大數(shù)據(jù)及其關(guān)鍵技術(shù)的教育應(yīng)用

唐利紅

（長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南省長沙市 410007）

近幾年，大數(shù)據(jù)中的各類技術(shù)得到快速完善，促使其逐漸融入在各行各業(yè)之中，教育領(lǐng)域也開始應(yīng)用其中的關(guān)鍵技術(shù)，如：挖掘數(shù)據(jù)、云計(jì)算以及學(xué)習(xí)分析等技術(shù)。通過這些技術(shù)能夠促使現(xiàn)代教育得到更多便利，尤其是在對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析、儲(chǔ)存、決策等環(huán)節(jié)，更是可以利用這些技術(shù)帶來的便利強(qiáng)化自身水平，這對(duì)于現(xiàn)代教育而言屬于一種較為有利的保障方式。但為了確保保障效果，現(xiàn)代教育依然需要深入探究大數(shù)據(jù)及其關(guān)鍵的應(yīng)用。

1 大數(shù)據(jù)及其關(guān)鍵技術(shù)概述

大數(shù)據(jù)是指借助傳感器設(shè)備及計(jì)算能力，解析與挖掘顯示世界、虛實(shí)融合世界、虛擬世界網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，以此實(shí)現(xiàn)判斷決策。在教育領(lǐng)域中，逐步實(shí)施各種課程管理系統(tǒng)、學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)、互動(dòng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)等。大數(shù)據(jù)使教育信息的編程能夠通過數(shù)字進(jìn)行傳輸、量化和捕獲，實(shí)現(xiàn)過程性考察，推動(dòng)教育革命。大數(shù)據(jù)海量技術(shù)為獲取教育數(shù)據(jù)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，但原始數(shù)據(jù)只是基礎(chǔ)。只有利用收集到的教育數(shù)據(jù)，建立學(xué)習(xí)分析模型，闡明教育變量之間的關(guān)系，賦予數(shù)據(jù)意義，才能將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信息。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)‐信息‐知識(shí)‐智慧的逐級(jí)挖掘。關(guān)鍵技術(shù)如下：

1.1 教育數(shù)據(jù)挖掘

該技術(shù)主要是利用人工智能、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)挖掘、及其學(xué)習(xí)等方法技術(shù)，處理分析原始教育信息，以構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，分析學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)內(nèi)容、和結(jié)果、教學(xué)行為與資源的變量，預(yù)測學(xué)生的學(xué)習(xí)趨勢。通過這種方法，支持學(xué)生家長、教育工作者、教育研究人員、學(xué)生和軟件開發(fā)人員，做到教育系統(tǒng)資源良性互動(dòng)。

1.2 學(xué)習(xí)分析

該技術(shù)研究對(duì)象以學(xué)生及其環(huán)境為主，通過分析海量教育數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)潛在問題，預(yù)測學(xué)習(xí)者的表現(xiàn)、進(jìn)步。學(xué)習(xí)分析技術(shù)以學(xué)習(xí)者產(chǎn)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)信息，通過數(shù)學(xué)建模、處理數(shù)據(jù)技術(shù)的方式解釋數(shù)據(jù)，根據(jù)分析信息及結(jié)果數(shù)據(jù)，探究學(xué)習(xí)情景與過程，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)規(guī)律，促進(jìn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)。該技術(shù)利用數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)解釋、數(shù)據(jù)挖掘優(yōu)勢，采集、存儲(chǔ)、表示及分析學(xué)習(xí)平臺(tái)內(nèi)諸多數(shù)據(jù)信息，借助分析測量方式評(píng)估、干預(yù)與預(yù)測學(xué)習(xí)者行為，為其提供量身定做的教育，改善教學(xué)效能。

2 大數(shù)據(jù)及其關(guān)鍵技術(shù)的系統(tǒng)架構(gòu)

教育系統(tǒng)是以大數(shù)據(jù)技術(shù)為支持，涉及技術(shù)架構(gòu)、基礎(chǔ)支撐、智能應(yīng)用等多層次、多要素復(fù)雜生態(tài)體系，構(gòu)建教育平臺(tái)架構(gòu)，需借助系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)方式，建立系統(tǒng)架構(gòu)模型。

