全場景數(shù)據(jù)驅動一體化智慧教學平臺建設的探索

摘要：伴隨大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)等信息技術的發(fā)展，高校教育信息化變革迎來新的機遇與挑戰(zhàn)。智慧教學是教育數(shù)字化轉型中的重要一環(huán)，具有非常大的作用。針對智慧教學存在的問題，桂林理工大學實施全場景數(shù)據(jù)驅動一體化智慧教學平臺建設，通過數(shù)據(jù)驅動、深度融合、服務精準等途徑實現(xiàn)了智慧教學，為同類院校建設全場景數(shù)據(jù)驅動一體化智慧教學平臺提供參考。關鍵詞：數(shù)據(jù)驅動；一體化智慧教學平臺；智慧教學近年來，數(shù)字化轉型備受關注和討論，黨中央圍繞教育現(xiàn)代化、數(shù)字中國、數(shù)字化轉型等作出了許多戰(zhàn)略部署?！笆奈濉币?guī)劃綱要提出的“加快數(shù)字化發(fā)展，建設數(shù)字中國”［1］，為加快數(shù)字經濟、數(shù)字社會、數(shù)字政府、數(shù)字生態(tài)建設立下了基調，指明了方向。教育作為國家發(fā)展的基石，教育數(shù)字化轉型對教育教學改革的價值日益凸顯［2］。2022年，教育部實施國家教育數(shù)字化行動，提出要加快推進教育數(shù)字轉型和智能升級［3］。黨的二十大報告也明確提出推進教育數(shù)字化的發(fā)展要求，教育數(shù)字化轉型已成為教育教學改革中的重要一環(huán)［4］。在數(shù)字化轉型的背景下，教育數(shù)字化轉型離不開智慧教學。智慧教學是指在教育技術、大數(shù)據(jù)技術等支撐下，以建構主義學習理論為指導思想，通過變革、創(chuàng)新，對傳統(tǒng)課堂進行改革和重構，促進學生智慧生成［5］的教學。學校要想開展智慧教學就得建設智慧教室，為智慧教學提供基礎條件。智慧教室是集成了物聯(lián)網(wǎng)、云計算等多媒體設備及控制系統(tǒng)的物理空間，是師生教學行為數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)共享及數(shù)據(jù)監(jiān)控的教學環(huán)境［6］。數(shù)據(jù)作為新型生產要素，通過伴隨式采集記錄和分析教育教學的過程性數(shù)據(jù)，優(yōu)化教學服務供給與學習需求的匹配度，實現(xiàn)教師差異化的“教”、學生個性化的“學”，推動教育決策由經驗驅動走向數(shù)據(jù)驅動。具體來說，一是通過對教學中產生的過程性數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)其中的問題并即時解決，以改進教學管理。二是通過采集、統(tǒng)計和分析學生課堂表現(xiàn)和作業(yè)數(shù)據(jù)，以便教師因材施教。雖然各種現(xiàn)代信息技術已經在高校智慧教室、教學平臺中得到應用，但是在實際使用過程中仍存在各種問題。例如，智慧教室在建設中由于缺乏整體規(guī)劃，導致教學系統(tǒng)各不相同且難統(tǒng)一管理；未與教務系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)等平臺對接，無法實現(xiàn)聯(lián)動管理；缺少統(tǒng)一開放的課程資源平臺，課程資源得不到沉淀；各項教學數(shù)據(jù)分散在不同的系統(tǒng)，存在信息壁壘，無法為教學改革、教師評教、課程評優(yōu)提供量化指標，不能支撐個性化教學。因此，以智慧教室環(huán)境為基礎，以數(shù)據(jù)為關鍵要素，通過數(shù)據(jù)賦能，構建全場景數(shù)據(jù)驅動一體化智慧教學平臺，對推動線上線下混合式教學改革、促進開展高質量教學活動具有重要意義。一、全場景數(shù)據(jù)驅動一體化智慧教學平臺構建思路（一）建設目標全場景數(shù)據(jù)驅動一體化智慧教學平臺的建設目標是通過整合教育資源，打造集數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測管理、預測預警、可視化平臺于一體的智慧教學平臺，進行數(shù)據(jù)化管理與服務。一是建設業(yè)務數(shù)據(jù)中心，整合教學數(shù)據(jù)，實現(xiàn)高品質的教學數(shù)據(jù)集成。二是建設校本SPOC（SmallPrivateOnlineCourse，即小規(guī)模限制性在線課程）平臺，提升教師的課程設計能力，保障教學質量。即自動留存優(yōu)質教學資源，并按需引進國內外優(yōu)質慕課及支持學校教師自發(fā)建設校本課程，構建課程資源池，以滿足學校師生多樣化的學習需求。