大數據引領教學變革的機遇、邏輯與行動

/大數據引領教學變革的機遇、邏輯與行動【摘要】作為國家重要發展戰略的教育大數據成為推動教育信息化、智慧化發展的重要力量，教育教學領域產生的大數據為學校教學系統的變革創新帶來了機遇和挑戰，改變了傳統意義上“建制式”和理論推演的教學變革范式，轉而以學習者學習發展為中心，形成“自下而上”的新變革范式和學習型教學變革文化生態。當前大數據引領下的教學變革，正逐步形成從知識理解到知識創造的教學價值邏輯、從有效教學到有效學習的自適應學習邏輯，以及從結果監測到過程測評的學業質量評價邏輯等三大邏輯，需要從構建教育數據庫系統服務教學決策、提升教師數據智慧豐富教師專業發展目標，以及形成基于共同體建設的教育教學治理機制等方面發揮教學系統的整體變革效能，從而推動教育大數據行動的深化發展。【關鍵詞】大數據；教學變革；學習者；自適應邏輯 進入信息網絡時代，以無線網絡、移動電視、觸摸媒體等為主的數字化技術加快了數據生產和數據傳播，指數級增長、“數據爆炸”等成為現代社會顯在特征，使人類全面邁入“大數據時代”。作為計算機和互聯網結合的產物，大數據使信息技術成為一種重要生產要素，數據成為一種核心生產資料，給教育教學帶來了深刻影響，人們開始“綜合利用互聯網、大數據、人工智能和虛擬現實等技術探索未來教育教學新模式”，①探尋大數據在變革教育方式、促進教育公平和提升教育質量等方面的作用，加速了大數據技術與教學的深度融合，形成“信息技術+”的教學變革模式，進而改變了傳統教學變革理念，催生出新的教與學形態，為教學內容更新、教學系統重建、學習系統和評價系統創建等帶來全方位的變革。為了順應新技術革命帶來的沖擊和深度影響，有必要審視大數據引領下教學變革的機遇，為重新認識學習、教學及質量等問題提供全新的解釋系統，進而形成新時代新教學文化生態，滿足創新教學對創新型人才培養的需要。 一、新時期教學變革的大數據機遇 教育教學大數據深刻影響教育者和學習者的思維方式，改變了教育教學生活形態，為觸發教學系統的深度變革，有必要厘清大數據時代的教學變革理念、變革范式和文化生態，尋求新的教學發展機會。 (一)踐行學習者個性化學習發展理念 受應試主義教育的深刻影響，我國教學領域長期存在重知識輕能力、重教材輕課堂、重教師輕學生、重結果輕過程的現象，教師中心、知識中心或教室中心等三中心教學理念成為教學改革的核心命題，限制了教學發展空間，為打破教育僵局、煥發教學系統活力，21世紀初的教育改革將“一切為了學生的發展”作為教育改革最高宗旨，形成學生中心、學生全面發展、師導生主等教學理念，教學變革重點也從教學系統轉向了學習系統，而大數據的出現為學習型變革的推進提供了重要支持。作為一種新的社會發展形態，大數據表征一個信息化、數字化時代的到來，學校、教室等實體空間得到拓展，虛擬學習空間成為新形態，賦予學生充分的發展自由；作為一種基礎性戰略資源，大數據包括文本、音頻、視頻等類型的多模態數據，涉及來自不同設備或主體采集的多源數據，這些數據為教學質量提升和管理優化提供了證據，使教師擁有更多教學選擇和信息參照；作為一種新興技術，大數據具有知識管理、數據挖掘和學習分析②等功能，人們通過數據挖掘能全面探得復雜教學現象背后隱藏的問題或規律，通過學習分析能刻畫出學生的數字化學習肖像，揭露真實學習狀態，從而幫助教師評估學生、激發學生學習潛能，最終優化師生的教與學行為。 可以說，大數據加速了教學發展的學習轉向，打開了學習“黑箱”，正如聯合國教科文組織在《反思教育：向“全球共同利益”的理念轉變？》報告中所言：“學會學習從來沒有像今天這么重要”③，大數據重塑了教學理念，明確了學生的學習者身份，使學習者成為教學變革核心，并將學習發展作為教學變革的根本追求，旨在幫助學生掌握必備知識和關鍵能力，形成良好的核心價值與學科素養，并成長為具有獨立人格特征的社會公民。