建构大数据实现个性化学习

PAGE建构大数据，实现个性化学习——数字化校园应用案例[摘要]提升教学有效性、促进学生个性化发展已成为我国现阶段教育发展的核心关键词，更是实践教育信息化无可回避的议题。本文以玉环县城关一中数字化应用的有益尝试为例，探索如何在数字化环境下挖掘、采集、建构“大数据”，揭示数字化环境中个性化学习的规律，以期为理论研究者提供真实的案例，为其他教育改革实践者提供必要的经验参考。[关键词]大数据；个性化学习；“玉环e学堂”；有效教学一、研究背景与实施目的当前我国教育信息化发展进入到以支持有效教学、促进学生个性化发展为核心诉求的新阶段武法提等.电子书包中基于大数据的学生个性化分析模型构建与实现路径[J].中国电化教育.2014,(03)。《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》在基础教育信息化发展水平框架中提出，学校教育教学方式的变革要在学生多样性、个性化学习方面的改变上取得突破教育信息化十年发展规划（2011—2020）[EB/OL]./publicfiles/business/htmlfiles/moe/s3342/201203/.xxgk-133322.html,2013-12-13。如何真正实现个性化学习，建构教育大数据是基石。教育者通过采集、挖掘、建构学生大数据，开展基于证据的学情分析，武法提等.电子书包中基于大数据的学生个性化分析模型构建与实现路径[J].中国电化教育.2014,(03)教育信息化十年发展规划（2011—2020）[EB/OL]./publicfiles/business/htmlfiles/moe/s3342/201203/.xxgk-133322.html,2013-12-13玉环县城关一中地处城区、规模较大，是所颇具影响力的初级中学。八年级（10）班学生舒兰兰是一位勤奋好学，成绩中上的同学。进入初二后，班主任老师在德育管理平台上发现舒兰兰最近常出现迟到、上课注意力不集中等现象，进一步通过学习分析系统发现其学习成绩有明显的退步，知识点雷达图显示其各学科知识点掌握均有明显的偏离状况。这些变化引起了班主任的重视。通过和舒兰兰的面对面沟通，了解到她平时作业量很大，功课都要做到晚上12点，碰到不懂的题目也无法向人请教，更找不到要加强的知识点。由于不知该从哪里入手，学习盲目性、重复性很大，致使她失去了学习的动力和方向。班主任协同课任教师利用学习分析系统，对该同学的知识体系架构进行了精细化的分析，发掘出她学习的薄弱点，为她制定了一套个性化的自主学习方案，利用城关一中的“玉环e学堂”自主学习平台，通过课前学案、微课、练习自测，课中解惑答疑，课后个性化作业、资源等推送学习对她进行全方位的学习指导。经过一段时间的线上线下混合型学习后，兰兰同学终于寻找到适合自己的学习方法，轻松愉悦地徜徉在知识的海洋中，带着笑容，带着理想……舒兰兰同学的“问题”在学校教育中屡见不鲜，而传统的课堂教学未能给出行之有效的解决办法。基于此，玉环县城关一中创新性地推出了一个自主学习智能云平台——“玉环e学堂”。“玉环e学堂”是一套基于大数据的学习分析系统。该系统通过多渠道、多平台采集、挖掘、建构大数据，进而开展学生学情分析，精细化地描述学生的整体学习状况，借自主学习平台和自适应学习测评辅助系统，设计、实施线上线下的混合性学习，最终开启校本的个性化智能学习时代。“玉环e学堂”主要由德育行为平台、学习分析平台、自主学习平台、自适应测评系统和社区EQ学习即时通工具架构而成。（如图1）图1：“玉环e学堂”基本架构研究、构建“玉环e学堂”的目的在于：针对初中生个性化发展的需要，借助数字化校园建设，促进技术与教育教学的深度融合，在实践中探索数字化环境下个性化学习的组织方式、课堂教学模式、学生管理机制（干预机制、奖励机制），探讨从根本意义上进行改革学生学习方式的教学的研究和构建学生个性学习方式的有效路径，揭示数字化环境下个性化学习的规律。二、设计思路与运行模式“玉环e学堂”的基本架构和关键模块无不是以为了提升教学有效性、促进学生个性化发展为目的的。因而，该平台的设计和运行也处处以个性化学习为主轴、出发点和归宿。以“玉环e学堂”的设计思路和运行模式为例，详细探讨个性化学习的基本规律，以期为理论研究和教学实践提供参考。（一）个性化学习的基石：挖掘、采集大数据数据的采集、挖掘与数据库的建设部分其实是个性化学习系统最重要的核心部分。考试、课堂、师生互动、校园设备使用、家校关系、在线学习……只要技术能达到的地方，各个环节都将渗透大数据。“一张试卷，它带给我们的数据是什么？分数的背后，还能读到什么有价值的信息？不得不承认，对于学生，我们知道的太少。”