大数据引领教学变革的机遇、逻辑与行动

/大数据引领教学变革的机遇、逻辑与行动【摘要】作为国家重要发展战略的教育大数据成为推动教育信息化、智慧化发展的重要力量，教育教学领域产生的大数据为学校教学系统的变革创新带来了机遇和挑战，改变了传统意义上“建制式”和理论推演的教学变革范式，转而以学习者学习发展为中心，形成“自下而上”的新变革范式和学习型教学变革文化生态。当前大数据引领下的教学变革，正逐步形成从知识理解到知识创造的教学价值逻辑、从有效教学到有效学习的自适应学习逻辑，以及从结果监测到过程测评的学业质量评价逻辑等三大逻辑，需要从构建教育数据库系统服务教学决策、提升教师数据智慧丰富教师专业发展目标，以及形成基于共同体建设的教育教学治理机制等方面发挥教学系统的整体变革效能，从而推动教育大数据行动的深化发展。【关键词】大数据；教学变革；学习者；自适应逻辑 进入信息网络时代，以无线网络、移动电视、触摸媒体等为主的数字化技术加快了数据生产和数据传播，指数级增长、“数据爆炸”等成为现代社会显在特征，使人类全面迈入“大数据时代”。作为计算机和互联网结合的产物，大数据使信息技术成为一种重要生产要素，数据成为一种核心生产资料，给教育教学带来了深刻影响，人们开始“综合利用互联网、大数据、人工智能和虚拟现实等技术探索未来教育教学新模式”，①探寻大数据在变革教育方式、促进教育公平和提升教育质量等方面的作用，加速了大数据技术与教学的深度融合，形成“信息技术+”的教学变革模式，进而改变了传统教学变革理念，催生出新的教与学形态，为教学内容更新、教学系统重建、学习系统和评价系统创建等带来全方位的变革。为了顺应新技术革命带来的冲击和深度影响，有必要审视大数据引领下教学变革的机遇，为重新认识学习、教学及质量等问题提供全新的解释系统，进而形成新时代新教学文化生态，满足创新教学对创新型人才培养的需要。 一、新时期教学变革的大数据机遇 教育教学大数据深刻影响教育者和学习者的思维方式，改变了教育教学生活形态，为触发教学系统的深度变革，有必要厘清大数据时代的教学变革理念、变革范式和文化生态，寻求新的教学发展机会。 (一)践行学习者个性化学习发展理念 受应试主义教育的深刻影响，我国教学领域长期存在重知识轻能力、重教材轻课堂、重教师轻学生、重结果轻过程的现象，教师中心、知识中心或教室中心等三中心教学理念成为教学改革的核心命题，限制了教学发展空间，为打破教育僵局、焕发教学系统活力，21世纪初的教育改革将“一切为了学生的发展”作为教育改革最高宗旨，形成学生中心、学生全面发展、师导生主等教学理念，教学变革重点也从教学系统转向了学习系统，而大数据的出现为学习型变革的推进提供了重要支持。作为一种新的社会发展形态，大数据表征一个信息化、数字化时代的到来，学校、教室等实体空间得到拓展，虚拟学习空间成为新形态，赋予学生充分的发展自由；作为一种基础性战略资源，大数据包括文本、音频、视频等类型的多模态数据，涉及来自不同设备或主体采集的多源数据，这些数据为教学质量提升和管理优化提供了证据，使教师拥有更多教学选择和信息参照；作为一种新兴技术，大数据具有知识管理、数据挖掘和学习分析②等功能，人们通过数据挖掘能全面探得复杂教学现象背后隐藏的问题或规律，通过学习分析能刻画出学生的数字化学习肖像，揭露真实学习状态，从而帮助教师评估学生、激发学生学习潜能，最终优化师生的教与学行为。 可以说，大数据加速了教学发展的学习转向，打开了学习“黑箱”，正如联合国教科文组织在《反思教育：向“全球共同利益”的理念转变？》报告中所言：“学会学习从来没有像今天这么重要”③，大数据重塑了教学理念，明确了学生的学习者身份，使学习者成为教学变革核心，并将学习发展作为教学变革的根本追求，旨在帮助学生掌握必备知识和关键能力，形成良好的核心价值与学科素养，并成长为具有独立人格特征的社会公民。