建構大數據 實現個性化學習
——玉環縣城關一中學習分析系統建設案例

管紅增

（玉環縣城關一中，浙江臺州317600）

建構大數據 實現個性化學習
——玉環縣城關一中學習分析系統建設案例

管紅增

（玉環縣城關一中，浙江臺州317600）

提升教學有效性、促進學生個性化發展已成為我國現階段教育發展的核心關鍵詞，更是實踐教育信息化無可回避的議題。本文以玉環縣城關一中數字化校園建設的嘗試為例，探索如何在數字化環境下挖掘、采集、建構“大數據”，揭示數字化環境中個性化學習的規律，以期為理論研究者提供真實的案例，為其他教育改革實踐者提供必要的經驗參考。

大數據；個性化學習；“玉環e學堂”；有效教學

一、研究背景與實施目的

當前，我國教育信息化發展進入了以支持有效教學、促進學生個性化發展為核心訴求的新階段[1]。《教育信息化十年發展規劃(2011-2020年)》在基礎教育信息化發展水平框架中提出，學校教育教學方式的變革要在學生多樣性、個性化學習方面的改變上取得突破[2]。如何真正實現個性化學習，建構教育大數據是基石。教育者通過采集、挖掘、建構學生大數據，開展基于證據的學情分析，依據學習者的學習行為分析其知識基礎和認知能力，進而為其提供個性化的學習內容和課程資源，量身定制與眾不同的學習策略和學習方法，促進學生個性化發展。

玉環縣城關一中地處城區、規模較大，是一所頗具影響力的初級中學。八年級（10）班學生舒蘭蘭是一位勤奮好學，成績中上的同學。進入初二后，班主任在德育管理平臺上發現舒蘭蘭最近常出現遲到、上課注意力不集中等現象，進一步通過學習分析系統發現其學習成績有明顯的退步，知識點雷達圖顯示其各學科知識點掌握均有明顯的偏離狀況。這些變化引起了班主任的重視。通過和舒蘭蘭的面對面溝通，了解到她平時作業量很大，功課都要做到晚上12點，碰到不懂的題目也無法向人請教，更找不到要加強的知識點。由于不知該從哪里入手，學習盲目性、重復性很大，致使她失去了學習的動力和方向。班主任協同課任教師利用學習分析系統，對該同學的知識體系架構進行了精細化的分析，發掘出她學習的薄弱點，為她制定了一套個性化的自主學習方案，利用城關一中的“玉環e學堂”自主學習平臺，通過課前學案、微課、練習自測，課中解惑答疑，課后個性化作業、資源等推送學習對她進行全方位的學習指導。經過一段時間的線上線下混合型學習后，蘭蘭同學終于尋找到適合自己的學習方法。

舒蘭蘭同學的“問題”在學校教育中屢見不鮮，而傳統的課堂教學未能給出行之有效的解決辦法。基于此，玉環縣城關一中創新性地推出了一個自主學習智能云平臺——“玉環e學堂”。

“玉環e學堂”是一套基于大數據的學習分析系統。該系統通過多渠道、多平臺采集、挖掘、建構大數據，進而開展學生學情分析，精細化地描述學生的整體學習狀況，借自主學習平臺和自適應學習測評輔助系統，設計、實施線上線下的混合性學習，最終開啟校本的個性化智能學習時代。“玉環e學堂”主要由德育行為平臺、學習分析平臺、自主學習平臺、自適應測評系統和社區EQ學習即時通工具架構而成。其如圖1所示。

圖1 “玉環e學堂”基本架構

研究、構建“玉環e學堂”的目的在于：針對初中生個性化發展的需要，借助數字化校園建設，促進技術與教育教學的深度融合，在實踐中探索數字化環境下個性化學習的組織方式、課堂教學模式、學生管理機制（干預機制、獎勵機制），探討從根本意義上進行改革學生學習方式的教學的研究和構建學生個性學習方式的有效路徑，揭示數字化環境下個性化學習的規律。

二、設計思路與運行模式

“玉環e學堂”的基本架構和關鍵模塊以提升教學有效性、促進學生個性化發展為目的。因此，該平臺的設計和運行也處處以個性化學習為主軸、出發點和歸宿。以“玉環e學堂”的設計思路和運行模式為例，詳細探討個性化學習的基本規律，以期為理論研究和教學實踐提供參考。

