大數據與智慧教育*

柯清超

（華南師范大學 教育信息技術學院，廣東 廣州510631）

數據已逐漸成為信息時代社會發展最重要的資產，但在另一面，各種網絡終端激增生成的海量數據，在網絡世界中表現出無序生成與泛濫的特征：體量浩大，非結構化，價值大密度低，人們期望找到一種能夠更加“智慧”的方式處理這些數據。2008年IBM公司提出了智慧地球（Smart Planet）的概念，采用新的信息處理技術把大量收集到、感知到的數據進行匯聚與分析，為人類生產、管理、消費等不同領域提供“智慧”，為人類社會實現所謂的智慧城市、智慧交通、智慧醫療等等。而作為在教育領域的延伸，“智慧教育”也同樣成為了教育信息化發展的最新愿景。

一、大平臺大數據對教育信息系統的重構

實現智慧教育的前提是應用新思維、新技術，重構已有教育信息系統，推動教育數據的匯聚、存儲與處理，形成教育大平臺與大數據。國家教育信息化規劃中提出來的“兩平臺”（國家教育資源公共服務平臺、國家教育管理公共服務平臺）建設、基于云計算理念的智慧校園建設、大規模開放在線課程教學實踐，在教育信息化建設的不同層次上為建設教育領域的大數據邁出了有歷史意義的一步。

1.國家教育信息化“兩平臺”與大數據匯聚

國家教育資源公共服務平臺、教育管理公共服務平臺是目前國家在建的兩個教育大平臺，其目標是匯聚教育管理、教學支持領域的海量信息，形成有效支持教育教學過程、教育管理的教育大數據。其中國家教育資源公共服務平臺采用資源征集、資源匯聚、資源共建、資源捐贈幾種方式實現教育教學資源數據的匯聚；國家教育管理公共服務平臺采用學生和教師 “一人一號”、學校“一校一碼”的思路，全面準確地匯聚全國學生、教師和學校辦學條件的動態數據。這些大數據成為我們觀察、監測教育系統的“顯微鏡與儀表盤”，成為智能化教育分析與決策的基石。

2.云計算理念下的“智慧校園”建設

傳統的數字校園建設導致大量的信息孤島與數字鴻溝，云計算為新時期的教育信息化建設帶來了新思路。“集中力量辦大事”、“集中建設、分散使用”的建設方式，將更有利于教育信息資源的收集、存儲、共享與應用，有利于形成區域性的教育大數據。基于教育云的信息化系統建設，對傳統的校園網絡系統進行重新整合與優化，將促進學校教育系統的深刻變革。應用云計算技術開發的教育信息服務平臺，有助于將越來越龐大復雜的教育管理、教務教學、課改教研、教育資源、安全管理等應用，抽象為簡單、個性化、智慧型、支持多終端且具有良好用戶體驗的應用，讓每一個用戶都可以通過個人電腦、移動終端、數字電視等設備訪問所關注的教育服務，最終實現任何人在任何時間、任何地點，以任何方式開展的數字化學習。

3.基于開放資源與網絡自組織的社會化課程學習

近年來大量涌現的網絡自組織學習模式、MOOC（Massive Open Online Course）社會化學習模式，以更大范圍的開放、深度協作為基礎，聚合了大量的非結構化教育數據，如開放教育課程資源、網絡學習過程數據等等，突破了以學校傳統課程體系為核心、以LMS（Learning Management System）為基礎的網絡課程模式。社會化深度協作的開放式教育平臺，實現了人類有史以來最大范圍的教育資源分享與教育合作，是大數據時代的課程教學大平臺。

二、基于學習分析技術的智慧教育教學

教育信息化語境中的“智慧教育”最早是受“智慧地球”概念的啟發而延伸過來的。IBM公司倡導的“智慧地球”是應用物聯網、移動通訊、智能分析等新一代信息技術，促進世界更全面地互聯互通，改變政府、企業和人類的生產、協作與管理方式，讓所有事物、流程、運行方式都實現更深入的智能化，最終讓人類能夠更透徹地感應和度量世界的本質和變化。智慧教育的本意也是應用新一代信息技術，變革今天依然停留在工業時代的“教學工廠”式學校教育，提升教育系統的效率和智能化程度，為信息社會培養適應時代發展的人才。隨著教育信息化的發展，不同國家、不同研究團體也將賦予智慧教育不同的內涵，它最終將是信息時代教育發展的一種形態，是未來教育的常態。

