全場景數據驅動一體化智慧教學平臺建設的探索

楊呈永 余秀康 程建林 陶雁羽 唐亮

摘 要：伴隨大數據、互聯網等信息技術的發展，高校教育信息化變革迎來新的機遇與挑戰。智慧教學是教育數字化轉型中的重要一環，具有非常大的作用。針對智慧教學存在的問題，桂林理工大學實施全場景數據驅動一體化智慧教學平臺建設，通過數據驅動、深度融合、服務精準等途徑實現了智慧教學，為同類院校建設全場景數據驅動一體化智慧教學平臺提供參考。

關鍵詞：數據驅動；一體化智慧教學平臺；智慧教學

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：0450-9889（2024）12-0107-05

近年來，數字化轉型備受關注和討論，黨中央圍繞教育現代化、數字中國、數字化轉型等作出了許多戰略部署。“十四五”規劃綱要提出的“加快數字化發展，建設數字中國”［1］，為加快數字經濟、數字社會、數字政府、數字生態建設立下了基調，指明了方向。教育作為國家發展的基石，教育數字化轉型對教育教學改革的價值日益凸顯［2］。2022年，教育部實施國家教育數字化行動，提出要加快推進教育數字轉型和智能升級［3］。黨的二十大報告也明確提出推進教育數字化的發展要求，教育數字化轉型已成為教育教學改革中的重要一環［4］。

在數字化轉型的背景下，教育數字化轉型離不開智慧教學。智慧教學是指在教育技術、大數據技術等支撐下，以建構主義學習理論為指導思想，通過變革、創新，對傳統課堂進行改革和重構，促進學生智慧生成［5］的教學。學校要想開展智慧教學就得建設智慧教室，為智慧教學提供基礎條件。智慧教室是集成了物聯網、云計算等多媒體設備及控制系統的物理空間，是師生教學行為數據分析、數據共享及數據監控的教學環境［6］。數據作為新型生產要素，通過伴隨式采集記錄和分析教育教學的過程性數據，優化教學服務供給與學習需求的匹配度，實現教師差異化的“教”、學生個性化的“學”，推動教育決策由經驗驅動走向數據驅動。具體來說，一是通過對教學中產生的過程性數據進行分析，發現其中的問題并即時解決，以改進教學管理。二是通過采集、統計和分析學生課堂表現和作業數據，以便教師因材施教。雖然各種現代信息技術已經在高校智慧教室、教學平臺中得到應用，但是在實際使用過程中仍存在各種問題。例如，智慧教室在建設中由于缺乏整體規劃，導致教學系統各不相同且難統一管理；未與教務系統、一卡通系統等平臺對接，無法實現聯動管理；缺少統一開放的課程資源平臺，課程資源得不到沉淀；各項教學數據分散在不同的系統，存在信息壁壘，無法為教學改革、教師評教、課程評優提供量化指標，不能支撐個性化教學。因此，以智慧教室環境為基礎，以數據為關鍵要素，通過數據賦能，構建全場景數據驅動一體化智慧教學平臺，對推動線上線下混合式教學改革、促進開展高質量教學活動具有重要意義。

一、全場景數據驅動一體化智慧教學平臺構建思路

（一）建設目標

全場景數據驅動一體化智慧教學平臺的建設目標是通過整合教育資源，打造集數據采集、監測管理、預測預警、可視化平臺于一體的智慧教學平臺，進行數據化管理與服務。一是建設業務數據中心，整合教學數據，實現高品質的教學數據集成。二是建設校本SPOC（Small Private Online Course，即小規模限制性在線課程）平臺，提升教師的課程設計能力，保障教學質量。即自動留存優質教學資源，并按需引進國內外優質慕課及支持學校教師自發建設校本課程，構建課程資源池，以滿足學校師生多樣化的學習需求。三是實現場景、過程、資源、數據一體化，并覆蓋全部教學環節，全方位采集教學過程數據，實現自動采集教學數據、預習數據、課堂數據、作業數據、考試數據，提供覆蓋師生、課程、班級等多維度畫像，實現教學質量監控和評價的科學化、智慧化。

