教育信息化,走进信息化教育。

【教改交流】第四十五期 教育信息化关键词解读——技术

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三、技术
1、教育云计算
云计算通俗地说,云是网络、互联网的一种比喻说法,用户不用再购买服务器,直接去云数据中心购买计算和存储服务;云是一个庞大的资源池,按需购买;云可以象自来水,电,煤气那样计费。
专业地说,云计算是一种基于互联网的、通过虚拟化方式共享资源的计算模式,存储和计算资源可以按需动态部署、动态优化、动态收回。
云计算将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上,使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和信息服务。
云计算理解为提供资源(资源池上计算力、存储空间和信息服务)的网络被称为云,由云按需提供可动态伸缩(可以无限扩展的,随时获取,按需使用,按使用付费)的廉价计算服务,计算能力是通过互联网进行传输的。
云计算平台也称为云平台,可以划分为3类:以数据存储为主的存储型云平台,以数据处理为主的计算型云平台,以及计算和数据存储处理兼顾的综合云计算平台。
云计算的基本原理就是用户端的简单化,仅负责数据输入和读取,支持用户在任意位置、使用各种终端获取应用服务,而将庞杂的处理工作交给云,也就是联网的计算机群和数据中心来处理。
云计算的使用模式即服务化,服务模式是将软件作为服务SaaS (Software as a Service)、将平台作为服务PaaS (Platform as a Service)和将基础设施作为服务IaaS (Infrastructure as a Service)等各种模式。
软件作为服务SaaS(就像直接到餐馆吃水饺)是应用软件统一部署在服务器上,客户可以根据自己实际需求,通过互联网向服务商定购所需的应用软件服务,按定购的服务多少和时间长短向服务商支付费用,并通过互联网获得服务商提供的服务。
平台作为服务(吃水饺时叫外卖)PaaS的核心是将计算环境和应用程序的运行平台作为一项服务进行提供。PaaS的实现方式是将中间件平台、及其组件和运行环境进行封装。客户无须关心平台的配置硬件环境和软件系统,只要部署到PaaS之中的平台实例就可以按照租用的方式来运行系统了。
基础设施即服务(带成品原料回家自己做)IaaS (Infrastructure as a Service)是将硬件资源进行虚拟化,在操作系统层面将计算基础设施(CPU/内存和存储/操作系统)等以出租的方式在虚拟网络VPN下为客户提供服务的模式。
云计算的虚拟化和动态管理本质上是系统的管理智能化,通过动态配置的资源管理、自动动态配置的自适应性和自我恢复能力,将云计算设计为智能系统,通过这些智能化的管理功能,云计算是一个自适应、自优化的智能系统。
结论 云计算=互联网+计算,是指用互联网提供智能化计算资源的服务模式。这里的云指的是互联网;计算资源包括应用程序、计算能力、存储空间、通信服务等;智能化指的是虚拟化和动态管理;服务模式是将软件作为服务、将平台作为服务和将基础设施作为服务等。
教育云计算有两个个意思,其一是“教育云”,指以云计算的方式来提升教育的效率和质量,同时降低成本;其二是“云教育”,指围绕着云计算技术而开展的教育工作。
行业内常提到的教育云,简单的解释,就是把云计算提供的能力服务于教育的发展。未来的教育需要信息技术的支撑,而很多学校从资金、技术到人才都相对缺乏。教育云的出现能为教育行业解决这些难题提供新的方案,让教育工作者更专注于教育本身。因此,从教育的角度理解云计算,主要是从应用层面出发,而不必关心其背后的细节。教育云的应用可以分为以下几方面:
管理层——更低管理成本和更高效的管理方式;
技术人员——更简单的技术和更好的服务;
教师和学生——更便捷的访问和更多的资源;
图书管理员——更丰富的图书和更多的阅读者;
家长——更直接的关注和更方便的交流;
社会——更好的教育服务和更优的教学质量。
实际上,教育云的实施,不仅能完成上面提到的每项任务,还能把这些任务综合起来形成未来教育发展的新模式。
2、物联网
物联网是新一代信息技术的重要组成部分,也是“信息化”时代的重要发展阶段。其英文名称是:“Internet of things(IoT)”。顾名思义,物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思:其一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;其二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信,也就是物物相息。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术,广泛应用于网络的融合中,也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展,与其说物联网是网络,不如说物联网是业务和应用。因此,应用创新是物联网发展的核心,以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。
在物联网应用中有三项关键技术
1、传感器技术:这也是计算机应用中的关键技术。大家都知道,到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号。自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。
2、RFID标签:也是一种传感器技术,RFID技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术,RFID在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景。
3、嵌入式系统技术:是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。经过几十年的演变,以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见;小到人们身边的MP3,大到航天航空的卫星系统。嵌入式系统正在改变着人们的生活,推动着工业生产以及国防工业的发展。如果把物联网用人体做一个简单比喻,传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官,网络就是神经系统用来传递信息,嵌入式系统则是人的大脑,在接收到信息后要进行分类处理。这个例子很形象的描述了传感器、嵌入式系统在物联网中的位置与作用。
物联网如何被引入教育?
