建构大数据 实现个性化学习——玉环县城关一中学习分析系统建设案例

管红增

（玉环县城关一中，浙江台州317600）

建构大数据 实现个性化学习
——玉环县城关一中学习分析系统建设案例

管红增

（玉环县城关一中，浙江台州317600）

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校园建设的尝试为例，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。

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了以支持有效教学、促进学生个性化发展为核心诉求的新阶段[1]。《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[2]。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，依据学习者的学习行为分析其知识基础和认知能力，进而为其提供个性化的学习内容和课程资源，量身定制与众不同的学习策略和学习方法，促进学生个性化发展。

玉环县城关一中地处城区、规模较大，是一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。

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。其如图1所示。

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以提升教学有效性、促进学生个性化发展为目的。因此，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。

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[3]。

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？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。

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所示）

图2 “玉环e学堂”知识雷达图

图3 知识点掌握情况精细化分析

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。

“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）

图4 学生德育数据库

图5 城关一中德育工作平台

（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。

“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。

“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所示即为四大模块共同作用下，为学习者呈现的个性化学习平台。

图6 个性化学习平台

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”在提升教学有效性、促进学生个性化发展方面取得了不俗的成效，也带动了学校数字化校园建设、教师专业成长、家校互动合作等多方面工作。

（1）有效监测促进学生发展。在大数据的支持下，“玉环e学堂”的资源管理和数据分析模块可根据需要对上至学校课程建设，下至课堂教学互动的学生信息进行基于证据的精细化分析。无论是学生、教师还是学校都能从中得到有关学习行为和学习结果的及时反馈，从而使学习监督和学生德育更有效果，也更有效率。同时，该平台还为每个学生架构了丰富多彩的个人空间，提供“我的知识圈”、“错题集”、“反思集”等附属服务，更好地满足其自主学习的需要。

（2）及时诊断把握教师成长。持续关注大数据时代教育变革的未来学者魏忠博士指出，当前最严重的问题不是资源的缺乏，而是一群毫无天赋的教师在错误的方向上不断地辛勤工作。[4]以错误的方式将过时的知识教授给学生，这必将导致一种令人震惊的结果，学校将针学习者造成伤害而不是使其得到发展的地方。[5]而及时反馈、多元评价、准确诊断成为寻找“正确的方式”的重要手段之一。自主学习智能云平台帮助教师全面掌握整个班级和特定学生的实际状况，及时了解教学目标达成度，反思自身在教学中的得失。在这一过程中，教师强化了“以学生为中心”的学生观，更新了数字化时代的知识观，学会了运用多媒体和网络制作微课，最重要的是发掘了教师在变革的教育中有别以往的应然角色。在全新观念的引领下，城关一中教师的专业成长势头十分喜人，获得全国公开课比赛二等奖等重要成果。

（3）催生互动紧密家校合作。学生的健康成长离不开学生、教师、学校、家长、社区多方面的共同努力，如何建立紧密通畅的家校沟通渠道、如何找到并回应家长最关心的问题、如何从简单的信息分享扩展为有目标、有计划、有实施的深度家校合作，这些都是摆在学校面前的重大难题。利用EQ即时通，家长能够随时了解学生的在校状况，并结合其校外表现，与学校共同制订针对性的问题解决方案，监督方案实施，反馈实施效果。这一模式在青春期心理辅导、应试压力疏导等德育方面的作用更为明显。

（4）文化品牌反哺学校建设。经过三年的探索与实践，“玉环e学堂”早已深入城关一中校园生活的各个层面，这种以数字化为特色的教育模式已经成为响亮的文化品牌。而这一文化品牌形成的个性化、精细化、云端化的氛围反哺学校建设，使城关一中无论是在学生学业成就与个性化发展、教师专业成长、学校课程建设、家校互动合作、硬件设施建设、数字平台完善等诸多方面都展现出独特的风貌，获得了教育同行和社会各界的好评与支持。学校作为“英特尔”未来教育试点学校、浙江省第二批数字化校园建设校、台州市数字化校园建设示范校，接待了省市各级教育局、兄弟学校的参观，并在浙江省数字化校园建设成就展、台州市数字化校园建设中期成果展及数字化教育论坛等较高水平的学术活动中做特色展示与报告。

玉环县城关一中的成功是多方面因素共同作用的结果。但从“玉环e学堂”本身来说，最朴素而根本的原因在于其紧紧扣住了“大数据”时代的脉搏，在各模块的设计与实施中凸显了“基于大数据”的特点，也一定程度上契合了数字化环境下个性化学习的必要条件。

（1）“互动性”。建构主义学习理论指出，学习不是知识传授的过程，也不是简单的技能操练的过程，而是学生凭借原有经验对新信息进行意义的理解、改造与建构的过程。因而，建构是个人化的，是不断丰富发展的，需要通过个人的多样化学习体验来实现，包括学习者与学习对象（内容）、学习伙伴（伙伴学习者）、学习指导者（老师）的互动。但现实中，这些互动往往受到时间、空间、个体条件的限制。利用电子书包、自主学习云平台和EQ即时通，“玉环e学堂”最大限度突破了课堂内外教师、学生、学习内容互动上的种种局限。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，学校、家庭、社区自发形成了EQ学习群。

