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教科成果
智慧教育大數據環境下學習分析系統的構建
作  者:許麗莎
成果項目:论文《智慧教育大數據環境下學習分析系統的構建》在第八届全国中小学论文(课件)大赛中荣获一等奖
頒獎單位/發表途徑:中國中小學教育委員會
榮譽級別:省級及以上
發表日期:2015年06月
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                     智慧教育大數據環境下學習分析系統的構建
                          大发快三   許麗莎
摘要:智慧教育是技術變革時代教育發展的主旋律,學習分析技術是教育技術發展的第三次浪潮中的新興研究領域。智慧教育系統宏大,教育大數據是發展智慧教育最重要的基礎,學習分析技術是連接教育大數據與智慧教育的橋梁。智慧教育教學需要依靠大數據與學習分析技術兩條腿走路。
關鍵詞:智慧教育   大數據   學習分析技術
一、引言
2008年IBM首次提出“智慧地球”概念,智慧城市作爲智慧地球戰略的重要組成部分,已被衆多發達國家納入科技發展規劃。2012年12月我國正式啓動了智慧城市試點工作。2014年初荊州市政府、市教育局頒布了《“智慧荊州光網城市”信息化戰略合作協議》,推動荊州市“三通兩平台”建設,積極開展教育信息技術與裝備研發及推廣等工作,將荊州市“智慧教育”平台建設納入全市智慧城市規劃範疇,爲全市教育信息化描繪“智慧教育”藍圖。
如何提升教育領域的智慧化水平,是未來智慧城市發展面臨的重大現實問題。在我國,北京、上海、佛山正在緊鑼密鼓地推進智慧教育的規劃與實施。在湖北省,以五大模塊爲特征的武漢教育雲已初具規模;黃岡中學依托自身百年教育品牌,攜手“中興”打造教育信息化高科技園區“教育谷”,擬將黃岡教育打造爲中國基礎教育的高端品牌。
當前中國智慧教育呈現實踐先行、理論滯後的特點。信息化視角下智慧教育探索剛剛起步,學術層面的研究少之又少。但是國內仍不乏有學者提出“智慧教育“的概念的建設性構想。尹恩德【1】認爲,智慧教育是指運用物聯網、雲計算爲代表的一批新興的信息技術,統籌規劃、協調發展教育系統各項信息化工作,轉變教育觀念、內容與方法,以應用爲核心,強化服務職能,構建網絡化、數字化、個性化、智能化、國際化的現代教育體系。金江軍【2】認爲,智慧教育是教育信息化發展的高級階段,是教育行業的智能化,與傳統教育信息化相比表現出集成化、自由化和體驗化三大特征。目前,智慧教育解決方案還處于探索階段,在技術方面仍然沒有統一的系統架構標准和技術規範;在應用方面,物聯網與雲計算等先進技術處于初級應用階段,沒有從如何利用信息技術支持學生自主學習提出有效的解決方案。
二、智慧教育學習分析系統的構建
智慧教育建設要推動信息技術與教育教學的深度融合,實現教育教學、教育資源與管理的信息化以及人才培養模式的創新。通過資源建設,讓學習分析系統能推動教育網絡大平台建設、促進學習者學習方式變革、引領課程教學方式創新等,從而有效助力智慧教育教學活動。
(一)     智慧教育學習分析系統的整體框架
一個基礎——大數據
大數據已經成爲當今最熱門的關鍵詞。隨著互聯網、雲計算等技術的迅猛發展,人們日常生活網絡化程度越來越高,直接導致數據海量增加,人類不知不覺進入大數據時代。在教育領域,衆多的在線教育平台、遠程網絡授課平台以及學習管理系統等的存在,使得海量數據急速積累。這些大數據來自系統中存儲的海量學習信息及學習過程,如何將數據轉變爲信息,並爲教學決策、優化學習服務,已引起越來越多教育工作者的關注。
一座橋梁——學習分析技術
學習分析技術是一個新興的研究領域。旨在應用數據分析爲教育系統的各級決策提供參考,關鍵內容就是應用教育領域的大數據分析。比如在社交網站中,騰訊QQ會根據個人的關注對象推薦該用戶可能感興趣的其他對象。這類技術的實質,就是對數據的提取、歸類、分析與總結,進行統計性的預測和判斷。
兩條腿走路——構建基于大數據與學習分析技術的智慧教育
智慧教育建設的核心是爲教育和教學提供智慧應用與服務,而教育大數據是發展智慧教育最重要的基礎,學習分析技術是連接教育大數據與智慧教育的橋梁。本文將探討智慧教育大數據與學習分析技術的構建,並提出解決的途徑。
(二)     學習分析系統的構建
(1)傳統分析技術與大數據環境下學習分析系統的差別
傳統課堂教學也分析教學過程、評估學生成績來提高教學質量,但這些活動中采集的數據非常有限,呈單一性、單向性,信息化程度不高,最重要的是反饋分析結果用于幹預教學的周期過長,效果不明顯。隨著教學資源網絡化進程加快,基于網絡平台的在線學習方式的普及,獲取相當豐富的學習過程、學習結果數據成爲現實,爲學習分析技術的應用奠定物質基礎,學習分析技術呼之欲出!和傳統方式相比,學習分析技術在學習和評估的靈活性,主動識別、幹預學習過程中出現問題的學生、引導學習者自我管理和自我激勵以及學習管理系統智能化和自動化的監測和分析手段等方面有很多的優勢。     
(2)核心概念的界定