同时，还改变了过去以经验或技术引领教学的泛在变革思路，认同技术是现实生活中自然构成的一部分，形成以技术服务教学、教学支持学习的变革意识，绘制出指向学习者个性化、生命化发展的教学变革图景。 (二)形成“自下而上”的混合教学变革范式 我国传统教学变革主要以相关教育理论指导和制度保障为基础，通过学校试点、先实验再推广等方式落实最新教育改革方案，形成了一种“自上而下”的教学变革范式，具体表征为“学院式”和“行政式”。其中，“学院式”变革是以教育专家或学者为主体，基于教育理论指导的一种科学化行动，属于理论创新驱动的变革；“行政式”也称“建制式”，主要依赖官方机构的强制力量，通过教育教学政策、制度或指令展开的统一行动，是以培养方案、课程标准等为蓝本的制度性变革。事实上，在具体教学变革过程中并不存在单一的或主导的范式，往往呈综合运用的状态，并且随着大数据全面融入日常生活与社会实践，大数据已从观念、思维、方法等层面挑战了传统教学，人们更关注对不同主体需求的满足，因而地方或学校层面的自发性教学变革大量出现。这类变革主要依赖学校或教师的经验总结，是指向现实教学问题解决的一种具体化行动，它使学校成为教学变革主场域，教师成为推动教学变革的核心力量，逐渐摆脱过去制度主义、整体主义的牵制，在满足人才培养的价值目标统一要求下，形成了一种“自下而上”的混合教学变革范式。 较之传统教学时代依赖理论指导或经验总结的教学变革，大数据时代彻底摒弃了“为了变革而变革”的理念，走向了技术驱动、算法驱动的学校变革，而学校变革实质“是从教室萌生出，根植于基层民主主义、以学校和社区为基地进行的革命，是支持每个学生的多元化个性的革命，是促进教师的自主性和创造性的革命”，④它不仅使学校掌握了发展主动权，还为教学系统创新带来更多可能。一方面，丰富了学校教学变革模式。2018年《中国基础教育大数据发展蓝皮书(2016-2017)》指出，学校发展大数据的目的在于“持续引领学校整体发展、促进学校教育信息化发展、破解学校教育教学发展难题”，⑤并且形成了“自发探索式”“项目参与式”“行政推动式”和“企业引领式”的大数据导入模式，这为学校教学建设提供了路径参照。另一方面，使变革成为促进学校系统建设的一种持续性行为。传统意义上学校主导的教学变革因缺乏政策庇护或理论指导多无疾而终，而今利用大数据技术，学校可实时获取更多信息或数据，并在现有政策或理论框架内，发挥在线监测和预警功能，因需因时因地进行适应性的教学改进，密切了教育理论系统、实践系统与制度系统之间的联系，并为学校教学秩序的稳定与教学质量的提升打下了基础。 (三)营造学习型变革的新教学文化生态 “教学文化是一种持久成形的教学传统、思维方式、价值观念和行为习惯的类型或范式”，⑥它是对课堂环境、师生关系、教学活动等的价值反映。一直以来，班级授课制在我国基础教育领域占据核心地位，直接影响学校教学组织结构或形式，教师主要以班级为单位进行集体授课，有着固定的授课时间、地点、对象和内容，并掌握了课堂话语权，学生大多进行被动式学习或接受式学习，师生交往仅限于学校、课堂或教室，整体呈现出一种以教师或课堂为中心、以教定学的教学文化，具有同质性、单一性、静态化等特征。不过随着“数据作为一种新的生态要素出现于教学系统，它为整个系统的运转提供了智慧能量”，⑦并改变了信息传播方式和师生交往方式，使教学系统的开放性、包容性、关联性强于任一时期，人们开始重视社会教育、家庭教育对学校教育的补充作用，关注非正式学习价值，突出了教学变革的全息意向；慕课、微课、翻转课堂等成为新的主流教学模式，教师更关注学生学习获得感、体验感和成就感；同时基于线上教学平台或新媒体技术的支持，学生能结合自身发展需求选择学习资源，进行移动学习、泛在学习、混合学习、虚拟学习等，打破了传统课堂中心、教室中心的学习形态，学生学习方式更加个性多元。