同時，還改變了過去以經驗或技術引領教學的泛在變革思路，認同技術是現實生活中自然構成的一部分，形成以技術服務教學、教學支持學習的變革意識，繪制出指向學習者個性化、生命化發展的教學變革圖景。 (二)形成“自下而上”的混合教學變革范式 我國傳統教學變革主要以相關教育理論指導和制度保障為基礎，通過學校試點、先實驗再推廣等方式落實最新教育改革方案，形成了一種“自上而下”的教學變革范式，具體表征為“學院式”和“行政式”。其中，“學院式”變革是以教育專家或學者為主體，基于教育理論指導的一種科學化行動，屬于理論創新驅動的變革；“行政式”也稱“建制式”，主要依賴官方機構的強制力量，通過教育教學政策、制度或指令展開的統一行動，是以培養方案、課程標準等為藍本的制度性變革。事實上，在具體教學變革過程中并不存在單一的或主導的范式，往往呈綜合運用的狀態，并且隨著大數據全面融入日常生活與社會實踐，大數據已從觀念、思維、方法等層面挑戰了傳統教學，人們更關注對不同主體需求的滿足，因而地方或學校層面的自發性教學變革大量出現。這類變革主要依賴學校或教師的經驗總結，是指向現實教學問題解決的一種具體化行動，它使學校成為教學變革主場域，教師成為推動教學變革的核心力量，逐漸擺脫過去制度主義、整體主義的牽制，在滿足人才培養的價值目標統一要求下，形成了一種“自下而上”的混合教學變革范式。 較之傳統教學時代依賴理論指導或經驗總結的教學變革，大數據時代徹底摒棄了“為了變革而變革”的理念，走向了技術驅動、算法驅動的學校變革，而學校變革實質“是從教室萌生出，根植于基層民主主義、以學校和社區為基地進行的革命，是支持每個學生的多元化個性的革命，是促進教師的自主性和創造性的革命”，④它不僅使學校掌握了發展主動權，還為教學系統創新帶來更多可能。一方面，豐富了學校教學變革模式。2018年《中國基礎教育大數據發展藍皮書(2016-2017)》指出，學校發展大數據的目的在于“持續引領學校整體發展、促進學校教育信息化發展、破解學校教育教學發展難題”，⑤并且形成了“自發探索式”“項目參與式”“行政推動式”和“企業引領式”的大數據導入模式，這為學校教學建設提供了路徑參照。另一方面，使變革成為促進學校系統建設的一種持續性行為。傳統意義上學校主導的教學變革因缺乏政策庇護或理論指導多無疾而終，而今利用大數據技術，學校可實時獲取更多信息或數據，并在現有政策或理論框架內，發揮在線監測和預警功能，因需因時因地進行適應性的教學改進，密切了教育理論系統、實踐系統與制度系統之間的聯系，并為學校教學秩序的穩定與教學質量的提升打下了基礎。 (三)營造學習型變革的新教學文化生態 “教學文化是一種持久成形的教學傳統、思維方式、價值觀念和行為習慣的類型或范式”，⑥它是對課堂環境、師生關系、教學活動等的價值反映。一直以來，班級授課制在我國基礎教育領域占據核心地位，直接影響學校教學組織結構或形式，教師主要以班級為單位進行集體授課，有著固定的授課時間、地點、對象和內容，并掌握了課堂話語權，學生大多進行被動式學習或接受式學習，師生交往僅限于學校、課堂或教室，整體呈現出一種以教師或課堂為中心、以教定學的教學文化，具有同質性、單一性、靜態化等特征。不過隨著“數據作為一種新的生態要素出現于教學系統，它為整個系統的運轉提供了智慧能量”，⑦并改變了信息傳播方式和師生交往方式，使教學系統的開放性、包容性、關聯性強于任一時期，人們開始重視社會教育、家庭教育對學校教育的補充作用，關注非正式學習價值，突出了教學變革的全息意向；慕課、微課、翻轉課堂等成為新的主流教學模式，教師更關注學生學習獲得感、體驗感和成就感；同時基于線上教學平臺或新媒體技術的支持，學生能結合自身發展需求選擇學習資源，進行移動學習、泛在學習、混合學習、虛擬學習等，打破了傳統課堂中心、教室中心的學習形態，學生學習方式更加個性多元。