2.1 教育平臺(tái)模型

為從整體角度確定各項(xiàng)用于教育場景的大數(shù)據(jù)及其關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)置大教育大數(shù)據(jù)技術(shù)平臺(tái)模型，由智能創(chuàng)造、智能支持、智能服務(wù)構(gòu)成，為教育場景提供技術(shù)支撐。

2.1.1 支撐模塊

教育系統(tǒng)中以程序庫、計(jì)算框架等軟件環(huán)境支撐，一級(jí)芯片、傳感器、終端、服務(wù)器等硬件設(shè)備支撐。基礎(chǔ)設(shè)施見表1。

表1：系統(tǒng)支撐

2.1.2 創(chuàng)造模塊

該模塊作為教育系統(tǒng)核心模塊，能夠從外部感知數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)至智能的加工，完成智能輸出。數(shù)據(jù)獲取包含智能數(shù)據(jù)感知、大數(shù)據(jù)擦劑等，可通過外界環(huán)境感知觸覺、聽覺、視覺等，在系統(tǒng)內(nèi)采集行為與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；信息加工包含清晰、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，提取特征；知識(shí)構(gòu)建包含機(jī)器學(xué)習(xí)建模、知識(shí)工程與專家系統(tǒng)；智能輸出執(zhí)行，能夠顯示與發(fā)生、控制策略及控制邏輯。

2.1.3 服務(wù)模塊

能夠?qū)ν廨敵鱿到y(tǒng)服務(wù)，涵蓋知識(shí)管理、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)。

2.2 核心平臺(tái)框架

核心平臺(tái)涉及關(guān)鍵技術(shù)、軟硬件設(shè)施等，建設(shè)難度較高，可將其分為技術(shù)支撐層、關(guān)鍵技術(shù)層及技術(shù)服務(wù)層這三層架構(gòu)。其中，技術(shù)支撐層能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供軟硬件支撐，包含計(jì)算設(shè)備、芯片、傳感器與計(jì)算框架；關(guān)鍵技術(shù)層，包含人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、資源關(guān)鍵技術(shù)、知識(shí)管理技術(shù)；技術(shù)服務(wù)層包含AI 能力中心、大數(shù)據(jù)中心、資源中心、知識(shí)管理中心。

3 大數(shù)據(jù)及其關(guān)鍵技術(shù)的教育應(yīng)用

3.1 挖掘資源

早期的網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)挖掘主要目的，是基于網(wǎng)站教育日志等等數(shù)據(jù)的自動(dòng)挖掘，現(xiàn)在新的利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)支持的交互式教育學(xué)習(xí)分析方法和教學(xué)工具，為教學(xué)量化和自動(dòng)收集有關(guān)學(xué)生學(xué)習(xí)行為等的數(shù)據(jù)挖掘帶來了新的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。特別地它是更加易于集成、易于模塊化和容易復(fù)雜化的，在線機(jī)器學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)使它提供了大量更多不同類型的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，其中幾乎包含了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘分析算法中所需要的許多數(shù)據(jù)變量。挖掘流程如圖1所示。

圖1：大數(shù)據(jù)及其關(guān)鍵技術(shù)的挖掘流程

教育預(yù)測數(shù)據(jù)挖掘的功能用于發(fā)現(xiàn)這些教育數(shù)據(jù)過程中的學(xué)習(xí)模式和發(fā)展規(guī)律，探索如何建立一種預(yù)測模型，重新定義發(fā)現(xiàn)和分析預(yù)測初中學(xué)生如何參與學(xué)習(xí)。例如：Hung,J.L.等研究開發(fā)了一種在線教育課程學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)調(diào)查方法，通過統(tǒng)計(jì)分析高危學(xué)生在線學(xué)習(xí)課程的注冊學(xué)習(xí)成績?nèi)罩荆荒昕偣灿衅咔в嗝呶W(xué)生在800 門免費(fèi)注冊在線課程，其中存在23854527 份課程學(xué)習(xí)成績?nèi)罩荆Y(jié)合高危學(xué)生在線人口發(fā)展特征調(diào)查數(shù)據(jù)、課程學(xué)習(xí)結(jié)束時(shí)對(duì)高危學(xué)生人口開展的在線課程學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)問卷調(diào)查，便可發(fā)現(xiàn)高危難度學(xué)生和高難度表現(xiàn)的人口特征，預(yù)測高危學(xué)生的學(xué)習(xí)成績，并深入研究高危學(xué)生的高表現(xiàn)，以及其對(duì)在線課程學(xué)習(xí)滿意度的直接關(guān)系。