1.智慧教育的發展愿景

最早倡導智慧教育概念的是IBM公司，IBM公司認為未來智慧教育的內涵是[1]：（1）以學生為中心：教學活動以學生為中心而設計；關注個性化學習與發展；（2）實時統計與分析：對教學、教育資源的科學分配、集中管理、實時監測；“對教學效果和學生學習進展與技能水平的實施評估和考量；針對不同角色的實時的統計分析，支持管理方（教育局）、服務方（學校、第三方教育機構）、公眾等多視角多層次的統計分析；（3）集成管理：對教學過程和管理過程的集成化操作和處理；對教育輔助設施的智能化管理；對優秀教育教學管理體制、流程和規范的快速復制和推廣；對個人和群體教育信息的完整性記錄和管理；（4）多樣化的互動式體驗：多樣化的教學工具和方式；無地域和時間限制的公眾在線學習；互動式的、體驗式的教學模式；（5）共享資源：高度集成的資源共享；隨處隨時可得的優質資源。

韓國政府發展智慧教育（SMART Education）的目標是培養在21世紀社會中能夠引領國際社會，具有創造力和個性的全球化人力資源。韓國認為SMART Education=Intelligent Customized Teaching&Learning[2]，即智慧教育是智能化的、可定制的個性化教與學。SMART的內涵包括：Self-directed（自我導向）；Motivated with fun（通過興趣激發學習動機）；Adaptive based on level（支持分層適應式教學）；Resource Free（豐富的免費教學資源）；Technology embedded（技術融入）。

臺灣學者張奕華則把SMART Education中的SMART 闡釋為[3]：Student-centered approach（以學生為中心的教學）、Motivate students to learn（通過多元取向引起學生學習動機）、Accessing online education（無處不在的學習機會）、Resource availability and diversity（豐富的學習資源）、Technology support and service（技術支持與服務）。

由此可見，智慧教育發展的愿景是在新一代信息技術支持下，尊重每位學習者的個性化與多元化發展需要，創建智能化的教育環境，推動信息時代的教與學變革，以最有效的方式促進學習者的知識建構與智慧發展。

2.學習分析技術解決問題的途徑

基于大數據的數據挖掘與學習分析技術是實現智慧教育的兩大基石。根據Johnson等學者對學習分析技術（Learning Analytics）的定義，學習分析指的是對學生生成的海量數據進行解釋和分析，以評估學生學業進展，預測未來表現，并發現潛在問題。數據可以來自學生的顯性或隱性學習行為，如完成作業、參加考試、參與課外活動、論壇發帖等。目前學習分析技術已引起全球教育界的關注，美國教育部教育技術辦公室2012年10月發布的 《通過教育數據挖掘和學習分析提升教與學 ： 議 題 簡 述 》 （Enhancing Teaching and Learning Through Educational Data Mining and Learning Analytics:An Issue Brief）一文，提出應用數據挖掘和學習分析技術解決教學實際問題的一些基本途徑，明確了學習過程八大領域問題的解決途徑[4]：學習者知識模型（學習者的前序知識、高層次思維掌握情況如何）；學習者行為建模（學習者的學習行為是否是主動、有意義的）；學習者學習體驗建模（學習者對學習體驗滿意嗎？）；學習者學習檔案（學習者喜歡加入什么樣的學習小組？）；知識領域建模（如何保證學習內容符合學習者認知層次？如何建立這些學習內容的學習路徑？）；學習要素和設計原則分析（哪些要素能提升學習者的學習？哪些設計最符合學習者？）；趨勢分析（哪些方面發生變化了？如何發生變化的？）；適應性和個性化分析（如對學習者的下一步建議等）。

3.可汗學院的學習分析技術

廣受全球關注的可汗學院的成功有三個因素：微課堂式的授課課件、顛覆性的教學流程（由傳統的教學過程優化為技術支持的“先學后教”）、學習分析技術的應用。可汗學院平臺提供了強大的學習分析功能，其教學活動分為學業成就（Accomplishments）、重要統計（Vital Statistics）、社區（Community）三個部分，每次進入學習頁面都提示“建議的下一個學習活動”。系統隨時監測各學習者的行為，如教師發現某個環節或知識點的教學視頻被學生們反復瀏覽和點擊時，要意識到這可能對學生而言是一個學習難點，或者自己的講解有問題，需要據此調整教學。可汗學院為應用學習分析技術促進教學提供了一個典型、成功的案例。

三、智慧教育的發展路徑

信息技術對教育的“革命性影響”產生了沒有？如果要讓這種“革命性”影響發生，教育信息化的發展路徑是什么？“翻轉課堂”、MOOC等新型教學模式讓人們看到了希望，但如何讓工業時代的學校教育模式真正適應信息時代人才培養的需要，使其發展成為信息時代的智慧教育模式，還需要教育界不斷探索，在制定清晰的發展路徑的基礎上，進行廣泛深入的實踐。