三是實現(xiàn)場景、過程、資源、數(shù)據(jù)一體化，并覆蓋全部教學環(huán)節(jié)，全方位采集教學過程數(shù)據(jù)，實現(xiàn)自動采集教學數(shù)據(jù)、預習數(shù)據(jù)、課堂數(shù)據(jù)、作業(yè)數(shù)據(jù)、考試數(shù)據(jù)，提供覆蓋師生、課程、班級等多維度畫像，實現(xiàn)教學質量監(jiān)控和評價的科學化、智慧化。（二）建設思路一是數(shù)據(jù)驅動。基于學校全域數(shù)據(jù)中心，對教學過程產生的教學業(yè)務數(shù)據(jù)進行治理和標準化，以確保數(shù)據(jù)來源的可靠性，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，為平臺提供數(shù)據(jù)支撐。具體來說，全場景數(shù)據(jù)驅動一體化智慧教學平臺與學校教務系統(tǒng)對接，確保數(shù)據(jù)來源準確無誤，對教學過程進行數(shù)據(jù)采集、分析，將教學質量監(jiān)控和評估融合。平臺通過數(shù)據(jù)驅動，推動實現(xiàn)教學業(yè)務數(shù)據(jù)統(tǒng)一，并對教學過程產生的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析及展示，從而實現(xiàn)全流程教學大數(shù)據(jù)分析和可視化展示。二是深度融合。將實體課堂與網(wǎng)絡課堂進行深度融合，打造“雨課堂智慧教學平臺+學堂”“SPOC+學堂”的教學形式，并將之與在線MOOC打通，實現(xiàn)師生用戶、教學資源、教學數(shù)據(jù)無縫對接。在不改變傳統(tǒng)教師備課、上課習慣前提下，將網(wǎng)絡課堂與實體課堂深度打通。通過課堂智慧教學平臺“雨課堂”、校內SPOC平臺“學堂云”、精品在線開放課程平臺“學堂在線”及國內課程國際化推廣平臺的深度融合，實現(xiàn)這四個平臺統(tǒng)一，即全場景數(shù)據(jù)驅動一體化智慧教學平臺，提供全方位、全流程教學及其管理服務。三是服務精準。全場景數(shù)據(jù)驅動一體化智慧教學平臺的建設目的是構建全教學生命周期的教學大數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控教學，實現(xiàn)精準服務。即對教學中遇到的問題進行有效預警、及時干預；為院級、校級管理提供可視化教學數(shù)據(jù)，以便分析、管理、決策；為教學提供精準服務，以提升學校教學管理、服務水平。二、全場景數(shù)據(jù)驅動一體化智慧教學平臺構建（一）統(tǒng)一平臺，數(shù)據(jù)驅動全場景數(shù)據(jù)驅動一體化智慧教學平臺遵循統(tǒng)一原則，通過數(shù)據(jù)驅動實現(xiàn)統(tǒng)一管理與服務。平臺將“雨課堂”“學堂云”融合，并將學校教務系統(tǒng)、人事系統(tǒng)等核心基礎業(yè)務系統(tǒng)打通，通過數(shù)據(jù)驅動將全用戶、全過程、全方位的教育教學數(shù)據(jù)進行有效整合，提升這些數(shù)據(jù)質量，為教育教學大數(shù)據(jù)應用分析與決策提供強有力的數(shù)據(jù)支撐。平臺采用四層架構，如圖1所示。把網(wǎng)絡教學系統(tǒng)、互動教學系統(tǒng)、在線考試系統(tǒng)、教學管理系統(tǒng)、教學評價系統(tǒng)等統(tǒng)一到一個平臺上，并融合“雨課堂”和“學堂云”，實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)、教學數(shù)據(jù)、課程數(shù)據(jù)、班級數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)等統(tǒng)一，準確提供用戶畫像、提高教學數(shù)據(jù)交互性，實現(xiàn)教學全過程的數(shù)據(jù)采集、分析、挖掘與處理，為教學提供完整的精準的數(shù)據(jù)。在這個統(tǒng)一的平臺上，教師、學生、學校管理者可通過手機、電腦、課堂教學電子裝配等電子終端進行訪問，且不受時間和空間的限制。（二）數(shù)據(jù)標準及其規(guī)范體系建設數(shù)據(jù)標準是數(shù)據(jù)治理過程中非常重要的內容，它是數(shù)據(jù)治理的依據(jù)，全場景數(shù)據(jù)驅動一體化智慧教學平臺數(shù)據(jù)參考“高等學校管理信息標準——代碼標準集HEMIS-CSS”和“高等學校管理信息標準——數(shù)據(jù)標準集HEMIS-DSS”，結合學校信息系統(tǒng)的實際情況，針對學校信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的結構、格式、定義和管理方法制訂數(shù)據(jù)規(guī)范標準。