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精彩報告 | 楊宗凱：大數據驅動教育創新發展

發布時間： 2017-11-30 15:29:42 作者：本站編輯來源：本站原創

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尊敬的大良司長、副會長，尊敬的邵學董事長，各位同仁，各位老師，大家上午好！非常高興高教學會和聯奕科技給我這個機會來一起交流，也非常感謝大良司長對華中師範大學在教育信息化方面的工作給予的肯定。

今天我想跟大家報告的題目是：大數據驅動教育創新發展。

今天大會的主題剛好是智慧校園，我想大家都清楚所謂智慧來自于哪裡。智慧來自數據，沒有數據是不可能産生智慧的，所以這是一個基礎性的工作。

今天我想從三個方面跟大家進行交流。

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首先是背景和機遇，第二個是華中師範大學在這方面進行的實踐和探索，最後是大數據驅動的教育創新的展望。

首先我們可以看到，教育信息化是一個進程，是一個過程，它的目的就是要構建信息化時代的教育。

我們都知道人類社會的發展包括我們的教育都遵循這樣一個規律，技術驅動社會的進步，技術驅動社會的變革。所以，有什麼樣的技術，就有什麼樣的社會形态，有什麼樣的社會形态，就會造就什麼樣的教育形态。我們人類正在從工業化社會向信息化社會大踏步地邁進，而我們的教育目前來看，大部分還停留在工業化時代。不論我們的體制、機制，教育方法、方式，評價方式，基本上還是知識為中心，以課堂為中心，以教材為中心，以考試為中心的這種教育方法。那麼，信息社會對人才的需求，是需要大批的創新人才，記住，是大批的，不是一個兩個。那麼這樣的一種社會需求，與我們工業時代的教育體制就産生了激烈的沖突，這個沖突可以表現在很多方面。如果要解決這個沖突，我們必須要構建信息化時代的教育，也就是說，要将技術與教育進行深度的融合，與信息社會來進行第二次平衡。

信息化的進程，就像大良司長所講，正在蓬勃地發展。技術的走向，也日新月異。自從國家第一個信息化十年規劃出台以來，在上一個五年中，教育信息化确實取得了巨大的發展，我們基本上走過了起步和應用階段，目前開始進入融合和創新階段。那麼從技術的走向我們也可以看到，我們先有互聯網，再有雲，再有物聯網，後面就産生了數據，也就是進入大數據時代。所以大數據的節點與我們教育信息化進入融合和創新的節點幾乎是一緻的。

教育信息化得到各國的廣泛的重視，紛紛出台大數據的戰略發展規劃，我國也出台了大數據的行動綱要。在綱要中，我們也提出來要加快大數據在教育中的應用。

從産業的層面來講，大數據已經成為一個日益增長的産業。根據Research and Markets年度報告，在美國，教育大數據在整個大數據産業中已經占到8%的市場份額，到2020年，教育大數據産業規模将達到百億規模，市場份額将達13%。很多知名的企業都開始分享大數據市場的蛋糕。所以，一個是促進教育的發展，一個是促進産業的發展。所以教育大數據的發展有教育和産業的雙重屬性。

簡單舉個例子。

比如慕課，在線課程，大數據有什麼用，我們來看看國際上的用法。

Coursera通過雲端來測評學習者的學習行為，從而指導教師來改變他的教學策略。也就是說，在學習過程中，教師的教法、教學内容、章節，包括章節的順序需要如何調整，都可以根據學習者的行為來進行優化。

比如美國佐治亞理工大學的人工智能助教：Jill Watson，可用于在線課程裡的智能解答，他也是通過大數據收集不同的學生一個學期一年中頻繁出現的問題，作出解答，會自動地學習，給出答案。經過這樣的訓練， Jill Watson2016年春季上崗，3個月下來，學生們沒有發現Jill Watson是一個機器人。

哈佛大學LearningCatalytics，簡稱LC，是由兩位哈佛教授和一位博士後在2011年開發的一種基于雲技術的學習分析評估系統，正逐步推廣至美國教師的課堂教學之中。通過對學習者的建模，可以掌握和分析學生的學習行為。

舉個例子，我們現在在教學過程中，經常也采用研讨式的教學，也要分組，進行研讨性的小組學習。但我們的分組都是随機分組，前兩排一個組，後兩排一個組，左邊一個組，右邊一個組。而在哈佛大學，他們采用的是大數據分組，是剛好互補的學生或對一個問題有不同見解的學生或者共同有興趣的學生分到一個組。

