大数据背景下高校信息化教学模式的构建研究

丛亮

摘要：近年来，我国高等院校不断加大信息化教学模式的改革和建设力度，但大部分高校仍然无法摆脱“重硬件、轻软件”的建设误区，模糊传统教学与新型信息化教学的界限。在大数据技术快速发展的背景下，新型教学模式的构建是高校开展信息化教学工作的基础。该文对大数据的内涵及特征进行了剖析，分析了高校目前信息化教学存在的实际问题，对教学思想、教学环境、教学方法、教学目标、教学结构及教学程序这六个构成大数据背景下信息化教学模式的要素进行了归纳，在此基础上进行了大数据时代高校信息化教学的构建模式及路径研究。

关键词：大数据；信息化教学；构建模式

在《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》的指导方针指引下，我国高等教育信息化教学的建设不断向高校教学、科研和管理等方面深入发展，信息化技术在教学中的应用研究成为学者们关注的热点。信息技术的更新和发展对传统课堂的影响和改变成为了重要的研究方向。在大数据时代，“互联网+”教育引起了学者们的广泛探讨。教育模式的变革是未来提高教育质量的重要影响因素，如何变革教育模式，需要更多的数据分析，不断归纳总结经验观点，这些都需要进行大数据的分析。大数据对教育质量的提升、教育公平的促进及教育方式的改革具有重要的支撑作用。随着大数据对教育的影响，信息化教学模式逐渐引起了学者的关注和研究。

信息化教学模式要培养创新型人才，利用信息技术进行终身学习是大数据时代对未来学习者的要求，目前的教学模式在培养创新型人才方面很难达到要求，急需变革，构建信息化教学模式。从国内外教育信息化模式发展的演进轨迹和发展脉络来看，在大数据时代，高等学校教育信息化已经从原来的强调软件服务和平台服务转变到强调数据服务的新型模式。随着微课程、MOOC及翻转课堂等教学形式的应用，产生了海量的数据，合理有效地应用大数据分析技术来深度融合高等教育教学和信息化技术成为国内外学者研究的重要议题，大数据背景下高校信息化教学模式的构建研究具有重要的理论价值和现实意义。

一、大数据背景下高校信息化教学模式研究背景

（一）大数据的内涵及发展演变

所谓大数据，即海量数据，具备海量化（Volume）、多样化（Variety）、时效性强（Velocity）、价值化（Value）及真实性（Veracity）等五方面特征，即“5V”特征。大数据分析通过对多维数据和异构数据的分析和深入挖掘，发现数据背后的价值及关系，其研究方向是从采集数据开始，对采集到的大量数据进行挖掘分析，从而发现规律及预测事物未来的发展趋势。大数据是解决问题的新方法，是分析问题的新思维，我们不仅要研究大数据的价值和应用前景，更要从微观层面深入理解大数据分析的内涵。

在大数据思维下，知识来源于信息，信息来源于数据。从数据到信息再到知识的转换过程，就是数据从产生到积累存储再到分析挖掘最后转变到运用的过程。分析教育大数据的演变要结合大数据在高校教育中应用的现状。教育大数据的基础是原始的教育数据，包括个体教育数据、课程教育数据、学校教育数据、区域教育数据和国家教育数据五个层次结构，通过高校信息化教学模式的构建，挖掘各类数据信息的价值，赋予数据一定的现实意义，发现教育数据变量之间的关系，从而使得数据转换成信息；对信息进行综合分析，再转换成教育知识；教育知识通过最后的应用实践转换到智慧层面，为教育研究和相关教育决策提供科学的指导。

（二）研究综述

张伟平、杨世伟基于设计的研究范式对高校信息化教学的有效性进行了研究，总结出影响信息化教学有效性的主要因素包括：信息技术的应用、教学设计和教学方法、学生的学习兴趣。裴涛对信息化教学模式的已有研究及信息化教学模式的可行性和优势进行了分析，在此基础上对信息化教学模式的实施提出：贯彻课程信息化实施理念、重视传统教学手段的实用价值等建议。赵靖岩、胡振波归纳了大数据环境下的信息化教学模式的六个构成要素：教育思想或理论、教学目标、教学程序、教学方法、教学结构、学习环境，并以此构建了基于大数据的高校信息化教学模式，提出了包括更新大数据理念、培养优秀教师、构建信息化学习环境、开展个性化教育、提供配套信息服务等构建路径。Zhao Hongmei以“信号与系统”的课堂教学为载体，通过对教学实践与分析教学效果的研究，提出信息化教学模式不仅可以提高教学效果，积极改善教学氛围，而且能够充分激发学习动机和学生自主学習的积极性和主动性，提高学生分析解决问题的能力。本文针对高校信息化教学提出了更加贴合高校实际的要素构成，并基于此设计了符合高等教育现实需求的信息化教学模式构建路径。

