大數(shù)據(jù)環(huán)境下數(shù)字化教育資源共享推廣模式探索*

◆黃志宏 巫莉莉

1 引言

優(yōu)質(zhì)數(shù)字化教育資源共享是課程建設(shè)的根本出發(fā)點(diǎn)，加快數(shù)字化資源建設(shè)是高校教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)改革工程的重要舉措之一，是促進(jìn)課程建設(shè)、提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2018 年4 月13 日發(fā)布的《教育部關(guān)于印發(fā)〈教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃〉的通知》（教技〔2018〕6 號(hào)）中明確提出：“國(guó)家將實(shí)施教育大資源共享計(jì)劃，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)采集、匯聚互聯(lián)網(wǎng)上豐富的教學(xué)、科研、文化資源，為各級(jí)各類學(xué)校和全體學(xué)習(xí)者提供海量、適切的學(xué)習(xí)資源服務(wù)，打破教育資源開(kāi)發(fā)利用的傳統(tǒng)壁壘。”[1]

目前高校雖然都在陸續(xù)開(kāi)展數(shù)字化教育資源的共享建設(shè)，但在建設(shè)過(guò)程中仍存在一些問(wèn)題。

1）數(shù)字化教育資源數(shù)據(jù)海量且共享度低，價(jià)值密度較低的數(shù)據(jù)無(wú)法有效提純。

2）數(shù)據(jù)資源維度少，師生的個(gè)性化標(biāo)簽太少，數(shù)字化教育資源無(wú)法與師生精準(zhǔn)匹配，實(shí)現(xiàn)因材施教及個(gè)性化教學(xué)，從而導(dǎo)致數(shù)字化教育資源共享應(yīng)用推廣成效不佳。

為了解決上述問(wèn)題，需要借助大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)師生的教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，幫助教師對(duì)海量的數(shù)字化教育資源進(jìn)行優(yōu)化篩選，向?qū)W生推送適合自己的學(xué)習(xí)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)。

2 校園數(shù)字化教育資源共享應(yīng)用技術(shù)平臺(tái)

平臺(tái)框架校園數(shù)字化教育資源共享應(yīng)用平臺(tái)以虛擬化平臺(tái)為基礎(chǔ)支撐，基于大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和管理平臺(tái)中的數(shù)據(jù)采集、清洗、存儲(chǔ)、分析技術(shù)，對(duì)在線課程平臺(tái)中的師生教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，構(gòu)建學(xué)生個(gè)人行為畫(huà)像，并向?qū)W生推薦個(gè)性化學(xué)習(xí)所需的圖書(shū)館優(yōu)秀數(shù)字資源和互聯(lián)網(wǎng)教育資源。平臺(tái)框架如圖1 所示。

關(guān)鍵技術(shù)

1）大數(shù)據(jù)技術(shù)[2-4]。數(shù)據(jù)采集是大數(shù)據(jù)生命周期的第一個(gè)環(huán)節(jié)，就是綜合利用FTP、http、WebService、JDBC、syslog 等接口以及網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)工具，獲取信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、設(shè)備日志數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)等結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，它是大數(shù)據(jù)知識(shí)服務(wù)模型的根本。

數(shù)據(jù)清洗是過(guò)濾掉海量數(shù)據(jù)中沒(méi)價(jià)值的、錯(cuò)誤干擾數(shù)據(jù)，保留滿足業(yè)務(wù)分析所需的有效數(shù)據(jù)。通過(guò)制定對(duì)應(yīng)的ETL 數(shù)據(jù)清洗策略來(lái)保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，同時(shí)保障根據(jù)時(shí)間演進(jìn)不斷更新數(shù)據(jù)模式，確定數(shù)據(jù)實(shí)體及其之間的關(guān)系，最終將數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的格式進(jìn)行存儲(chǔ)，以便提供給上層進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、大數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)并行的模式將數(shù)據(jù)加載在大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，依據(jù)相關(guān)規(guī)范，合理制定并完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及異構(gòu)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，將提供的數(shù)據(jù)細(xì)化到字段級(jí)別。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)主要是對(duì)清洗后的數(shù)據(jù)進(jìn)行加載、入庫(kù)、存儲(chǔ)的操作。

圖1 數(shù)字化教育資源共享應(yīng)用技術(shù)平臺(tái)框架

圖2 數(shù)字化教育資源共享應(yīng)用技術(shù)平臺(tái)功能圖

數(shù)據(jù)建模是抽象描述現(xiàn)實(shí)世界的一種工具和方法，是通過(guò)抽象的實(shí)體及實(shí)體之間聯(lián)系的形式，來(lái)表示現(xiàn)實(shí)世界中事務(wù)的相互關(guān)系的一種映射。數(shù)據(jù)模型抽象表現(xiàn)的是實(shí)體和實(shí)體之間的關(guān)系，通過(guò)對(duì)實(shí)體和實(shí)體之間關(guān)系的定義和描述，來(lái)表達(dá)實(shí)際的業(yè)務(wù)中具體的業(yè)務(wù)關(guān)系。