通过物联网可以实时地了解到学生的表现,从而改善学生的学习体验。学生们可以带着无线设备进入教室并带着它们回家学习。学习的材料可以被安排在移动设备上,例如电子书就具有很强的可互动性。而教育也需要不断进步的科技提供支持,例如高速的无线网才能保障音频或视频课程能够流畅地播放。
先进的电子教学方式可以让学生们根据自己的实际情况来安排学习进度,这样可以提升学生们的满足感以及课业的完成率。老师则可以为学生一对一进行辅导,同时对学生的表现进行评估。通过云科技,老师甚至可以获得学生表现相关的数据。高端的科技应用于教育行业后,老师之间也可以相互协作。
物联网在教育中的潜能如何?
物联网基于传感器和电子标签两大主要技术,可以在课堂教学、课外学习和教育管理三个方面给教育提供支持,优化教育环境,丰富教学资源,改善学习方式,节省管理成本,提高管理效率;随着物联网的不断发展,其在教育中的应用前景表现为三个方向:进行学生发展性评价,与现有教学平台集成以及教育应用的中间件研发。(资料来源:现代远程教育研究)
1.物联网支持课堂教学方面
实时教学测评:课堂互动反馈是教学中的重要环节,有助于教师了解学生学习情况,调节教学进程。传统教学中常采用察言观色、课堂提问或课堂练习等方式来检验学生学习情况。这些方式存在猜测成份较重、不能顾及全体、工作量大与反馈不及时等问题。实时教学测评基于学生互动反馈系统(Interactive Response System,IRS),(傅骞等,2010)通过学生手中的投票器(多采用有源射频方式) 统计学生投票、答题情况,在教师端得出可视化统计图形,以便于分析结果、调整教学。实时教学测评还可通过给学生佩戴传感器手表、眼镜等记录学生的多重数据,如脑电图、血压、体温等生理信息及眼动、手部轻微移动等运动信息,引入心理学相关测试技术,得出学生的紧张程度、注意力状况、动脑情况等。教师根据这些反馈信息调整教学,对典型学生点名提问来发现问题,或对个别表现异常学生进行辅导。(Zhang Wei,2008)台湾Ben Chang等提出基于传感器的学生手势识别技术及利用模式,利用传感器根据学生的手动情况记录学生的投票答案,以辅助各类学习活动。麻省理工学院的Mobile-IT Education Classroom Applications项目中,(Sung et al,2005)学生配置由显示屏和3个反馈按钮(精彩、无聊和迷失) 组成的无线投票器,“迷失”学生数量达到一定阀值时,教师显示器会闪烁红灯报警。该设备也用于实施课堂问题的投票,帮助教师修改教学计划和教学活动,从而进一步提高学生注意力和参与度,促进学生间交流。教师也可因材施教,定制教学并进行教学评价。
实验教学指导:实验教学可以帮助学生形成概念,理解和巩固所学知识,培养观察、分析和解决问题的能力,并掌握一些基本技能。实验操作中一旦有误就会影响实验结果,可能导致部分学生失去耐心而马虎应付、抄袭或猜测实验结论,或者因不能发现问题而影响学生对后续实验的信心和兴趣。同时,部分实验材料或仪器危险性较高,学生操作不当可能会威胁生命安全。通过让学生佩戴传感器手表等形式,教师可以记录学生实验过程,及时发现错误并给予正确指导,避免实验过程中危险的发生。教师还可以对各种实验器材标识数字化属性与使用帮助信息,当实验器材使用不当时会自动启动报警系统,学生也可通过手中的传感器向教师发送信号请求指导。教师还可以进一步分析学生操作中的典型性问题,以便后续教学。如在医科教学中,传感器可记录学生的手眼协调能力,实时监控学生动作是否符合规范,及时给出反馈;(King et al,2009)特殊教育中,传感器可以用于随时观测注意力缺陷儿童的注意力状况,收集运动信号以训练感觉运动失调儿童以矫正其动作。(Shu,2009) 教师借助这种方式可以很好地提高指导效率、节约精力,促进学生的迁移学习。