（二）建設思路

一是數據驅動。基于學校全域數據中心，對教學過程產生的教學業務數據進行治理和標準化，以確保數據來源的可靠性，并實現數據的互聯互通，為平臺提供數據支撐。具體來說，全場景數據驅動一體化智慧教學平臺與學校教務系統對接，確保數據來源準確無誤，對教學過程進行數據采集、分析，將教學質量監控和評估融合。平臺通過數據驅動，推動實現教學業務數據統一，并對教學過程產生的數據進行統計、分析及展示，從而實現全流程教學大數據分析和可視化展示。

二是深度融合。將實體課堂與網絡課堂進行深度融合，打造“雨課堂智慧教學平臺+學堂”“SPOC+學堂”的教學形式，并將之與在線MOOC打通，實現師生用戶、教學資源、教學數據無縫對接。在不改變傳統教師備課、上課習慣前提下，將網絡課堂與實體課堂深度打通。通過課堂智慧教學平臺“雨課堂”、校內SPOC平臺“學堂云”、精品在線開放課程平臺“學堂在線”及國內課程國際化推廣平臺的深度融合，實現這四個平臺統一，即全場景數據驅動一體化智慧教學平臺，提供全方位、全流程教學及其管理服務。

三是服務精準。全場景數據驅動一體化智慧教學平臺的建設目的是構建全教學生命周期的教學大數據，實時監控教學，實現精準服務。即對教學中遇到的問題進行有效預警、及時干預；為院級、校級管理提供可視化教學數據，以便分析、管理、決策；為教學提供精準服務，以提升學校教學管理、服務水平。

二、全場景數據驅動一體化智慧教學平臺構建

（一）統一平臺，數據驅動

全場景數據驅動一體化智慧教學平臺遵循統一原則，通過數據驅動實現統一管理與服務。平臺將“雨課堂”“學堂云”融合，并將學校教務系統、人事系統等核心基礎業務系統打通，通過數據驅動將全用戶、全過程、全方位的教育教學數據進行有效整合，提升這些數據質量，為教育教學大數據應用分析與決策提供強有力的數據支撐。平臺采用四層架構，如圖1所示。

把網絡教學系統、互動教學系統、在線考試系統、教學管理系統、教學評價系統等統一到一個平臺上，并融合“雨課堂”和“學堂云”，實現用戶數據、教學數據、課程數據、班級數據、資源數據等統一，準確提供用戶畫像、提高教學數據交互性，實現教學全過程的數據采集、分析、挖掘與處理，為教學提供完整的精準的數據。在這個統一的平臺上，教師、學生、學校管理者可通過手機、電腦、課堂教學電子裝配等電子終端進行訪問，且不受時間和空間的限制。

（二）數據標準及其規范體系建設

數據標準是數據治理過程中非常重要的內容，它是數據治理的依據，全場景數據驅動一體化智慧教學平臺數據參考“高等學校管理信息標準——代碼標準集HEMIS-CSS”和“高等學校管理信息標準——數據標準集HEMIS-DSS”，結合學校信息系統的實際情況，針對學校信息系統中數據的結構、格式、定義和管理方法制訂數據規范標準。制訂數據標準的目的在于確保信息系統中的數據能夠被正確地理解、處理和交換，從而提高信息處理的準確性、效率和一致性。數據標準規范體系包含數據結構標準、數據格式標準、數據定義標準、數據交換標準、數據安全與隱私保護標準等多個層次和數據管理標準方面的內容，它可以確保學校業務系統數據從采集、錄入、存儲、更新、備份、清理全生命周期內的系統數據得到有效管理和使用。

（三）平臺安全保障體系建設

安全防護體系是智慧教學平臺建設的主要內容之一，為智慧教學平臺安全穩定運行提供全方位安全保障。一是系統安全，包括網絡安全、服務器安全、數據庫安全等，為智慧教學平臺運行提供支撐。二是數據安全，通過數據的存儲加密、訪問控制、備份策略等措施確保平臺數據安全。三是安全審計，內容包括數據庫審計、服務器審計、終端審計、應用系統審計和網絡審計，將管理員、用戶訪問業務數據和應用系統內的關鍵操作等記入日志，做到操作有跡可循；使用日志分析、入侵檢測和預防系統（IDS/IPS）等工具來增強平臺監控能力。四是安全培訓與意識培養，管理員定期開展信息安全知識和防范技巧學習和培訓活動，從源頭上構筑堅固的信息安全防線，以有效降低人為因素導致的安全風險，從而全面提升信息系統的安全保障能力。