——这是卡耐基在梅隆大学教育学院介绍中的一句感慨，这同样是美国十大教育类年会中出镜率最高的核心议题张韫张韫.大数据改变教育[J].上海教育,2013(04)学校利用德育、学习、在线学习、在线测评等平台和电子书包、常规考试等渠道获取学生的各种基本数据。举例来说，教育者可通过学校德育管理平台的关键因素（如迟到、学习态度、课堂表现变化、活动参与度等）预测模式确认学生的学习状态；可利用微格教室对学生在课堂中的点滴微观行为进行捕捉，了解学生对知识的掌握程度及感兴趣程度，进而反思教师的教学是否满足了学生的需求：可以利用电子书包，对学习行为进行实时记录与处理，则课堂中学生与学习内容的实时交互、练习评测的即时反馈和学习交流的同步互动三个方面就有了庞大的数据基础。教师也可以通过在线自适应监测系统挖掘整理特定数据，比如在一次考试中，学生个人和整体在每道题上花费了多少时间？最长的是多少？最短的是多少？平均又是多少？哪些此前已出现过的问题学生答对或答错了？哪些问题的线索让学生获益了？通过监测这些信息形成数据档案，帮助教育工作者理解学生为了掌握具体学习内容而进行学习的全过程，有助于向其提供个性化的学习模式。

（二）个性化学习的前提：学习分析精细化立足布鲁姆的目标分类法原理，结合教育测量学与教育统计学相关理论，通过基础数据的深度挖掘，横向比较、纵向跟踪教学质量，实现对教学质量及时有效的监测、诊断和反馈。城关一中教师利用电子书包和网上阅卷系统，结合手工输入，将考试的小题分、总分和知识点及对应的分值都一一录入平台，在教学质量分析系统里可以产生近150张图表，在学校、年级段、班级、教研组、教师、学生等多个层面都可以产生相应的表单以供高质量、精细化的分析。（如图2、图3）通过对学生的学业成就和教师教学质量开展科学的量化分析，教育者得以对学生具体知识点掌握程度和认知水平加以评估，分析学生特定时间段内的学习质量状况，从而精确把握学生学业成就的变化趋势及其与教师有效教学策略的关系。同时，先进的学习分析平台优势有力地支持和推动了学习监督和学生管理等其他方面的工作。1．让家长和学生随时了解学生在校的学习状况，进行个人成绩的实时分析和长期跟踪，随时获得有效的学业质量反馈信息；2．让教师随时发现其所教班级在年级段中的实际状态，从多角度、多方位对班级的整体实力进行综合的分析，及时了解和分析其班级在整个学业阶段的教学质量的变化趋势，通过对知识点的分析，随时了解教学目标的达成度；3．让学校教育行政管理人员能随时跟踪教师的教学质量改善状况，进行试卷分析、双向细目表分析、ABC上线分析和上线跟踪，发现教师在教学过程中存在的问题，有效地监测教师的教学质量，精确分析教学质量的现状和变化趋势，及时进行教学反思和教学评价，为教学质量从简单化管理到精细管理提供高效强力的评测工具。4．借助于学习分析系统，学校在学业质量分析的基础上进一步整合学生完成作业、参加考试的小题得分、课外活动等数据和信息，对较大范围内的多种数据进行统整、关联和解读，通过基于证据的精细化分析来评估学生的学习兴趣和学业进展，并预测未来可能的表现，同时发现学生潜在的问题，使教师和学校能根据学生不同的学业水平和个性发展需求提供个性化的学习方案。 图2：“玉环e学堂”知识雷达图图3：知识点掌握人数分布比例图（三）个性化学习的保证：德育管理日常化“玉环e学堂”的德育平台涵盖德育工作组成员、德育纪事、班级德育管理、综合查询等部分，通过值日教师、任课教师、德育处的数据记录构建城关一中学生德育“大数据”，在日常德育管理流程中实现三向互动。（如图4、图5）1．值日管理中，值日教师每天将学校当中方方面面的德育管理数据（四项竞赛结果、值日反馈等）录入德育平台，使班主任得以及时了解学生在自己眼力所及范围之外的动态，并通过德育平台与德育处进行互动，共同了解学校的德育状况，并协同处理学生的违纪问题。2．班级管理中，每个班主任定期将班级数据（包括学生基础信息、学生违纪、学生奖励、学生家访、班级工作计划等）通过德育平台进行存储，建立起完善的学生资料档案。这不但能对学生的表现进行跟踪，还能对其身心状况进行长期的纵向和横向的比较，有力地保障了班主任对班级整体状况的掌握，更能帮助班主任了解重点学生的身心变化。3．德育科研中，德育处定期将学校优秀班主任的工作心得和教育随笔刊登在德育平台上，让所有班主任共享优秀的班级管理资源，在平台中畅所欲言，取长补短。同时，学校还通过德育平台的数据对班主任工作进行考核，让班主任在你追我赶中，自我锻炼，争优创先。图4：德育行为分析sp诊断表图5：德育管理活动界面（四）个性化学习的基础：资源管理体系化“玉环e学堂”的资源管理包括资源浏览、资源搜索、资源管理、资源审核、资源目录、资源调整、回收站等部分，通过对教师的教案、课件、试卷、素材等资源的电子化管理，实现各种资源有效的存档，便于教师的检索和学习。