丰富教学资源:很多自然科学学科需要大量的实验数据。教学中常常可能因学生操作太过危险、缺乏实验器材等原因导致学生不能亲自动手做而缺乏感性认识,进而导致学习的枯燥和乏味,影响学习的积极性。教师可将各类传感器安装在实验器材上,通过远程控制这些实验器材来实时采集实验数据(如温度、压强、液体浓度等),并将进行加工和分析后的结果通过网络提供给实验者,学生只需通过电脑等设备就能查看和分析数据。这样既保证了实验数据的全面性、真实性和有效性,也实现了实验教学的方式转变,增强了学生的学习兴趣,解决了传统课堂教学资源有限的问题,节省了各类经费。
优化学习环境:学习环境(如噪音、温度、光线强度等) 可以从很大程度上影响学生的学习效率。学校的教学环境、教学设施、教学活动会产生大量噪音,美国、英国和澳大利亚等对噪音对学生学习的影响进行了一系列研究,发现噪音不仅影响学生听力,更会影响师生交流,对学生学习产生消极影响,如学习注意力、阅读计算能力和整体学业成绩等,特别是对那些学习有困难、听力损失或用非母语学习的儿童。教师也会因长期提高嗓门而导致声带拉伤。在教室里布置传感器节点监测教室各角落的噪音情况,一旦超过预警值则报警通知有关部门处理,如对椅子等物品铺上毛毡垫以降低声反射和混响时间。光线会影响学生视力,在教室里安装光线传感器,可随时监控光线亮度并自动调节教室内照明灯亮度和计算机屏幕亮度,根据室外光照强度调整窗帘高度。传感器还可根据室内二氧化碳浓度、温度自动调节通风情况和空调温度等。总之,物联网可以给学生提供一个舒适的学习环境,促进学生更好的学习。
2.物联网支持课外学习方面
课外研究性学习:课外教学活动可以使学生获得直观的体验与真实的感受,激发学生学习兴趣,拓展学生知识空间与视野,培养学生科学探究能力。但学生外出采集数据存在安全、经费、时间安排等一系列问题,因此实际操作难度较大。通过远程实地布置和操控传感器节点,并将实验数据回送的方式,教师可以拓展课外教学活动。这样一方面可以节省实验经费,布置节点进行长期观测,使实验数据更全面,研究更充分;另一方面也可以节省学生的野外数据采集时间,降低活动的危险性,有效缓解校外研究性学习与校内课堂教学的矛盾,有利于跨学科研究。比如,我国北京、上海、台湾等地区开展的基于物联网的“数字化微型气象站”在科学教育中的应用。该项目在小学校内建立校园气象观测站,将收集到的气象数据发送到校园气象台网页上以实现数据与资源共享并进行科学教育。美国NSF资助的面向K12师生的信息技术教育项目,在海滩上部署多个不同的无线传感器节点(气象、水质和视频传感器),通过WEB网站呈现给K12师生。(ANDERSON et al,2008;Liu,2008)
移动学习:移动学习(M-Learning) 是一种在移动计算设备的帮助下能够在任何时间、任何地点开展的学习,其特点是使用的移动计算设备必须能够有效地呈现学习内容, 因此移动学习设备(PDA、TabletPC等) 在移动学习中极为重要。射频识别技术的发展,使面对面学生之间的信息传输效率更高,信息传送的移动性和灵活性大大增加;使他们能够时刻互动、得到学习材料。无线传感器网络具有自组织、低功耗、成本低等特点, 它的引入可以大大改变移动学习中必须依靠昂贵、且待机时间较短的PDA 的局面,增强了学习和交互过程的效果。而移动学习设备带有的通信功能,可通过开发数据处理模块读取各传感器数据实现。因此物联网可以构建移动的学习环境,通过使用连接点、基站和RFID等相关技术,使移动学习设备连接到学习材料并与其他学习者交流,将个性化学习和协作学习结合起来,实现任何时候、任何地方的学习和互动,促进新的学习活动或者主动学习模型的创建,如集成各类学习工具的“无线电子书包系统”学习模型。(Chang et al,2003)