二、大数据背景下的高校信息化教学模式架构及功能

根据教育部提出的教育信息化工作意见，大数据背景下高校信息化教学要定位于数据驱动式的教学模式，逐渐推动教学的信息化发展、学习的个性化发展、决策的科学化发展及管理的精细化发展。在大数据分析技术下，高校信息化教学模式要解决三个问题：一是大数据的来源，从各个级别的教育数据中采集大数据资料；二是大数据的应用方法，主要采用大数据分析处理技术处理数据资料；三是大数据的作用价值，具体体现在高校信息化教学模式的架构建设中，包括以下模块：采集模块、处理模块、挖掘分析模块及应用模块。

（一）采集模块

信息化教学模式中采集数据的来源有五个层次：（1）个体层的教育数据，主要包括学生和教师的个人信息资料、描述用户状态的数据以及反映用户的学习过程和学习记录等各种行为数据；（2）课程层的教育数据，主要包括学生信息、课程的基本信息、课程考核信息以及有关实验资源、电子教材和视频资源等的课程资源信息，这些信息都是围绕课程教学产生的大量相关信息；（3）学校层的教育数据，主要包括按照国家相关规定产生的学校管理数据；（4）区域层的教育数据。主要包括各级学校及各在线教育机构和社会培训机构提供的在云平台产生的反映各种教育行为和结果的数据以及按照国家相关标准规定提供的行政管理数据；（5）国家层的教育数据，主要包括各个区域产生的大量有关教育的数据资料。

（二）处理模块

高校信息化教学模式中相关大数据资料类型多样，结构复杂，对数据的格式转换和预处理费时费力，导致过去的数据使用效率低下。对其进行改进的处理方法有以下三种：一是利用数据库导入的方式对结构化数据进行采集处理；二是利用网络爬虫技术对网络上的半结构化数据和非结构化数据进行原始页面的获取；三是采用分布式的结构来存储数据，利用HDFS技术存储半结构化数据和非结构化数据，利用RDBMS技术存储机构化数据。

（三）分析模块

高校信息化教学模式的核心就是数据挖掘分析模块，这个模块的主要任务是挖掘和分析教育平台上的大数据资料。该模块主要包括两部分工作内容：一是对大数据进行特征检索和数据匹配；二是对教育平台上的大量数据进行分析计算，挖掘数据信息，发现数据之间的隐含关系。

（四）应用模块

将分析模块中得到的数据分析结果合理应用到教学决策和学生的学习管理、教学内容管理中是应用模块的主要任务。学校层面或者区域层面对获得的学生学习活动数据及教师教学活动数据进行处理分析，整合信息资源，找到提升教师教学能力和决策能力的途径。应用相关软件对教育管理活动和教学管理活动进行数字化的处理，通过数据分析挖掘问题解决方案。最后建立学习资源属性上的关联，实现学习资源平台共享，帮助学生找到更适合的学习方法。

三、大数据背景下我国高校信息化教学模式存在的主要问题

我国高等教育信息化建设经历了近20年的发展，从20世纪90年代末期的基础设施建设阶段发展到大力推行信息技术在高等教育教学实践、科学研究以及教学管理等方面的纵深发展。但就目前的高校信息化教学建设的现状来看，无论是教学模式的构建、教学目标的转换、教学内容的创新还是教学评价的全面性等，都没有取得关键性的突破。其突出表现在：教学模式仍然以传统教学为主；教师在课堂上单方面向学生传递教学信息；教学目标仍然是依循统一的教学大纲完成，教学内容仍以教材为蓝本进行单项传递；忽视完整和全面客观的教学评价。

