基于大數(shù)據(jù)理念和技術(shù)背景下的智慧教材開發(fā)體系研究

云南中醫(yī)學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院 崔茂應(yīng) 楊 莉 李麗嬌 趙林波 楊福華

在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，我們整個社會的經(jīng)濟(jì)與生活結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變革，信息技術(shù)已經(jīng)滲透到社會生活中的每一個角落，不僅改變著我們的生活方式、思維方式和工作方式，而且已經(jīng)融入到了教育教學(xué)的全過程，教育內(nèi)容、方法和模式也發(fā)生了深刻的改變。信息技術(shù)與教育的深度融合、相互促進(jìn)，給教育的發(fā)展帶來了新的理念和動力。互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等新技術(shù)的交叉應(yīng)用，可從多方面、多維度分析研究每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，在尊重個體差異的前提下，挖掘個人潛能，發(fā)揮學(xué)生的特長，實(shí)現(xiàn)個性化發(fā)展、教育高質(zhì)量、教育公平等更高層次的要求。

1.大數(shù)據(jù)與智慧教材的概念

2011年5月，全球知名咨詢公司麥肯錫（Mckinsey and Company）發(fā)布了 《大數(shù)據(jù)：創(chuàng)新、競爭和生產(chǎn)力的下一個前沿領(lǐng)域》報(bào)告，首次提出了“大數(shù)據(jù)”的概念[1]。IT 廠商、研究機(jī)構(gòu)、維基百科和數(shù)據(jù)科學(xué)家等提出的概念并不一致，截至目前并未形成統(tǒng)一的定義。但通過分析不同概念發(fā)現(xiàn)，各個定義盡管在具體的表達(dá)中對大數(shù)據(jù)的范圍、內(nèi)涵等描述不一，但存在一個共識，即：大數(shù)據(jù)不是對數(shù)據(jù)量大小的定量描述，而是一種在種類繁多、數(shù)量龐大的多樣數(shù)據(jù)中進(jìn)行的快速信息獲取。[2]

本研究中的大數(shù)據(jù)是指在教育教學(xué)過程中，由教師和學(xué)生在教學(xué)行為過程中所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)。在課堂教學(xué)過程中，數(shù)據(jù)是反映教學(xué)效果最為顯著的評價(jià)指標(biāo)，如學(xué)生的出勤率、課堂練習(xí)的正確率、作業(yè)完成時(shí)長、課題參與率、回答問題的次數(shù)與正確率等?；谖锫?lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)對課堂教學(xué)中產(chǎn)生的海量教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、分析和挖掘，從依賴存在教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)向依賴對海量教學(xué)數(shù)據(jù)的進(jìn)行判斷和制定科學(xué)決策，改變了過去依靠直觀的數(shù)據(jù)對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行評判和制定教學(xué)決策，大數(shù)據(jù)使課堂教學(xué)產(chǎn)生了深刻的變化，實(shí)現(xiàn)了基于大數(shù)據(jù)的智慧課堂教學(xué)。

所謂“智慧教材”，是以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為依據(jù)，在移動教學(xué)模式的輔助下，結(jié)合當(dāng)前使用廣泛的紙質(zhì)教材，采用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)為基礎(chǔ)，以學(xué)生為主體，通過集中教學(xué)或碎片化學(xué)習(xí)的方式，以培養(yǎng)思維為導(dǎo)向，通過創(chuàng)造性的對現(xiàn)有教材進(jìn)行重新改編的成果。

2.基于大數(shù)據(jù)理念和技術(shù)背景下的智慧教材開發(fā)體系

基于大數(shù)據(jù)理念和技術(shù)背景下的智慧教材開發(fā)是將內(nèi)容設(shè)計(jì)符合課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)大綱、教材編寫規(guī)范等要求的傳統(tǒng)紙質(zhì)教材與具備動畫、視頻、互動、考試測評等在線教育平臺融為一體，學(xué)習(xí)者可以利用在紙質(zhì)教材以二維碼的形式呈現(xiàn)，穿插在相應(yīng)的知識點(diǎn)附件，借助移動終端將線上和線下的學(xué)習(xí)進(jìn)行有效銜接，利用教育大數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)分析技術(shù)對整個學(xué)習(xí)過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，數(shù)據(jù)的可視化既能幫助教師獲取學(xué)生的隱性和顯性行為，還可以評估學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、發(fā)現(xiàn)潛在問題、預(yù)測未來表現(xiàn)等，同時(shí)幫助學(xué)生在教師的主導(dǎo)作用下自主、探究與合作、富有個性地學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)紙質(zhì)教材與移動在線學(xué)習(xí)量身定做創(chuàng)建的“智慧教材”，不僅有利于差異化學(xué)習(xí)的開展，也能更好的對學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評價(jià)，為個性化學(xué)習(xí)提供了幫助和支持，基于大數(shù)據(jù)理念和技術(shù)背景下的智慧教材開發(fā)體系如圖1所示[3]。

