全场景数据驱动一体化智慧教学平台建设的探索

杨呈永 余秀康 程建林 陶雁羽 唐亮

摘 要：伴随大数据、互联网等信息技术的发展，高校教育信息化变革迎来新的机遇与挑战。智慧教学是教育数字化转型中的重要一环，具有非常大的作用。针对智慧教学存在的问题，桂林理工大学实施全场景数据驱动一体化智慧教学平台建设，通过数据驱动、深度融合、服务精准等途径实现了智慧教学，为同类院校建设全场景数据驱动一体化智慧教学平台提供参考。

关键词：数据驱动；一体化智慧教学平台；智慧教学

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：0450-9889（2024）12-0107-05

近年来，数字化转型备受关注和讨论，党中央围绕教育现代化、数字中国、数字化转型等作出了许多战略部署。“十四五”规划纲要提出的“加快数字化发展，建设数字中国”［1］，为加快数字经济、数字社会、数字政府、数字生态建设立下了基调，指明了方向。教育作为国家发展的基石，教育数字化转型对教育教学改革的价值日益凸显［2］。2022年，教育部实施国家教育数字化行动，提出要加快推进教育数字转型和智能升级［3］。党的二十大报告也明确提出推进教育数字化的发展要求，教育数字化转型已成为教育教学改革中的重要一环［4］。

在数字化转型的背景下，教育数字化转型离不开智慧教学。智慧教学是指在教育技术、大数据技术等支撑下，以建构主义学习理论为指导思想，通过变革、创新，对传统课堂进行改革和重构，促进学生智慧生成［5］的教学。学校要想开展智慧教学就得建设智慧教室，为智慧教学提供基础条件。智慧教室是集成了物联网、云计算等多媒体设备及控制系统的物理空间，是师生教学行为数据分析、数据共享及数据监控的教学环境［6］。数据作为新型生产要素，通过伴随式采集记录和分析教育教学的过程性数据，优化教学服务供给与学习需求的匹配度，实现教师差异化的“教”、学生个性化的“学”，推动教育决策由经验驱动走向数据驱动。具体来说，一是通过对教学中产生的过程性数据进行分析，发现其中的问题并即时解决，以改进教学管理。二是通过采集、统计和分析学生课堂表现和作业数据，以便教师因材施教。虽然各种现代信息技术已经在高校智慧教室、教学平台中得到应用，但是在实际使用过程中仍存在各种问题。例如，智慧教室在建设中由于缺乏整体规划，导致教学系统各不相同且难统一管理；未与教务系统、一卡通系统等平台对接，无法实现联动管理；缺少统一开放的课程资源平台，课程资源得不到沉淀；各项教学数据分散在不同的系统，存在信息壁垒，无法为教学改革、教师评教、课程评优提供量化指标，不能支撑个性化教学。因此，以智慧教室环境为基础，以数据为关键要素，通过数据赋能，构建全场景数据驱动一体化智慧教学平台，对推动线上线下混合式教学改革、促进开展高质量教学活动具有重要意义。

一、全场景数据驱动一体化智慧教学平台构建思路

（一）建设目标

全场景数据驱动一体化智慧教学平台的建设目标是通过整合教育资源，打造集数据采集、监测管理、预测预警、可视化平台于一体的智慧教学平台，进行数据化管理与服务。一是建设业务数据中心，整合教学数据，实现高品质的教学数据集成。二是建设校本SPOC（Small Private Online Course，即小规模限制性在线课程）平台，提升教师的课程设计能力，保障教学质量。即自动留存优质教学资源，并按需引进国内外优质慕课及支持学校教师自发建设校本课程，构建课程资源池，以满足学校师生多样化的学习需求。三是实现场景、过程、资源、数据一体化，并覆盖全部教学环节，全方位采集教学过程数据，实现自动采集教学数据、预习数据、课堂数据、作业数据、考试数据，提供覆盖师生、课程、班级等多维度画像，实现教学质量监控和评价的科学化、智慧化。

