基于大数据理念和技术背景下的智慧教材开发体系研究

云南中医学院信息技术学院 崔茂应 杨 莉 李丽娇 赵林波 杨福华

在信息技术高速发展的今天，我们整个社会的经济与生活结构发生了巨大的变革，信息技术已经渗透到社会生活中的每一个角落，不仅改变着我们的生活方式、思维方式和工作方式，而且已经融入到了教育教学的全过程，教育内容、方法和模式也发生了深刻的改变。信息技术与教育的深度融合、相互促进，给教育的发展带来了新的理念和动力。互联网、大数据和人工智能等新技术的交叉应用，可从多方面、多维度分析研究每一位学生的学习行为，在尊重个体差异的前提下，挖掘个人潜能，发挥学生的特长，实现个性化发展、教育高质量、教育公平等更高层次的要求。

1.大数据与智慧教材的概念

2011年5月，全球知名咨询公司麦肯锡（Mckinsey and Company）发布了 《大数据：创新、竞争和生产力的下一个前沿领域》报告，首次提出了“大数据”的概念[1]。IT 厂商、研究机构、维基百科和数据科学家等提出的概念并不一致，截至目前并未形成统一的定义。但通过分析不同概念发现，各个定义尽管在具体的表达中对大数据的范围、内涵等描述不一，但存在一个共识，即：大数据不是对数据量大小的定量描述，而是一种在种类繁多、数量庞大的多样数据中进行的快速信息获取。[2]

本研究中的大数据是指在教育教学过程中，由教师和学生在教学行为过程中所产生的海量数据。在课堂教学过程中，数据是反映教学效果最为显著的评价指标，如学生的出勤率、课堂练习的正确率、作业完成时长、课题参与率、回答问题的次数与正确率等。基于物联网和大数据对课堂教学中产生的海量教学数据进行加工、分析和挖掘，从依赖存在教师的教学经验转向依赖对海量教学数据的进行判断和制定科学决策，改变了过去依靠直观的数据对学生的学习行为进行评判和制定教学决策，大数据使课堂教学产生了深刻的变化，实现了基于大数据的智慧课堂教学。

所谓“智慧教材”，是以建构主义学习理论为依据，在移动教学模式的辅助下，结合当前使用广泛的纸质教材，采用大数据、物联网、云计算等技术为基础，以学生为主体，通过集中教学或碎片化学习的方式，以培养思维为导向，通过创造性的对现有教材进行重新改编的成果。

2.基于大数据理念和技术背景下的智慧教材开发体系

基于大数据理念和技术背景下的智慧教材开发是将内容设计符合课程标准、教学大纲、教材编写规范等要求的传统纸质教材与具备动画、视频、互动、考试测评等在线教育平台融为一体，学习者可以利用在纸质教材以二维码的形式呈现，穿插在相应的知识点附件，借助移动终端将线上和线下的学习进行有效衔接，利用教育大数据和学习分析技术对整个学习过程产生的数据进行挖掘，数据的可视化既能帮助教师获取学生的隐性和显性行为，还可以评估学生的学习情况、发现潜在问题、预测未来表现等，同时帮助学生在教师的主导作用下自主、探究与合作、富有个性地学习。传统纸质教材与移动在线学习量身定做创建的“智慧教材”，不仅有利于差异化学习的开展，也能更好的对学习效果进行评价，为个性化学习提供了帮助和支持，基于大数据理念和技术背景下的智慧教材开发体系如图1所示[3]。

图1 智慧教材开发体系

由图1可以看出，智慧教材开发体系由移动平台、移动APP和智慧教材三部分构成， 开发过程要用团队管理模式为基础，各专业人员分工完成三部分的开发。

2.1 智慧教材的编写与开发是基础

智慧教材的编写与开发以学生为主体，重点培养学生分析和解决问题的能力为理念。由高校权威的专业课任课教师与计算机专业教师团队合作完成。专业课任课教师根据教学大纲、教学编写的体例要求、教材编写的内容要求等将教材建设与学科前沿相结合，编写出版出具有较高的学术价值，又能被大多高校使用的高质量特色系列教材，教材编写的同时为计算机专业团队提供教学资源脚本。

计算机专业教师团队根据教学资源脚本以及在专业课教师的沟通配合下，将教材的重难点、枯燥乏味的知识点、知识拓展等通过录制视频、制作动画、开发游戏、链接精品课程等技术手段，将文字、图像、动画、音频、视频等各种多媒体资源融为一体，在纸质教材相对应的知识点附近穿插二维码， 学生通过移动终端扫描二维码进行学习。