圖1 智慧教材開發(fā)體系

由圖1可以看出，智慧教材開發(fā)體系由移動平臺、移動APP和智慧教材三部分構(gòu)成， 開發(fā)過程要用團(tuán)隊(duì)管理模式為基礎(chǔ)，各專業(yè)人員分工完成三部分的開發(fā)。

2.1 智慧教材的編寫與開發(fā)是基礎(chǔ)

智慧教材的編寫與開發(fā)以學(xué)生為主體，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力為理念。由高校權(quán)威的專業(yè)課任課教師與計(jì)算機(jī)專業(yè)教師團(tuán)隊(duì)合作完成。專業(yè)課任課教師根據(jù)教學(xué)大綱、教學(xué)編寫的體例要求、教材編寫的內(nèi)容要求等將教材建設(shè)與學(xué)科前沿相結(jié)合，編寫出版出具有較高的學(xué)術(shù)價(jià)值，又能被大多高校使用的高質(zhì)量特色系列教材，教材編寫的同時(shí)為計(jì)算機(jī)專業(yè)團(tuán)隊(duì)提供教學(xué)資源腳本。

計(jì)算機(jī)專業(yè)教師團(tuán)隊(duì)根據(jù)教學(xué)資源腳本以及在專業(yè)課教師的溝通配合下，將教材的重難點(diǎn)、枯燥乏味的知識點(diǎn)、知識拓展等通過錄制視頻、制作動畫、開發(fā)游戲、鏈接精品課程等技術(shù)手段，將文字、圖像、動畫、音頻、視頻等各種多媒體資源融為一體，在紙質(zhì)教材相對應(yīng)的知識點(diǎn)附近穿插二維碼， 學(xué)生通過移動終端掃描二維碼進(jìn)行學(xué)習(xí)。

2.2 移動平臺是支撐

教育云，可以被理解為云計(jì)算在教育中的應(yīng)用，作為一種新的服務(wù)模式，教育云服務(wù)受到了熱捧，《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011-2020)》中明確提出了建設(shè)中國教育信息化云服務(wù)平臺的任務(wù)和行動計(jì)劃[4]。智慧教材的使用必須有強(qiáng)大的平臺作為支撐，特別是利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對移動學(xué)習(xí)平臺對在線學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)過程產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和分析，如圖2所示。

圖2 學(xué)生個人大數(shù)據(jù)分析模型圖

大數(shù)據(jù)理念和技術(shù)背景下，用戶可通過移動智能終端設(shè)備或者PC端完成系統(tǒng)的登錄，實(shí)現(xiàn)不同終端跨平臺的交互操作。通過云平臺，將可視化的數(shù)據(jù)與生動形象的圖表結(jié)合起來，讓教師和學(xué)生以數(shù)據(jù)可視化的方式更加直觀便捷的了解學(xué)習(xí)行為。要實(shí)現(xiàn)移動學(xué)習(xí)平臺的“智慧”，就必須引入大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，通過挖掘大量學(xué)習(xí)過程的數(shù)據(jù)制定更有針對性的學(xué)習(xí)計(jì)劃。[5]這個過程可簡單描述為數(shù)據(jù)來源與收集、數(shù)據(jù)挖掘與數(shù)據(jù)展示。

數(shù)據(jù)來源主要是通過統(tǒng)計(jì)分析學(xué)生的基本信息與學(xué)生通過各種終端接入平臺，從不同角度全面收集學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的行為數(shù)據(jù)，如學(xué)生的出勤率、課堂練習(xí)的正確率、作業(yè)完成時(shí)長、課題參與率、回答問題的次數(shù)與正確率、點(diǎn)擊率、考試成績等。