普渡大學的課程信号燈計劃，已經有24000名學生參與這個計劃。他主要是可以分析每個學生學習過程中的學習程度，來給予紅燈、黃燈和綠燈。綠燈就代表pass，沒問題，我選擇這門課，因為都是通識課，你有沒有過去的先見知識，你有沒有精力，以及你在學習過程中的表現，來判斷你能不能通過這門課程，來發現你在學習過程中的問題，從而來提醒、幹預、反饋，使更多的學生能通過這門課程。由于采用了這項技術，畢業率提高了21.48%。

這是一個基礎教育的例子，美國的可汗學院進行個性化學習。所謂個性化，首先要通過大數據的建模來構建知識的圖譜，通過對每個學習者的觀察來對他的知識進行診斷，我們叫做診斷系統。最後，來進行個性化的資源推送。

再看一下斯坦福大學的2025計劃，也叫開環大學計劃，這是一個革命性的計劃。

所謂開環，就是沒有閉環。我們現在就是，到了18歲，我們去上大學，22歲，四年本科畢業，再去工作，或者去讀更高的學位。而在開環大學中，最重要的就是學生可以選擇在一生中最合适的時間去斯坦福學習。那麼以後，中學剛畢業的學生上斯坦福将面臨更大的競争，因為你面對的是在更合适的時間段并且想學習的人，他的能力更強，你中學畢業擁有的可能隻是知識，而他不僅有知識，還有能力的組合。

然後，是“軸翻轉”，将“先知識後能力”轉化為“先能力後知識”。

再就是自定節奏的教育。我可以學兩個學期，我也可以學兩門課程，去工作，工作了之後再回來，繼續學習。所有開環，如果沒有強大的信息系統和大數據的支持，是做不到的。所以，斯坦福大學正在為開環教育進行整個系統的設置和整個操作體系的建設。

我們再看看決策。我現在很有幸在聯合國教科文組織的統計研究所擔任理事，這是現在UNESCO對整個全世界教育數據的可視化觀測，觀測我們2030整個教育現代化進程的各種數據的表現。這些數據通過大數據的建模和分析，全部可以可視化。它知道哪一個地區的教育公平性，學校的情況等等，全部可以通過數據來說話。

大數據已經成為未來教育的基石。我們可以看到，在2016年4月，美國國家科學基金會發布了六大科技前沿項目，其中兩個都涉及到教育。一個是駕馭面向21世紀科學和工程的大數據，在這裡邊，教育就是重要的能力，他要研究未來數據驅動的教育教學和評測；另一個就是推進人-技互動前沿，研究未來的學習環境，更多的特别是人工智能、人工智能體等等這些出現以後，人技的共生共學共享的環境。這些都是下一步可能要重點研究的領域。

最近，美國工程院發布了人類21世紀工程科學面臨的14個重大挑戰，教育就是其中之一，如何推進個性化的教育，人類曆史上第一次有了機會來實現我們孔子在兩千多年前提出的“有教無類，因材施教”的教育思想。

中國的教育信息化也在大踏步地前進。

很有幸，我在華中師範大學成立了國家教育大數據工程實驗室。在啟動會上，教育部占元副部長專門把我國的信息化分為了兩個階段，以十九大為标志，十九大之前是1.0版本教育信息化階段，十九大之後要進入2.0版本教育信息化階段，因為十九大提出了教育現代化，沒有信息化就沒有教育現代化。

1.0版本我們根據教育信息化的規律主要完成了起步和應用階段，在這個階段我們取得了五大進展三大突破，在上一個五年，2012年，從教育信息化十年規劃發布以來，我們取得了這樣的成績，那麼，進入新時代，信息化也要進入到2.0階段，即從應用驅動階段進入到創新引領階段，通過信息化，再創新教育模式，教育方法，教育理念，教育管理等等，進行系統性的變革。

大數據作為國家戰略，我們已紛紛啟動了各項戰略計劃。

比如說國務院啟動了《促進大數據發展行動綱要》，特别是最近又發布了《新一代人工智能發展規劃》，發改委啟動了創新能力的建設，國家基金委會将會在明年設立一個新的代碼，F0701，就是來支持信息技術與教育的交叉，我個人認為這是第一次将教育作為科學進行研究。過去，教育被更多地認為是藝術，是理論，是教育學，但是，教育不僅僅是教育學，更是教育科學。所以我們要研究信息時代的教育規律，所以國家專門啟動了一個編号，這是第一次把它納入到自然基金的範疇中。在座的老師，你們明年也要積極地申報，這是給我們教育人搭建的一個非常好的平台。另外，國家科技部也啟動了一些重大的專項，教育部也啟動了系列規劃，所以可以看到，教育信息化、教育大數據已經成為國家戰略，在各項專項規劃中都得到了部署。