无疑，大数据时代突出了教学变革的用户思维，通过提供各种学习资源促进学生学习发展，彰显出一种以学生为中心的教学文化。 大数据与教学的深度融合不仅带来“教育系统的结构性变革”，⑧还给教学打上深刻的文化烙印，形成以学习求发展的教学价值文化，并确定了教学变革的方向与发展逻辑，首要促成“学本化”教学变革理念的践行，明确了教育“不再是从外部强加于学习者身上的东西，也不是强加在别人身上的东西，教育必须是从学习者本人出发”，⑨突出了学生的个体存在价值，使学生中心、学生核心素养、学习化等成为教学变革的主流话语。此外，大数据与扩展现实技术如虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)等结合，打破了传统教学场所的边界限制，使大量教学活动被转接到信息网络平台，构建出一个个虚拟学习空间，丰富了课堂活动方式和师生交往模式，使不同学习者拥有平等的学习发展机会，并能结合自身发展需求选择教学资源和学习方式，传递出了一种开放共享的教学活动文化和平等参与的课堂文化，为个体的终身学习发展奠定了基础。 二、大数据引领的教学变革逻辑 大数据时代的教学变革是一场内涵式变革，顺应社会发展步伐和教学系统更新诉求，“技术本身已不再成为大数据应用的瓶颈，大数据应用的思维愈发显得重要”⑩。由此新时期的教学变革必然要转换思维方式，在教育大数据技术的有力支持下，实现教学系统、学习系统与评价系统的多层变革，使其统一于学校教学实践过程。 (一)从知识理解到知识创造的教学价值逻辑 受经验主义和理性主义的影响，人们主要通过经验感知、理性思维等认识世界，然而无论是对客观真理的奉崇，还是对个体经验的信赖，所带来的知识都是有限的、机械的、僵化的，并且已基本脱离学生生活和社会实际，教师由此成为知识权威，教材、课程、学科等成为知识核心载体，学生成为盛放知识的“容器”，教学过程就是教师对经验知识或先验知识的单边传递。以数字为原型的大数据时代，人类思维发生重大改变，即全样而非抽样、混杂而非精确、相关而非因果，(11)彻底改变了人们认识世界和改造世界的方式，知识的生产、流通、分配和消费过程更加复杂，它使每个体都成为知识生产者、传递者和消费者，撼动了教师或专家学者的权威地位。同时，依托教育数据库、数据挖掘和学习分析技术等，教师能精准获取所需信息，提炼出数据集中反映的教学问题，并找出不同教学现象或规律间的相关关系，达到知识发现的目的，使教学成为一种师生共同发现知识、理解知识和建构知识的活动。概言之，“小数据”时代对知识准确性、科学性和系统性的追求，突出了“谁的知识最有价值”，大数据时代则强调了知识的应用性和创新性，教学目的在于帮助学生掌握基础知识、基本技能，实现对知识的创新运用，以解决真实生活场景中的问题，从而激发教学系统的最大育人功效，就此深化了对“什么知识最有价值”的思考，使教学过程从知识传授走向知识共享、从知识理解走向知识创造。 如果说知识理解是一个价值接受的过程，那么知识创造更多体现为人的价值选择和价值判断。大数据时代的教学变革重点不是解决知识生产问题，而是提供有利条件提高教师知识素养，并结合自身教育教学活动培养学生的知识创造能力。要实现这一目的，就需要满足以下三个条件。第一，突出师生作为知识主体的能动作用。知识创造前提是知识发现，知识发现的根本是问题意识。因此应明确师生作为知识生产者和消费者的身份，将其从知识的被动接受者转变为意义的主动建构者；鼓励教师参与课程开发或学科整合，学生参与教师教学设计、实施与评价等环节，密切知识与经验、知识与生活的关系，并给师生提供更多互动交往空间。