（2）“智能性”。“大数据”之所以被命名为“云”就在于信息数量的庞大和信息间的“关联”。通过关联，从庞大的信息中准确筛选数据按需加工，形成“客制化”的数字服务，并以“自适应”的方式呈现出来——这才是“智能”的基本概念。在“玉环e学堂”中，这样的“人机对话”集中体现在：自适应学习系统挖掘采集、即时统计、精细化分析、直观呈现学生学习数据；在此基础上，系统为每个学生推送的针对性的练习内容，从而避免了无谓的低效练习，有利于实现减负与增效；随后教师利用计算机辅助开展评价，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；这些高效优质的评价信息作为学习结果反馈重新充盈了每个学生的个人数据库，作为下一轮“自适应”的信息源。在信息化时代来临之初就有学者断言，人工智能永远无法取代人类，因为一切科技都是为人服务的。在这里也一样，人本主义和建构主义的旗帜高扬，学习的主体、课堂的主体、学校生活的主体是学生，以大数据为基础的云平台的智能性也只有在使每一个学生都能学有所专、学有所长、学有所用的方面才有价值。

（3）“丰富性”。目前，城关一中的自主学习云平台已积累了可观的资源。题库、微课、教案、课件等均按照教材目录编排，已收纳初中三个年级所有科目几千个知识点，题库10万道，还有200个覆盖这些知识点的微课。此外，资料管理系统与德育工作平台也收纳了大量的教学、德育、科研工作信息。这些信息来源充分、形式多样、数量庞大，其“丰富性”显而易见。但“丰富性”的内涵远不止于此，丰富的本质在于选择。正是教师和学生的不同选择形成了许许多多专属的、与众不同的分析报告和学习方案，这些“不同”极大地扩充了“丰富性”的外延。可以说，若不追求“自主”，若不提倡“个性化”，若没有“自适应”，“丰富性”就无从体现，更无从实现，反之亦然。

（4）“开放性”。开放性是网络最基本的特征，开放意味着没有局限，借由网络，时间、空间、人际、自我的各种阻隔都被打破，学习者、教师、学习内容间的互动因而愈发流畅起来。开放还意味着不断从外界汲取新的信息更新、重构自我，这正是建构主义知识观所提倡的学习方式，也是自主学习的理论基础和应然态度。开放更意味着分享，意味着行动，意味着每个人都不是学习的旁观者。因此，开放性也是互动性、智能性、丰富性的基础，是自主学习和个性化学习得以实现的基础——打破传统教育的种种桎梏，将学习的主动权真正置于学习者手中。

这些特质也逐渐渗透到城关一中校园生活每个角落，成为学校各项工作稳步发展的基石和动力。当然，经过几年的运行实践，“玉环e学堂”也留下了许多值得反思的问题和急需应对的挑战，总结来说就是“技术因人而异”：其一，技术的挑战。以大数据为基础的“个性化”以海量数据的拥有为基础。因此，数据采集、存储、处理和分析的技术挑战是固有的，长期的，并将随着云平台建设的步伐日益凸显。这既涉及计算机硬件的负荷与运算能力，也涉及数据的兼容与共享，更是计算法模型构建和数据库理论假设框架构建的问题。其二，人的挑战。这既是说人的技能与素养需要随之变化，由此带来了职场学习、终生学习的需要，也是说人的认识与观念需要发生转变，由此引发的自身定位的迷失也是不容忽视的。在这一过程中，不管是内部还是外部，教师的压力是可想而知的，如何平衡自身不同社会角色实在需要好好斟酌，而学习者如何摆脱额外的认知负荷也是值得关注的问题。其三，价值观的挑战。在这里，我们关注的不是技术的开发者、使用者，而是技术对应的客体。在保证海量的数据能够为学习者提供满意的针对性服务的同时，我们必须特别警惕信息与技术的误用和滥用。而技术理性对自然理性的驱逐，人的数据化、碎片化也是另一个潜在的危险。

我们已进入一个“数据驱动学校，分析变革教育”的大数据时代，“数据驱动决策”已成为教育流行语。可以肯定地说，大数据必将改变传统教育的面貌。目前，发达国家已经将大数据提升到国家战略层面，投入了大量的人力物力，教育领域的相关研究和应用也已经取得了相当的成果，而我国在这一方面尚处于启蒙阶段。因此，我们迫切需要整合现有资源，发挥后发优势，实现教育大数据研究和应用的跨越式发展。借助大数据，我们将更好地读懂千差万别的学生，为其提供优质、个性化的教育资源，迎来教育公平的真正实现。

[1]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(3).

[2]教育信息化十年发展规划（2011-2020年）[EB/ OL].http://www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/ moe/s3342/201203/.xxgk-133322.html,2013-12-13.

[3]张韫.大数据改变教育[J].上海教育,2013(4).

[4]魏忠.教育正悄悄发生一场革命[M].上海:华东师范大学出版社,2014.

[5][美]奥尔森.学校会伤人[M].上海:华东师范大学出版社,2014.

（编辑：王晓明）

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