（一）缺乏创新，目标单一

目前各高校都在不同程度上开展了不同模式的信息化教学，主要体现在实践操作类、情景模拟类、调查研究类等模式。很多高校只是将教学过程从传统教室转移到具有现代信息化教学设备的新型多媒体教室中，教学内容和教学方式并没有发生太大的变化，仍然以教师授课为主。虽然在现有的模式下，仍然能够完成教师与学生之间的沟通交流，在教师的监督下，学生能够完成学业，教学活动在培养方案的要求下开展。教学效果明显，提升较快，教学活动具有很强的秩序性，开展顺利。但是由于教育资源的限制，现有的教学模式无法完全体现学生学习的主观能动性，限制了创新能力的培养，高校人才的培养存在严重的同质化现象。

（二）教育效果评价机制单一

现有的教学结构还是以教师为中心，对学生学习效果的评价标准简单化模式化。目前的信息化教学无法适应不同学生的个性学习需求，不能真正做到以学生为中心，学校的教育服务意识有待提高。现有的教育效果评价主体还是教师，考核形式多数还是通过学科知识考试来考察学生对知识的理解和掌握程度，强调最终的学习结果，评价方法、评价内容单调。评价机制存在严重的单一化现象，缺乏个性化、多元化，过于依赖主观经验进行判断评价，评价信息有时存在片面性，判断依据不充分。

（三）传统教育观念根深蒂固

在“学与教”的传统教学模式下，“先行组织者”理论、“动机”理论以及“有意义的接受学习”理论被广泛接受。教师大部分按照自己的准备思路完成授课，较少对基于信息技术的学科教学理念开展深入探究，而仅仅把多媒体的使用和制作CAI课件作为信息化教学手段的体现。而多在信息化教室开展的实践教学活动也是流于形式，没有对教学内容和教学方法进行有目标的设计，无法达到夯实学生的学科理念基础、开拓学科发展前沿的视野、发展学生学科创新精神的教学目标。而学生也习惯于被动接受，以期末考试为短期学习目标，根本无法进行长期持续的学习。这样的模式虽然能够顺利完成教学任务，但是缺乏对学生学习兴趣和主动性的激励策略，学生获取知识的主动能力提高困难。

（四）“高科技，低效率”现象严重

虽然目前高校都在开展信息化教学，对信息化教学模式实施的投入很高，成立了大量的学习中心和实验教学中心，但是由于软硬件问题及维护管理问题，这些投入对学生的学习效果贡献度不高，信息化教學环境的实用性有待提高，质量有待改善。目前我国教育资源MOOC大量开放，推出了可以得到证书认证的项目及学分互认项目，虽然注册量很大，但真正能够完成课程要求、顺利通过考试的比例却不高。

四、大数据背景下高校信息化教学模式的构建

对教学模式的研究要从其构成要素的研究开始，最早的观点为三要素说，即教学方法、教学过程和教学结构；接着是四要素说，即学生、教师、教学媒介及教学内容；后来发展到五要素说，即教学理论、目标倾向、教学方法、教学程序及教学结构。随着信息时代的来临，教学模式向信息化转变，信息技术成为学习的环境支撑条件，信息化教学是信息时代教学模式的新发展，是信息技术支持条件下的教学模式，因此，学习的环境条件成为了信息化教学模式中新的构成要素。综上，在信息化教学模式下，构成要素扩展到了六要素，即教学理论、目标倾向、教学方法、教学程序、教学结构以及学习环境条件。

在建立学科教学任务的同时，要根据学生的特征对教学目标进行确定和细化，并且根据教学目标进行教学要素的选择和设计。这其中包括教学内容的分析与撰写、教学资源的选择与派发、教学情境的设计与完善、教学认知工具（实时互动工具）的使用与指导、教学活动的设计与实施。在信息化教学中，要发挥团队建设的力量，在内容设计与过程实施中，一般不建议只是一名教师承担信息化教学的全过程，最好由2-3名教师共同完成并配备助教，这样有助于信息化教学的管理和顺利开展。在教学实施过程中，要通过总结与强化练习对学习效果进行形成性评价，并用以修订和完善学科教学目标，最终形成总结性评价。信息化教学模式的构建步骤如下页图所示。