制訂數(shù)據(jù)標準的目的在于確保信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)能夠被正確地理解、處理和交換，從而提高信息處理的準確性、效率和一致性。數(shù)據(jù)標準規(guī)范體系包含數(shù)據(jù)結構標準、數(shù)據(jù)格式標準、數(shù)據(jù)定義標準、數(shù)據(jù)交換標準、數(shù)據(jù)安全與隱私保護標準等多個層次和數(shù)據(jù)管理標準方面的內容，它可以確保學校業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)從采集、錄入、存儲、更新、備份、清理全生命周期內的系統(tǒng)數(shù)據(jù)得到有效管理和使用。（三）平臺安全保障體系建設安全防護體系是智慧教學平臺建設的主要內容之一，為智慧教學平臺安全穩(wěn)定運行提供全方位安全保障。一是系統(tǒng)安全，包括網(wǎng)絡安全、服務器安全、數(shù)據(jù)庫安全等，為智慧教學平臺運行提供支撐。二是數(shù)據(jù)安全，通過數(shù)據(jù)的存儲加密、訪問控制、備份策略等措施確保平臺數(shù)據(jù)安全。三是安全審計，內容包括數(shù)據(jù)庫審計、服務器審計、終端審計、應用系統(tǒng)審計和網(wǎng)絡審計，將管理員、用戶訪問業(yè)務數(shù)據(jù)和應用系統(tǒng)內的關鍵操作等記入日志，做到操作有跡可循；使用日志分析、入侵檢測和預防系統(tǒng)（IDS/IPS）等工具來增強平臺監(jiān)控能力。四是安全培訓與意識培養(yǎng)，管理員定期開展信息安全知識和防范技巧學習和培訓活動，從源頭上構筑堅固的信息安全防線，以有效降低人為因素導致的安全風險，從而全面提升信息系統(tǒng)的安全保障能力。平臺采取以上多層次、多維度的安全措施，使各個體系之間相互關聯(lián)、相互支撐，將“人防+技防”結合，為智慧教學平臺提供全方位的安全保障，確保系統(tǒng)平臺和數(shù)據(jù)的安全性，保護用戶的隱私和權益，促進智慧校園持續(xù)發(fā)展。（四）數(shù)據(jù)層建設數(shù)據(jù)層涵蓋數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析等一體化數(shù)據(jù)治理過程的各層級，采集用戶數(shù)據(jù)、教學數(shù)據(jù)、課程數(shù)據(jù)、班級數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)等多種類型的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的準確性和完整性。建立可靠的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，對不同類型的數(shù)據(jù)進行分類和存儲，確保數(shù)據(jù)的安全性和可靠性；建立完善的數(shù)據(jù)管理機制，對不同類型的數(shù)據(jù)進行分類和管理，確保數(shù)據(jù)的可用性和可操作性。數(shù)據(jù)治理流程如圖2所示。數(shù)據(jù)治理流程分為以下4個階段。一是數(shù)據(jù)采集與整合。通過在線表單、傳感器、系統(tǒng)日志等多種渠道全面采集數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的多樣性和時效性，并將這些數(shù)據(jù)整合到一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中管理和維護。二是數(shù)據(jù)存儲與管理。為了確保數(shù)據(jù)的安全性和可靠性，建立了一套可靠的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，對不同類型的數(shù)據(jù)進行分類存儲，并提供數(shù)據(jù)備份和恢復機制，以防數(shù)據(jù)丟失或損壞。三是數(shù)據(jù)質量控制與維護。建立完善的數(shù)據(jù)管理機制，對數(shù)據(jù)進行清洗、去重、驗證和修正等處理，確保數(shù)據(jù)的準確性和一致性。同時，還實施權限管理和數(shù)據(jù)訪問控制，確保只有授權人員才能訪問和操作數(shù)據(jù)。