（二）建设思路

一是数据驱动。基于学校全域数据中心，对教学过程产生的教学业务数据进行治理和标准化，以确保数据来源的可靠性，并实现数据的互联互通，为平台提供数据支撑。具体来说，全场景数据驱动一体化智慧教学平台与学校教务系统对接，确保数据来源准确无误，对教学过程进行数据采集、分析，将教学质量监控和评估融合。平台通过数据驱动，推动实现教学业务数据统一，并对教学过程产生的数据进行统计、分析及展示，从而实现全流程教学大数据分析和可视化展示。

二是深度融合。将实体课堂与网络课堂进行深度融合，打造“雨课堂智慧教学平台+学堂”“SPOC+学堂”的教学形式，并将之与在线MOOC打通，实现师生用户、教学资源、教学数据无缝对接。在不改变传统教师备课、上课习惯前提下，将网络课堂与实体课堂深度打通。通过课堂智慧教学平台“雨课堂”、校内SPOC平台“学堂云”、精品在线开放课程平台“学堂在线”及国内课程国际化推广平台的深度融合，实现这四个平台统一，即全场景数据驱动一体化智慧教学平台，提供全方位、全流程教学及其管理服务。

三是服务精准。全场景数据驱动一体化智慧教学平台的建设目的是构建全教学生命周期的教学大数据，实时监控教学，实现精准服务。即对教学中遇到的问题进行有效预警、及时干预；为院级、校级管理提供可视化教学数据，以便分析、管理、决策；为教学提供精准服务，以提升学校教学管理、服务水平。

二、全场景数据驱动一体化智慧教学平台构建

（一）统一平台，数据驱动

全场景数据驱动一体化智慧教学平台遵循统一原则，通过数据驱动实现统一管理与服务。平台将“雨课堂”“学堂云”融合，并将学校教务系统、人事系统等核心基础业务系统打通，通过数据驱动将全用户、全过程、全方位的教育教学数据进行有效整合，提升这些数据质量，为教育教学大数据应用分析与决策提供强有力的数据支撑。平台采用四层架构，如图1所示。

把网络教学系统、互动教学系统、在线考试系统、教学管理系统、教学评价系统等统一到一个平台上，并融合“雨课堂”和“学堂云”，实现用户数据、教学数据、课程数据、班级数据、资源数据等统一，准确提供用户画像、提高教学数据交互性，实现教学全过程的数据采集、分析、挖掘与处理，为教学提供完整的精准的数据。在这个统一的平台上，教师、学生、学校管理者可通过手机、电脑、课堂教学电子装配等电子终端进行访问，且不受时间和空间的限制。

（二）数据标准及其规范体系建设

数据标准是数据治理过程中非常重要的内容，它是数据治理的依据，全场景数据驱动一体化智慧教学平台数据参考“高等学校管理信息标准——代码标准集HEMIS-CSS”和“高等学校管理信息标准——数据标准集HEMIS-DSS”，结合学校信息系统的实际情况，针对学校信息系统中数据的结构、格式、定义和管理方法制订数据规范标准。制订数据标准的目的在于确保信息系统中的数据能够被正确地理解、处理和交换，从而提高信息处理的准确性、效率和一致性。数据标准规范体系包含数据结构标准、数据格式标准、数据定义标准、数据交换标准、数据安全与隐私保护标准等多个层次和数据管理标准方面的内容，它可以确保学校业务系统数据从采集、录入、存储、更新、备份、清理全生命周期内的系统数据得到有效管理和使用。

（三）平台安全保障体系建设

安全防护体系是智慧教学平台建设的主要内容之一，为智慧教学平台安全稳定运行提供全方位安全保障。一是系统安全，包括网络安全、服务器安全、数据库安全等，为智慧教学平台运行提供支撑。二是数据安全，通过数据的存储加密、访问控制、备份策略等措施确保平台数据安全。三是安全审计，内容包括数据库审计、服务器审计、终端审计、应用系统审计和网络审计，将管理员、用户访问业务数据和应用系统内的关键操作等记入日志，做到操作有迹可循；使用日志分析、入侵检测和预防系统（IDS/IPS）等工具来增强平台监控能力。四是安全培训与意识培养，管理员定期开展信息安全知识和防范技巧学习和培训活动，从源头上构筑坚固的信息安全防线，以有效降低人为因素导致的安全风险，从而全面提升信息系统的安全保障能力。

