大數(shù)據(jù)時代區(qū)域教育信息化面臨的挑戰(zhàn)

張華

近年來，以云計算、數(shù)據(jù)挖掘、移動互聯(lián)網(wǎng)等為基礎的大數(shù)據(jù)技術(shù)的出現(xiàn)，為教育研究帶來了數(shù)據(jù)獲取、存儲、分析和決策等支持，技術(shù)與教育的深度融合推動了教育的變革與創(chuàng)新。

雖然大數(shù)據(jù)日益升溫，但大數(shù)據(jù)的基本概念、特點及其要解決的核心問題，目前尚無統(tǒng)一認識。大數(shù)據(jù)的獲取、存儲、處理、分析等方面仍存在一定爭議，大數(shù)據(jù)概念有過度炒作的嫌疑。本文對上述問題進行了辨析，并描述了大數(shù)據(jù)時代基礎教育信息化面臨的問題與挑戰(zhàn)，最后提出了區(qū)級基礎教育信息化建設的應對策略，希望為各區(qū)級教育信息化建設單位提供參考。

大數(shù)據(jù)的概念及特點

目前，大數(shù)據(jù)沒有一個公認的定義，不同的定義基本都是從大數(shù)據(jù)的特征出發(fā)給出的。比如國際數(shù)據(jù)公司認為大數(shù)據(jù)應當具有價值性，大數(shù)據(jù)的價值往往呈現(xiàn)稀疏性的特點。IBM認為，大數(shù)據(jù)必然具有真實性。維基百科對大數(shù)據(jù)的定義為：大數(shù)據(jù)是指利用常用軟件工具捕獲、管理和處理數(shù)據(jù)所耗時間超過可容忍時間的數(shù)據(jù)集。大數(shù)據(jù)具有“4V”特點，即數(shù)據(jù)量大（Volume ）、數(shù)據(jù)類型多樣性（Variety）、數(shù)據(jù)處理速度快（Velocity）和數(shù)據(jù)價值密度低（Value） 。

1. 數(shù)據(jù)量大

數(shù)據(jù)規(guī)模超大，這是大數(shù)據(jù)的基本屬性。數(shù)量級別從TB （1TB=1024GB）級別，躍升到PB （1PB=1024TB）、EB （1EB =1024PB）乃至ZB （1ZB =1024 EB）級別。導致數(shù)據(jù)規(guī)模激增的原因有很多，首先，隨著互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應用，使用網(wǎng)絡的人、企業(yè)、機構(gòu)增多，數(shù)據(jù)獲取、分享變得相對容易。其次，各種傳感器數(shù)據(jù)獲取能力的大幅提升，使得人們獲取的數(shù)據(jù)越來越接近原始事物本身，描述同一事物的數(shù)據(jù)量激增。再次，數(shù)據(jù)量大還體現(xiàn)在人們處理數(shù)據(jù)的方法和理念發(fā)生了根本的改變。在某些特定的應用領(lǐng)域，采樣數(shù)據(jù)遠不能描述整個事物，可能丟掉大量重要細節(jié)，甚至會得到完全相反的結(jié)論。因此，直接處理所有數(shù)據(jù)而不是只考慮采樣數(shù)據(jù)，可以帶來更高的精確性，從更多的細節(jié)來解釋事物屬性，同時必然使得要處理的數(shù)據(jù)量顯著增多。

2. 數(shù)據(jù)類型多樣

數(shù)據(jù)類型繁多、復雜多變是大數(shù)據(jù)的重要特性。在數(shù)據(jù)激增的同時，新的數(shù)據(jù)類型層出不窮，已經(jīng)很難用一種或幾種規(guī)定的模式來表征日趨復雜、多樣的數(shù)據(jù)形式。這樣的數(shù)據(jù)己經(jīng)不能用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫表格來整齊地排列與表示，大數(shù)據(jù)正是在這樣的背景下產(chǎn)生的。大數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理最大的不同就是，重點關(guān)注非結(jié)構(gòu)化信息，大數(shù)據(jù)關(guān)注包含大量細節(jié)信息的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，強調(diào)小眾化、體驗化的特性使得傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方式面臨巨大的挑戰(zhàn)。

