大數(shù)據(jù)技術(shù)下的數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式研究

1、    大數(shù)據(jù)技術(shù)下的數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式研究    龍虎 李娜摘要：大數(shù)據(jù)背景下，數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式是當(dāng)前的主要教學(xué)范式，是有別于早期的農(nóng)業(yè)時代與工業(yè)時代經(jīng)驗?zāi)７陆虒W(xué)范式和信息時代的計算機輔助教學(xué)范式，是教學(xué)范式發(fā)展的第三個階段。在梳理大數(shù)據(jù)技術(shù)和數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式概念的基礎(chǔ)上，利用文獻研究法和系統(tǒng)法對其進行深入的研究，提出了大數(shù)據(jù)技術(shù)下的數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式架構(gòu)。將大數(shù)據(jù)技術(shù)引入教學(xué)范式，拓寬了對教學(xué)范式研究的視野，提供了新的研究思路，希望該研究能為教學(xué)范式的研究者提供參考和借鑒。關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)技術(shù)；數(shù)據(jù)驅(qū)動；教學(xué)范式：tp393 ：a ：1009-3044（2

2、018）20-0162-03research on data-driven teaching paradigm of big data technologylong hu， li na（kaili university， kaili 556011， china）abstract： under the big data background， the data actuation teaching model is the current main teaching model， is different with early the agricultural stage and the ind

3、ustry time experience imitates the teaching model and the information age computer aided teaching model， is the teaching model development third stage. in combs the big data technology and in the data actuation teaching model concept foundation， conducts the thorough research using the literature me

4、thodology and the system method to it， proposed under the big data technology data actuation teaching model construction. the big data technology introduction teaching model， has opened up to the teaching model research field of vision， has provided the new research mentality， hoped this research ca

5、n provide the reference and the model for the teaching model researcher.key words： big data technology； data driven； teaching paradigm隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能、云計算等技術(shù)快速發(fā)展，我們已從早期的it時代步入到了dt時代，大數(shù)據(jù)技術(shù)作為當(dāng)前一項新的顛覆性的技術(shù)，正迅速融入教育、娛樂、金融等各行各業(yè)中。數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式是當(dāng)前大數(shù)據(jù)時代的主流教學(xué)范式，已成為國內(nèi)外研究的熱點，國外方面已開始啟動并實施對數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式的研

6、究，并開展了對數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式理論及應(yīng)用和數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育方面的研究，國內(nèi)方面，已有部分學(xué)者和專家開展了數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式的研究，但研究的內(nèi)容僅僅在理論層面較多，對于實踐以及新技術(shù)融入的內(nèi)容研究的較少，對于大數(shù)據(jù)技術(shù)下的數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式還沒有開展研究，因此有必要開展大數(shù)據(jù)技術(shù)下的數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式研究。大數(shù)據(jù)時代的到來，迫切需要我們改變傳統(tǒng)的教育教學(xué)模式，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)開展數(shù)據(jù)驅(qū)動精準教學(xué)，構(gòu)建新型教學(xué)生態(tài)和改變傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)構(gòu)以及教學(xué)流程等。大數(shù)據(jù)技術(shù)下，探究數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)新模式，構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)實踐共同體，開展數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式研究，開創(chuàng)大數(shù)據(jù)技術(shù)下的教學(xué)新范式，破解傳統(tǒng)的教學(xué)范式研究碎片化、靜態(tài)化和簡單

7、化，構(gòu)建用數(shù)據(jù)說話、用數(shù)據(jù)研究、用數(shù)據(jù)管理和決策、用數(shù)據(jù)創(chuàng)新的研究理念，建立以樣本和全周期以及全過程和全透明為特征的新研究范式。將大數(shù)據(jù)技術(shù)融入數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式研究，打造基于大數(shù)據(jù)的智慧學(xué)習(xí)平臺，探索大數(shù)據(jù)技術(shù)下的數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)新模式。1大數(shù)據(jù)技術(shù)概述大數(shù)據(jù)是指海量數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的綜合體。美國著名的未來學(xué)家阿爾文·托夫勒在第三次浪潮一書中，將大數(shù)據(jù)稱之為第三次浪潮的華彩樂章1。全球知名咨詢公司麥肯錫最早提出了大數(shù)據(jù)時代的到來，并在其下屬機構(gòu)全球研究所發(fā)布的一份專門的研究報告中，將大數(shù)據(jù)視為全世界下一個創(chuàng)新、競爭和生產(chǎn)力提高的前沿領(lǐng)域。著名的數(shù)據(jù)庫專家以及圖靈獎獲得者吉姆