四是數(shù)據(jù)分析與應用。運用大數(shù)據(jù)分析技術，對整合后的數(shù)據(jù)進行深入分析和挖掘，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的模式、趨勢和關聯(lián)。這些分析結果可以幫助我們形成不同維度的教學畫像，為教學決策提供科學、客觀的依據(jù)。（五）平臺層建設全場景數(shù)據(jù)驅動一體化智慧教學平臺層采用云計算、大數(shù)據(jù)技術等先進技術融合教育理念而創(chuàng)新教學平臺，以數(shù)據(jù)中心為數(shù)據(jù)基座，將教學資源平臺、網(wǎng)絡課堂平臺、實體課堂融合一體互聯(lián)互通，為智慧教學提供高效穩(wěn)定的支撐。它主要包括智慧課堂教學平臺“雨課堂”、智慧網(wǎng)絡教學平臺“學堂云”、在線課程運行平臺“學堂在線”，將它們融合為一體，為學校提供從輔助課堂教學，到SPOC教學，到國家精品在線開放課程運行的全方位、全流程服務。同時，把國內外優(yōu)質課程資源無縫對接到校內SPOC課堂教學中，構建一個連接校內校外、融合線上線下、貫穿課內課外的新型教學生態(tài)，如圖3所示。（六）應用服務建設應用服務包括網(wǎng)絡教學系統(tǒng)、互動教學系統(tǒng)、在線考試系統(tǒng)、教學管理系統(tǒng)和教學評價系統(tǒng)。網(wǎng)絡教學系統(tǒng)實現(xiàn)課程資源上傳、在線課程建設、在線課程教學、精品課運行等功能，提供豐富的教學資源，支持在線教學和自主學習。互動教學系統(tǒng)實現(xiàn)直播授課、課堂互動、課前預習、課后練習等功能，提供多種互動方式，增強學生的參與性和學習效果。在線考試系統(tǒng)實現(xiàn)試卷制作、試卷發(fā)布、在線監(jiān)考、在線批閱等功能，提供安全可靠的考試環(huán)境，確保考試的公平性和準確性。教學管理系統(tǒng)實現(xiàn)教務管理、資源管理、平臺管理、行政通知等功能，提供全面的教務服務，支持教學管理和決策。教學評價系統(tǒng)實現(xiàn)在線督學、在線巡考、學生評教、課程評估等功能，提供全面的教學評價服務。各應用服務形成一個綜合的教育教學服務體系，提供全方位的教學支持并進行管理。（七）訪問層建設訪問層建立了完善的用戶管理機制，加強用戶注冊、用戶認證、用戶權限管理等。通過配置不同的訪問權限，確保數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的安全性。支持多種訪問工具，包括手機、電腦、教學大屏等。支持多種訪問模式，包括在線訪問、離線訪問、異地訪問等。用戶可以隨時隨地訪問平臺，提高學習和教學效率。確保系統(tǒng)的兼容性，支持多種操作系統(tǒng)和瀏覽器。三、應用成效本研究以桂林理工大學全場景數(shù)據(jù)驅動一體化智慧教學平臺為例檢測應用效果，該平臺覆蓋屏風、雁山兩個校區(qū)。學校自2020年10月正式啟用全場景數(shù)據(jù)驅動一體化智慧教學平臺，截至2023年4月，通過身份認證綁定的師生共35500多人，其中覆蓋率最高時教師為83%，學生為100%，完成自建課程資源282個。2018年，學校獲得教育部在線教育研究中心在線教育“智慧教學試點項目”。同年，獲得教育部在線教育研究中心頒發(fā)的“慕課+教學實踐獎”，開創(chuàng)了優(yōu)質教育教學資源共享傳播的新局面。在2020年第十八屆和2021年第十九屆廣西高校教育教學信息化大賽中，學校榮獲一等獎9項、二等獎9項、三等獎10項，一等獎獲獎數(shù)量位居全區(qū)高校第一。在2021年度教育信息化應用優(yōu)秀案例評比中，平臺被評為2021年度自治區(qū)教育廳教育信息化應用（高等教育）優(yōu)秀案例。成功申報了“信息化背景下分析化學課程教學模式創(chuàng)新與‘金課建設實踐”項目，并于2022年獲得自治區(qū)級（高等教育）教學成果特等獎。依托全場景數(shù)據(jù)驅動一體化智慧教學平臺，學校各學科構建了信息化資源體系，支持學校獲得首批國家級一流本科課程6門，在全區(qū)高校中位列前茅，其中線上一流課程2門、線上線下混合式一流課程4門；獲自治區(qū)級一流本科課程50余門，其中，2021年獲區(qū)內推薦第二批國家級一流本科課程評選20余門。據(jù)統(tǒng)計，依托全場景數(shù)據(jù)驅動一體化智慧教學平臺開展相關培訓100余次，內容涉及信息化教學理念、課程組織與評估、教學法運用、課堂教學新模式等方面，教師參加人數(shù)1000余人次，教師的信息素養(yǎng)獲得提升。綜上所述，全場景數(shù)據(jù)驅動一體化智慧教學平臺的建設，通過整體規(guī)劃，以需求為導向，在部