平臺采取以上多層次、多維度的安全措施，使各個體系之間相互關聯、相互支撐，將“人防+技防”結合，為智慧教學平臺提供全方位的安全保障，確保系統平臺和數據的安全性，保護用戶的隱私和權益，促進智慧校園持續發展。

（四）數據層建設

數據層涵蓋數據采集、數據存儲、數據管理、數據分析等一體化數據治理過程的各層級，采集用戶數據、教學數據、課程數據、班級數據、資源數據等多種類型的數據，確保數據的準確性和完整性。建立可靠的數據存儲系統，對不同類型的數據進行分類和存儲，確保數據的安全性和可靠性；建立完善的數據管理機制，對不同類型的數據進行分類和管理，確保數據的可用性和可操作性。數據治理流程如圖2所示。數據治理流程分為以下4個階段。

一是數據采集與整合。通過在線表單、傳感器、系統日志等多種渠道全面采集數據，確保數據的多樣性和時效性，并將這些數據整合到一個統一的數據存儲系統中，實現數據的集中管理和維護。

二是數據存儲與管理。為了確保數據的安全性和可靠性，建立了一套可靠的數據存儲系統，對不同類型的數據進行分類存儲，并提供數據備份和恢復機制，以防數據丟失或損壞。

三是數據質量控制與維護。建立完善的數據管理機制，對數據進行清洗、去重、驗證和修正等處理，確保數據的準確性和一致性。同時，還實施權限管理和數據訪問控制，確保只有授權人員才能訪問和操作數據。

四是數據分析與應用。運用大數據分析技術，對整合后的數據進行深入分析和挖掘，發現數據中的模式、趨勢和關聯。這些分析結果可以幫助我們形成不同維度的教學畫像，為教學決策提供科學、客觀的依據。

（五）平臺層建設

全場景數據驅動一體化智慧教學平臺層采用云計算、大數據技術等先進技術融合教育理念而創新教學平臺，以數據中心為數據基座，將教學資源平臺、網絡課堂平臺、實體課堂融合一體互聯互通，為智慧教學提供高效穩定的支撐。它主要包括智慧課堂教學平臺“雨課堂”、智慧網絡教學平臺“學堂云”、在線課程運行平臺“學堂在線”，將它們融合為一體，為學校提供從輔助課堂教學，到SPOC教學，到國家精品在線開放課程運行的全方位、全流程服務。同時，把國內外優質課程資源無縫對接到校內SPOC課堂教學中，構建一個連接校內校外、融合線上線下、貫穿課內課外的新型教學生態，如圖3所示。

（六）應用服務建設

應用服務包括網絡教學系統、互動教學系統、在線考試系統、教學管理系統和教學評價系統。網絡教學系統實現課程資源上傳、在線課程建設、在線課程教學、精品課運行等功能，提供豐富的教學資源，支持在線教學和自主學習。互動教學系統實現直播授課、課堂互動、課前預習、課后練習等功能，提供多種互動方式，增強學生的參與性和學習效果。在線考試系統實現試卷制作、試卷發布、在線監考、在線批閱等功能，提供安全可靠的考試環境，確保考試的公平性和準確性。教學管理系統實現教務管理、資源管理、平臺管理、行政通知等功能，提供全面的教務服務，支持教學管理和決策。教學評價系統實現在線督學、在線巡考、學生評教、課程評估等功能，提供全面的教學評價服務。各應用服務形成一個綜合的教育教學服務體系，提供全方位的教學支持并進行管理。

（七）訪問層建設

訪問層建立了完善的用戶管理機制，加強用戶注冊、用戶認證、用戶權限管理等。通過配置不同的訪問權限，確保數據和系統的安全性。支持多種訪問工具，包括手機、電腦、教學大屏等。支持多種訪問模式，包括在線訪問、離線訪問、異地訪問等。用戶可以隨時隨地訪問平臺，提高學習和教學效率。確保系統的兼容性，支持多種操作系統和瀏覽器。