2）非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的處理主要包括對(duì)視頻數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)、圖片數(shù)據(jù)以及文檔數(shù)據(jù)的處理。視頻數(shù)據(jù)是非結(jié)構(gòu)化類型數(shù)據(jù)中相對(duì)最為復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，具有編碼格式繁多、數(shù)據(jù)規(guī)模龐大、描述信息維度多、機(jī)器識(shí)別解析難度高等特點(diǎn)。對(duì)于視頻數(shù)據(jù)的處理，可通過(guò)轉(zhuǎn)碼工具，將各種不同的視頻格式數(shù)據(jù)在不明顯影響清晰度等數(shù)據(jù)質(zhì)量的前提下轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一格式的視頻數(shù)據(jù)，并按文件大小以及視頻時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)格的切片。同時(shí)提取視頻中的音頻信息并轉(zhuǎn)化為文字信息，以識(shí)別該視頻數(shù)據(jù)的內(nèi)容信息，并將此作為檢索數(shù)據(jù)的重要依據(jù)標(biāo)簽之一。

音頻數(shù)據(jù)處理任務(wù)可以分為兩類，一是來(lái)自原始音頻數(shù)據(jù)的分類處理任務(wù)，二是來(lái)自視頻格式數(shù)據(jù)中提取的音頻數(shù)據(jù)處理任務(wù)。這兩類任務(wù)核心目標(biāo)是通過(guò)技術(shù)手段獲取音頻數(shù)據(jù)中的語(yǔ)音信息，在將其轉(zhuǎn)化為文本信息后，實(shí)現(xiàn)音頻數(shù)據(jù)的分類和標(biāo)簽化處理，以供檢索。

圖片數(shù)據(jù)處理主要通過(guò)來(lái)自數(shù)據(jù)源的信息、源文件的描述信息和人工鑒別與分類的方式獲取圖片數(shù)據(jù)的分類和檢索信息，同時(shí)借助OCR 等圖片識(shí)別工具，對(duì)圖片中的文字信息加以識(shí)別，從而提取更全面的圖片數(shù)據(jù)所包含的特征信息，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的分類與檢索。

文檔數(shù)據(jù)處理主要通過(guò)OpenOffice 組件，針對(duì)Office（Word、Excel、PPT）文件以及PDF 等常用的文檔數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而形成文檔數(shù)據(jù)的分類與檢索信息。

平臺(tái)功能模塊數(shù)字化教育資源共享應(yīng)用技術(shù)平臺(tái)包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)建模、應(yīng)用服務(wù)五大功能模塊，如圖2 所示。

1）數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集模塊主要采集來(lái)自校內(nèi)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和來(lái)自校外互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集主要是數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)DB 接口、Socket 接口、WebService接口、FTP 文件接口工具、ETL 工具、網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)等數(shù)據(jù)工具采集分布式數(shù)據(jù)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)以及非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，來(lái)源于教務(wù)系統(tǒng)、圖書(shū)管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，以及在線教學(xué)平臺(tái)的視頻資料、音頻資料、文本資料、訪問(wèn)日志和師生教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)設(shè)定不一樣的采集頻率策略，使用任務(wù)調(diào)度模塊調(diào)用接口采集工具對(duì)接口的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、清洗和入庫(kù)處理。同時(shí)，在這過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控。

外部數(shù)據(jù)采集主要是數(shù)據(jù)采集模塊采用通用的網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)工具對(duì)外部網(wǎng)站、論壇上的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，使用網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)或網(wǎng)站公開(kāi)的API 等方式從關(guān)聯(lián)網(wǎng)站獲取數(shù)據(jù)，并使用分詞等技術(shù)對(duì)爬取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。此外，數(shù)據(jù)采集模塊可實(shí)現(xiàn)附件與正文的自動(dòng)關(guān)聯(lián)，可將圖片、音頻、視頻等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)從網(wǎng)頁(yè)中抽取出來(lái)，存儲(chǔ)為統(tǒng)一的本地?cái)?shù)據(jù)文件，并轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)化的方式存儲(chǔ)[5]。