2.2 移动平台是支撑

教育云，可以被理解为云计算在教育中的应用，作为一种新的服务模式，教育云服务受到了热捧，《教育信息化十年发展规划(2011-2020)》中明确提出了建设中国教育信息化云服务平台的任务和行动计划[4]。智慧教材的使用必须有强大的平台作为支撑，特别是利用大数据技术对移动学习平台对在线学习行为和学习过程产生的大量数据进行挖掘和分析，如图2所示。

图2 学生个人大数据分析模型图

大数据理念和技术背景下，用户可通过移动智能终端设备或者PC端完成系统的登录，实现不同终端跨平台的交互操作。通过云平台，将可视化的数据与生动形象的图表结合起来，让教师和学生以数据可视化的方式更加直观便捷的了解学习行为。要实现移动学习平台的“智慧”，就必须引入大数据挖掘技术，通过挖掘大量学习过程的数据制定更有针对性的学习计划。[5]这个过程可简单描述为数据来源与收集、数据挖掘与数据展示。

数据来源主要是通过统计分析学生的基本信息与学生通过各种终端接入平台，从不同角度全面收集学生在学习过程中产生的行为数据，如学生的出勤率、课堂练习的正确率、作业完成时长、课题参与率、回答问题的次数与正确率、点击率、考试成绩等。

数据挖掘就是根据不同的数据来源，对学生学习行为产生的数据进行处理，挖掘出学生显性或隐性学习行为信息，如学习态度、学习兴趣、资源吸引力度、知识掌握程度等信息。具体步骤包括选择数据挖掘方法（如神经网络、机器学习、统计分析等）、选择数据挖掘算法（如统计分析算法、一般分类算法和聚类算法等）进行数据挖掘（找出感兴趣的模式或知识）。[7]

数据展示就是把数据挖掘分析的结果运用运筹学、统计学、可视化技术等进行数据结果显示和推送给用户。

3.基于大数据理念和技术背景下智慧教材开发体系的特征

（1）线上线下互补共融，知识展示精彩纷呈。将在线教育的精品教学资源与传统课堂教学有机整合起来，既发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，也充分体现学生的主动性、积极性和创造性。

（2）碎片化、游戏化、移动化、个别化的学习方式将提高学生的主动参与率和自主学习的兴趣，适合深度学习。

（3）超文本阅读学习方式，从拓展文本到超越文本，实现课内外、学科间的深度融合，有利于培养学生的探究能力，有效提升了学生学习内容的广度和深度。

（4）解决传统教材内容陈旧、更新速度慢、表现形式单一、无法进行实时交流等问题。

4.大数据理念和技术背景下的智慧教材开发展望

随着教育信息化浪潮推动信息技术在各级各类教育中的广泛应用，教育工作者应不断提高和转变教育思想和教学观念，要逐步意识到教育技术对实现教育跨越式发展具有的巨大潜力，要不断利用技术手段，特别是信息技术手段去优化教育教学过程，用较少的时间达到教学内容和课程标准，从而提高教育质量，培养出更多优秀的人才。

大数据、富媒体、AR以及二维码等技术的出现，对科研方法和手段提出了新的挑战，如何发挥这些技术自身的功能特点和性能优势，将其运用到电子教材的开发面临很大的挑战，教学科研人员应当齐心协力，组成一支具备扎实理论基础、丰富的实践经验、较强的技术手段科研人员，促进教育信息化浪潮更加波澜壮阔地向前发展。

[1]Big data：The next frontier for innovation,competition,and productivity.http：//www.mckinsey.com/Insights/MGI/Research/Technology_and_Innovation/Big_data_The_next_frontier_for_innovation.

[2]韩翠峰.大数据带给图书馆的影响与挑战[J].图书与情报,2017,4：37-39.

[3]http：//www.doc88.com/p-9367659502977.html.

[4]张进宝,黄荣怀.智慧教育云服务：教育信息化服务新模式[J].开放教育研究,2012,18(3)：26-26.

[5]潘志宏.大数据环境下高校智慧移动学习平台的构建研究[J].实验技术与管理,2017,34(4)：163.

[6]万贝贝.混合式教学模式下学生个人大数据的应用研究[D].华中师范大学,2017,4：16-18.

[7]张玫.数据挖掘在网络教育平台构建中的应用[J].科技信息,2007(13)：277.