3. 要求更快的數(shù)據(jù)處理速度

要求數(shù)據(jù)的快速處理，是大數(shù)據(jù)區(qū)別于傳統(tǒng)海量數(shù)據(jù)處理的重要特性之一。包含大量或?qū)崟r數(shù)據(jù)分析處理的時間要求非常短，符合1秒定律。在許多應用中要求能夠?qū)崟r處理新增的大量數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)流的形式產(chǎn)生、快速流動、迅速消失，且數(shù)據(jù)流量通常不是平穩(wěn)的，會在某些特定的時段突然激增，數(shù)據(jù)的涌現(xiàn)特征明顯。對于大數(shù)據(jù)應用而言，很多情況下都必須在1秒鐘內(nèi)形成結(jié)果，否則結(jié)果就會過時和無效。在這種情況下，要求計算機快速、持續(xù)地實時處理大數(shù)據(jù)。對不斷激增的海量數(shù)據(jù)的實時處理要求，是大數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)的關(guān)鍵差別之一。

4. 數(shù)據(jù)價值密度低

數(shù)據(jù)價值密度低是大數(shù)據(jù)關(guān)注的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的重要屬性。以視頻為例，連續(xù)不間斷的監(jiān)控過程中，可能有用的數(shù)據(jù)僅有一兩秒鐘。盡管數(shù)據(jù)價值密度低，但商業(yè)價值高。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫與大數(shù)據(jù)也有明顯的區(qū)別，兩者在數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)處理方式和數(shù)據(jù)思維等方面都有很大的變化。正像孟小峰所言，兩者的區(qū)別就是“池塘捕魚”和“大海捕魚”的區(qū)別，前者代表著數(shù)據(jù)庫時代的數(shù)據(jù)管理方式，后者則對應著大數(shù)據(jù)時代的數(shù)據(jù)管理方式，其在數(shù)據(jù)規(guī)模、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)模式、數(shù)據(jù)對象、處理工具上都有巨大的差異。

大數(shù)據(jù)要解決的核心問題

與傳統(tǒng)海量數(shù)據(jù)的處理流程相類似，大數(shù)據(jù)的處理也包括獲取與特定的應用相關(guān)的有用數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)聚合成便于存儲、分析、查詢的形式；分析數(shù)據(jù)的相關(guān)性，得出相關(guān)屬性；采用合適的方式將數(shù)據(jù)分析的結(jié)果展示出來等過程。大數(shù)據(jù)要解決的核心問題與相應的這些步驟相關(guān)。

1. 獲取有用數(shù)據(jù)

規(guī)模巨大、種類繁多、包含大量信息的數(shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)的基礎。數(shù)據(jù)本身的優(yōu)劣對分析結(jié)果有很大的影響。對于實際應用來說，并不是數(shù)據(jù)越多越好。獲取大量數(shù)據(jù)的目的是，盡可能正確、詳盡地描述事物的屬性。對于特定的應用數(shù)據(jù)，必須包含有用的信息。擁有包含足夠信息的有效數(shù)據(jù)，才是大數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。

2. 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析是大數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵。大量的數(shù)據(jù)本身并沒有實際意義，只有針對特定的應用來分析這些數(shù)據(jù)，使之轉(zhuǎn)化成有用的結(jié)果，海量的數(shù)據(jù)才能發(fā)揮作用。大數(shù)據(jù)的一類重要應用是利用海量的數(shù)據(jù)，通過運算分析事物的相關(guān)性，進而預測事物的發(fā)展。現(xiàn)在，隨著數(shù)據(jù)的不斷積累，通過簡單的統(tǒng)計學方法就可能找到數(shù)據(jù)的相關(guān)性，找到事物發(fā)展的規(guī)律，指導人們的決策。

3. 數(shù)據(jù)顯示

數(shù)據(jù)顯示是將數(shù)據(jù)經(jīng)過分析得到的結(jié)果以可見或可讀形式輸出，以方便用戶獲取相關(guān)信息。利用計算機圖形學和圖像處理的可視計算技術(shù)是大數(shù)據(jù)顯示的重要手段之一。數(shù)據(jù)顯示以準確、方便地向用戶傳遞有效信息為目標，顯示方法可以根據(jù)具體應用的需要來選擇。

4. 實時處理數(shù)據(jù)的能力

大數(shù)據(jù)需要充分、及時地從大量復雜的數(shù)據(jù)中獲取有意義的相關(guān)性，找出規(guī)律。數(shù)據(jù)處理的實時性要求是大數(shù)據(jù)區(qū)別于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)的重要特征之一。一般而言，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理應用對時間的要求并不高。運行1～2天獲得結(jié)果依然是可以接受的。而大數(shù)據(jù)領(lǐng)域相當大的一部分應用需要在1秒鐘內(nèi)或瞬間得到結(jié)果。

大數(shù)據(jù)時代，區(qū)級基礎教育信息化面臨的問題與挑戰(zhàn)