無疑，大數據時代突出了教學變革的用戶思維，通過提供各種學習資源促進學生學習發展，彰顯出一種以學生為中心的教學文化。 大數據與教學的深度融合不僅帶來“教育系統的結構性變革”，⑧還給教學打上深刻的文化烙印，形成以學習求發展的教學價值文化，并確定了教學變革的方向與發展邏輯，首要促成“學本化”教學變革理念的踐行，明確了教育“不再是從外部強加于學習者身上的東西，也不是強加在別人身上的東西，教育必須是從學習者本人出發”，⑨突出了學生的個體存在價值，使學生中心、學生核心素養、學習化等成為教學變革的主流話語。此外，大數據與擴展現實技術如虛擬現實(VR)、增強現實(AR)、混合現實(MR)等結合，打破了傳統教學場所的邊界限制，使大量教學活動被轉接到信息網絡平臺，構建出一個個虛擬學習空間，豐富了課堂活動方式和師生交往模式，使不同學習者擁有平等的學習發展機會，并能結合自身發展需求選擇教學資源和學習方式，傳遞出了一種開放共享的教學活動文化和平等參與的課堂文化，為個體的終身學習發展奠定了基礎。 二、大數據引領的教學變革邏輯 大數據時代的教學變革是一場內涵式變革，順應社會發展步伐和教學系統更新訴求，“技術本身已不再成為大數據應用的瓶頸，大數據應用的思維愈發顯得重要”⑩。由此新時期的教學變革必然要轉換思維方式，在教育大數據技術的有力支持下，實現教學系統、學習系統與評價系統的多層變革，使其統一于學校教學實踐過程。 (一)從知識理解到知識創造的教學價值邏輯 受經驗主義和理性主義的影響，人們主要通過經驗感知、理性思維等認識世界，然而無論是對客觀真理的奉崇，還是對個體經驗的信賴，所帶來的知識都是有限的、機械的、僵化的，并且已基本脫離學生生活和社會實際，教師由此成為知識權威，教材、課程、學科等成為知識核心載體，學生成為盛放知識的“容器”，教學過程就是教師對經驗知識或先驗知識的單邊傳遞。以數字為原型的大數據時代，人類思維發生重大改變，即全樣而非抽樣、混雜而非精確、相關而非因果，(11)徹底改變了人們認識世界和改造世界的方式，知識的生產、流通、分配和消費過程更加復雜，它使每個體都成為知識生產者、傳遞者和消費者，撼動了教師或專家學者的權威地位。同時，依托教育數據庫、數據挖掘和學習分析技術等，教師能精準獲取所需信息，提煉出數據集中反映的教學問題，并找出不同教學現象或規律間的相關關系，達到知識發現的目的，使教學成為一種師生共同發現知識、理解知識和建構知識的活動。概言之，“小數據”時代對知識準確性、科學性和系統性的追求，突出了“誰的知識最有價值”，大數據時代則強調了知識的應用性和創新性，教學目的在于幫助學生掌握基礎知識、基本技能，實現對知識的創新運用，以解決真實生活場景中的問題，從而激發教學系統的最大育人功效，就此深化了對“什么知識最有價值”的思考，使教學過程從知識傳授走向知識共享、從知識理解走向知識創造。 如果說知識理解是一個價值接受的過程，那么知識創造更多體現為人的價值選擇和價值判斷。大數據時代的教學變革重點不是解決知識生產問題，而是提供有利條件提高教師知識素養，并結合自身教育教學活動培養學生的知識創造能力。要實現這一目的，就需要滿足以下三個條件。第一，突出師生作為知識主體的能動作用。知識創造前提是知識發現，知識發現的根本是問題意識。因此應明確師生作為知識生產者和消費者的身份，將其從知識的被動接受者轉變為意義的主動建構者；鼓勵教師參與課程開發或學科整合，學生參與教師教學設計、實施與評價等環節，密切知識與經驗、知識與生活的關系，并給師生提供更多互動交往空間。