泛在学习:泛在学习(U-Learning) 是指任何人可以在任何地方、任何时刻获取所需的任何信息的一种学习方式。它与移动学习的区别在于学习的终端设备由各类移动学习设备扩充为数码设备、多媒体设备等各类智能设备,可以为学生学习提供更为智能化、全面化的服务。在泛在学习的环境下,学习支持服务将更加人性化,通过对学习者的相关记录进行综合分析,为他们提供个性化的支持服务,真正体现“以人为本”的理念。在物联网时代,任何设备只要能够接入网络均能够实现智能化操作。泛在学习的思想与物联网的核心思想不谋而合,因此物联网能更好地支持泛在学习的实现。学习者可以随时随地利用终端设备与网络连接,实现任何时间、地点和任何人与资源的连接。泛在学习系统可为学习者提供智能化学习服务,通过传感器自动操控电子白板、电子教材等各类学习辅助工具、智能化和尖端化设备来构建智能化无纸教室;利用内藏电子标签或传感器的实验器材进行实验教学;利用多媒体进行音乐教学;利用内藏计算机的运动服进行适应性体育教学,使学习环境发生天翻地覆的变化。(赵海兰,2007)
3.物联网支持教育管理方面
仪器设备管理:学校的大型会议设备、运动设施、教学仪器等普遍存在着分布离散、管理难度大、无专人管理和保养等情况。通过给各类设备粘贴RFID标签或传感器,分配专人管理,可以进行统一管理和调度,有效防止仪器设备的丢失。当仪器出现高温、断电等问题时,传感器可以自动报警通知专人处理。实验室的灯光、空调等设备根据人员进入或离开自动控制电源开关,并通过RFID身份识别卡安全放行与登记。包括沙迦大学在内的众多阿联酋大学还采用RFID技术来防止文凭伪造,在颁发的学位证书中粘贴RFID标签,以确保学位证书的有效性并加快高校学生登记注册流程。(于海娇,2009)
学生安全行踪及健康管理:学生安全行踪及健康管理包括上下学及在校行踪通知服务、危险区域管理服务和学校保健服务等。上下学行踪通知,使家长可以通过手机或上网了解学生情况,有利于家校合作,避免学生去网吧、酒吧等不健康场所,确保学生上下学安全。危险区域管理,即在地下停车场、顶楼、施工场所和其他校园治安死角架设RFID读取器。当学生处于这些场所时识别出学生身份并自动发出语音警示,并配合校方监视系统监视现场状况进行处理。学生保健服务,即通过腕带式温度感应标签感测学生体温,体温异常时发出警报通知相关人员做即时健康管理及处置。物联网还可用于辅助管理学生集体野外活动安全。学生通过佩戴“智能定位”手表,老师可实时了解学生位置,当超出设定的活动区域时将收到报警短信。台湾国立成功大学郑宪宗教授(2009)主持了一项利用RFID技术为多重障碍学童打造安全学习环境计划,(中央社讯息服务,2009)该系统具有上下学及在校行踪通知服务、学童体温异常管理服务、危险区域管理服务、行动障碍协助服务等4大特色。教师通过学童身上的RFID辨识器,可即时追踪学童状况,预防危险发生。如当行动障碍学生需要协助时,按下配戴的紧急求救钮,系统就会通知校方人员前往处理。家长也可通过本系统得知学童在学情况及学校对异常事件的处理情况,让家长更放心。
学校安全管理:学校安全管理包括学校安全门禁、学校安全访客、机动车管理和校园火灾报警管理等。安全门禁包括短距离和远距离射频识别两种。短距离射频识别门禁系统普遍适用于各高校,如设立宿舍门禁系统。该系统可与学生一卡通绑定,并辅助以录像监控有效识别和防范外来人员进出。远距离射频识别技术主要用于中小学,因为中小学学生自我保护意识差、刷卡有效性较差。这类系统可结合手机短信服务平台和综合信息管理系统。学生佩戴远距离无源感应卡,到达或离开校门时附近的读卡器将该感应卡的卡号输出给学生平安服务系统,并向学生父母发送学生到校或离校短信。校园访客管理,如台湾成立的校园安全应用RFID技术协助学生安全建置计划中的访客机制管理服务,即在教学区、学生宿舍等校园管制区域安置多个感应节点,当外来人员进入时会自动语音报警并通知安保人员及时处理。机动车管理,即安装RFID 标签识别并控制机动车的进出,将停靠时间、停车费缴纳、准确停靠地点等信息与管理平台及个人手机绑定, 让机动车“自己说话”。校园火灾报警,即将各传感器节点密集分布在检测区域内,监测自身周围温度和烟雾浓度等参数,还可通过多节点协作将数据(包括位置信息和火势相关参数) 传送到管理控制中心,以实现实时报警和准确定位。