3.2 云計(jì)算

目前，核心云計(jì)算產(chǎn)品主要是指云計(jì)算服務(wù)，云計(jì)算產(chǎn)品的核心技術(shù)主要是企業(yè)云計(jì)算的核心硬件技術(shù)、軟件技術(shù)和企業(yè)云安全數(shù)據(jù)管理的核心技術(shù)。分為微觀視角，主要產(chǎn)品研發(fā)的云服務(wù)提供商，包括數(shù)據(jù)的咨詢服務(wù)，咨詢服務(wù)，業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)傳播數(shù)據(jù)的云，云，云服務(wù)的發(fā)展服務(wù)，在線和離線是云管理和服務(wù)的發(fā)展可以分為數(shù)據(jù)開發(fā)服務(wù)，云開發(fā)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)、在線數(shù)據(jù)庫開發(fā)、在線測度開發(fā)軟件服務(wù)、在線開發(fā)測試軟件服務(wù)和用戶在線開發(fā)應(yīng)用服務(wù)。云硬件系統(tǒng)核心技術(shù)的主要組成部分是云數(shù)據(jù)服務(wù)器、云數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和云數(shù)據(jù)處理設(shè)備。云端的網(wǎng)絡(luò)通用終端數(shù)據(jù)計(jì)算處理設(shè)備、通用的云網(wǎng)絡(luò)終端數(shù)據(jù)中心和各種云網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、集裝箱和云通用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理服務(wù)中心等硬件設(shè)備組合而成。

3.3 學(xué)習(xí)分析

該分析技術(shù)以來自學(xué)生和其他學(xué)習(xí)者的環(huán)境數(shù)據(jù)為主要研究預(yù)測對(duì)象，研究者的目標(biāo)主要是分析新生海量高等教育學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)建模分析，準(zhǔn)確了解潛在的學(xué)習(xí)問題，優(yōu)化新生的學(xué)習(xí)分析方法，預(yù)測未來學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中的顯著進(jìn)步和突出表現(xiàn)。基于學(xué)生學(xué)習(xí)心理分析數(shù)據(jù)技術(shù)的智能模型基于學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)主要包括學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，再經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理，最后，收集了學(xué)生智能教學(xué)的數(shù)據(jù)。所謂的學(xué)生智能教學(xué)數(shù)據(jù)主要由實(shí)時(shí)教學(xué)圖像、語音展示視頻、互動(dòng)學(xué)習(xí)行為、教學(xué)過程績效考核等智能數(shù)據(jù)組成。此外，學(xué)習(xí)信息技術(shù)和數(shù)據(jù)分析學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中有效的信息數(shù)據(jù)處理的情況下自動(dòng)建立數(shù)據(jù)模型，使用數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)科學(xué)解釋模型相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)、信息和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析根據(jù)模型發(fā)生過程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐情況，來幫助我們了解每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程的具體的法律學(xué)校提供了一個(gè)參考的數(shù)據(jù)優(yōu)化的程序設(shè)計(jì)課堂教學(xué)過程，幫助引導(dǎo)學(xué)生不斷地改進(jìn)自己的學(xué)習(xí)方法。數(shù)據(jù)分析管理技術(shù)委員會(huì)通過技能的學(xué)習(xí)模型的數(shù)據(jù)、信息，結(jié)合深度學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)挖掘分析的優(yōu)勢三個(gè)管理信息收集、存儲(chǔ)、分析和數(shù)據(jù)處理描述了學(xué)校信息管理系統(tǒng)，最后通過將數(shù)據(jù)分析后的結(jié)果應(yīng)用客觀分析評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)管理的行為，預(yù)評(píng)估學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)展的新趨勢的同時(shí)，給自己的學(xué)生一組學(xué)習(xí)管理方法，調(diào)整自己，從而有效地同步，促進(jìn)學(xué)校教育管理持續(xù)改進(jìn)的有效性。

