教育大数据在大气科学专业教育中的影响和可行性研究

周欣 肖天贵 原渊 肖国杰 李明刚

[摘 要]教育大数据的应用，即数据挖掘及大数据技术在教育中的应用，是教育研究中的热点问题。教育大数据目前在高校教育中的应用相对较少。而大气科学是一个包含物理、数学、化学和计算机编程的综合学科，这为研究数据的收集和分析提供了独特的优势条件。该研究将依托于高校教师与专家，通过调研和访谈等形式，了解教育大数据对大气科学专业教育的影响，并评估其可行性。研究结果对大气科学课程本身的建设具有重要的研究意义，对高校其他专业学科的建设也具有重要的启发性，为高校教育模式转变、学习方式变革的推进提供重要信息。

[关键词]教育大数据;大气科学专业教育;影响和可行性研究

[基金项目]2020年度国家自然科学基金“印太暖池与中东太平洋协同作用对平流层水汽的影响”（41905037）;2017年度四川省精品在线开放课程“中期天气预报与短期气候预测”和2019—2021年度成都信息工程大学本科教学工程项目“《统计天气预报》精品在线开放课程建设项目”（BKJX2019042）;2019—2021年度成都信息工程大学本科教学工程项目“‘大气探测学精品在线开放课程建设项目”（BKJX2019062）

[作者简介]周 欣（1990—），女，江苏常州人，博士，成都信息工程大学大气科学学院讲师，主要从事气候动力学研究;肖天贵（1962—），男，四川成都人，博士，成都信息工程大学大气科学学院教授（通信作者），主要从事大气科学研究。

[中图分类号] G421[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）28-0129-02[收稿日期] 2020-04-13

教育大数据是大数据的一个子集，特指教育领域的大数据，即整个教育活动过程中所产生的一切用于教育发展并可创造巨大潜在价值的数据集合[1]。从数据结构化的程度来看，教育大数据包括结构化数据和非结构化数据等。常规的结构化数据（如成绩、学籍、就业率等）依旧重要，但非结构化数据（如图片、视频、教案等）将占据主导地位[1]。教育大数据的处理流程主要包括数据采集、数据处理、数据分析与应用服务四个环节[2]。在教育大数据的应用方面，数据挖掘及大数据技术在教育中的应用为研究者关注的热点[3]。

目前，教育大数据在高校教育中的应用相对较少。大气科学是一个包含物理、数学、化学和计算机编程的综合学科，约有一半的课程为实践类，比如统计天气预报和数值计算方法等，这为研究教育大数据的收集和分析提供了独特的优势条件。那么，教育大数据对大气科学专业教育的影响如何，可行性如何，这对大气科学专业课程本身的建设具有重要的研究价值意义。

一、教育大数据在大气科学专业教育中的影响

本研究通过调查包括访谈等形式对教育大数据在大气科学专业教育中的影响进行了分析，调查对象为成都信息工程大学多位不同年龄段讲授大气科學专业相关课程的教师。从调查结果来看，教师们认为如果能在大气科学专业教育中实施教育大数据的分析和应用服务，那么它对大气科学专业教育的影响可能既有正面的，也有负面的。

1.促进教学效果。由于大气科学是一个涉及物理、数学、化学和计算机编程的综合学科，且很多理论知识点对初学者来说晦涩难懂，因此大气科学这一学科对学生的数理功底和计算机的要求较高。这就促使大气科学专业的教师要在教学中把复杂晦涩的知识通过简单明了的方式讲解给学生。那么，如何加深学生对知识点的理解？教育大数据为大气科学专业提供了一个很好的平台。例如，教师在备课时，可以利用教育大数据中丰富的教学资源，挑选出能够清晰展现自己所讲的物理过程或定理的图片和动画。将这些材料在课前发给学生预习，帮助他们事先了解物理图像，以及课后进一步加深理解物理过程。

2.培养研究能力。对于高等教育来说，除了要让学生掌握知识外，还要培养他们的科学思维和研究能力。教育大数据可以帮助教师培养和提高学生的研究能力。教师可以结合上课内容，给学生展示与此内容相关的最新科研进展和动态，让学生了解自己学习的内容如何才能应用到科学研究中，达到学以致用的效果。例如，对于大气科学专业本科教育阶段的统计天气预报课程，其编程较多，实践性较强，导致学生无法将在课堂上学习的知识有效地应用到将来的工作和学习中。对于这门课程，教师可以利用教育大数据这一优势，将气象业务部门和科学研究中的一些成果，合理有效地加入课程设计中。譬如，教师可以尝试安排学生重复研究一些气象业务部门和科学研究中的成果，让学生了解自己未来在气象业务部门或科学研究中需要掌握的一些研究能力，以此来推动学生在未来学习中对相应能力的培养。