數據的采集、挖掘與數據庫的建設部分其實是個性化學習系統最重要的核心部分。考試、課堂、師生互動、校園設備使用、家校關系、在線學習……只要技術能達到的地方，各個環節都將滲透大數據。“一張試卷，它帶給我們的數據是什么？分數的背后，還能讀到什么有價值的信息？不得不承認，對于學生，我們知道的太少。”——這是卡耐基在梅隆大學教育學院介紹中的一句感慨，這同樣是美國十大教育類年會中出鏡率最高的核心議題[3]。

學校利用德育、學習、在線學習、在線測評等平臺和電子書包、常規考試等渠道獲取學生的各種基本數據。舉例來說，教育者可通過學校德育管理平臺的關鍵因素（如遲到、學習態度、課堂表現變化、活動參與度等）預測模式確認學生的學習狀態；可利用微格教室對學生在課堂中的點滴微觀行為進行捕捉，了解學生對知識的掌握程度及感興趣程度，進而反思教師的教學是否滿足了學生的需求：可以利用電子書包，對學習行為進行實時記錄與處理，則課堂中學生與學習內容的實時交互、練習評測的即時反饋和學習交流的同步互動三個方面就有了龐大的數據基礎。教師也可以通過在線自適應監測系統挖掘整理特定數據，比如在一次考試中，學生個人和整體在每道題上花費了多少時間？最長的是多少？最短的是多少？平均又是多少？幫助教育工作者理解學生為了掌握具體學習內容而進行學習的全過程，有助于向其提供個性化的學習模式。

立足布魯姆的目標分類法原理，結合教育測量學與教育統計學相關理論，通過基礎數據的深度挖掘，橫向比較、縱向跟蹤教學質量，實現對教學質量及時有效的監測、診斷和反饋。城關一中教師利用電子書包和網上閱卷系統，結合手工輸入，將考試的小題分、總分和知識點及對應的分值都一一錄入平臺，在教學質量分析系統里可以產生近150張圖表，在學校、年級段、班級、教研組、教師、學生等多個層面都可以產生相應的表單以供高質量、精細化的分析。（如圖2、圖3所示）

圖2 “玉環e學堂”知識雷達圖

圖3 知識點掌握情況精細化分析

通過對學生的學業成就和教師教學質量開展科學的量化分析，教育者得以對學生具體知識點掌握程度和認知水平加以評估，分析學生特定時間段內的學習質量狀況，從而精確把握學生學業成就的變化趨勢及其與教師有效教學策略的關系。同時，先進的學習分析平臺優勢有力地支持和推動了學習監督和學生管理等其他方面的工作。

（1）讓家長和學生隨時了解學生在校的學習狀況，進行個人成績的實時分析和長期跟蹤，隨時獲得有效的學業質量反饋信息。

（2）讓教師隨時發現其所教班級在年級段中的實際狀態，從多角度、多方位對班級的整體實力進行綜合的分析，及時了解和分析其班級在整個學業階段的教學質量的變化趨勢，通過對知識點的分析，隨時了解教學目標的達成度。

（3）讓學校教育行政管理人員能隨時跟蹤教師的教學質量改善狀況，進行試卷分析、雙向細目表分析、ABC上線分析和上線跟蹤，發現教師在教學過程中存在的問題，有效地監測教師的教學質量，精確分析教學質量的現狀和變化趨勢，及時進行教學反思和教學評價，為教學質量從簡單化管理到精細管理提供高效強力的評測工具。

（4）借助于學習分析系統，學校在學業質量分析的基礎上進一步整合學生完成作業、參加考試的小題得分、課外活動等數據和信息，對較大范圍內的多種數據進行統整、關聯和解讀，通過基于證據的精細化分析來評估學生的學習興趣和學業進展，并預測未來可能的表現，同時發現學生潛在的問題，使教師和學校能根據學生不同的學業水平和個性發展需求提供個性化的學習方案。

“玉環e學堂”的德育平臺涵蓋德育工作組成員、德育紀事、班級德育管理、綜合查詢等部分，通過值日教師、任課教師、德育處的數據記錄構建城關一中學生德育“大數據”，在日常德育管理流程中實現三向互動。（如圖4、圖5）

圖4 學生德育數據庫

圖5 城關一中德育工作平臺

（1）值日管理中，值日教師每天將學校當中方方面面的德育管理數據（四項競賽結果、值日反饋等）錄入德育平臺，使班主任得以及時了解學生在自己眼力所及范圍之外的動態，并通過德育平臺與德育處進行互動，共同了解學校的德育狀況，并協同處理學生的違紀問題。