在大数据时代，信息化教学模式的构建要重视大数据在教学过程的实施中所具有的特殊作用。在六要素理论下，教研和管理的各环节对大数据背景下高校信息化教学模式的理解应更准确，即在大数据的思维方式下，应用大数据分析技术从不同类别的学习环境条件中分析挖掘有价值的信息条件，对信息进行进一步的加工存储，形成持续稳定的教学程序和教学结构。

（一）坚持大数据驱动的基本理念

大数据基础上的信息化教学模式是一种全新的教学模式，其建立应用都是很复杂的工程，需要教师、学校及国家各个层面都坚持大数据的理念，不断推动这种新的教学模式的开展。从教师层面看，信息技术仅仅只是为教师教学服务的工具，教师不应忙于为信息技术服务，不应将人灌教学转变为机灌教学，否则信息技术便失去其存在的意义；同时，工欲善其事，必先利其器，教师要想利用好信息化教学，就必须掌握相关软件的操作。因此，教师要革新教育理念，坚持“数字化教学”方法，用数据驱动教学，在大数据的基础上树立个性化的人才培养目标。从学校层面看，教学软件开发应遵循“多、快、好、省”的理念。“多”指功能多，资源多，一件多用；“快”是学得快，做事快，即插即用；“好”就是人性化，动态化，拿来就用；“省”是省钞票，省时间，不用白不用。因此，教育管理人员要能够通过大量的相关数据分析挖掘有利于提高学生学习能力和效果的教学方法和项目，并开发相应软件进行推广应用。从国家层面看，政府应将“信息技术对教育发展具有革命性影响”作为重大的战略决策，在大数据分析技术支持下，按照教育发展战略制定切实可行的教育政策和规定。

（二）大数据支撑个性化教育

大数据技术带来了学习环境的信息化改变，通过反馈、预测和个性化三大要素不断改善学生的学习，满足学生学习的信息需求，变革学生的学习方式。学生的学习过程不再是过去的被动接受，而是需要提供个性化的定制式的服务，是需要高度协作的全方位建构活动。在翻转课堂和MOOC模式下，通过学生的作业、讨论、实验记录等资料，得到学生学习的过程性数据和效果数据，反映学生个体的学习过程和学习轨迹，进而分析挖掘更多的数据信息，为学生的个性化学习提供基于大数据的环境支撑。

信息资源是信息化服务的基础，信息服务利用各种技术和方法对大量的数据信息进行收集、整理、分析，并最终提供相关的信息服务和信息产品。在大数据信息环境下，学习不再使用固定的教材，学习过程不再采用固定的顺序，需要提供个性化的学习服务。在学习资源大量增加的情况下，需要提供合理可行的配套信息服务，有效地整合海量学习信息资源，帮助资源流通和应用。高校进行信息化教学改革，除了要具备像视频设备、音频设备及计算机等能够开展多媒体教学的硬件设备外，还要保证覆盖整个校园的网络稳定运行，保证学生随时随地可以联网学习，使用平板电脑和手机能够保证学习视频的清晰流畅。在信息化教学环境下，还要解决一个重要的问题，就是如何帮助学生在大量的学习资源中快速找到需要的学习资料，有针对性地向学生提供适合的信息。目前常用的是学生进行资源搜索，但是更有效的方法是有针对性的向学生进行信息推送，这种“资源找人”的方法可以有效地从大量的教育数据资源中挖掘有效信息，向学生提供满足其需要的学习资料，为满足个性化教育提供服务。

（三）构建信息化教学环境

布鲁姆提出的学习需求理论将知识学习分为概念、理解及综合三个层次。在不同的阶段，信息化教学要向学生提供不同类型的知识。在保证资料来源真实的前提下，可大规模开展在线开放课程（MOOC），构建信息化教学环境，将在线开放课程与传统集中授课形式有效结合，充分发挥在线教学的作用。MOOC将对学生的学习过程和学习内容进行记录，监控整个学习进程。在这种学习条件下，对于初学阶段的学生将提供结构良好的概要性的基础知识，随着学习的深入，将对知识进行聚类处理，寻找知识之间的关联并使其可视化。MOOc将满足学生的不同需求，针对不同个体，制定不同的有针对性的教学计划，发挥学生学习的主观能动性，提高学生的自学能力，满足学生对不同层次知识的学习需求，按照学生自己的进度完成学习。