第二，将知识创造作为教师教学和学生学习发展的重要目标。“大数据产生的知识不仅反映客观实在，关键在于社会应用，这是大数据知识的核心价值所在”，(12)决定了教师教学应关注学生核心素养或关键能力，帮助学生构建符合个人发展需求、体现自身学习特色的概念体系或知识框架。第三，持续更新和完善教学信息知识系统。大数据时代是一个知识经济时代，人们发现信息、获取信息和处理信息的方式更加多样，突出了知识管理的重要性，这需要教师更新自身知识系统，增强工具性知识积累，如计算机语言、逻辑学、统计学和算法知识等，以便将那些零散、随机的信息转化为可利用的教学知识，同时关注认知神经科学、学习科学、社会心理学等跨学科知识，构建出完整的教学知识图谱。 (二)从有效教学到有效学习的自适应学习逻辑 在现实教学中，凡是教学结果达到预期教学目标，并能促进学生学习发展和个人成长的教学活动，都可称为有效教学。然而由于教师教学观念的差异，对教学有效性标准形成了不同理解，如有效的教学就是对教案、教科书、导学案等文本的忠实执行，就是单位教学时间内超额知识的输入和输出，或是频繁的师生互动、活跃的课堂教学气氛等，这些对教师、教学或课堂本身的过度关注造成了教学价值偏离。本质上，衡量教学有效性的标准是学生学习与发展，并不能单以教学投入或教学产出论之。当前大数据时代产生的学习分析、自适应、学习工程和用户体验设计等技术，已构建出一个自适应学习平台，它在保留一般学习平台的学生选课、课程学习、线上互动、教学展示和作业管理等功能的基础上，强调了大数据或人工智能技术支持的学习服务功能，如平台整合各种学习资源到课程模块中供学生选择，丰富音视频等为主的学习内容呈现方式，后台自动记录学习者数据，持续更新学习档案，并主动识别学习者学习发展需求，最终针对不同学习者提供个性化的学习方案，使学习者成为真正的学习主体。在这种智能化的技术平台支持下，形成了新的教学形式——自适应学习，它使学习者能进行沉浸式学习、个性化学习，将有效性标准从教学范畴转向了学习领域。从教学层面来看，自适应学习是一种能弥补常规课堂教学的替代性教学，是一种能满足学生个性发展需求的适应性教学，也是一种能观照特殊群体的补偿性教学；从学习机制来看，自适应学习使学习者能按个人方式学习，学习时间、学习内容、学习方法、学习进度等完全由学习者自己掌控，(13)这种自定步调的学习过程传递出“自我即课程”的理念；从技术视角看，自适应学习是一种个性化的学习推荐机制，通过“按需推送资源”“按学习能力推送资源”(14)等，实现了学习资源的差异分配，并在突出学生主体性的同时强化了教学服务功能，“改变了过去由学校或教师设计的标准化教育服务模式，变为由学习者选择的消费驱动的教育服务模式”(15)，因而有必要确立促进学生有效学习的教学服务观，改变过去“唯效率”“唯成果”的教学追求。 作为大数据理念和技术应用的最高层次，自适应学习突破了程式化的教学模式，“从强调学生学习结果转为强调学习过程，从强调教学内容转为强调学习方法，从强调对学生的内容训练转为技能培养”，(16)因而新时期的教学变革应在学习科学的理论指导下，以自适应学习为发展路径，促进学生有效学习行为的发生。首先，建立智慧课堂或智慧教室，形成信息化教学场所。依托信息网络技术构设一个智慧化的教学空间，在实体教室中配备更多智能化教学设备，如交互式电子白板、互动教学系统、多终端处理器、可穿戴设备等，提高在“教学内容呈现、课堂环境管理、学习资源获取、师生即时互动和情境感知等方面的智慧性”，(17)这不仅有助于为师生提供良好的教学条件，还有助于学生空间感知力和想象力的培养。