3.4 適應(yīng)教學(xué)

適應(yīng)教育是為了讓每一個(gè)學(xué)生得到最大的發(fā)展，能夠根據(jù)學(xué)生的情況調(diào)整適應(yīng)型教育的內(nèi)容、方法和過程的最佳教育狀態(tài)。實(shí)施適應(yīng)性教學(xué)，需要根據(jù)每個(gè)學(xué)生的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)狀況進(jìn)行綜合分析。大數(shù)據(jù)使追蹤和整合這些數(shù)據(jù)成為可能，并為學(xué)生提供個(gè)性化支持。最常見的適應(yīng)教育系統(tǒng)是在線學(xué)習(xí)，各種各樣的學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)和在線學(xué)習(xí)平臺(tái)可以完整地記錄學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程。將學(xué)習(xí)者的人口學(xué)特征和學(xué)習(xí)風(fēng)格特征結(jié)合起來的學(xué)習(xí)過程的記錄，能夠明確地反映學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)路徑和特征。有效地記錄學(xué)習(xí)過程，綜合評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行診斷和推薦，有針對(duì)性地進(jìn)行授課。

目前代表性的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)是克牛頓學(xué)院和凱漢學(xué)院。這個(gè)自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，把重點(diǎn)放在學(xué)生的學(xué)習(xí)支援上，學(xué)習(xí)系統(tǒng)試圖作為一個(gè)教師，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行記錄、診斷和自動(dòng)干預(yù)。適應(yīng)學(xué)習(xí)的另一個(gè)方面是教師的教育支持。需要指出的是，目前的學(xué)習(xí)制度仍有許多局限性。在mooc 的早期階段，人們關(guān)注的是教師是否會(huì)取代網(wǎng)絡(luò)課程。教師不可能在短時(shí)間內(nèi)消失。相反，他們將在技術(shù)的幫助下提高自己的專業(yè)性，改變角色。大數(shù)據(jù)將成為教師教學(xué)的有力助手，幫助教師更好地發(fā)揮自身作用，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)。

3.5 應(yīng)用方案

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，mooc、倒置教室、在線視頻的創(chuàng)建是為了為學(xué)生提供大量的學(xué)習(xí)資源和個(gè)性化的學(xué)習(xí)服務(wù)。同時(shí)，mooc 可以幫助教師創(chuàng)新教學(xué)模式，設(shè)計(jì)大型開放課程。根據(jù)研究結(jié)果，文獻(xiàn)管理軟件NoteExpress 提取10 個(gè)關(guān)鍵字，對(duì)其發(fā)生頻率進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)、總結(jié)和分析。最終得到教育系統(tǒng)高頻關(guān)鍵詞常見詞矩陣表。其中，關(guān)鍵詞大數(shù)據(jù)出現(xiàn)至少上百次。除此之外，相關(guān)人員為了進(jìn)一步對(duì)其展開精準(zhǔn)分析，深入探索知識(shí)內(nèi)涵，還可以針對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)展開適當(dāng)調(diào)整，這樣大數(shù)據(jù)及其關(guān)鍵技術(shù)就能在教育領(lǐng)域獲得無限的可能性。

4 結(jié)束語

綜上所述，站在當(dāng)今社會(huì)的角度來說，大數(shù)據(jù)已經(jīng)在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中起著較為重要的作用，當(dāng)現(xiàn)代教育開始靈活運(yùn)用大數(shù)據(jù)及其關(guān)鍵技術(shù)后，便可大幅增加教學(xué)合理性，還能在拓展教學(xué)多樣性的同時(shí)保證評(píng)價(jià)客觀性。雖然目前大數(shù)據(jù)及其關(guān)鍵技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用情況并不成熟，但只是缺乏相應(yīng)基礎(chǔ)與指導(dǎo)，不可直接否認(rèn)大數(shù)據(jù)及其關(guān)鍵技術(shù)對(duì)于教育領(lǐng)域的實(shí)際效果，因此，教育領(lǐng)域在未來發(fā)展中，需要將大數(shù)據(jù)及其關(guān)鍵技術(shù)作為首要研究重點(diǎn)。