8、83;格雷在nrc-cstb（national research council-computer science and telecommunications board）上發(fā)表的著名演講科學(xué)方法的一次革命中提到繼之前出現(xiàn)的實驗范式、理論范式、計算范式之后，新的信息技術(shù)已經(jīng)促使第四范式出現(xiàn)了，就是數(shù)據(jù)密集型科學(xué)發(fā)現(xiàn)（data-intensive scientific discovery），也就是我們所稱的大數(shù)據(jù)2。大數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)分析的實時性，可分為實時數(shù)據(jù)分析和離線數(shù)據(jù)分析兩種，按照大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量，可分為內(nèi)存級別、海量級別和商業(yè)智能級別等三種。其中，內(nèi)存級別指的是數(shù)據(jù)量不超過集群的內(nèi)存最大值

9、；海量級別指的是對于數(shù)據(jù)庫和商業(yè)智能產(chǎn)品已經(jīng)完全失效或者成本過高的數(shù)據(jù)量；商業(yè)智能級別指的是那些對于內(nèi)存來說太大的數(shù)據(jù)量。大數(shù)據(jù)從本質(zhì)上來講包含數(shù)量、類型和速度三個維度的問題，大數(shù)據(jù)的本質(zhì)構(gòu)建如圖1所示3。圖中的速度方面主要是指對海量數(shù)據(jù)的處理速度，可實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的實時處理；數(shù)量方面是指數(shù)據(jù)量由pb級到zb級；數(shù)據(jù)類型方面主要是指數(shù)據(jù)種類繁多，已打破了傳統(tǒng)的僅僅為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的范疇，數(shù)據(jù)的處理還包括了海量半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)時代背景下，數(shù)據(jù)的采集和分析、數(shù)據(jù)的處理和管理以及可視化等都與傳統(tǒng)的方式不同，數(shù)據(jù)的產(chǎn)生方式方面由被動采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃由蓴?shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集密度方面由采集密度較低、采

10、集數(shù)據(jù)有限轉(zhuǎn)變?yōu)槔么髷?shù)據(jù)平臺，可對需要分析事件的數(shù)據(jù)進行密度采樣，精確獲取事件的全局函數(shù)；數(shù)據(jù)源方面，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源獲取方式較為單一，不同數(shù)據(jù)之間添加的數(shù)據(jù)整合難度大，而大數(shù)據(jù)可利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過分布式技術(shù)和分布式文件系統(tǒng)以及分布式數(shù)據(jù)庫等技術(shù)對多個數(shù)據(jù)源獲取的數(shù)據(jù)進行整合處理；傳統(tǒng)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)處理方式方面大多采用離線處理方式，對生成的數(shù)據(jù)集中分析處理，不對實時在線產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行處理，而大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理方式是較大的數(shù)據(jù)源、響應(yīng)時間要求低的應(yīng)用可以采用批處理方式集中計算，響應(yīng)時間要求高的實時數(shù)據(jù)處理采用流處理的方式進行實時計算，并通過對歷史數(shù)據(jù)的分析進行預(yù)測分析。大數(shù)據(jù)的處理流程一般可分為四

11、個階段，主要有：數(shù)據(jù)采集與集成、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析、數(shù)據(jù)挖掘以及數(shù)據(jù)可視化等。大數(shù)據(jù)的核心特征是數(shù)據(jù)量大、類型繁多、價值密度低、速度快和時效高。大數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵技術(shù)一般有五個，主要為：大數(shù)據(jù)采集技術(shù)、大數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)、大數(shù)據(jù)存儲及管理技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析及挖掘技術(shù)、大數(shù)據(jù)展現(xiàn)與應(yīng)用技術(shù)。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)不斷涌現(xiàn)，海量數(shù)據(jù)的分析及處理方式將發(fā)生很多變化，數(shù)據(jù)處理結(jié)果的獲取也將更快速更直接。大數(shù)據(jù)技術(shù)不僅可以分析處理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，還可實現(xiàn)非結(jié)構(gòu)化以及半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的分析與處理。大數(shù)據(jù)技術(shù)可實現(xiàn)將隱藏于海量數(shù)據(jù)中的有用信息挖掘出來，為用戶提供參考和使用等。大數(shù)據(jù)分析的方法理論主要有預(yù)測性分析能力、數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)管