第二，將知識創造作為教師教學和學生學習發展的重要目標。“大數據產生的知識不僅反映客觀實在，關鍵在于社會應用，這是大數據知識的核心價值所在”，(12)決定了教師教學應關注學生核心素養或關鍵能力，幫助學生構建符合個人發展需求、體現自身學習特色的概念體系或知識框架。第三，持續更新和完善教學信息知識系統。大數據時代是一個知識經濟時代，人們發現信息、獲取信息和處理信息的方式更加多樣，突出了知識管理的重要性，這需要教師更新自身知識系統，增強工具性知識積累，如計算機語言、邏輯學、統計學和算法知識等，以便將那些零散、隨機的信息轉化為可利用的教學知識，同時關注認知神經科學、學習科學、社會心理學等跨學科知識，構建出完整的教學知識圖譜。 (二)從有效教學到有效學習的自適應學習邏輯 在現實教學中，凡是教學結果達到預期教學目標，并能促進學生學習發展和個人成長的教學活動，都可稱為有效教學。然而由于教師教學觀念的差異，對教學有效性標準形成了不同理解，如有效的教學就是對教案、教科書、導學案等文本的忠實執行，就是單位教學時間內超額知識的輸入和輸出，或是頻繁的師生互動、活躍的課堂教學氣氛等，這些對教師、教學或課堂本身的過度關注造成了教學價值偏離。本質上，衡量教學有效性的標準是學生學習與發展，并不能單以教學投入或教學產出論之。當前大數據時代產生的學習分析、自適應、學習工程和用戶體驗設計等技術，已構建出一個自適應學習平臺，它在保留一般學習平臺的學生選課、課程學習、線上互動、教學展示和作業管理等功能的基礎上，強調了大數據或人工智能技術支持的學習服務功能，如平臺整合各種學習資源到課程模塊中供學生選擇，豐富音視頻等為主的學習內容呈現方式，后臺自動記錄學習者數據，持續更新學習檔案，并主動識別學習者學習發展需求，最終針對不同學習者提供個性化的學習方案，使學習者成為真正的學習主體。在這種智能化的技術平臺支持下，形成了新的教學形式——自適應學習，它使學習者能進行沉浸式學習、個性化學習，將有效性標準從教學范疇轉向了學習領域。從教學層面來看，自適應學習是一種能彌補常規課堂教學的替代性教學，是一種能滿足學生個性發展需求的適應性教學，也是一種能觀照特殊群體的補償性教學；從學習機制來看，自適應學習使學習者能按個人方式學習，學習時間、學習內容、學習方法、學習進度等完全由學習者自己掌控，(13)這種自定步調的學習過程傳遞出“自我即課程”的理念；從技術視角看，自適應學習是一種個性化的學習推薦機制，通過“按需推送資源”“按學習能力推送資源”(14)等，實現了學習資源的差異分配，并在突出學生主體性的同時強化了教學服務功能，“改變了過去由學校或教師設計的標準化教育服務模式，變為由學習者選擇的消費驅動的教育服務模式”(15)，因而有必要確立促進學生有效學習的教學服務觀，改變過去“唯效率”“唯成果”的教學追求。 作為大數據理念和技術應用的最高層次，自適應學習突破了程式化的教學模式，“從強調學生學習結果轉為強調學習過程，從強調教學內容轉為強調學習方法，從強調對學生的內容訓練轉為技能培養”，(16)因而新時期的教學變革應在學習科學的理論指導下，以自適應學習為發展路徑，促進學生有效學習行為的發生。首先，建立智慧課堂或智慧教室，形成信息化教學場所。依托信息網絡技術構設一個智慧化的教學空間，在實體教室中配備更多智能化教學設備，如交互式電子白板、互動教學系統、多終端處理器、可穿戴設備等，提高在“教學內容呈現、課堂環境管理、學習資源獲取、師生即時互動和情境感知等方面的智慧性”，(17)這不僅有助于為師生提供良好的教學條件，還有助于學生空間感知力和想象力的培養。