，教學(xué)平臺數(shù)據(jù)等海量分散數(shù)據(jù)，具有集中度高、采集速率快、可分配數(shù)據(jù)訪問權(quán)限、并具有詳細(xì)的采集日志等特點。在采集過程中，支持Socket、webservice、數(shù)據(jù)庫、FTP等常見對外接口。各采集頻率需要根據(jù)業(yè)務(wù)需求、數(shù)據(jù)量大小等靈活制定，可采集的數(shù)據(jù)類型包括分布式數(shù)據(jù)信息、關(guān)系數(shù)據(jù)庫中結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、各類半結(jié)構(gòu)、非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)、靜態(tài)及高低頻知識數(shù)據(jù)，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，以及第三方合作商提供的數(shù)據(jù)，并且能實現(xiàn)對數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控和迭代優(yōu)化。

3教育大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)智能存儲及檢索

智能存儲及檢索主要分為：數(shù)據(jù)的全量原始庫建設(shè)、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)倉庫建設(shè)、應(yīng)用模型主題庫建設(shè)、數(shù)據(jù)管理及檢索平臺建設(shè);針對采集的原始全量數(shù)據(jù)及增量數(shù)據(jù)構(gòu)建原始數(shù)據(jù)倉庫，實現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)和增量數(shù)據(jù)的全量數(shù)據(jù)備份，同時為校內(nèi)數(shù)據(jù)積累提供數(shù)據(jù)存儲;對原始數(shù)據(jù)倉庫數(shù)據(jù)清洗及標(biāo)準(zhǔn)化處理，如一卡通數(shù)據(jù)、互動教學(xué)平臺數(shù)據(jù)、教務(wù)系統(tǒng)是數(shù)據(jù)等海量分散數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗預(yù)處理，并分析適配，形成數(shù)據(jù)分析表、入庫存儲，對傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，也包括XML等半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，以及以視頻、音頻、文本和其他形式存在的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，將如殘缺數(shù)據(jù)、錯誤數(shù)據(jù)和重復(fù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，把結(jié)果集入庫，并記錄清洗結(jié)果，形成標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫倉庫，最后通過建模分析，針對模型建立模型分析主題數(shù)據(jù)倉庫。平臺同時提供高效的數(shù)據(jù)管理及檢索，可通過對數(shù)據(jù)平臺的授權(quán)向外提供數(shù)據(jù)訪問接口，實現(xiàn)訂閱式的數(shù)據(jù)共享。

4教育大數(shù)據(jù)平臺核心

教育行業(yè)大數(shù)據(jù)中的核心為算法的挖掘與應(yīng)用，針對教育大數(shù)據(jù)平臺，基于基礎(chǔ)模型和應(yīng)用模型采用類似機(jī)器學(xué)習(xí)算法、基礎(chǔ)算法、聚類算法、實時流計算等算法，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的建模分析。在數(shù)據(jù)挖掘中，將整體的分析和計算的框架分為三個層次來設(shè)計，數(shù)據(jù)層、算法模型層、使用層。

在數(shù)據(jù)層中，主要解決了數(shù)據(jù)的采集、調(diào)度、存儲等問題，采用了Hadoop框架搭建整體的計算、存儲框架，保證系統(tǒng)的高效計算以及可靠存儲，采用分布式框架，可保證系統(tǒng)的橫向擴(kuò)展和持久運(yùn)行。Hadoop框架中特有的并行計算和調(diào)度能力，保證了整個平臺的實現(xiàn)實時計算和實時交付的功能。

算法模型層主要功能在于積累了適合大數(shù)據(jù)不同功能以及實現(xiàn)不同計算效果，匹配不同模型的算法庫。在整個大數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，常見的需要用到的功能算法有時序分析、主成分分析、關(guān)聯(lián)和推薦、深度機(jī)器學(xué)習(xí)、統(tǒng)計、分類、聚類、回歸、特征工程、判別、信念網(wǎng)絡(luò)、圖計算等算法。