12、理、可視化分析、語義引擎和數(shù)據(jù)挖掘算法。大數(shù)據(jù)技術(shù)一般可分為五大類，分別為：基礎(chǔ)架構(gòu)支持、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)計算和展現(xiàn)與交互?；A(chǔ)架構(gòu)支持主要包括資源監(jiān)控技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬化技術(shù)、云存儲以及云計算平臺等；數(shù)據(jù)采集是數(shù)據(jù)處理的必備條件；數(shù)據(jù)存儲技術(shù)部分在針對海量數(shù)據(jù)時，一般采用分布式文件系統(tǒng)和分布式數(shù)據(jù)庫的存儲方式；數(shù)據(jù)計算部分主要有數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計與分析、數(shù)據(jù)預(yù)測與數(shù)據(jù)挖掘、圖譜處理等；展現(xiàn)與交互主要有圖形與報表、可視化工具和增強現(xiàn)實技術(shù)。2數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式美國著名的科學(xué)哲學(xué)家托馬斯·庫恩最早提出“范式”一詞，并在其經(jīng)典著作科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)（the structure of sc

13、ientific revolutions）中對范式做了解釋4。庫恩提出了范式的兩個特征，并將范式分為具體和抽象兩種用法。著名的教學(xué)研究專家蓋奇最先在教育領(lǐng)域引用范式一詞，并認為教學(xué)范式是由理論基礎(chǔ)和研究方法以及研究共同體統(tǒng)一的表達方式和評價標準所構(gòu)成的綜合體5。教學(xué)范式自農(nóng)業(yè)時代開始至今已經(jīng)經(jīng)歷三個發(fā)展階段，分別為農(nóng)業(yè)時代和工業(yè)時代的經(jīng)驗?zāi)７陆虒W(xué)范式、信息時代的計算機輔助教學(xué)范式和大數(shù)據(jù)時代的數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式。經(jīng)驗?zāi)７陆虒W(xué)范式主要源于希臘教學(xué)理念中的模仿再現(xiàn)思想，重點強調(diào)的是經(jīng)驗的模仿和知識的接受，教學(xué)內(nèi)容主要以書本知識和經(jīng)驗以及技能為主，教學(xué)媒介主要為書本、黑板和掛圖等，教學(xué)者占主動地位，學(xué)

14、習(xí)者為被動接受式的學(xué)習(xí)，不利于激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣；計算機輔助教學(xué)范式是信息時代的主要教學(xué)范式，是傳統(tǒng)的經(jīng)驗?zāi)７陆虒W(xué)范式的進一步發(fā)展，是以技術(shù)為主導(dǎo)的一種新的教學(xué)范式，新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及計算機技術(shù)、白板和多媒體課件等逐漸取代了傳統(tǒng)的黑板和掛圖等傳統(tǒng)教學(xué)工具，傳統(tǒng)的教學(xué)模式逐漸被新的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)以及探究式教學(xué)所取代，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)積極性有所提高，探究問題和發(fā)現(xiàn)問題以及解決問題的能力有所提高；數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式是大數(shù)據(jù)時代的主流教學(xué)范式，是有別于前兩個教學(xué)范式的一種新的教學(xué)范式。教學(xué)范式是對教學(xué)這一復(fù)雜活動的概括性解釋，是某個時期或階段教學(xué)綜合特征的重要體現(xiàn)，它既包含了教學(xué)理論與研究方法，同時也包含了教

15、學(xué)模式、學(xué)習(xí)策略以及教學(xué)評價方式等6。數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式是當(dāng)前大數(shù)據(jù)時代的主要教學(xué)范式，是有別于早期的農(nóng)業(yè)時代與工業(yè)時代經(jīng)驗?zāi)７陆虒W(xué)范式和信息時代的計算機輔助教學(xué)范式，是教學(xué)范式發(fā)展的第三個階段。數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式具有科學(xué)化、精準化、智能化和個性化等四個主要特征，科學(xué)化是指打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式的局限性，以科學(xué)的和真實的數(shù)據(jù)為依據(jù)，實現(xiàn)線上和線下教學(xué)的有效性；精準化是指教學(xué)目標的實現(xiàn)方面要有精準化的教學(xué)設(shè)計，教學(xué)輔導(dǎo)的精益化和教學(xué)組織的精細化，通過對課堂內(nèi)外、線上和線下的數(shù)據(jù)采集，進行數(shù)據(jù)的深度挖掘分析，以可視化形式呈現(xiàn)出知識與技能的掌握程度，識別出存在不足及缺陷，進行精確化的智能診斷；智能化是指根據(jù)