1.以促進智慧學習（Smart Learning）為核心

美國教育部在 《美國教育技術發展計劃2010》（簡稱NETP2010）中，提出了以“應用技術推動學生的學習”作為促進美國教育系統變革的路徑，其關鍵是以使用技術幫助學生改善學習為起點，讓學生掌握適應信息時代的學習與生存方式，從而促使傳統教學做出改變，繼而促使課程、教師、學校、政策等要素做出相應的變化[5]。這一路徑基本包括[6]：（1）建立面向 21世紀的學習模型。重新審視信息時代的學習目標，人們需要學什么和怎么學，21世紀需要怎樣的學習，信息時代需要什么樣的學習方式，其最終目標是將21世紀的技術引入到有意義學習中，推動和鼓勵每個年齡段的學生取得成就，讓所有學習者在校內外都享有參與式的學習體驗，使其成為全球性網絡社會中積極的、富有創造力的、有知識、有道德的參與者；（2）用技術支持學習評價。其目標是各級教育系統將充分利用技術的力量來測量各要素，尤其是學生的21世紀技能和復雜思維能力，并使用評價所得的數據來促進教育系統的持續改進。（3）應用技術促進教師專業發展及課堂教學方式變革。技術可以為教師團隊提供各種支持，包括教學資源的獲取、教師間的協調、師生的互動等，幫助學校發展具有在線教學技能的師資力量。NETP2010提出了一個連接課堂教學、社區學習、資源環境的“聯結”教學模型，通過網絡虛擬環境和在線社區來連接教學、教師與學習者，實現學生的個性化學習、增強學生的學習動機。（4）完善信息化基礎設施。為促進學生的學習與教師的有效教學，通過整合新一代網絡技術、云計算技術、開放教育資源等，為師生提供隨時隨地的支持服務。（5）不斷測量和改進教育系統，提高學校的生產力。用技術重構教育系統的基本過程與結構，從衡量“在座位上的學習時間”轉移到衡量“學習效率”，充分利用技術來改善學習結果。這種由“轉變學習方式”驅動的發展路線，是一種“自下而上”的變革模式，它對推動我國智慧教育的發展有著非常積極的借鑒價值。

2.基于云計算的信息化建設模式

基于云計算、傳感技術、物聯網和海量信息處理等新技術的教育系統讓教育信息化進入了全新發展的階段。利用云計算對傳統的教育信息系統、校園網絡系統進行整合與優化，建構教育云服務平臺，形成新一代的數字校園系統、智慧校園系統，實現對教育信息系統的重構，聚合更大范圍的教育資源，建立可流動、可獲取、可應用的大規模非結構化教育數據，形成教育大數據，以支持教育教學的智能決策、實施、評價等全過程。在教育云時代，數字校園不再孤立，所有的教師、學生都能隨時隨地共享優質的教育資源，教育大數據將有助于推動教育評估、教育決策，創新教育實踐，為教育教學過程的智能化支持提供了巨大機遇。

3.大數據支持的課程教學模式創新

借助海量開放教育資源、大平臺（如國家資源公共服務平臺），學生不再局限于在課堂上進行學習，云平臺的各種資源為學生提供了一個無墻的課堂。各種新型的課程教學方式，將突破學校教學時空的局限，推動學校的教學模式由封閉走向開放。在課程教學組織方式上，從結構化良好的封閉式課堂教學逐步發展到半開放的混合式課程、完全開放的社會化課程教學，教學時空、師生關系進一步多元化。如翻轉課堂拓寬了課堂的教學時空，構建了一個 “半開放式”的教學系統；MOOC課程則是完全依賴于網絡的社會化學習，是基于自組織的深度協作式、開放式教學。在課程評價方式上，借助于基于大數據的學習分析技術，對學生的知識建構與復雜能力評估，將為學生學習提供更加個性化、有效的支持，實現“智慧化”學習。這些課程教學模式的創新豐富了智慧教育的內涵和實踐。

四、結束語

大數據時代的教育創新以變革工業時代的 “教學工廠”，構建適應信息時代人才培養需要的教育模式為根本目標，智慧教育將是教育信息化發展的新階段，是人文、科技與教育的高度融合，也將是信息時代教育發展的未來。

[1]IBM.Education for a Smarter Planet The Future of Learning[EB/OL].http://www.ibm.com/smarterplanet/us/en/education_technology/ideas/.

[2]SunghoHwon,PPT:Educational Technology in Korea,Issues&Challenges,2012.

[3]張奕華.智慧教育與智慧學校理念[J].中國信息技術教育,2013,(6):15-17.

[4]U.S.Department of Education Office of EducationalTechnology.Enhancing Teaching and Learning through Educational Data Mining and Learning Analytics:An Issue Brief[DB/OL].http://www.ed.gov/edblogs/technology/files/2012/03/edm-la-brief.pdf.

[5]柯清超.技術推動的教育變革與創新[J].中國電化教育,2012,(4):9-13.

[6]U.S.Department of Education Office of Educational Technology.Transforming American Education:Learning Powered by Technology [DB/OL].http://www.ed.gov/sites/default/files/netp2010.pdf