數(shù)據(jù)挖掘就是根據(jù)不同的數(shù)據(jù)來源，對學(xué)生學(xué)習(xí)行為產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，挖掘出學(xué)生顯性或隱性學(xué)習(xí)行為信息，如學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)興趣、資源吸引力度、知識掌握程度等信息。具體步驟包括選擇數(shù)據(jù)挖掘方法（如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)、統(tǒng)計(jì)分析等）、選擇數(shù)據(jù)挖掘算法（如統(tǒng)計(jì)分析算法、一般分類算法和聚類算法等）進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘（找出感興趣的模式或知識）。[7]

數(shù)據(jù)展示就是把數(shù)據(jù)挖掘分析的結(jié)果運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、可視化技術(shù)等進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)果顯示和推送給用戶。

3.基于大數(shù)據(jù)理念和技術(shù)背景下智慧教材開發(fā)體系的特征

（1）線上線下互補(bǔ)共融，知識展示精彩紛呈。將在線教育的精品教學(xué)資源與傳統(tǒng)課堂教學(xué)有機(jī)整合起來，既發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，也充分體現(xiàn)學(xué)生的主動性、積極性和創(chuàng)造性。

（2）碎片化、游戲化、移動化、個別化的學(xué)習(xí)方式將提高學(xué)生的主動參與率和自主學(xué)習(xí)的興趣，適合深度學(xué)習(xí)。

（3）超文本閱讀學(xué)習(xí)方式，從拓展文本到超越文本，實(shí)現(xiàn)課內(nèi)外、學(xué)科間的深度融合，有利于培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，有效提升了學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容的廣度和深度。

（4）解決傳統(tǒng)教材內(nèi)容陳舊、更新速度慢、表現(xiàn)形式單一、無法進(jìn)行實(shí)時(shí)交流等問題。

4.大數(shù)據(jù)理念和技術(shù)背景下的智慧教材開發(fā)展望

隨著教育信息化浪潮推動信息技術(shù)在各級各類教育中的廣泛應(yīng)用，教育工作者應(yīng)不斷提高和轉(zhuǎn)變教育思想和教學(xué)觀念，要逐步意識到教育技術(shù)對實(shí)現(xiàn)教育跨越式發(fā)展具有的巨大潛力，要不斷利用技術(shù)手段，特別是信息技術(shù)手段去優(yōu)化教育教學(xué)過程，用較少的時(shí)間達(dá)到教學(xué)內(nèi)容和課程標(biāo)準(zhǔn)，從而提高教育質(zhì)量，培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的人才。

大數(shù)據(jù)、富媒體、AR以及二維碼等技術(shù)的出現(xiàn)，對科研方法和手段提出了新的挑戰(zhàn)，如何發(fā)揮這些技術(shù)自身的功能特點(diǎn)和性能優(yōu)勢，將其運(yùn)用到電子教材的開發(fā)面臨很大的挑戰(zhàn)，教學(xué)科研人員應(yīng)當(dāng)齊心協(xié)力，組成一支具備扎實(shí)理論基礎(chǔ)、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、較強(qiáng)的技術(shù)手段科研人員，促進(jìn)教育信息化浪潮更加波瀾壯闊地向前發(fā)展。

[1]Big data：The next frontier for innovation,competition,and productivity.http：//www.mckinsey.com/Insights/MGI/Research/Technology_and_Innovation/Big_data_The_next_frontier_for_innovation.

[2]韓翠峰.大數(shù)據(jù)帶給圖書館的影響與挑戰(zhàn)[J].圖書與情報(bào),2017,4：37-39.

[3]http：//www.doc88.com/p-9367659502977.html.

[4]張進(jìn)寶,黃榮懷.智慧教育云服務(wù)：教育信息化服務(wù)新模式[J].開放教育研究,2012,18(3)：26-26.

[5]潘志宏.大數(shù)據(jù)環(huán)境下高校智慧移動學(xué)習(xí)平臺的構(gòu)建研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2017,34(4)：163.

[6]萬貝貝.混合式教學(xué)模式下學(xué)生個人大數(shù)據(jù)的應(yīng)用研究[D].華中師范大學(xué),2017,4：16-18.

[7]張玫.數(shù)據(jù)挖掘在網(wǎng)絡(luò)教育平臺構(gòu)建中的應(yīng)用[J].科技信息,2007(13)：277.