同时，MOOC可以在学习平台上发动具有相同学习兴趣的学生组成学习社区，促进知识的进化和增值。零复制成本的特征使得数字资源被利用得越多，其价值发挥得越充分。已建成的数字资源随着使用者的增加，在无需增加投入的情况下也能够自动发挥其增值效用。因此，我们要不断完善改造教学系统，增加网络题库和名师的教学视频内容，并对学生的学习信息进行规范化的记录。目前我国的高校MOOC平台上已经提供了很多优质课程的教学资源，来自全国近1000所高校的教师推出了視频教学课，我们要充分利用重点高校的优质资源，实现跨校的学习交流，促进学生知识体系的自主构建。

（四）提高高校教师数据分析的能力

在大数据时代，教师是信息化教学的组织者，作为高等教育重要资源的优秀教师，要不断更新教学观念，强化自身的信息应用技术水平，提高教学效果。不断改进教学方法，提高数据挖掘分析的能力是大数据背景下对教师提出的新要求。作为知识与学生之间的主要媒介，在大数据时代，教师要成为学生学习的引导者，而不仅仅是授业解惑。教师要具备信息化应用能力，通过云平台将教育资源进一步整合，改变教学方法，采用分组协作的教学方式，帮助学生通过网络视频资源学习知识，掌握名校学生的思维方式，提高解决问题的能力。在理论教学中，采取翻转课堂等新的教学方式，帮助学生借助视频教学资源，利用较少的课堂时间，带着任务学习，将实践教学和岗位工作融入课堂，使理论、实践、工作一体化，这也是大数据背景下高校学生培养能力的重点。

在大数据时代，高校教师在国家政策和学校要求规范下，要不断提高自身的知识推理能力、检索信息的水平和聚合特定知识的能力，能够感知到学生的学习需求。这些都要求教师要有丰富的知识储备，还要有信息化的教学能力。在信息化的教学环境下，教师要适应大数据带来的教育改革，具备数据挖掘分析的能力，开展信息化的教学实践。高校要向教师提供数据分析的培训，帮助教师在复杂的教学数据中发现更有价值的教学内容。

大数据背景下，高校信息化教学模式的构建是一项十分复杂的系统工程，受到各种因素的影响，对其构建方法的探讨要与时俱进。运用大数据理念推动高校信息化教学模式的推广是高等教育发展的要求，也是高等教育信息化改革的必经之路。

五、基于大数据的高校信息化教学应用效果与启示

上文中笔者已提出了高校信息化教学模式的构建路径，为进一步探究该教学模式的应用效果，本研究采用Gretchen Lowerison等人设计的调查问卷，对笔者所在高校的教师与学生进行了采访，并就学习体验、学习策略、教学方法、信息技术应用情况进行了总结。其中采访学生共计40人，男女各20人，包括大一至研一各年级；采访教师共计26人，男女各13人，职称涵盖了讲师、副教授以及教授。

（一）学习体验

该项内容是为了调查师生、生生之间的沟通状况，以及学生自主学习的效果。结果显示，不同课程的互动性有所不同，总的来说互动还需加强。学生的互动式和自主式学习已经大为提升，但是教师授课方式仍旧以讲授为主，缺少讨论与互动。

（二）学习策略

—部分学生更热衷于自主学习，比较反感教师的过多讲解，另—部分则依赖于教师的讲授，对比鲜明。

（三）教学方法

从学生反馈来看，课程案例质量与教学效果提升有直接关联，案例越是贴近鲜活，越是能激发学生求知欲，使学生记忆更加深刻。然而对于基础理论课程，如何开展探究式教学还值得思考。

（四）信息技术应用情况

从问卷可以看出，学生对于信息技术的应用持欢迎态度，认识到信息技术的应用是有必要的，教师普遍也赞同这一观点，但是教师仍坚持信息技术并非主要因素，课程设计仍是关键。

通过上述分析可以看出，学生较为热衷于信息技术的应用，能够认识到信息技术为自身的学习提供了便利。然而对课堂教学进行深入探究可以发现，互动性的缺失仍然较为明显。因此，在教学中充分发挥信息技术价值的前提是给予学生更多自由发挥的空间，以学生为中心进行教学设计。