面向教育的大數據分析實例

大數據的發展為教學管理提供了更多的管理手段，基於大數據預測、分析基礎上的教學管理方法和決策模型，在傳統的教學模型上有了很多的改變，大數據技術和互聯網思維必將影響教育發展規劃，加快推進教學活動與現代科技的融合。

以大數據為基礎的教學管理主要體現在三個方面：（1）評價日常教學的質量：主要是分析學生的成績，了解學生知識掌握情況，對不同班級的教學效果進行橫向比較。（2）改進和提高教學方法：通過分析學習軌跡數據，查找教學的薄弱環節，提供改進意見。（3）支持教學的運行決策：分析學校師資、資源、管理等方面的狀況，優化學校的教學資源配置，正確運用評價結果，全面診斷學校的教育教學水平，發現其中的薄弱領域和環節，從而為下一步改進提供依據。以下通過兩個實例，分別從兩個方面介紹大數據在教學中的應用。

（一）普渡大學Signal 學業預警系統

學業預警是指學校針對學生在求學過程中出現的學業不佳、違規違紀等現象，對學生本人及家長作出及時提示，並採取相關措施以幫助學生順利完成學業的一種監督管理制度。隨著高等教育步入大眾化階段，各類高等院校在面臨諸多發展機遇的同時迎來了巨大的挑戰，在校大學生數量急劇增加，許多學生由於自身學習目標迷茫、學習態度不端正、自主學習能力和自控能力較差和受到如網路世界、交友不慎、家庭條件等外界因素影響，導致學業狀況不佳，從而無法按時順利畢業。因此利用學業預警機制對學生學業進行實時動態監控、成績預測和預警，不僅能幫助學生有效規避學業危機，引導和督促學生科學學習，還可以保障學校教育教學質量，促進建設和諧高校。

國內的學業預警系統形式單一、功能有限，學業預警機制難以落實到位，缺乏時效性。美國一些高校通過對學生的SAT 成績、家庭經濟情況、宿舍停留時間長短以及食堂用餐情況的分析，了解他們退學的可能性，以便幫助那些在學業以及大學生活適應性上出現問題的學生。

普渡大學的退學預警系統是基於對學生學業變數，如課程GPA 成績、等級考試成績以及學生登錄課程網站頻率的分析。在這些方面綜合表現不好的學生會被亮黃燈甚至紅燈，然後收到一封學業失敗危險預警郵件。郵件建議他們儘快與導師聯繫，或者尋求外界幫助。普渡大學的研究者發現，那些曾經被亮黃燈，即處在中度學業失敗危險的學生，收到預警郵件後會在課堂上表現得更好。而那些直接被亮紅燈，即處於高危群體的學生，即便收到了預警郵件，他們在課堂表現上也不會有太大改觀。由此也可以看出，早期預警對成績不佳的學生順利完成學業顯得十分重要。

（二）美國高等教育大數據分析實例

根據預測分析報告（Predictive AnalyticsReporting Framework）在美國西部有16 所高校學習數據分析項目，包括170 萬學生，產生的數據集有810 萬個修課記錄，定義的學生的學習特徵有33 個變數，如學習者身份變數、學習基礎變數、課程特徵變數、學習行為變數和教學行為特徵變數等。其中，無論是對特徵的提取還是對修課記錄的分析都離不開大數據和雲計算技術。如下圖所示，PAR 的實現過程主要分為六個部分，各部分之間有緊密的邏輯關係。

1. 收集學生學習行為記錄。隨著技術的發展，在線開放課程的使用越來越普及，在線平台也如雨後春筍般湧現，如三大MOOC 平台：Coursera，Udacity 和EDX 等，很多學校把傳統教學活動移到在線系統上，換了一種教學環境，不僅方便了學生，還為教師節省了很多時間。系統會記錄學生瀏覽課程、觀看視頻以及完成習題和測試等行為數據，這一系列的記錄都可以反映出學生在學習過程中的具體情況。

2. 集成學生學習的相關數據。大量原始的學生記錄存儲在資料庫或系統日誌里，需要篩選出有用的信息，通過統計方法或相關技術對教學活動進行記錄並加以整理，在整個PAR框架的實現中起著很關鍵的作用。

3. 對集成的數據進行分析和預測。這個過程主要使用統計分析和數據挖掘技術。把初步整理的數據通過統計推理的方法，分析學生的不良學習特徵，分析和比較不同院校學生的學習保持率、學習進步和完成情況，然後對學生特徵進行建模並對結果進行預測分析，這是教學活動分析中很關鍵的一個步驟，是學生學習情況的結果分析和教學改進意見的主要依據。

4. 對數據分析和預測的結果進行解釋。根據分析和預測的結果，對結果數據的數值大小或意義進行解釋，對偏高或偏低的數值給出分析結果，對結果使用統計方法進行分類或標註，找出學生學習成績高或低的原因。

5. 教學決策和干預。完成學生數據的分析報告，使用可視化技術把解釋結果形成圖表或文字呈獻給教學管理者。教學管理者根據分析報告採納相應教學策略，對學習不良的學生進行指導干預，促進學生髮展。PAR 框架是一個循環的過程，在教學管理者對學生的學習進行干預之後，在下一次的實驗分析報告中可以觀察同一個或同一類的學生的學習情況，根據學習情況再採取相應的改進措施。

面對高校的教學和管理，ETHINK也有自己獨特的解決方案，備受關注的大數據實訓平台現已上線，還未加入明年輔導計劃的高校可以緊跟潮流的領隊旗。