（2）班級管理中，每個班主任定期將班級數據（包括學生基礎信息、學生違紀、學生獎勵、學生家訪、班級工作計劃等）通過德育平臺進行存儲，建立起完善的學生資料檔案。這不但能對學生的表現進行跟蹤，還能對其身心狀況進行長期的縱向和橫向的比較，有力地保障了班主任對班級整體狀況的掌握，更能幫助班主任了解重點學生的身心變化。

（3）德育科研中，德育處定期將學校優秀班主任的工作心得和教育隨筆刊登在德育平臺上，讓所有班主任共享優秀的班級管理資源，在平臺中暢所欲言，取長補短。同時，學校還通過德育平臺的數據對班主任工作進行考核，讓班主任在你追我趕中，自我鍛煉，爭優創先。

“玉環e學堂”的資源管理包括資源瀏覽、資源搜索、資源管理、資源審核、資源目錄、資源調整、回收站等部分，通過對教師的教案、課件、試卷、素材等資源的電子化管理，實現各種資源有效的存檔，便于教師的檢索和學習。目前，學校的校本學科資源建設已達到500G，下階段將投資建設140臺教師云桌面和教室云桌面，引入云計算，讓教職工可在能上網之處用數字設備訪問共享桌面，實現互聯學習、移動辦公。

城關一中當前的校本學科資源建設主要體現在教學資源方面，特別是題庫系統和微課資源建設上。建設中的題庫系統由三大類信息組成：自適應測評資源庫、學習者記錄庫和知識庫。自適應測評資源庫是經過測量校正的試題及其屬性參數的集合：學習者記錄庫中存儲著績效信息，堅持系統評價過程和指導者的人工介入相結合；知識庫代表知識、信息和在學習體驗中使用的其他各種學習資源。各個庫中的內容都有一定的規范性，但這種規范性易于掌握，所以這樣內容可由系統根據一定的原理動態改寫，也可在一定的授權范圍內由指導者編輯改寫，還可根據情況由維護管理人員編輯改寫等，因而具有較強的開放性。題庫系統不同于當前網絡環境下的普通題庫，后者只是把原來以紙質教輔教材為載體的試題內容進行了電子化的加工，使其可在計算機或者網絡上進行傳播和展示，但是，從學習的本質上來看，這只是一種“內容搬家”并不能有效提升教師的教學質量或徹底變革學生的學習方法；而自適應測評資源庫包含著諸多學習元數據信息，如對應的知識點、難易程度、解答思路等，可根據學情分析和學生需求為其設計推送合適的學習材料。

“玉環e學堂”自主學習智能云平臺是一個結合自適應學習測評輔助系統和EQ學習即時通工具，基于Web的教學平臺。它主要由四大模塊組成：①內容傳遞模塊，負責管理、維護、傳遞個性化的學習內容與評價給學習者，以支持學習者的學習行為。②學習者數據庫，存儲學習者在學習系統時間標記時刻的學習輸入和學習行為數據。③自適應模塊，根據預測模塊的運行結果，觸發內容傳遞模塊，再根據學習者的學習水平和興趣，推送合適的學習內容給學習者。④干預模塊，允許教學管理者自適應系統實施人為干預。圖6所示即為四大模塊共同作用下，為學習者呈現的個性化學習平臺。

圖6 個性化學習平臺

三、實施成效與反思討論

經過近三年的建設、調整，城關一中的個性化學習智能云平臺暨“玉環e學堂”在提升教學有效性、促進學生個性化發展方面取得了不俗的成效，也帶動了學校數字化校園建設、教師專業成長、家校互動合作等多方面工作。

（1）有效監測促進學生發展。在大數據的支持下，“玉環e學堂”的資源管理和數據分析模塊可根據需要對上至學校課程建設，下至課堂教學互動的學生信息進行基于證據的精細化分析。無論是學生、教師還是學校都能從中得到有關學習行為和學習結果的及時反饋，從而使學習監督和學生德育更有效果，也更有效率。同時，該平臺還為每個學生架構了豐富多彩的個人空間，提供“我的知識圈”、“錯題集”、“反思集”等附屬服務，更好地滿足其自主學習的需要。