2）數(shù)據(jù)清洗模塊[2]。數(shù)據(jù)清洗模塊的任務(wù)是按照一定規(guī)則過(guò)濾不符合要求的殘缺數(shù)據(jù)、不正確數(shù)據(jù)和冗余數(shù)據(jù)，然后把過(guò)濾后的數(shù)據(jù)按照業(yè)務(wù)需求進(jìn)行存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)清洗首先根據(jù)業(yè)務(wù)定義和規(guī)則分析數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)是否存在不正常的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；接著對(duì)結(jié)果集中的數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性適配，并基于清洗規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配；最后將正常和非正常數(shù)據(jù)分別存入清洗結(jié)果集和異常結(jié)果集，并把結(jié)果集存入數(shù)據(jù)庫(kù)，記錄清洗結(jié)果。

為了保證清洗后的數(shù)據(jù)可以為數(shù)據(jù)建模、挖掘分析、應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供數(shù)據(jù)服務(wù)，數(shù)據(jù)清洗模塊在數(shù)據(jù)清洗過(guò)程中通過(guò)保證數(shù)據(jù)的精確性、完整性、一致性、有效性、唯一性、時(shí)間性和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠性和可用性。

3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊采取關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)和大數(shù)據(jù)系統(tǒng)存儲(chǔ)并行的策略：關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，采用Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)集群；大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，采用HBase 數(shù)據(jù)庫(kù)；大數(shù)據(jù)文件系統(tǒng)，采用HDFS 存儲(chǔ)。業(yè)務(wù)系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)化的關(guān)系型數(shù)據(jù)主要存儲(chǔ)在Oracle RAC 中，海量高速增長(zhǎng)的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)則存儲(chǔ)在大數(shù)據(jù)文件系統(tǒng)中。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口，為上層應(yīng)用服務(wù)。

4）數(shù)據(jù)建模模塊。數(shù)據(jù)建模模塊主要通過(guò)定義和描述業(yè)務(wù)指標(biāo)和數(shù)據(jù)源之間的關(guān)系模型，定義業(yè)務(wù)指標(biāo)的概念描述，確定業(yè)務(wù)指標(biāo)的數(shù)據(jù)維度，設(shè)計(jì)各功能的數(shù)學(xué)模型，使大數(shù)據(jù)功能符合業(yè)務(wù)邏輯的要求。

5）應(yīng)用服務(wù)模塊[6]。應(yīng)用服務(wù)模塊基于學(xué)校目前的在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為及教師的教學(xué)行為進(jìn)行綜合分析，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析出學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)上的學(xué)習(xí)行為，如學(xué)習(xí)效果、學(xué)習(xí)興趣等，幫助學(xué)生去學(xué)習(xí)適合自己的學(xué)習(xí)內(nèi)容；同時(shí)針對(duì)學(xué)校教師的教學(xué)情況進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，幫助教師去優(yōu)化其在線教育資源的授課模式。

①師生教學(xué)互動(dòng)分析。教師及學(xué)生在學(xué)校的教學(xué)行為是高校關(guān)注的重點(diǎn)。平臺(tái)通過(guò)采集在線教學(xué)平臺(tái)中師生教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)，能對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為以及教師的教學(xué)行為進(jìn)行分析，分析出教師的教學(xué)行為差異對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響、學(xué)生每章節(jié)的學(xué)習(xí)質(zhì)量、學(xué)生在線人數(shù)、學(xué)生訪問(wèn)活躍度，提供教師活躍度、教師工作明細(xì)、資源建設(shè)情況、網(wǎng)站訪問(wèn)情況、課程的互動(dòng)明細(xì)等數(shù)據(jù)。

②數(shù)字化教育資源使用情況分析。通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)教育資源覆蓋情況和網(wǎng)絡(luò)教與資源的集中熱度進(jìn)行分析，可以了解學(xué)生對(duì)數(shù)字化教育資源的選取與利用情況，以便向?qū)W生推送更加適合自己的教育資源，推動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)從以教師主講的單向指導(dǎo)模式向建設(shè)性、發(fā)現(xiàn)性的學(xué)習(xí)模式轉(zhuǎn)變，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，變教師傳播知識(shí)為學(xué)生自己重新構(gòu)建知識(shí)，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的信息素養(yǎng)和建構(gòu)知識(shí)的能力。

③課程綜合分析。統(tǒng)計(jì)學(xué)校每學(xué)期在線教育平臺(tái)的課程，從各專業(yè)培養(yǎng)方案和教學(xué)計(jì)劃中開(kāi)設(shè)的課程等不同維度進(jìn)行分析，為不同專業(yè)任課教師崗位人數(shù)設(shè)置提供依據(jù)，科學(xué)合理地配置師資力量。具體功能包括熱門課程排名、課程師資評(píng)價(jià)分析及排名、統(tǒng)計(jì)所有任課教師人數(shù)、選修學(xué)生人數(shù)、平均授課學(xué)時(shí)、統(tǒng)計(jì)每個(gè)教師負(fù)責(zé)學(xué)生人數(shù)、每周授課學(xué)時(shí)等。