基礎教育階段的中小學校是數(shù)據(jù)生產(chǎn)大戶。在學校里上學的學生，從招生、學籍、成績、考勤、選課到活動等都會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)；教師的上課音視頻、課件、實驗數(shù)據(jù)等也會有龐大的數(shù)據(jù)；校務系統(tǒng)運行、圖書館、微博、博客等都會產(chǎn)生很大的數(shù)據(jù)。尤為重要的是管理和教學數(shù)據(jù)，它們是基礎教育兩大核心功能的重要數(shù)據(jù)來源。只有用好這些數(shù)據(jù)，才能更好地幫助教學、管理，做好招生推廣、學生管理等工作。用好這些數(shù)據(jù)，無疑也將大大提高中小學校的信息化水平。大數(shù)據(jù)時代呼嘯而至，在“喧囂”背后，在人員素質(zhì)、使用方法、支撐條件以及數(shù)據(jù)本身等方面還存在諸多亟待解決的問題和挑戰(zhàn)。

第一，要解決教育管理者的數(shù)據(jù)素養(yǎng)與能力問題，即教育管理者必須轉(zhuǎn)變觀念，提高數(shù)據(jù)意識，具備必要的數(shù)據(jù)分析與運用能力。大數(shù)據(jù)時代，人才培養(yǎng)可采取標準化教育與個性化教育等多種方式。未來的標準化教育將主要由網(wǎng)絡完成，學校將在學生個性化發(fā)展方面承擔更重要的角色。學校教育將逐步擺脫大校、大班、統(tǒng)一標準與程序等工業(yè)化時代的烙印。這些都需要在教育發(fā)展中不斷改革創(chuàng)新。

第二，數(shù)據(jù)共享的難度也是切實存在的問題。數(shù)據(jù)不融合就發(fā)揮不出數(shù)據(jù)的大價值，大數(shù)據(jù)面臨的一個非技術(shù)性的重要問題就是數(shù)據(jù)的融合。我區(qū)教育均衡發(fā)展狀況還不是很理想，城鄉(xiāng)差異、區(qū)域差異、校際差異在一定程度上仍然存在，必須加強相應的硬件與軟件建設，最大限度地促進和實現(xiàn)大數(shù)據(jù)時代的信息共享，進而促進教育管理的科學化與信息化。必須徹底打通數(shù)據(jù)孤島，只有通過有效融合，才能形成高質(zhì)量的大數(shù)據(jù)，才能發(fā)揮大數(shù)據(jù)時代基礎教育信息化對學校發(fā)展的具體推動作用。

第三，大數(shù)據(jù)集成與分析對信息化建設的從業(yè)人員提出了更高的要求。大數(shù)據(jù)的多樣性特點源于數(shù)據(jù)來源的廣泛性、復雜性，這種數(shù)據(jù)環(huán)境給大數(shù)據(jù)的處理帶來了很大的挑戰(zhàn)，必須對多種數(shù)據(jù)來源進行抽取集成，先進行數(shù)據(jù)的清洗，經(jīng)過關(guān)聯(lián)和聚合，采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲這些數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)分析無疑是整個大數(shù)據(jù)時代的核心所在，因為大數(shù)據(jù)的價值就產(chǎn)生于數(shù)據(jù)分析過程中。

第四，大數(shù)據(jù)的存儲帶來資金等問題，需要研究低成本、高效率的數(shù)據(jù)存儲方式。眾所周知，低成本一般意味著低效率，但是在大數(shù)據(jù)時代，如果處理效率低下，大數(shù)據(jù)將毫無意義。因此，必須打破常規(guī)，處理好大數(shù)據(jù)的存儲。另外，還要做好數(shù)據(jù)存儲的管理問題，因為存儲空間巨大，無疑給存儲硬件帶來壓力。

大數(shù)據(jù)時代我們的應對策略

為適應大數(shù)據(jù)時代的發(fā)展，各行各業(yè)都面臨著改革，教育行業(yè)也不例外。如果要在大數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢下占據(jù)有利位置，大數(shù)據(jù)人才隊伍建設、大數(shù)據(jù)時代的技術(shù)學習與運用、數(shù)據(jù)管理、文化建設、政府、研究機構(gòu)和專業(yè)數(shù)據(jù)分析公司的合作等成為了關(guān)鍵問題。面對這些問題與挑戰(zhàn)，作為區(qū)級基礎教育管理者和信息化從業(yè)人員，必須堅持不懈地做好如下工作。