平台采取以上多层次、多维度的安全措施，使各个体系之间相互关联、相互支撑，将“人防+技防”结合，为智慧教学平台提供全方位的安全保障，确保系统平台和数据的安全性，保护用户的隐私和权益，促进智慧校园持续发展。

（四）数据层建设

数据层涵盖数据采集、数据存储、数据管理、数据分析等一体化数据治理过程的各层级，采集用户数据、教学数据、课程数据、班级数据、资源数据等多种类型的数据，确保数据的准确性和完整性。建立可靠的数据存储系统，对不同类型的数据进行分类和存储，确保数据的安全性和可靠性；建立完善的数据管理机制，对不同类型的数据进行分类和管理，确保数据的可用性和可操作性。数据治理流程如图2所示。数据治理流程分为以下4个阶段。

一是数据采集与整合。通过在线表单、传感器、系统日志等多种渠道全面采集数据，确保数据的多样性和时效性，并将这些数据整合到一个统一的数据存储系统中，实现数据的集中管理和维护。

二是数据存储与管理。为了确保数据的安全性和可靠性，建立了一套可靠的数据存储系统，对不同类型的数据进行分类存储，并提供数据备份和恢复机制，以防数据丢失或损坏。

三是数据质量控制与维护。建立完善的数据管理机制，对数据进行清洗、去重、验证和修正等处理，确保数据的准确性和一致性。同时，还实施权限管理和数据访问控制，确保只有授权人员才能访问和操作数据。

四是数据分析与应用。运用大数据分析技术，对整合后的数据进行深入分析和挖掘，发现数据中的模式、趋势和关联。这些分析结果可以帮助我们形成不同维度的教学画像，为教学决策提供科学、客观的依据。

（五）平台层建设

全场景数据驱动一体化智慧教学平台层采用云计算、大数据技术等先进技术融合教育理念而创新教学平台，以数据中心为数据基座，将教学资源平台、网络课堂平台、实体课堂融合一体互联互通，为智慧教学提供高效稳定的支撑。它主要包括智慧课堂教学平台“雨课堂”、智慧网络教学平台“学堂云”、在线课程运行平台“学堂在线”，将它们融合为一体，为学校提供从辅助课堂教学，到SPOC教学，到国家精品在线开放课程运行的全方位、全流程服务。同时，把国内外优质课程资源无缝对接到校内SPOC课堂教学中，构建一个连接校内校外、融合线上线下、贯穿课内课外的新型教学生态，如图3所示。

（六）应用服务建设

应用服务包括网络教学系统、互动教学系统、在线考试系统、教学管理系统和教学评价系统。网络教学系统实现课程资源上传、在线课程建设、在线课程教学、精品课运行等功能，提供丰富的教学资源，支持在线教学和自主学习。互动教学系统实现直播授课、课堂互动、课前预习、课后练习等功能，提供多种互动方式，增强学生的参与性和学习效果。在线考试系统实现试卷制作、试卷发布、在线监考、在线批阅等功能，提供安全可靠的考试环境，确保考试的公平性和准确性。教学管理系统实现教务管理、资源管理、平台管理、行政通知等功能，提供全面的教务服务，支持教学管理和决策。教学评价系统实现在线督学、在线巡考、学生评教、课程评估等功能，提供全面的教学评价服务。各应用服务形成一个综合的教育教学服务体系，提供全方位的教学支持并进行管理。

（七）访问层建设

访问层建立了完善的用户管理机制，加强用户注册、用户认证、用户权限管理等。通过配置不同的访问权限，确保数据和系统的安全性。支持多种访问工具，包括手机、电脑、教学大屏等。支持多种访问模式，包括在线访问、离线访问、异地访问等。用户可以随时随地访问平台，提高学习和教学效率。确保系统的兼容性，支持多种操作系统和浏览器。