其次，创新课堂教学模式，激发学生学习自主性。智慧课堂改变了传统教室中心的课堂教学模式，实现了教学流程的再造，由此应改变对集体教学的过度追求，鼓励教师采用分层差异的教学模式、高效互动的教学模式、翻转课堂模式等。最后，确立基于大数据的学习反馈机制，动态检测学生学习成效。利用各种智能设备或发挥大数据的在线集成功能，收集和捕捉各种认知数据、行为数据、情感数据等，开发出针对学生不同发展层面的教学模型，并利用可视化分析技术呈现学生学习样态，帮助学生实现自我监督和管理。 (三)从结果监测到过程测评的学业质量评价逻辑 教学评价是依据教学目标对教学过程或结果进行综合性价值判断的过程，旨在通过学习分析、解释或说明，反馈出学生真实学习情况，促进教学和学习的改进。以纸笔测验为主的传统教学评价，囿于数据、技术和工具的多重缺失，未能准确反馈学生学习结果，评价结论往往是片面的、模糊的。而今，大数据推介的数据密集型评估具有时间尺度密集、空间尺度多样、价值尺度多元等特点，(18)人们通过大数据终端能超时空动态采集学生数据，跟踪和记录学生学习轨迹，建立了学生学习的电子书包或数字档案；运用机器学习、可视化分析、聚类和回归分析等技术能深度解析数据，帮助教师找出具体教学问题、了解学生真实学习需求和发展水平，并能精准预测学生未来发展趋势或方向。这从根本上扭转了分数至上、经验优先的评价取向，从结果性评价走向了过程性评价，传递出一种学本化的学业质量评价观。值得注意的是，大数据本身并不会对教学评价产生任何实质性影响，唯有融入具体教学评价过程才能发挥作用。因而，新时期的教学评价变革应致力用数据说话、数据管理和数据决策，进而更新整个教学评价系统，使教学评价从“效率优先下的公平”走向“公平优先下的效率”，但也应谨防数据主义的荼毒。 学业质量评价实质上是评价者对学生学习过程与结果的监测及判断。在全面推进教育教学改革，落实立德树人根本任务过程中，国家不断深化考试招生制度、学业水平考试、综合素质评价改革，明确要求“研究制定学生发展核心素养体系和学业质量标准”，(19)并“取消初中学业水平考试大纲，严格依据义务教育课程标准命题，不得超标命题”(20)。这为大数据更好实现教学评价带来无限可能，以学生发展为中心更好推进学业质量评价建设提供了政策支持。由此，首先有必要建立基于证据的学业质量评价观。应摒弃过去“凭经验”“凭考试”的评价意识，形成证据思维，在日常教学活动中注意收集和存储有关学生学科知识掌握、学科能力形成、学科核心价值观发展和学生学习品质养成的信息，(21)确保证据的可信性、客观性和多样性，为教育教学人员提供专业的学业质量分析报告，为家长或学生提供学习分析报告。其次，要构建多维测度的学业质量评价标准。学业质量评价标准是“不同学段、年龄段学生完成课程学习任务后应达到的知识掌握程度、基本素养和能力发展水平”，(22)当下，应兼顾学科核心素养、学生发展核心素养等，考查学生的日常学习表现与学习结果，并充分运用大数据行为分析，关注学生学习发展的阶段变化，尤其是提升学生的道德修养、学习品质、公民素养，通过“以评促学”“以评促教”实现教学增值。最后，要丰富学生学习评价方式或手段。依托大数据平台，开展教师评价、系统评价、学生自主评价，从不同角度为学生学业发展提供多源反馈，并通过建立混合学习评价机制，补充在线学习评价，鼓励教师进行表现性评价或发展性评价。 三、大数据引领教学变革的行动路向 大数据运用带来的教学价值逻辑、学习逻辑和评价逻辑，明确了教学变革的实践方向，但也需教学系统的行动跟进，确保教学变革效能的真正发挥。因而，有必要以科学决策为方向更新教育数据库，以数据智慧为中心丰富教师专业发展体系，通过教学共同体建设优化教学治理结构，进而营造出一种开放共享的教学变革氛围。 (一)构建促进科学教学决策的教育教学数据库系统 教学决策是教师为完成教学任务和达成教学目标，通过对教学实践活动的分析、反思、预测等找出最佳问题解决方案，并不断改进教学行为的过程。过去受教育教学领域可获得的数据量、数据范围和数据类型的制约，教师往往依赖个体经验作出教学决策。但这些源于个人教学活动总结的经验并非都能参照利用，所作出的教学决策也难免掺杂个人主观意志或情感因素。而今在人工智能、物联网、云存储等新技术的辅助下，教师可快捷获取更加丰富完备的教育数据，从过去基于经验的教学决策走向了“数据驱动”的教学决策，不过只有那些有意义的教育数据才能提高决策科学性和有效性，因此有必要构建专门的教育数据库系统为教师提供决策支持。一方面，加强学校信息化基础设施建设，增加学校教学硬件投入，如远程教学室、语音室、多媒体实训中心等，重点配足配齐薄弱地区信息化教学设施，升级和改造优势地区信息化教学设备，同时还应提高教学软件利用率，依托智慧学习软件、学习评估系统、云平台等构建在线网络教学机制，以此兼顾区域或学校发展差异，促进优质教学资源的共享流通；另一方面，建立学校层级的教育教学数据库，使数据库真正服务教育教学与管理，如开发存储学生背景信息、活动体征、学习行为等学生数据系统，开发存储教师教学设计、课堂教学、班级管理等数据的教师数据系统，以及涉及学校课程建设、管理日志等的学校数据系统，通过多层级的数据库系统搭建，为教师精准教学提供支持。不过，并非数据库中所有数据都有价值、有意义，其间混杂大量杂质信息。这就需要开发一套科学的教育数据质量标准，如指向数据格式和形态的数据输入标准，涵盖数据库访问权限、适用主体、伦理责任和安全保护的数据运用标准等，从而提供标准化的数据参照，提高教师教学决策的科学性。总体而言，通过搭建教育教学数据库系统，意在用客观数据引导和规范教师教学行为，使教师能及时发现和解决各种教育教学问题，以此服务于学生的个性化发展。 (二)建立指向数据智慧提升的教师专业发展体系 教育大数据技术的进步使教师数据意识得以萌芽，发现了大数据在教育教学中的潜在价值，可以说当前教师已具备基本的数据意识和数据思维，但其数据挖掘和处理能力较弱，无法熟练运用在线教学平台、学习软件或统计工具；数据分析和解释力不足，难以准确找出数据背后潜藏的教育教学规律；数据伦理和品质缺失，未能在师生、家校、教师群体间形成有效的数据交往。基于大数据给教师带来的诸多挑战，深化了教师教育领域对“培养什么样的教师”“如何培养教师”等问题的思考，因而有必要通过教师数据智慧的提升来促进专业化发展。其一，完善教师专业发展培养目标，丰富教师教育层次。综观我国教师专业发展系统，突出了教师专业知识、能力和品质，忽略对教师科学素养或数据智慧的养成，在智能化的教学变革背景下，有必要将数据智慧作为教师专业发展的重要目标，加强教师“整合技术的学科教学知识”(TPACK)储备，提升数据意识和数据思维，增强数据挖掘、信息加工、学习分析和数据解释等能力，使教师能利用数字化技术解决真实情境中的教学问题。其二，推行基于数据支持的教师知识创新能力发展计划。较之以往教师专业发展关注个体知识的积累，大数据时代应增强教师知识发现和知识管理的能力，通过开展针对教师知识创新能力发展的专项培训活动，帮助教师掌握基本的数据采集、分析和处理方法，熟练使用一些基本的教育数据库，同时融入人工智能、大数据、学习科学、脑神经科学、教育文化安全等专题知识学习，增进教师对深度学习、混合学习、虚拟仿真教学和智慧教学的认识，以此更新教师知识系统和能力系统，激发教师知识创新中蕴藏的数据智慧。其三，在教学实践中发挥和培养教师的数据智慧。教师数据智慧的提升不仅依赖教师教育，