三、應用成效

本研究以桂林理工大學全場景數據驅動一體化智慧教學平臺為例檢測應用效果，該平臺覆蓋屏風、雁山兩個校區。學校自2020年10月正式啟用全場景數據驅動一體化智慧教學平臺，截至2023年4月，通過身份認證綁定的師生共35 500多人，其中覆蓋率最高時教師為83%，學生為100%，完成自建課程資源282個。2018年，學校獲得教育部在線教育研究中心在線教育“智慧教學試點項目”。同年，獲得教育部在線教育研究中心頒發的“慕課+教學實踐獎”，開創了優質教育教學資源共享傳播的新局面。在2020年第十八屆和2021年第十九屆廣西高校教育教學信息化大賽中，學校榮獲一等獎9項、二等獎9項、三等獎10項，一等獎獲獎數量位居全區高校第一。在2021年度教育信息化應用優秀案例評比中，平臺被評為2021年度自治區教育廳教育信息化應用（高等教育）優秀案例。成功申報了“信息化背景下分析化學課程教學模式創新與‘金課建設實踐”項目，并于2022年獲得自治區級（高等教育）教學成果特等獎。依托全場景數據驅動一體化智慧教學平臺，學校各學科構建了信息化資源體系，支持學校獲得首批國家級一流本科課程6門，在全區高校中位列前茅，其中線上一流課程2門、線上線下混合式一流課程4門；獲自治區級一流本科課程50余門，其中，2021年獲區內推薦第二批國家級一流本科課程評選20余門。據統計，依托全場景數據驅動一體化智慧教學平臺開展相關培訓100余次，內容涉及信息化教學理念、課程組織與評估、教學法運用、課堂教學新模式等方面，教師參加人數1 000余人次，教師的信息素養獲得提升。

綜上所述，全場景數據驅動一體化智慧教學平臺的建設，通過整體規劃，以需求為導向，在部署學堂云＋雨課堂教學插件環境的基礎上，打造網絡課堂和實體課堂一體化、雨課堂智慧教學工具和學堂云課程資源一體化；運用大數據、人工智能等技術，將數據驅動深度融入教育教學全過程，覆蓋全場景，上課即建課，同步留存課程資源，解決了教學數據不統一、課程資源得不到沉淀、學生學業全過程數據難以采集等問題，有效推動智慧教育教學、考核、評價的變革和創新。學校將以全場景數據驅動一體化智慧教學平臺為基礎，促進教學方法、教學管理、教學評價、教學資源等不斷優化和積淀，進一步挖掘教育教學業務數據，為教學評價改革、個性化人才培養、學科數據決策等提供支撐，不斷推進學校教育數字化轉型。

參考文獻

［1］祝智庭，胡姣.教育數字化轉型的本質探析與研究展望［J］.中國電化教育，2022（4）：1-8.

［2］周全.數字化轉型賦能基礎教育高質量發展路徑研究：以國家級信息化教學實驗區為例［J］.中國電化教育，2022（11）：50-60.

［3］祝智庭，胡姣.教育數字化轉型的實踐邏輯與發展機遇［J］.電化教育研究，2022（1）：5-15.

［4］黃榮懷.加快教育數字化轉型 推動學校高質量發展［J］.人民教育，2022（15）：28-32.

［5］邢西深，管佳.新時代的智慧教學：課堂實踐、問題審思與發展對策［J］.電化教育研究，2022（5）：109-114.

［6］張雪，楊浩，石映輝.智慧教室環境下大學生學習環境偏好與學習策略的關系探究［J］.現代教育技術，2020（3）：45-51.

注：本文系2021廣西高等教育本科教學改革工程項目“信息技術支持下‘三位一體高校智慧教育支撐平臺建設與應用研究”（2021JGB199）、廣西哲學社會科學規劃研究課題“廣西高校治理現代化視域下數據治理體系構建及應用研究”（21FGL040）的研究成果。

（責編 盧建龍）