数字化校园建设:物联网在数字化校园中的应用遍及校园各领域,如校园一卡通服务、智能图书馆建设、人员和设备管理等。将校园身份识别码芯片集成在校园一卡通、个人手机中实现师生身份的绑定,完成师生在校内学习、生活和工作的各项服务,如统计学生出勤情况、教师上课情况和行政人员的到岗情况,以提高管理水平和效率。云南昆明学院开展的“校园手机一卡通工程”,在原有手机SIM卡芯片中集成无线射频(RF) 模块。学生使用这种特制的RFID-SIM 卡刷卡后即可完成身份识别、消费支付和信息交互等功能,实现购物、借书等校园活动。智能图书馆建设方面,随着各大高校规模的不断扩大,其藏书量也在逐年增加,加之图书存在归架错误等问题,传统图书条码查找的方式会浪费大量时间。图书智能定位即在图书上贴有RFID标签,在馆藏范围设置多个阅读器,由阅读器坐标确定图书的方位信息并传送给定位服务器,读者和管理员用客户机或手机登录定位服务器查询图书信息,也方便了新书上架、图书归架及乱架图书的整理工作,提高了寻找丢失书籍和盘点文献资料的效率。自助还书机设备是对粘贴有RFID标签的图书进行扫描、识别和归还处理的设备系统,有利于帮助读者进行自助式图书的归还、续借操作,避免排队现象的发生,甚至可以实现“拿走即借、放回即还”的高度RFID化物流管理模式,从而有效提升图书管理效率、简化图书管理流程、降低图书管理人员的劳动强度,为读者提供更加便利快捷的图书借还书、查询等服务。(周祥,2005)广西壮族自治区图书馆就实现了上述相关应用。
区域教育管理信息化建设:应用物联网技术可以将教育管理模式延伸至整个区域,如市、区等行政区,实现区域内校校间的资源互补、教育部门对学生的统一管理,进一步配合有关部门对学生的公共安全和公共服务管理,从而实现区域性的教育信息化管理。如构建“学校联盟”,实现学生的流动管理、硬件互补、学生互动等。当然物联网在区域教育管理信息化建设中的作用还将走得更远。如苏州市推行的“苏州教育E卡通项目”,第一批35所样板学校已于2010年上半年建成。全市中小学学生通过学生卡集成电子学籍管理、学习功能、考勤功能、交通与安全功能、社会实践功能、亲情电话、校内外消费等功能,为学生创建了更好的学习生活环境;并为全市中小学教师提供“教师卡”,实现继续教育、信息查询、消费等功能;提供“家长卡”实现学生信息查询、自身学习、缴费等功能,帮助家长更好地关注学生的成长过程,实现“一卡在手,走遍苏州”。
3、教育大数据(教育数据挖掘、学习分析技术)
一般认为,大数据的产生与以互联网为标志的信息技术密切相关。例如著名的Facebook 拥有超过9亿的用户,并且用户量仍在不断增长;Google 每天都有不少于30 亿条的搜索查询;而Twitter 则每天要处理4 亿次以上的短信(相当于12TB 的数据量)。而大数据的具体生成过程, 涉及大量数据的挖掘、存储、计算与分析,其前提是人手一机;这个“机”通常不是PC 机,而是简单的移动终端(也称云终端)———每个学习者从“云终端”输入自己的学习行为数据,并存储到“云”里。这些记录每一个个体行为的数据,表面上看好像是杂乱无章,但当数据累积到一定程度时,群体的某种行为规律和某个时间段内的个体行为规律就一定会在这些数据上呈现出来。