④教學(xué)數(shù)據(jù)分析。通過(guò)對(duì)各類教學(xué)數(shù)據(jù)的分析，匯總班級(jí)學(xué)生學(xué)習(xí)的整體進(jìn)度，幫助教師掌握學(xué)生的在線時(shí)段；提供每位學(xué)生的章節(jié)學(xué)習(xí)情況、資料使用情況；對(duì)于學(xué)習(xí)進(jìn)度落后于規(guī)定計(jì)劃的學(xué)生，可以進(jìn)行在線督促；提供學(xué)習(xí)明細(xì)、學(xué)生在線統(tǒng)計(jì)、學(xué)生訪問(wèn)活躍度、教師活躍度、教師工作明細(xì)、資源建設(shè)情況、課程互動(dòng)明細(xì)、同類課程平均值等數(shù)據(jù)；通過(guò)對(duì)學(xué)生典型學(xué)習(xí)特征進(jìn)行抽取，通過(guò)標(biāo)簽的方式對(duì)其進(jìn)行畫(huà)像描述，從整體上呈現(xiàn)其學(xué)習(xí)狀態(tài)；通過(guò)挖掘?qū)W生學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)其學(xué)習(xí)規(guī)律和特征，對(duì)不符合規(guī)律的異常行為進(jìn)行判斷并預(yù)警和干預(yù)；根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，分析其學(xué)習(xí)特征及偏好，并基于此推薦個(gè)性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)活動(dòng)；支持查看用戶情況，查看統(tǒng)計(jì)班級(jí)學(xué)生、團(tuán)隊(duì)人數(shù)、訪問(wèn)占比、訪問(wèn)時(shí)長(zhǎng)等數(shù)據(jù)。

⑤教學(xué)能力評(píng)估。全面考慮教師的教學(xué)工作量和教學(xué)效果，建立教師的教學(xué)能力評(píng)估模型，作為教師評(píng)優(yōu)和開(kāi)課量的參考，也為評(píng)估教師的綜合能力提供基礎(chǔ)教學(xué)能力數(shù)據(jù)，同時(shí)可以向?qū)W生提供選課參考。具體功能為統(tǒng)計(jì)學(xué)生評(píng)教情況、學(xué)生成績(jī)等數(shù)據(jù)，考核教師的教學(xué)質(zhì)量，綜合分析教學(xué)工作數(shù)量、課程開(kāi)設(shè)數(shù)、選課人數(shù)、學(xué)生評(píng)教分?jǐn)?shù)、學(xué)生成績(jī)等指標(biāo)。

3 數(shù)字化教育資源分析推廣帶來(lái)的價(jià)值

數(shù)據(jù)整合，降低成本投入數(shù)字化教育資源是一種無(wú)形的數(shù)字資產(chǎn)，充分地挖掘與運(yùn)用這座可無(wú)限開(kāi)采的數(shù)據(jù)“金礦”，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)“資產(chǎn)”價(jià)值的最大化。教育改革既要有膽魄，更要有科學(xué)依據(jù)，將教育活動(dòng)中所產(chǎn)生的教育數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，依據(jù)大數(shù)據(jù)分析出的結(jié)果，給管理部門提供客觀的決策依據(jù)，可以合理減少人力、物力投入[7]。

個(gè)性化學(xué)習(xí)，決策有依據(jù)教育政策的制定不再是簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)?zāi)７拢菑?qiáng)調(diào)更精細(xì)化地捕捉各個(gè)層面的變化數(shù)據(jù)，以及由數(shù)據(jù)展現(xiàn)的復(fù)雜相關(guān)性和因果關(guān)系，推動(dòng)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)，將教育治理與政策決策帶來(lái)的危機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)遇。同時(shí)，隨著數(shù)字化教育資源的分析推廣，高校管理者在教育決策過(guò)程中能夠更加清晰地了解教育現(xiàn)狀，及時(shí)掌握全面有價(jià)值的信息，在此基礎(chǔ)上制定出更加符合教育現(xiàn)代化要求的教育策略，并最終保障其有效地落地實(shí)施[8-9]。

4 結(jié)語(yǔ)

為了推動(dòng)高校教育教學(xué)模式的不斷創(chuàng)新和改革，優(yōu)化教學(xué)管理方式，提高學(xué)生個(gè)性化自主學(xué)習(xí)的能力，將來(lái)需要構(gòu)建更加先進(jìn)的教學(xué)理論模型，對(duì)多源、多維度的數(shù)據(jù)資源和師生的教學(xué)行為進(jìn)行挖掘分析。教師及學(xué)生個(gè)人行為的標(biāo)簽越豐富，優(yōu)質(zhì)數(shù)字化教育資源的匹配越精準(zhǔn)。■