使用層主要針對前端業(yè)務(wù)應(yīng)用效果，開發(fā)對應(yīng)的開發(fā)和開放接口，對接響應(yīng)的模型算法，計算和呈現(xiàn)對應(yīng)的結(jié)果。提供機(jī)器學(xué)習(xí)算法庫，包含聚類分析、分類算法、頻度關(guān)聯(lián)分析和推薦系統(tǒng)在內(nèi)的常用機(jī)器學(xué)習(xí)算法。通過大數(shù)據(jù)平臺的深度挖掘和關(guān)聯(lián)分析，為全校師生員工提供數(shù)據(jù)服務(wù)以及綜合數(shù)據(jù)分析服務(wù)。

在設(shè)計數(shù)據(jù)模型之后，已經(jīng)確定業(yè)務(wù)概念、變量、業(yè)務(wù)規(guī)則，選擇合適的算法。數(shù)據(jù)挖掘中常見的算法有回歸分析、關(guān)聯(lián)分析、聚類分析、孤立點分析等。根據(jù)學(xué)校數(shù)據(jù)維度、業(yè)務(wù)邏輯開展為業(yè)務(wù)分析。

5教育大數(shù)據(jù)推動學(xué)校管理和教學(xué)走向智慧

智慧教育是當(dāng)前教育信息化的發(fā)展方向，也是教育信息化的美好期望，但要實現(xiàn)教育中的智能支持，大數(shù)據(jù)是必不可少的。近幾年以深度學(xué)習(xí)為代表的人工智能實現(xiàn)了突破，關(guān)鍵在于一方面是大規(guī)模并行計算能力的發(fā)展，另一方面是大數(shù)據(jù)的匯聚，通過深度人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的規(guī)律，從而獲得了智能，如語音自動識別、語言精準(zhǔn)翻譯、計算機(jī)視覺等。在教育領(lǐng)域，如果要全面了解學(xué)生，必須全面采集學(xué)生學(xué)習(xí)過程的各種大數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)擬合，形成模型。教育大數(shù)據(jù)匯聚應(yīng)用是智慧教育必經(jīng)的前置階段，依托大數(shù)據(jù)，逐步形成智能系統(tǒng)和智能裝備，為智慧教育發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

教育大數(shù)據(jù)是在教育活動運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)，它反映教育系統(tǒng)運(yùn)行過程中實時、真實的運(yùn)行狀況，蘊(yùn)含著教育系統(tǒng)運(yùn)行的內(nèi)在規(guī)律。通過數(shù)據(jù)挖掘，將這種規(guī)律及其演化趨勢可視化展現(xiàn)出來，使教育決策部門可以預(yù)測到學(xué)校教育發(fā)展的需求趨勢，從而進(jìn)行科學(xué)的教育決策與教育資源配置，實現(xiàn)事前預(yù)警，使得教育資源配置過程更迅速，甚至達(dá)到實時與即時性。

教育大數(shù)據(jù)使得教育管理決策更加科學(xué)。利用大數(shù)據(jù)可以深度挖掘教育教學(xué)數(shù)據(jù)中的隱藏信息，可以發(fā)現(xiàn)教育過程中存在的問題和關(guān)鍵點，提供決策來優(yōu)化教育管理。

教育大數(shù)據(jù)使得教育教學(xué)模式更加精準(zhǔn)，在教育教學(xué)方面，將從數(shù)字化教育走向基于大數(shù)據(jù)分析的智慧教育。通過大數(shù)據(jù)的群體分析抓住關(guān)鍵特征，教育更加高效、開放和多元，教學(xué)活動參與者之間的溝通更加通暢，互動更加深入。教師對教育教學(xué)過程的掌握從依靠經(jīng)驗轉(zhuǎn)向以教育數(shù)據(jù)分析為支撐。大數(shù)據(jù)分析還可以用于對教師的綜合評估，在跟蹤教學(xué)學(xué)情的過程中，用數(shù)據(jù)挖掘和分析等方法幫助教師分析教學(xué)方法和手段的有效性，使教師及時調(diào)整教學(xué)計劃和方法，提升自身教育教學(xué)的基本功、教學(xué)技能和學(xué)科素養(yǎng)。