三、应用成效

本研究以桂林理工大学全场景数据驱动一体化智慧教学平台为例检测应用效果，该平台覆盖屏风、雁山两个校区。学校自2020年10月正式启用全场景数据驱动一体化智慧教学平台，截至2023年4月，通过身份认证绑定的师生共35 500多人，其中覆盖率最高时教师为83%，学生为100%，完成自建课程资源282个。2018年，学校获得教育部在线教育研究中心在线教育“智慧教学试点项目”。同年，获得教育部在线教育研究中心颁发的“慕课+教学实践奖”，开创了优质教育教学资源共享传播的新局面。在2020年第十八届和2021年第十九届广西高校教育教学信息化大赛中，学校荣获一等奖9项、二等奖9项、三等奖10项，一等奖获奖数量位居全区高校第一。在2021年度教育信息化应用优秀案例评比中，平台被评为2021年度自治区教育厅教育信息化应用（高等教育）优秀案例。成功申报了“信息化背景下分析化学课程教学模式创新与‘金课建设实践”项目，并于2022年获得自治区级（高等教育）教学成果特等奖。依托全场景数据驱动一体化智慧教学平台，学校各学科构建了信息化资源体系，支持学校获得首批国家级一流本科课程6门，在全区高校中位列前茅，其中线上一流课程2门、线上线下混合式一流课程4门；获自治区级一流本科课程50余门，其中，2021年获区内推荐第二批国家级一流本科课程评选20余门。据统计，依托全场景数据驱动一体化智慧教学平台开展相关培训100余次，内容涉及信息化教学理念、课程组织与评估、教学法运用、课堂教学新模式等方面，教师参加人数1 000余人次，教师的信息素养获得提升。

综上所述，全场景数据驱动一体化智慧教学平台的建设，通过整体规划，以需求为导向，在部署学堂云＋雨课堂教学插件环境的基础上，打造网络课堂和实体课堂一体化、雨课堂智慧教学工具和学堂云课程资源一体化；运用大数据、人工智能等技术，将数据驱动深度融入教育教学全过程，覆盖全场景，上课即建课，同步留存课程资源，解决了教学数据不统一、课程资源得不到沉淀、学生学业全过程数据难以采集等问题，有效推动智慧教育教学、考核、评价的变革和创新。学校将以全场景数据驱动一体化智慧教学平台为基础，促进教学方法、教学管理、教学评价、教学资源等不断优化和积淀，进一步挖掘教育教学业务数据，为教学评价改革、个性化人才培养、学科数据决策等提供支撑，不断推进学校教育数字化转型。

参考文献

［1］祝智庭，胡姣.教育数字化转型的本质探析与研究展望［J］.中国电化教育，2022（4）：1-8.

［2］周全.数字化转型赋能基础教育高质量发展路径研究：以国家级信息化教学实验区为例［J］.中国电化教育，2022（11）：50-60.

［3］祝智庭，胡姣.教育数字化转型的实践逻辑与发展机遇［J］.电化教育研究，2022（1）：5-15.

［4］黄荣怀.加快教育数字化转型 推动学校高质量发展［J］.人民教育，2022（15）：28-32.

［5］邢西深，管佳.新时代的智慧教学：课堂实践、问题审思与发展对策［J］.电化教育研究，2022（5）：109-114.

［6］张雪，杨浩，石映辉.智慧教室环境下大学生学习环境偏好与学习策略的关系探究［J］.现代教育技术，2020（3）：45-51.

注：本文系2021广西高等教育本科教学改革工程项目“信息技术支持下‘三位一体高校智慧教育支撑平台建设与应用研究”（2021JGB199）、广西哲学社会科学规划研究课题“广西高校治理现代化视域下数据治理体系构建及应用研究”（21FGL040）的研究成果。

（责编 卢建龙）