第二方面，我談一下華師在這方面的一些進展。

剛才大良司長對華師的肯定讓我非常感動，更有信心做好後面的工作。

從建設方面來說，國家發改委啟動了大數據的專項，大數據能力的建設，根據國家的部署建立了11個大數據的工程實驗室，其中5個是共性實驗室，研究共性基礎的，6個是行業的，很有幸，教育的大數據國家工程實驗室落戶在華中師範大學。

這是上星期教育大數據國家工程實驗室的啟動儀式現場照片。

工程實驗室的主要目的就是構建教育大數據的标準體系，因為如果數據沒有标準，就不可能産生大的數據，數據也不會彙總不會融合，更不會産生智慧；第二個目的就是全面形成教育大數據創新能力，構建完善的教育大數據理論創新體系；第三則是要協助企業形成完善的教育大數據産業鍊。

工程實驗室的建設任務，拟突破的五個技術向，包括多源異構教育數據采集與彙聚技術、系統化監測與評估技術、教學過程建模與分析技術、教育大數據可視化技術、教育大數據服務技術。

為此，我們大概從這幾個層面來構建這樣一個體系，一個數據中心，五大研發平台，多個研究中心，因為教育有很多類别，有很多層次，維度也不一樣，所以我們會從多個維度進行觀測。

這個就是正在建設的6000平米的教育大數據工程實驗室。

那麼大數據有什麼作用呢？

第一是促進教育公平，提升教育質量。這個不僅僅是對基礎教育，也不是對東西部來講，即使在同一所學校裡，教育資源的質量都是不公平的。我們有國家名師，我們也有青年教學競賽的一等獎，我們還有一般的老師，同是上一個數學課，一個物理課，一個化學課，老師的水平層次是不一樣的，特别是通識課必修課，經常是将近四五千人都要上，那麼要安排非常多的班，如何保證班級質量平衡，我們做了一些嘗試。我們要構建教育大數據的教學過程建模與分析，從而進行精準教育扶貧，對不同的學生進行不同的診斷，最好進行教育幹預，來達到一定的平衡。

在上一個五年，華中師範大學建立了強大的雲教育系統，現在全校的老師和學生都有自己的空間，每一個老師有自己的教學空間，每一個學生有自己的學習空間，所以十二五我們完成了一所雲大學的建設。我們可以線上線下随時随地随處地學習，實現了三個空間的融合，也就是物理空間、資源空間、社交空間的融合。那麼在此基礎上，我們通過雲大學的建設，數據全上來了，數據上來了我們就有基礎進行數據的建模和教學過程的分析。

我舉一個例子。

華中師範大學數統學院的代晉軍老師是湖北省青年教學競賽的第一名，很多的學生都報他的數學課，但他帶不了那麼多，我們現在要小班上課，一個班四五十人，一個這麼優秀的老師隻給四五十人上課就太可惜了，所以這位老師也主動請纓，提出了“1+7”的同步教學模式，因為華中師範大學在上一個五年已經開始建立智慧教室，他在一個智慧教室拖七個智慧教室進行上課，采取1拖7的同步教學模式。

在這個過程中，他就開始使用大數據提供更智能的學習過程支持。7個課堂，10個助教，助教一般由博士生、碩士生來擔任，來進行興趣的采集和分析，在他目前做的這個試驗中，上半年已經有了結果，用三個方面的數據，課堂數據（線上和面授數據），吃早餐的數據（一卡通數據），圖書館的數據，這三方面數據的融合做到了對問題學生的發現，然後采取助教的幹預。那麼上半年，代老師帶的1+7個班，數學課的成績比其他班要高出20分的平均分。

第二是支撐多元評價，促進學生全面發展。基于過程的大數據的學習者建模與刻畫，能夠全面評價學生的成長。特别是對于華中師範大學這種培養未來老師的這樣一種大學，我們對未來的老師要進行比較全面的刻畫，所以我們開始進行這方面的研究，包括核心素養監測、創新能力評估、成長軌迹刻畫、學生畫像繪制、學習路徑規劃、個性化資源推薦、學習成長趨勢預測等，開始建模和分析。