到底什么是大数据? 目前,众说纷纭。有的学者认为,大数据是指太大或种类太多,以至于传统工具无法有效管理的数据。也有人认为,大数据即一般软件工具难以捕捉、管理和分析的海量数据;通过对这些海量数据的交换、整合、分析,可以发现新知识、创造新价值,从而带来大知识、大科技、大利润和大发展。此外,大数据与传统数据相比,还有非结构化、分布式、数据量巨大、数据分析由专家层变化为用户层、大量采用可视化展现方法等特点,而这些特点正好适应了当前学习方式逐渐向个性化和人性化转变的需求,也使大数据时代的教育学,变成一门实实在在的实证科学。迄今为止,学术界对于“大数据”还没有规范、统一的定义。学者们只是用这一术语描述难以用传统软件技术和方法分析的超大型复杂数据。关于对大数据的定量描述,最早由Laney 提出的方法是通过三个维度描述———也称 3V (Volume,Velocity,Variety)。[8] 在此基础上,IBM 的研究人员作了补充,认为应当用 4V———即容量(Volume)、速度(Velocity)、多样性(Variety)和真实性(Veracity)等四个维度来描述大数据。其中,容量在大数据情况下应是大容量,是指增长到百万兆字节甚至千兆兆字节的信息;速度在大数据情况下要求高速度,因为及时、快速处理大数据往往起着关键性的作用(例如分析大量当日呼叫的详细记录,可实时预测客户流失程度);多样性是指数据形式多种多样(包括文本、图像、音频、视频);真实性则是指大数据提供信息的可信度,以及据此作出决策的可靠程度。
关于大数据的类型,目前学术界认为大致有三种:即非结构化数据、半结构化数据和结构化数据。非结构化数据是指没有固定格式的数据,如PDF、E-mail 和一般文档。半结构化数据是指类似XML 和HTML 的、有一定加工处理的数据。结构化数据则是指具备一定格式,便于存储、使用,并可从中提取信息的数据,例如传统的各种事务型数据库中的数据。
2012 年10 月,美国教育部发布了题为《通过教育数据挖掘和学习分析技术来提高教与学:问题简述》(Enhancing Teaching and Learning Through EducationalData Mining and Learning Analytics:An Issue Brief) 的报告(以下简称为:美国教育部关于“大数据教育应用”报告),为教育中如何利用大数据指明了方向。该报告认为,大数据无处不在,教育中也是如此。主张通过教育数据挖掘、学习分析和可视化数据分析来改进自适应学习系统,实现个性化学习。并指出,大数据在教育中的应用主要有两大领域: 教育数据挖掘(Educational Data Mining,简称EDM)和学习分析技术(Learning Analytics,简称LA)。
教育数据挖掘(EDM)的内涵是要对学习行为和学习过程进行量化、分析和建模; EDM 的目的是利用统计学、机器学习和数据挖掘等方法来分析教与学过程中所产生的数据。美国教育部关于“大数据教育应用”的报告还指出,EDM 关注和要回答的问题有五个方面:(1)什么样的教学顺序(即学习主题顺序)对不同特点的学生最有效?(2)什么样的行为与更好的学习成绩相关?(3)什么样的学生行为指标预示了学生的满意程度、参与度和学习进步? (4)什么特点的在线学习环境能导致更好的学习成绩? (5) 什么因素能够预测学生取得成功?
而学习分析技术(LA)的内涵是要利用已有的模型来认识、理解新的学习行为和过程。Siemens 则把LA 定义为: 关于学习者以及他们的学习环境的数据测量、收集、分析和汇总呈现。并认为,LA 的目的是理解和优化学习以及学习情境。按照Siemens 的观点,LA 的主要应用是监测和预测学生的学习成绩, 及时发现潜在问题,并据此作出干预,以防止学生在某一科目的学习中产生风险。
对LA 应当关注和回答的问题,按照美国教育部关于“大数据教育应用”报告的描述,则应涉及以下五个方面:(1)什么时候学生可以进行下一个学习主题?(2)什么时候学生可能在某一门课程中落后? (3)什么时候某个学生可能存在完成不了一门课程的风险?(4)如果没有干预补救措施,学生可能得到什么样的成绩? (5)对特定学生来说,下一个最好的课程是什么? 是否需要特殊的帮助?