（2）及時診斷把握教師成長。持續關注大數據時代教育變革的未來學者魏忠博士指出，當前最嚴重的問題不是資源的缺乏，而是一群毫無天賦的教師在錯誤的方向上不斷地辛勤工作。[4]以錯誤的方式將過時的知識教授給學生，這必將導致一種令人震驚的結果，學校將針學習者造成傷害而不是使其得到發展的地方。[5]而及時反饋、多元評價、準確診斷成為尋找“正確的方式”的重要手段之一。自主學習智能云平臺幫助教師全面掌握整個班級和特定學生的實際狀況，及時了解教學目標達成度，反思自身在教學中的得失。在這一過程中，教師強化了“以學生為中心”的學生觀，更新了數字化時代的知識觀，學會了運用多媒體和網絡制作微課，最重要的是發掘了教師在變革的教育中有別以往的應然角色。在全新觀念的引領下，城關一中教師的專業成長勢頭十分喜人，獲得全國公開課比賽二等獎等重要成果。

（3）催生互動緊密家校合作。學生的健康成長離不開學生、教師、學校、家長、社區多方面的共同努力，如何建立緊密通暢的家校溝通渠道、如何找到并回應家長最關心的問題、如何從簡單的信息分享擴展為有目標、有計劃、有實施的深度家校合作，這些都是擺在學校面前的重大難題。利用EQ即時通，家長能夠隨時了解學生的在校狀況，并結合其校外表現，與學校共同制訂針對性的問題解決方案，監督方案實施，反饋實施效果。這一模式在青春期心理輔導、應試壓力疏導等德育方面的作用更為明顯。

（4）文化品牌反哺學校建設。經過三年的探索與實踐，“玉環e學堂”早已深入城關一中校園生活的各個層面，這種以數字化為特色的教育模式已經成為響亮的文化品牌。而這一文化品牌形成的個性化、精細化、云端化的氛圍反哺學校建設，使城關一中無論是在學生學業成就與個性化發展、教師專業成長、學校課程建設、家校互動合作、硬件設施建設、數字平臺完善等諸多方面都展現出獨特的風貌，獲得了教育同行和社會各界的好評與支持。學校作為“英特爾”未來教育試點學校、浙江省第二批數字化校園建設校、臺州市數字化校園建設示范校，接待了省市各級教育局、兄弟學校的參觀，并在浙江省數字化校園建設成就展、臺州市數字化校園建設中期成果展及數字化教育論壇等較高水平的學術活動中做特色展示與報告。

玉環縣城關一中的成功是多方面因素共同作用的結果。但從“玉環e學堂”本身來說，最樸素而根本的原因在于其緊緊扣住了“大數據”時代的脈搏，在各模塊的設計與實施中凸顯了“基于大數據”的特點，也一定程度上契合了數字化環境下個性化學習的必要條件。

（1）“互動性”。建構主義學習理論指出，學習不是知識傳授的過程，也不是簡單的技能操練的過程，而是學生憑借原有經驗對新信息進行意義的理解、改造與建構的過程。因而，建構是個人化的，是不斷豐富發展的，需要通過個人的多樣化學習體驗來實現，包括學習者與學習對象（內容）、學習伙伴（伙伴學習者）、學習指導者（老師）的互動。但現實中，這些互動往往受到時間、空間、個體條件的限制。利用電子書包、自主學習云平臺和EQ即時通，“玉環e學堂”最大限度突破了課堂內外教師、學生、學習內容互動上的種種局限。目前，全校2000多名師生已全面開通自主學習平臺和EQ教學即時通，每天有千人在線學習、完成作業，學校、家庭、社區自發形成了EQ學習群。

（2）“智能性”。“大數據”之所以被命名為“云”就在于信息數量的龐大和信息間的“關聯”。通過關聯，從龐大的信息中準確篩選數據按需加工，形成“客制化”的數字服務，并以“自適應”的方式呈現出來——這才是“智能”的基本概念。在“玉環e學堂”中，這樣的“人機對話”集中體現在：自適應學習系統挖掘采集、即時統計、精細化分析、直觀呈現學生學習數據；在此基礎上，系統為每個學生推送的針對性的練習內容，從而避免了無謂的低效練習，有利于實現減負與增效；隨后教師利用計算機輔助開展評價，從簡單的判別提升到科學的基于證據的表現性評價，極大改進了評價過程，提高了評價的效率與質量；這些高效優質的評價信息作為學習結果反饋重新充盈了每個學生的個人數據庫，作為下一輪“自適應”的信息源。在信息化時代來臨之初就有學者斷言，人工智能永遠無法取代人類，因為一切科技都是為人服務的。在這里也一樣，人本主義和建構主義的旗幟高揚，學習的主體、課堂的主體、學校生活的主體是學生，以大數據為基礎的云平臺的智能性也只有在使每一個學生都能學有所專、學有所長、學有所用的方面才有價值。