16、學(xué)習(xí)者特征及學(xué)習(xí)進度智能推送學(xué)習(xí)資源，數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式下，作業(yè)的批改和習(xí)題測試等練習(xí)部分可再通過人工進行，而直接由系統(tǒng)自動進行；個性化是指數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式下，根據(jù)學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)特征和學(xué)習(xí)需求，借助智能平臺和技術(shù)工具實現(xiàn)個性化教學(xué)，以數(shù)據(jù)采集和分析、數(shù)據(jù)深度挖掘、個性特征發(fā)現(xiàn)、智能診斷和干預(yù)為特征的個性化教學(xué)。3 大數(shù)據(jù)技術(shù)下的數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式大數(shù)據(jù)背景下，教師教學(xué)以及學(xué)生的學(xué)習(xí)方式將會發(fā)生翻天覆地的變化，與此同時，教師教學(xué)地位與作用出現(xiàn)了新的變化，傳統(tǒng)的教學(xué)范式也將逐漸被新的教學(xué)范式替代。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)融入教育領(lǐng)域，傳統(tǒng)的經(jīng)驗?zāi)７陆虒W(xué)范式和計算機輔助教學(xué)范式逐漸被新的數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式所取代，大數(shù)據(jù)技

17、術(shù)下，新的教學(xué)范式也即為第三個階段的教學(xué)范式：數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式逐漸成為當(dāng)前大數(shù)據(jù)時代的主流教學(xué)范式。數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式下，教學(xué)內(nèi)容中的文字、圖形圖像、視頻、動畫以及虛擬場景在不同的教學(xué)媒介中呈現(xiàn)，學(xué)習(xí)者和教學(xué)者的各種行為數(shù)據(jù)都將被記錄下來，以數(shù)字化的形式進行存儲。教學(xué)媒介是教學(xué)數(shù)據(jù)的采集終端和傳輸渠道，同時也是教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)載體，為教學(xué)大數(shù)據(jù)的運行提供支撐。大數(shù)據(jù)技術(shù)下的數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式框架如圖2所示。大數(shù)據(jù)技術(shù)下的數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式與以往的經(jīng)驗?zāi)７陆虒W(xué)范式和計算機輔助教學(xué)范式有所不同，該教學(xué)范式將最新的大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算、機器學(xué)習(xí)算法、智能評價技術(shù)引入，學(xué)習(xí)者可獲得海量的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源，并進行智

18、能推送和智能診斷以及智能評價，有利于提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)績效。教學(xué)與學(xué)習(xí)的海量數(shù)據(jù)產(chǎn)生與收集、傳輸與處理、存儲和對外提供服務(wù)都要及時有效，要能夠滿足學(xué)習(xí)者需求和精準教學(xué)。教學(xué)與學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)實時采集在功能上需要保證可以完整地收集到所有數(shù)據(jù)，為實時應(yīng)用提供實時數(shù)據(jù)，響應(yīng)時間上要保證實時性、低延遲、部署簡單、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠等，實時計算架構(gòu)一般采用海量并行處理mpp的分布式架構(gòu)，數(shù)據(jù)的存儲及處理會分配到大規(guī)模的節(jié)點上進行，以滿足實時性要求，在數(shù)據(jù)的存儲上，采用大規(guī)模分布式文件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)模式下，教學(xué)內(nèi)容已從傳統(tǒng)的紙質(zhì)教材等教學(xué)材料轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌臄?shù)字化的文本、視頻、音頻、動畫以及虛擬場景等，教學(xué)者可根據(jù)學(xué)習(xí)者

19、學(xué)習(xí)需求進行精準教學(xué)和科學(xué)決策，并對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)進度進行跟蹤，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、可視化技術(shù)和學(xué)習(xí)分析技術(shù)挖掘有用的數(shù)據(jù)信息，讓其教學(xué)有數(shù)可依，真正實現(xiàn)以人為本。利用大數(shù)據(jù)智慧教學(xué)平臺可實現(xiàn)師生的在線互動，按照學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)進度及學(xué)習(xí)情況對知識數(shù)據(jù)進行智能推送。學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)可以數(shù)字的形式存儲下來，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)搭建的大數(shù)據(jù)智慧教育云平臺可在線獲取海量學(xué)習(xí)資源，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)進度會以可視化的形式呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者，以便于根據(jù)學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)進度進行學(xué)習(xí)決策。教學(xué)媒介可實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的有效呈現(xiàn)，以方便學(xué)習(xí)者快速獲取學(xué)習(xí)資源進行精準學(xué)習(xí)。4 結(jié)束語大數(shù)據(jù)時代，教育領(lǐng)域產(chǎn)生的數(shù)據(jù)越來越多，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)深度挖掘有用的數(shù)據(jù)信息，為數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)決策的順利開展提供參考，對提升教育教學(xué)質(zhì)量，促進學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)績效有很好的作用。數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)范式逐漸取代傳統(tǒng)的經(jīng)驗?zāi)７陆虒W(xué)范式和計算機輔助教學(xué)范式將成為大數(shù)據(jù)時代的主要教學(xué)范式，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)結(jié)合智能平臺實現(xiàn)教學(xué)與學(xué)習(xí)海量數(shù)據(jù)的采集與處理，進行學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)的深度挖掘與可視化呈