1. 做好大數(shù)據(jù)人才隊伍建設

面對大數(shù)據(jù)這一新概念，以及大數(shù)據(jù)時代涉及的各種新興的信息處理技術(shù)，人們越來越多地關(guān)注信息技術(shù)和資源提升的重要性，但在教育信息化建設的過程中，最重要的還是“人”。即使再好的資源、再先進的系統(tǒng)，沒有懂得運用和支配的實施者，對于教育資源也是一種浪費。實施者必須提高自身的軟實力，引入優(yōu)秀的信息人才，加強人才素質(zhì)提升，做好合理的人才規(guī)劃部署。教育信息化的發(fā)展對于教育管理者和教師提出了更高層次的要求，這就需要建立龐大的教學信息化培訓體系，培養(yǎng)出具有更高教學和管理水平，可以將信息化更加熟練地應用于教學和管理工作中的人才隊伍。

2. 做好大數(shù)據(jù)時代的技術(shù)學習與運用

教育信息化建設的從業(yè)者應該努力學習大數(shù)據(jù)時代的基礎平臺和支撐技術(shù)。了解這些技術(shù)，方便我們實現(xiàn)大數(shù)據(jù)低成本、高效率的存儲，也方便我們對存儲進行管理。

3. 做好大數(shù)據(jù)時代的數(shù)據(jù)管理

大數(shù)據(jù)時代的數(shù)據(jù)管理不是采用以前大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的管理方式，而是以NoSQL為代表的新型數(shù)據(jù)模型的一類技術(shù)。這種改變是因為關(guān)系型數(shù)據(jù)模型不能應對大數(shù)據(jù)時代的種種挑戰(zhàn)，而新型的數(shù)據(jù)模型就是為了迎合多樣性、異構(gòu)性等這些大數(shù)據(jù)時代的數(shù)據(jù)特征而出現(xiàn)的。當然，新的數(shù)據(jù)模型是與以往截然不同的理論。這就需要我們數(shù)據(jù)管理者積極學習，應對挑戰(zhàn)。同時，要積極升級、改造相關(guān)存儲設備，以滿足大數(shù)據(jù)時代的要求。

4. 做好區(qū)級基礎教育系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)文化建設

在區(qū)級基礎教育信息化建設過程中，關(guān)鍵在于通過在教育系統(tǒng)內(nèi)形成數(shù)據(jù)文化，來建立一套持久運作的收集和分析數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)分析結(jié)果轉(zhuǎn)換成教育決策和實踐的體系。數(shù)據(jù)文化是指一個教育組織或系統(tǒng)內(nèi)部，崇尚數(shù)據(jù)對于各個層面決策過程的重要性的環(huán)境，它包括相應的價值觀、態(tài)度和行為準則。形成數(shù)據(jù)文化的學校和教育系統(tǒng)的一個重要特征是，其每位成員具有較高的數(shù)據(jù)素養(yǎng)，善于在自己的工作崗位上收集高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，并且懂得如何提出通過數(shù)據(jù)收集和分析可以解決的問題，懂得數(shù)據(jù)分析的基本原理和方法，以及數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)的基本形式，并能夠在有限的時間內(nèi)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果做出最合理的決策。計算機和數(shù)據(jù)分析方法只能提供技術(shù)支持，收集數(shù)據(jù)也不能是盲目的，數(shù)據(jù)的匯總和分析方法是由所要解決的教育問題所決定的。

5. 做好學校和專業(yè)數(shù)據(jù)分析公司的合作

專業(yè)數(shù)據(jù)分析公司負責軟件開發(fā)并提供數(shù)據(jù)分析模型方面的支持。這其中會涉及數(shù)據(jù)安全和存儲問題，尤其是學生的個人信息，大數(shù)據(jù)可以重復利用，所以在合作中必須用合同的方式來確保學生個人信息的安全，不被用作商業(yè)用途（例如學習產(chǎn)品廣告推送），還要確定數(shù)據(jù)由誰負責存儲和維護，誰有權(quán)對數(shù)據(jù)進行二次開發(fā)利用。

積極推動教育管理各項業(yè)務的深入融合，梳理業(yè)務數(shù)據(jù)，形成“大數(shù)據(jù)”，然后利用這些“大數(shù)據(jù)”進行深入、全面的分析得出高質(zhì)量信息，為教育管理者的決策提供依據(jù)。總之，隨著教育信息化的飛速發(fā)展，大數(shù)據(jù)時代的基礎教育管理和教學給我們提出了更高的要求，有些需要科研人員進行研究，有些非技術(shù)挑戰(zhàn)，需要我們積極努力，有效進行數(shù)據(jù)的整合、業(yè)務的整合，充分利用科研人員的最新研究成果，盡快改變傳統(tǒng)的管理模式，應用現(xiàn)代化手段進行科學管理，加快基礎教育信息化建設已成為現(xiàn)代教育需要解決的重要任務。