其次，創新課堂教學模式，激發學生學習自主性。智慧課堂改變了傳統教室中心的課堂教學模式，實現了教學流程的再造，由此應改變對集體教學的過度追求，鼓勵教師采用分層差異的教學模式、高效互動的教學模式、翻轉課堂模式等。最后，確立基于大數據的學習反饋機制，動態檢測學生學習成效。利用各種智能設備或發揮大數據的在線集成功能，收集和捕捉各種認知數據、行為數據、情感數據等，開發出針對學生不同發展層面的教學模型，并利用可視化分析技術呈現學生學習樣態，幫助學生實現自我監督和管理。 (三)從結果監測到過程測評的學業質量評價邏輯 教學評價是依據教學目標對教學過程或結果進行綜合性價值判斷的過程，旨在通過學習分析、解釋或說明，反饋出學生真實學習情況，促進教學和學習的改進。以紙筆測驗為主的傳統教學評價，囿于數據、技術和工具的多重缺失，未能準確反饋學生學習結果，評價結論往往是片面的、模糊的。而今，大數據推介的數據密集型評估具有時間尺度密集、空間尺度多樣、價值尺度多元等特點，(18)人們通過大數據終端能超時空動態采集學生數據，跟蹤和記錄學生學習軌跡，建立了學生學習的電子書包或數字檔案；運用機器學習、可視化分析、聚類和回歸分析等技術能深度解析數據，幫助教師找出具體教學問題、了解學生真實學習需求和發展水平，并能精準預測學生未來發展趨勢或方向。這從根本上扭轉了分數至上、經驗優先的評價取向，從結果性評價走向了過程性評價，傳遞出一種學本化的學業質量評價觀。值得注意的是，大數據本身并不會對教學評價產生任何實質性影響，唯有融入具體教學評價過程才能發揮作用。因而，新時期的教學評價變革應致力用數據說話、數據管理和數據決策，進而更新整個教學評價系統，使教學評價從“效率優先下的公平”走向“公平優先下的效率”，但也應謹防數據主義的荼毒。 學業質量評價實質上是評價者對學生學習過程與結果的監測及判斷。在全面推進教育教學改革，落實立德樹人根本任務過程中，國家不斷深化考試招生制度、學業水平考試、綜合素質評價改革，明確要求“研究制定學生發展核心素養體系和學業質量標準”，(19)并“取消初中學業水平考試大綱，嚴格依據義務教育課程標準命題，不得超標命題”(20)。這為大數據更好實現教學評價帶來無限可能，以學生發展為中心更好推進學業質量評價建設提供了政策支持。由此，首先有必要建立基于證據的學業質量評價觀。應摒棄過去“憑經驗”“憑考試”的評價意識，形成證據思維，在日常教學活動中注意收集和存儲有關學生學科知識掌握、學科能力形成、學科核心價值觀發展和學生學習品質養成的信息，(21)確保證據的可信性、客觀性和多樣性，為教育教學人員提供專業的學業質量分析報告，為家長或學生提供學習分析報告。其次，要構建多維測度的學業質量評價標準。學業質量評價標準是“不同學段、年齡段學生完成課程學習任務后應達到的知識掌握程度、基本素養和能力發展水平”，(22)當下，應兼顧學科核心素養、學生發展核心素養等，考查學生的日常學習表現與學習結果，并充分運用大數據行為分析，關注學生學習發展的階段變化，尤其是提升學生的道德修養、學習品質、公民素養，通過“以評促學”“以評促教”實現教學增值。最后，要豐富學生學習評價方式或手段。依托大數據平臺，開展教師評價、系統評價、學生自主評價，從不同角度為學生學業發展提供多源反饋，并通過建立混合學習評價機制，補充在線學習評價，鼓勵教師進行表現性評價或發展性評價。 三、大數據引領教學變革的行動路向 大數據運用帶來的教學價值邏輯、學習邏輯和評價邏輯，明確了教學變革的實踐方向，但也需教學系統的行動跟進，確保教學變革效能的真正發揮。因而，有必要以科學決策為方向更新教育數據庫，以數據智慧為中心豐富教師專業發展體系，通過教學共同體建設優化教學治理結構，進而營造出一種開放共享的教學變革氛圍。 (一)構建促進科學教學決策的教育教學數據庫系統 教學決策是教師為完成教學任務和達成教學目標，通過對教學實踐活動的分析、反思、預測等找出最佳問題解決方案，并不斷改進教學行為的過程。過去受教育教學領域可獲得的數據量、數據范圍和數據類型的制約，教師往往依賴個體經驗作出教學決策。但這些源于個人教學活動總結的經驗并非都能參照利用，所作出的教學決策也難免摻雜個人主觀意志或情感因素。而今在人工智能、物聯網、云存儲等新技術的輔助下，教師可快捷獲取更加豐富完備的教育數據，從過去基于經驗的教學決策走向了“數據驅動”的教學決策，不過只有那些有意義的教育數據才能提高決策科學性和有效性，因此有必要構建專門的教育數據庫系統為教師提供決策支持。一方面，加強學校信息化基礎設施建設，增加學校教學硬件投入，如遠程教學室、語音室、多媒體實訓中心等，重點配足配齊薄弱地區信息化教學設施，升級和改造優勢地區信息化教學設備，同時還應提高教學軟件利用率，依托智慧學習軟件、學習評估系統、云平臺等構建在線網絡教學機制，以此兼顧區域或學校發展差異，促進優質教學資源的共享流通；另一方面，建立學校層級的教育教學數據庫，使數據庫真正服務教育教學與管理，如開發存儲學生背景信息、活動體征、學習行為等學生數據系統，開發存儲教師教學設計、課堂教學、班級管理等數據的教師數據系統，以及涉及學校課程建設、管理日志等的學校數據系統，通過多層級的數據庫系統搭建，為教師精準教學提供支持。不過，并非數據庫中所有數據都有價值、有意義，其間混雜大量雜質信息。這就需要開發一套科學的教育數據質量標準，如指向數據格式和形態的數據輸入標準，涵蓋數據庫訪問權限、適用主體、倫理責任和安全保護的數據運用標準等，從而提供標準化的數據參照，提高教師教學決策的科學性。總體而言，通過搭建教育教學數據庫系統，意在用客觀數據引導和規范教師教學行為，使教師能及時發現和解決各種教育教學問題，以此服務于學生的個性化發展。 (二)建立指向數據智慧提升的教師專業發展體系 教育大數據技術的進步使教師數據意識得以萌芽，發現了大數據在教育教學中的潛在價值，可以說當前教師已具備基本的數據意識和數據思維，但其數據挖掘和處理能力較弱，無法熟練運用在線教學平臺、學習軟件或統計工具；數據分析和解釋力不足，難以準確找出數據背后潛藏的教育教學規律；數據倫理和品質缺失，未能在師生、家校、教師群體間形成有效的數據交往。基于大數據給教師帶來的諸多挑戰，深化了教師教育領域對“培養什么樣的教師”“如何培養教師”等問題的思考，因而有必要通過教師數據智慧的提升來促進專業化發展。其一，完善教師專業發展培養目標，豐富教師教育層次。綜觀我國教師專業發展系統，突出了教師專業知識、能力和品質，忽略對教師科學素養或數據智慧的養成，在智能化的教學變革背景下，有必要將數據智慧作為教師專業發展的重要目標，加強教師“整合技術的學科教學知識”(TPACK)儲備，提升數據意識和數據思維，增強數據挖掘、信息加工、學習分析和數據解釋等能力，使教師能利用數字化技術解決真實情境中的教學問題。其二，推行基于數據支持的教師知識創新能力發展計劃。較之以往教師專業發展關注個體知識的積累，大數據時代應增強教師知識發現和知識管理的能力，通過開展針對教師知識創新能力發展的專項培訓活動，幫助教師掌握基本的數據采集、分析和處理方法，熟練使用一些基本的教育數據庫，同時融入人工智能、大數據、學習科學、腦神經科學、教育文化安全等專題知識學習，增進教師對深度學習、混合學習、虛擬仿真教學和智慧教學的認識，以此更新教師知識系統和能力系統，激發教師知識創新中蘊藏的數據智慧。其三，在教學實踐中發揮和培養教師的數據智慧。教師數據智慧的提升不僅依賴教師教育，