目前,学习分析概念在学术界尚未形成一个严密的界定,不同学者对其内涵和外延有不同的理解。首届“学习分析和知识国际会议”上,与会者一致认为:学习分析技术是测量、收集、分析和报告有关学生及其学习环境的数据,用以理解和优化学习及其产生的环境的技术。《2012NMC 地平线报告(高教版)》也给出了近似的定义,即学习分析技术是对学生生成的海量数据的解释和分析,以评估学生的学术进展,预测未来的表现,并发现潜在的问题。Siemens 【3】将学习分析定义为“关于学习者以及他们的学习环境的数据测量、收集、分析和汇总呈现,目的是理解和优化学习以及学习情境”。我们认为, 学习分析是运用先进的分析方法和工具预测学习结果、诊断学习中发生的问题、优化学习效果的一类教学技术的集合。
由此可見,學習分析技術研究的對象是學習主體的學習過程及其學習環境,目的是評估學習過程、發現問題隱患、優化學習,基礎是大數據下的海量數據。因此,學習分析應該基本具備以下特征:
①海量數據資源。數據的采集不應局限于傳統教學環境下的數字學習資料,也不應僅僅依靠反饋自教學的學習信息,數字來源應是多樣化的,除了來襲與學生網絡在線學習平台,更需要關注學生個體非正式管理系統中的知識數據。
②分析工具和分析方法。分析工具如對原始帖標注、交互引用或者簡評的工具,用于系統建模以及數據挖掘工具,有專業的用于文本分析基于詞典的工具,分析內容以及網絡社會分析工具等。對應下來,學習分析的關鍵技術層面也有話語分析、內容分析、網絡社會分析等技術以及文本挖掘、關系挖掘等數據挖掘方法。
③分析結果直觀化。學習分析系統隨時監測各學習者的行爲,調整教學。直觀化的數據呈現方式便于學習者即使對學習狀況做出判斷。
當然,學習分析系統最直接的服務對象就是教與學的雙方。通過及時收集、存儲、共享與應用校園網絡系統在線學習平台産生的海量數據,對教育過程及時做出智能化的分析,幫助老師分析和預測學習效果,提高學習績效,通過及時傳輸及反饋學習情況,幫助學生提高學習效率和學習質量。
(3)學習分析系統的設計
对于学习分析系统的设计思路,不同的专家见解不同。Malcolm Brown的观点偏于基础层面,他认为学习分析的重心是学习的行为,其核心在于搜集与学习行为相关的海量数据并进行分析。这是学习分析的独特之处。Tanya Elias的理论建设则更复杂一些,大致概括为:四种资源,三阶段。即在计算机、人力、理论、组织机构四种资源的基础上对数据进行搜集、信息加工、应用三阶段的循环往复实施。Wolfgang Greller则主要在学习分析的目的、采用的分析方法和主要受益者方面进行了布局。根据以上的观点,我们发现不管如何建模,数据选择收集、加工处理、应用反馈都应是学习分析的流程不可或缺的三个阶段。
在學習分析系統設計思路中,數據的選擇與收集主要來源于兩方面:一個是固態數據,即學生特征分析、學習內容分析,一種是液態數據,跟蹤教學過程對學習行爲作流動式的數據分析,然後通過硬件設施錄入及軟件支持系統,對學習資源及管理平台的海量數據進行加工處理,結果反饋給教與學的參與者,對教師來說,可以作爲教師有效教學策略的依據;對學生來說,可以滿足不同層次、不同傾向的學生個性化學習,總體上,有利于優化教學結構和進程,提高教學質量。

學習分析系統設計思路圖
(三)     學習分析系統構建的意義
Malcolm Brown认为学习分析技术是教育技术发展的第三次浪潮,以技术促进改革成为教育的重要使命。的确,它涵盖了教研、学习、管理等教育过程最主要的领域,潜力巨大。它的开展有赖于系统化、结构化的海量数据,在教育领域全面采用学习管理系统与教育信息管理系统,已经储备了大量所需数据,所以学习分析技术在网络教育领域大有可为。对于学生而言,学习分析技术可以基于学习行为数据的分析,了解学习行为发生过程,开展自我导向学习、适应性学习等优化学习方式;对于教研人员而言,学习分析技术可以为教师提供更深入的教学分析,也可为学生的个性化学习及网络学习过程效用研究提供工具支撑 ;对于管理人员和教育机构而言,可用来评估课程,以改善学校考核方式,利用科技解方案应对数据和信息爆炸下的学习挑战。
三、結語
目前,智慧教育研究和實踐的浪潮正在醞釀、發展。雲計算、大數據、學習分析等智慧技術的快速發展及在教育領域的逐步滲透,改變著教育的生態環境。本文構建的智慧教育學習分析創新應用思路,能夠在一定程度上爲我國智慧教育的發展提供思考。
近年來,學習分析得到了普遍的關注,智慧教育研究還存在很多亟待解決的關鍵問題,其中面臨著諸多挑戰:理論層面的研究不夠深入,傳統觀念的改變需要對用戶提供技術支持加以引導、培訓;實踐層面,對學習數據的挖掘停留在表面,學習分析技術潛在能量及對智慧教育的積極作用,尚未産生革命性的影響。我們期待將學習分析理論與其它高效的新學習實踐結合起來,將信息技術更高效更全面地運用于課程和教學中,推動學習分析技術的進一步發展應用。

參考文獻:
[1] 尹恩德.加快建设智慧教育推动教育现代化发展——宁波市镇海区教育信息化建设与规划[J]. 浙江教育技术, 2011, (5): 56-60.
[2] 金江军.智慧教育发展对策研究[J]中国教育信息化(基础教育),2012, (11):18-19.
[3]Siemens,G.1st International Conferenceon Learning Analytics and Knowledge 2011[EB/OL]. <https://tekri.athabascau.ca/analytics/about.>