正如有些学者所指出的, 在大数据背景下,通过EDM 和LA 等技术,可以帮助教师有效地改进教学。例如,教师可以查看学生在一张图片上停留的时间,判别他们在答错一道题之后有没有回头复习,统计他们在网上提问的次数、参与讨论的多少,然后在此基础上对他们的学习行为进行引导;学生学习过程所记录的鼠标点击量,也可以用来研究学生活动的轨迹、发现不同学生对不同知识点有何不同的反应? 用了多少时间? 哪些知识点需要重复或强调,以及哪种陈述方式或学习工具最有效。
大数据在教育中应用的展望
目前国内外学术界对大数据在教育领域的应用前景普遍看好, 对运用大数据技术促进教育的深化改革寄予很高的期望。例如,学者李艳就明确指出,大数据在教育中的应用将会在以下三个方面有较突出的体现。
1. 促进教师的专业发展
李艳认为,过去只能通过教师的成果(如发表的论文、课件竞赛、教学观摩)来评价其专业发展水平,而在大数据时代,每一位教师备课、上课、团队研讨、网络研修、教学反思、以及各种教研活动都会在各类终端上留下数据碎片,当大量的数据碎片被采集、汇总(即形成大数据)以后,就可以对教师专业发展的轨迹作出过程性评估。与此同时,发展中存在的问题与改进的方向,也可以在大数据整合、分析基础上,为每一位教师提出有针对性的建议与支持。
2. 有效促进教与学,显著提升学科教学质量如上所述,应用EDM 和LA 的数据分析结果,教师可以更好地了解学生, 理解和观测学生的学习过程,找到最合适的教学方法和教学顺序。还可以针对不同特点的学生采用不同的教学方法与教学策略,并能及时发现问题、进行有效干预和作出全面正确的评价,从而显著提高教学的质量与效率。
3. 实现真正意义上的个性化教育
李艳强调:大数据对于个性化教育之所以具有特殊意义,是因为除了利用电子书包可以采集学生有关学习行为的各种数据以外,还可利用“智慧一卡通”采集每位学生在校园内其他行为模式的有关数据。例如,通过“一卡通”可方便地采集到学生进出各实验室、图书馆、体育馆以及进出校园门禁系统的信息。而一旦这些有关每位学生的学习行为和其他行为的各种数据信息得到充分的挖掘、整合和分析,那么,每一位学生的行为模式也就被呈现出来。总而言之,大数据时代将使我们跟踪每一位学生的数据信息不再困难,从而能实现真正意义上的个性化教育。
4、直播
随着互联网直播终端由PC端走向移动端,直播开始步入“全民时代”。2016年被称为“中国网络直播元年”。除了被直播催热的娱乐领域外,各个行业垂直领域也在瞄准直播。例如,“直播+教育”。2016年,在线教育领域,不论何种领域、不论线上线下的教育机构都开始纷纷入局直播。
新浪根据微博百万用户展开的问卷调查后,得出一个结论——2016年什么最圈粉?那必然是直播课老师!在一二线城市中,培训机构老师直播人数较多,而在三四线城市,直播老师多为中小学老师。不同城市的直播老师各有风采,一线城市直播老师获得打赏较多,更容易打造网红老师,其中培训机构直播老师达84%,大学直播老师达56%。而三四线城市的中小学直播老师获得打赏占比高达50%,不过直播观看时长还是掌握在学生的手机上。
目前教育直播领域已有的收费模式主要为两种,一靠课程售卖,二靠打赏。老师一般是直播授课中主要的角色,连院长都跃跃欲试,例如,武汉工程科技学院工程学院院长杨坤光,通过直播与学生零距离交流,在线为他们答疑。直播共有600余名学生参与,收获点赞10000余次。
(1)O2O双师模式火热
随着“互联网+教育”的不断发展,学习已经从传统教学发展到了智能学习新时代。在线教育对“直播”给予很大的关注。期间,因为新东方、好未来采用双师(主讲+助教)模式扩张,引发行业人士对双师模式的关注和讨论。