3.加强师生互动。教学相长的一个重要途径就是师生互动。然而，传统教学很多都属于“填鸭”式的教学方式，在师生互动方面表现较弱。教育大数据为现代和未来教学提供了一个师生互动的大平台。随着网络技术的发展和计算机的不断升级，教师可以通过电脑和手机有效收集和整理学生对自己的意见和建议。这样就能不断改进自己的教学方法，让学生更有效地获取知识。同时，教育大数据还能为教师随时提供不同学生知识掌握的情况。教师能根据学生的不同情况，有针对性地采用不同的方式讲授知识，真正达到有教无类。

4.教育大数据可能产生的一些负面影响。任何事物都有两面性。大数据能采集和分析数据，但也会带来个人信息和隐私的侵犯与泄漏风险[4]。此外，随着教育大数据的发展，越来越多的数据会呈现在教师和学生面前，然而，并不是所有的数据都是正确的，也并不是所有的数据都是有用的。作为教师，需要学会甄别数据的价值，挑选出真正有用的信息。

二、教育大数据在大气科学专业教育中的可行性分析

1.教育大数据的构建。在调研过程中，很多教师提出教育大数据在大气科学专业教育中是非常有价值的，有非常大的发展潜力。但核心问题是如何去构建大气科学专业的教育大数据，通过哪些方面、哪些指标去构建。以大气科学专业的教学为例，如何从现有的海量教学资源中挑选出能吸引学生的有益数据，挑选出数据后如何实现数据共享，这可能需要相关学校或上级部门指挥相关教师协力完成这一工作。

2.信息設备和技术的支撑。教育大数据的采集、分析和应用需要良好的信息技术支撑。然而，很多高校的教学无法完全引入教育大数据，很重要的一个原因就是信息技术支撑不足[5]。国内很多开设大气科学专业的高校，限于信息设备和技术，导致教育大数据的使用不全面。当然，信息技术支持方面的问题会逐步得到解决。《教育部2019年工作要点》中已明确指出，要推进信息技术与教育教学深度融合，推动“互联网+教育”大平台建设。

3.学生和教师对教育大数据的接受程度。要想把教育大数据应用于大气科学专业的教学中，就需要学生主动配合教师生成教学过程中的数据，从而提升教学质量。但这一过程是建立在所有学生都接受教育大数据，且所有学生都主动配合的基础上。因此，教育大数据质量的好坏依赖于学生的接受程度。此外，教师在搜集和应用教育大数据的过程中，可能需要改变原有的教育模式，完全采用全新的教育模式，这对部分教师来说也是一个挑战。所以，教育大数据的搜集和应用依赖于教师的接受程度。

三、小结与讨论

尽管现在教育大数据在高等教育中的应用不是很多，但随着科学技术的发展，越来越多的教育大数据会在教学过程中产生和建立，也会有越来越多的学生和教师完全接受教育大数据。大气科学专业作为一门基础科学，涉及物理、数学和编程等多种学科知识，对学生数理功底和计算机能力要求较高。由于大气科学专业的复杂性，更加需要教育大数据应用于该学科，帮助提高该学科教学和科研水平。因此，教育大数据在未来大气科学专业中具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]杨现民，唐斯斯，李冀红.教育大数据的技术体系框架与发展趋势—“教育大数据研究与实践专栏”之整体框架篇[J].现代教育技术，2016，26（1）：5-12.

[2]孙洪涛，郑勤华.教育大数据的核心技术、应用现状与发展趋势[J].远程教育杂志，2016，34（5）：41-49.

[3]祝智庭，沈德梅.基于大数据的教育技术研究新范式[J].电化教育研究，2013，34（10）：5-13.

[4]李欢欢，李志刚，陈卓.教师对教育大数据的认知与应用研究[J].中国多媒体与网络教学学报，2020，（2）：52-53.

[5]刘娜，杨士泰.翻转课堂教学模式应用于思政课的可行性研究[J].学理论，2018，（12）：215-217.

Study on the Impact and Feasibility of Educational Big Data in Professional

Education in Atmospheric Science

ZHOU Xin1， XIAO Tian-gui1， YUAN Yuan2， XIAO Guo-jie1， LI Ming-gang1

（1. College of Atmospheric Science， Chengdu University of Information Technology， Chengdu， Sichuan 610225， China; 2. School of Educational Technology， Beijing Normal University， Beijing 100875， China）

Abstract： The application of big data in education， namely data mining and the use of big data technologies in education， is a hot issue in educational research. The educational big data is currently used relatively little in college education. Atmospheric science is a comprehensive discipline encompassing physics， mathematics， chemistry and computer programming， which provides a unique advantage for the collection and analysis of research data. This paper relies on university teachers and experts to understand the impact of educational big data on professional education in atmospheric science and assesses its feasibility through research and interviews. The research results have important research value for the construction of the atmospheric science curriculum and important inspirations for the construction of other professional disciplines in higher education， and also provide important information for the transformation of the educational approach and learning methods in higher education.

Key words： educational big data; professional education in atmospheric science; impact and feasibility study