（3）“豐富性”。目前，城關一中的自主學習云平臺已積累了可觀的資源。題庫、微課、教案、課件等均按照教材目錄編排，已收納初中三個年級所有科目幾千個知識點，題庫10萬道，還有200個覆蓋這些知識點的微課。此外，資料管理系統與德育工作平臺也收納了大量的教學、德育、科研工作信息。這些信息來源充分、形式多樣、數量龐大，其“豐富性”顯而易見。但“豐富性”的內涵遠不止于此，豐富的本質在于選擇。正是教師和學生的不同選擇形成了許許多多專屬的、與眾不同的分析報告和學習方案，這些“不同”極大地擴充了“豐富性”的外延。可以說，若不追求“自主”，若不提倡“個性化”，若沒有“自適應”，“豐富性”就無從體現，更無從實現，反之亦然。

（4）“開放性”。開放性是網絡最基本的特征，開放意味著沒有局限，借由網絡，時間、空間、人際、自我的各種阻隔都被打破，學習者、教師、學習內容間的互動因而愈發流暢起來。開放還意味著不斷從外界汲取新的信息更新、重構自我，這正是建構主義知識觀所提倡的學習方式，也是自主學習的理論基礎和應然態度。開放更意味著分享，意味著行動，意味著每個人都不是學習的旁觀者。因此，開放性也是互動性、智能性、豐富性的基礎，是自主學習和個性化學習得以實現的基礎——打破傳統教育的種種桎梏，將學習的主動權真正置于學習者手中。

這些特質也逐漸滲透到城關一中校園生活每個角落，成為學校各項工作穩步發展的基石和動力。當然，經過幾年的運行實踐，“玉環e學堂”也留下了許多值得反思的問題和急需應對的挑戰，總結來說就是“技術因人而異”：其一，技術的挑戰。以大數據為基礎的“個性化”以海量數據的擁有為基礎。因此，數據采集、存儲、處理和分析的技術挑戰是固有的，長期的，并將隨著云平臺建設的步伐日益凸顯。這既涉及計算機硬件的負荷與運算能力，也涉及數據的兼容與共享，更是計算法模型構建和數據庫理論假設框架構建的問題。其二，人的挑戰。這既是說人的技能與素養需要隨之變化，由此帶來了職場學習、終生學習的需要，也是說人的認識與觀念需要發生轉變，由此引發的自身定位的迷失也是不容忽視的。在這一過程中，不管是內部還是外部，教師的壓力是可想而知的，如何平衡自身不同社會角色實在需要好好斟酌，而學習者如何擺脫額外的認知負荷也是值得關注的問題。其三，價值觀的挑戰。在這里，我們關注的不是技術的開發者、使用者，而是技術對應的客體。在保證海量的數據能夠為學習者提供滿意的針對性服務的同時，我們必須特別警惕信息與技術的誤用和濫用。而技術理性對自然理性的驅逐，人的數據化、碎片化也是另一個潛在的危險。

我們已進入一個“數據驅動學校，分析變革教育”的大數據時代，“數據驅動決策”已成為教育流行語。可以肯定地說，大數據必將改變傳統教育的面貌。目前，發達國家已經將大數據提升到國家戰略層面，投入了大量的人力物力，教育領域的相關研究和應用也已經取得了相當的成果，而我國在這一方面尚處于啟蒙階段。因此，我們迫切需要整合現有資源，發揮后發優勢，實現教育大數據研究和應用的跨越式發展。借助大數據，我們將更好地讀懂千差萬別的學生，為其提供優質、個性化的教育資源，迎來教育公平的真正實現。

[1]武法提等.電子書包中基于大數據的學生個性化分析模型構建與實現路徑[J].中國電化教育,2014(3).

[2]教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）[EB/ OL].http://www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/ moe/s3342/201203/.xxgk-133322.html,2013-12-13.

[3]張韞.大數據改變教育[J].上海教育,2013(4).

[4]魏忠.教育正悄悄發生一場革命[M].上海:華東師范大學出版社,2014.

[5][美]奧爾森.學校會傷人[M].上海:華東師范大學出版社,2014.

（編輯：王曉明）

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：1673-8454（2015）09-0018-05