炒得如火如荼的O2O双师课堂模式,被媒体称为目前“互联网+教育”最为有效的方法之一。它究竟是什么呢?它是双师课堂的“双师”,即“主讲老师+助教老师”。通常由一间教室现场直播,另外一间或多间教室通过电视或投影设备同步听讲、学习,因此,课堂上就是一个学生享有两个老师的陪伴,“主讲老师”通过线上实时讲课,“助教老师”在课堂上进行一对一答疑、针对性辅导、查漏补缺、巩固练习等课堂服务,学生通过答题器等参与课堂问答。业内人士称,双师直播的核心在于反馈与交互。
对于“双师计划”的热衷,并不仅仅局限于企业。2016年11月底,北京市教委发布《北京市中学教师开放型在线辅导计划(2016-2020)》。“双师计划”是北京市教委近期推出的项目。具体而言,北京将面向全市中学教师招募在线辅导教师,2016年12月起在通州区31所学校试点,为初一、初二年级学生提供免费在线教育辅导服务。“双师”,也就是今后除了课堂上的老师,学生还将配备线上辅导老师。
这一场由公立系统主动引起的混合教学,无疑是“互联网+教育”下的一个新举动。据了解,“这一计划的推出缘于招生考试制度改革。”中考改革选考学科的54种组合,历史、地理、生物等学科纳入中考选择范围。从学生每个学科的诊断测评开始,进行大数据分析,对应到学生有需求的学科和这个模块知识点有专长的老师,进行这种一对一的实时在线辅导。除此之外学生还可以开放提问,用文字、图片或者小视频等方式描述问题,将问题上传到云平台,由系统推荐给相关学科教师,在线教师自主选择解答。
教师开放型在线辅导与教师有偿家教、有偿补课不同,它强调骨干教师的智力服务资源,要在网络上流动起来,为郊区、薄弱学校的孩子提供服务,关注教育均衡化发展;通过在线辅导,要能解决孩子学习过程中的个性化问题,让孩子有实际获得感。
(2)暑期直播答疑和创客直播课程
2016年暑期,为提高答疑效率,同时使答疑更具权威性,宁波智慧教育在全市范围内征集网络学习导师,并遴选出了14位名师(宁波市名师、宁波市骨干教师、宁波大市教坛新秀)提供在线服务。这些教师不仅全程参与近两个月的“在线答疑”活动,还在“网络返校”直播答疑中与学生们“见面”。
本次直播分小学和初中两个直播室,学生们可以打开宁波智慧教育门户点击首页悬浮窗进入直播室页面,根据提示按需进入相应的直播室即可在网上与名师们在线交流。
不仅如此,宁波智慧教育在暑期还推出创客直播课程。例如,题为《创客之星星点灯》的课程,庄老师以灯的发展历程引入,告诉大家如何使用sketchup建模软件建立三维模型,并用Repetier-Host切片软件切片打印,并结合开源硬件比特构图拼接,指导学生们学习电源比特、LED灯比特、模拟输出比特的作用。同时,庄老师还会讲授如何动手拼接制作属于自己的电子蜡烛及星星灯。
(3)“双向互动直播”开学典礼
2016年9月,天津大学首次将“智慧校园”运用到开学典礼上,来自全国各地的9700余名2016级本、硕、博两个校区的新生体验了这场别开生面的“双向互动直播”开学典礼。新生们不用在两校区之间奔波,就能“身临其境”地聆听远在22公里外的“大学第一课”。学校将开学典礼仪式流程“拆分”,由两个校区合作完成,师生可通过大屏幕看到来自另一校区会场的同步视频,并在主持人的引导下与几十公里外的“另一半”师生进行现场互动。
(4)雾霾期间进行网络直播授课
因雾霾重度污染,在教育部门“停课不停学”的要求下,不少学校教师通过微信和QQ与学生和家长在网上进行学习互动。还有一部分学校的老师巧妙运用网络校园课程平台和网络直播平台,通过直播形式向在家中的学生们授课。
 

标签:教学改革教育信息化
分类:e课程与教学| 发布:曹殿波| 查看: | 发表时间:2017/3/29
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