目前，学校的校本学科资源建设已达到500G，下阶段将投资建设140台教师云桌面和教室云桌面，引入云计算，让教职工可在能上网之处用数字设备访问共享桌面，实现互联学习、移动办公。城关一中当前的校本学科资源建设主要体现在教学资源方面，特别是题库系统和微课资源建设上。建设中的题库系统由三大类信息组成：自适应测评资源库、学习者记录库和知识库。自适应测评资源库是经过测量校正的试题及其属性参数的集合：学习者记录库中存储着绩效信息，坚持系统评价过程和指导者的人工介入相结合；知识库代表知识、信息和在学习体验中使用的其他各种学习资源。各个库中的内容都有一定的规范性，但这种规范性易于掌握，所以这样内容可由系统根据一定的原理动态改写，也可在一定的授权范围内由指导者编辑改写，还可根据情况由维护管理人员编辑改写等，因而具有较强的开放性。题库系统不同于当前网络环境下的普通题库，后者只是把原来以纸质教辅教材为载体的试题内容进行了电子化的加工，使其可在计算机或者网络上进行传播和展示，但是，从学习的本质上来看，这只是一种“内容搬家”并不能有效提升教师的教学质量或彻底变革学生的学习方法；而自适应测评资源库包含着诸多学习元数据信息，如对应的知识点、难易程度、解答思路等，可根据学情分析和学生需求为其设计推送合适的学习材料。（五）个性化学习的组织——自主学习无师化“玉环e学堂”自主学习智能云平台是一个结合自适应学习测评辅助系统和EQ学习即时通工具，基于Web的教学平台。它主要由四大模块组成：1、内容传递模块，负责管理、维护、传递个性化的学习内容与评价给学习者，以支持学习者的学习行为。2、学习者数据库，存储学习者在学习系统时间标记时刻的学习输入和学习行为数据。3、自适应模块，根据预测模块的运行结果，触发内容传递模块，再根据学习者的学习水平和兴趣，推送合适的学习内容给学习者。4、干预模块，允许教学管理者自适应系统实施人为干预。图6:自适应测评辅助系统错题集三、实施成效与反思讨论经过近三年的建设、调整，城关一中的个性化学习智能云平台暨“玉环e学堂”目前在各模块中取得了不俗的成效。（一）该平台在自适应学习模块中突出了其“基于大数据”的特点，也一定程度上拟合了数据化环境下个性化学习的必要条件：1．“互动性”。教师和学生都独自拥有基于互联网或校园网的平台学习账号，在课堂教学中，学生均可根据教师设定的问题，利用电子书包在互联网或校园网的环境下登录自适应学习测评平台进行与教学相关的“学生——内容”交互与“学生——学生”及“教师——学生”的互动。2．“智能性”。自适应学习测评系统通过对学生测评反馈数据的收集，进行即时的数据统计和信息呈现，使学情的进展及差异可直观再现，并在此基础上帮助教师进行数据挖掘，使得教师全面掌握学生的整体学情及个体学生的进展。与此同时，针对个体学生的练习情况，系统个性化地为每一个学生推送针对性的练习内容，使得每一个学生都能学有所专、学有所长、学有所用。3．“丰富性”。目前题库涵盖了初中所有科目的所有知识点，并附带属性参数的集合，包含了诸多学习元数据信息。利用计算机辅助开展评价，让教师的工作从简单的判别提升到科学的基于证据的表现性评价，极大改进了评价过程，提高了评价的效率与质量。同时，自适应技术也让学生避免了无谓的低效练习，有利于实现减负与增效。4．“开放性”。自适应学习测评系统把互联网与校园网的后台服务器相连，将学生的学习反馈信息存储到互联网的服务器上，突破空间局限，家长、教师都可借助网络了解学生的学习过程和结果。（二）在大数据的支持下，该平台的学习分析系统产生了近300张各个层面、不同主题、多种形式的图表，使上至学校课程建设，下至学生互动都可进行基于证据的高质量的精细化分析。这无疑为学习监督和学生管理带来了良好的效果。1．催生互动。该平台让家长和学生能随时了解学生在校的学习状况，进行个人成绩的表现分析和质量跟踪，并随时获得有效的质量反馈信息。2．及时诊断。该平台让教师随时发现其所教班级在整个年级中的实际状态，从多角度、多方位对整体班级的实力状况进行综合的教学质量分析，及时了解和分析自己班级在整个学业阶段的教学质量进步状态，通过对知识点的分析，随时了解教学目标达成度。3．有效监测。让校长和教务主任等教育行政管理人员跟踪教师的教学质量进步状况，进行试卷分析、双向细目表分析、ABC上线分析和上线跟踪，随时发现教师在教学过程中存在的问题，有效的监测教师的教学质量，精确分析教学质量进步状况，及时进行教学反思和教学评价。（三）目前全校2000多名师生已全面开通自主学习平台和EQ教学即时通，每天有千人在线学习、完成作业。通过EQ教学即时通，学校、家庭、社区自发形成了EQ学习群，使学生在课外也能与老师、同学交流学习、答疑解惑。自主学习智能云平台拥有丰富的资源，如题库、微课、教案、课件等按