這是華中師範大學提出的卓越中學數字教師計劃，以大數據支撐學生素養培育。對未來提出了除了知識以外的三個方面的能力培養，也就是三生教育、4C能力和3S素養。那這些方面怎麼評測呢？知識很好評測，考試就行，但是這些素養能力如何評測，是一個問題。所以我們現在開始構建這樣一個系統，對信息素養的評測對應着3S素養的自主管理、自主學習、自主服務，沒有信息化沒有大數據怎麼自主？通過這個評價，我們在今年的學生守則中寫了這麼一句話：我華中師範大學對從今年的新生開始，在畢業的時候發兩個證書，第一個就是學位證書，第二個就是能力證書。能力證書就是基于大數據分析的證書。

比如說信息素養，我們開始建設信息素養評估系統，并且開展了大規模學生信息素養水平監測研究；

藝術素養，我們從音樂開始做；

學科素養，我當語文老師，當物理老師，當化學老師，我們也開始進行數據的采集和分析。

從物理層面，對學習過程的數據進行采集、建模、分析，收集教室的數據、在線的數據、用餐的數據、宿舍的數據、圖書館的數據；

從信息層面，對校園一卡通、學習分析系統、教學基本狀态數據庫、學校雲課堂、資源管理系統等進行數據采集、建模、分析；

從數據層面，學生數據、學生學習習慣、學習過程數據、交互數據、學習難點偵測、視頻觀看及發帖監測、成績數據、課程數據等進行采集分析；

我們智慧校園不是簡單的智慧，智慧校園最後就是要實現促進人的全面發展、個性發展和自由的發展，這是智慧校園的本身，我們一定要回答這個問題。我們在華師大一附中也開始像可汗學院一樣進行個性化學習的部署。

新一代在線學習課程，清華的慕課，他們現在每天收集學生學習行為數據1.6億餘條，截至目前已經積累了約114TB的行為記錄。

第三是實現教育管理決策的科學化。

前面講的都是教育教學，學生的成長和評價，現在我們說的就是管理和決策。

管理決策在過去更多的是經驗決策、開會決策，我希望華中師範大學随着教育信息化的深入，大數據應用的深入，可以做到數據決策。一個方面由微觀向宏觀，通過對個體的學生數據、教師數據、管理人員數據的采集和分析，來決策學校的各項管理事務，比如資源的配置、績效的考核等；另一個方面是由宏觀到微觀，從宏觀來講，我們還要收集更大的跨界數據，比如說就業市場的數據，來決定我們專業的設置等等。

具體呢，我們現在做了這麼幾個嘗試。

第一個，全國教育信息化水平的監測。

因為國家教育信息化戰略研究基地就建在華中師範大學，我們為教育部提供教育信息化水平的監測。過去我們都是發統計表到各個省，現在逐漸逐漸采用信息化方式，一半是表，一半是數據，最後總體要過渡到大數據的評測。

第二個，數據驅動的精細化科學決策。

通過校情管理、量化評估、學生就業精确制導、學籍轉移、督導督學、基于校園卡的學生活動與行為監測等等，對教學過程進行管理。

對管理來講，我們要有非常好的頂層設計，要有很好的機構，無論做教學的決策還是管理的決策，都需要對數據實現“五個一”：

統一的入口：注冊一定要有統一的入口，華師以前有30多個入口，我要去這個系統要注冊一個賬号：去另外一個系統又要輸入一個密碼，而現在就統一隻有一個；

一站式服務：無論多少個應用系統，要實現一站式服務，讓數據跑，不能讓人跑；

一張表工程：也就是流程，通過流程再造進行一張表工程；

一鍵決策：如果有了這些數據，我們就可以實現一鍵決策；

一個庫：全校一個庫，數據如果不融合，不會産生智慧。

所以在這方面我們做了大量的工作，我們成立了信息化辦公室，每年我給信息化辦公室3000萬經費，用于信息化建設，連續給了五年。

在教學管理上，我們現在進行教學的評估，也就是進行評測、評估、合格評估、審核評估等。對華中師範大學來講，我們從技術上可以跟蹤并分析每一門課程、每一個課堂，但是教育信息化是一個過程，我也沒有那麼多的錢一下把全校全部建成智慧的校園智慧的教室，目前我們做到20%，也就是說根據教師能力水平，有多少教師有這種能力進行智慧教育的實施，我們建成了20%的智慧教室，對這20%的教室進行數據說話的評測。