教育大數(shù)據(jù)使得學(xué)生學(xué)習(xí)方式更加個性化，通過大數(shù)據(jù)學(xué)情分析，學(xué)生在移動終端或軟件等教學(xué)媒體上的數(shù)據(jù)可以被精確記錄下來，如點擊資源的時間、停留多久、問題回答正確率、回訪率和其他資源信息，通過學(xué)情數(shù)據(jù)可以找到學(xué)生的學(xué)習(xí)特點、興趣愛好和行為傾向。大數(shù)據(jù)學(xué)情分析使教育更加以學(xué)習(xí)者為中心，使集體教育轉(zhuǎn)向個性教育。同時還伴隨著教育者和學(xué)習(xí)者思維方式的改變，進(jìn)一步使個性化教育成為可能。

教育大數(shù)據(jù)使得教育評價方法更加公平，大數(shù)據(jù)支持的教育評價正在從“經(jīng)驗主義”走向“數(shù)據(jù)主義”，不僅表現(xiàn)在評價思維上，還包括評價方法上?；诖髷?shù)據(jù)的教育教學(xué)特別強(qiáng)調(diào)改變“唯成績論”的做法，評估不再僅僅是由考試成績、紀(jì)律評分、自評互評等手段的主觀傳統(tǒng)意義上的措施，而是由大量的過程數(shù)據(jù)感知得到，主客觀結(jié)合，過程結(jié)果評價結(jié)合，為實現(xiàn)教學(xué)評價的公正提供了依據(jù)，優(yōu)化了教學(xué)方向。

教育大數(shù)據(jù)使得科學(xué)研究路線更加客觀，大數(shù)據(jù)應(yīng)用強(qiáng)調(diào)自動的、連續(xù)的記錄和搜集的數(shù)據(jù)流，這比傳統(tǒng)調(diào)查數(shù)據(jù)更加客觀和中立。大數(shù)據(jù)還將改變傳統(tǒng)學(xué)術(shù)研究的過程，使得學(xué)術(shù)研究和信息技術(shù)、課題研究與實踐聯(lián)系在一起，讓教育科學(xué)研究路線更豐富。

在大數(shù)據(jù)時代，教師的工作不再簡單的是知識傳授，而是將知識的輸出形式變得多樣化，關(guān)注學(xué)生的個性特征。將統(tǒng)一形式、集體化的教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒓夹g(shù)支持下的教學(xué)。也就是說在了解學(xué)生的認(rèn)知能力和知識結(jié)構(gòu)的前提下，將知識進(jìn)行遷移、整合并進(jìn)行傳授。

互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的發(fā)展，還給我們帶來發(fā)展個性化教學(xué)的機(jī)會，可以說在教育學(xué)上是有非常大的意義的。大數(shù)據(jù)技術(shù)可以在教育平臺上跟蹤和關(guān)注老師和學(xué)生的教學(xué)、學(xué)習(xí)過程，記錄老師和學(xué)生的課堂表現(xiàn)以及課下行為的數(shù)字化痕跡，通過在教育活動中點滴微觀行為的捕捉，為教育管理機(jī)構(gòu)、學(xué)校、老師和家長提供最直接、客觀、準(zhǔn)確的教育結(jié)果評價等。可以說，大數(shù)據(jù)在教育領(lǐng)域的運(yùn)用是當(dāng)代教育發(fā)展的必然趨勢。

參考文獻(xiàn)

[1] 教育部.關(guān)于印發(fā)《教育信息化2.0行動計劃》的通知[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html，2018-6-30.

[2] 王盛之，毛沛勇.基于數(shù)字化教學(xué)案的智慧課堂互動教學(xué)系統(tǒng)實踐研究[J].教學(xué)月刊（教學(xué)管理）（中學(xué)版），2014（04）：51-55.

[3] 陳池，王宇鵬，李超，張勇，邢春曉.面向在線教育領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)研究及應(yīng)用[J].計算機(jī)研究與發(fā)展，2014（51）：67-71.

[4] 余勝泉，李曉慶.區(qū)域性教育大數(shù)據(jù)總體架構(gòu)與應(yīng)用模型[J].中國電化教育，2019（05）：18-27.