小鍵盤(pán)刷卡機(jī)

瀏覽:199 發(fā)布日期:2023-06-30 00:00:00 投稿人:佚名投稿

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1、小鍵盤(pán)刷卡機(jī)

小鍵盤(pán)刷卡機(jī)

教育大數(shù)據(jù)采集機(jī)制與關(guān)鍵技術(shù)研究

柴喚友1, 劉三女牙1,2, 康令云1, 張雅嫻1, 李卿2, 劉智2

1 華中師范大學(xué)國(guó)家數(shù)字化學(xué)習(xí)工程技術(shù)研究中心,湖北 武漢 430079

2 華中師范大學(xué)教育大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430079

摘要:數(shù)據(jù)采集是實(shí)現(xiàn)教育大數(shù)據(jù)應(yīng)用價(jià)值潛能的基礎(chǔ),因此對(duì)于教育大數(shù)據(jù)建設(shè)與應(yīng)用至關(guān)重要。闡述了教育大數(shù)據(jù)的采集內(nèi)容、采集方式、采集手段及標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范,并結(jié)合當(dāng)前教育大數(shù)據(jù)建設(shè)與應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題,分別從平衡數(shù)據(jù)共享與隱私保護(hù)、驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)治理與人才創(chuàng)新、創(chuàng)新采集機(jī)制與相關(guān)技術(shù)3個(gè)方面,對(duì)教育大數(shù)據(jù)采集研究提出對(duì)策與建議。

關(guān)鍵詞: 教育大數(shù)據(jù) ; 數(shù)據(jù)采集 ; 數(shù)據(jù)倫理 ; 數(shù)據(jù)治理

論文引用格式:

柴喚友,劉三女牙,康令云, 等.教育大數(shù)據(jù)采集機(jī)制與關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 大數(shù)據(jù), 2020, 6(6): 14-25.

CHAI H Y, LIU S N Y, KANG L Y, et al. Research on the mechanism and key technologies for big data collection in education[J]. Big Data Research, 2020, 6(6): 14-25.

1 引言

中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)的《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》和《加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化實(shí)施方案(2018—2022年)》明確指出,加快教育現(xiàn)代化是趕超世界先進(jìn)教育水平的重要戰(zhàn)略部署。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),教育工作者和研究者需要充分運(yùn)用新理念、新模式、新技術(shù)激發(fā)教育創(chuàng)新能力,培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的創(chuàng)新型人才。作為現(xiàn)今新興信息技術(shù)發(fā)展的重要構(gòu)成部分,大數(shù)據(jù)已成為驅(qū)動(dòng)新一輪教育變革和發(fā)展的核心力量,強(qiáng)力賦能我國(guó)的現(xiàn)代化教育事業(yè)。

教育大數(shù)據(jù)指在所有教育活動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的以及依據(jù)教育需求采集到的,一切用于教育發(fā)展并能創(chuàng)造巨大潛在應(yīng)用價(jià)值的數(shù)據(jù)集合。作為大數(shù)據(jù)的一個(gè)子集,教育大數(shù)據(jù)特指教育領(lǐng)域的大數(shù)據(jù),具有驅(qū)動(dòng)教育決策科學(xué)化、學(xué)習(xí)方式個(gè)性化、教學(xué)管理人性化和評(píng)價(jià)體系全面化的價(jià)值潛能。在教育大數(shù)據(jù)的建設(shè)與應(yīng)用過(guò)程中,如何對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析和應(yīng)用是三大核心研究問(wèn)題。其中,數(shù)據(jù)采集是基礎(chǔ),決定著教育大數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用的質(zhì)量,并最終影響著教育大數(shù)據(jù)價(jià)值潛能的實(shí)現(xiàn)程度。然而,當(dāng)前教育界學(xué)者對(duì)教育大數(shù)據(jù)的采集機(jī)制和技術(shù)尚未達(dá)成共識(shí),存在一些有待解決的關(guān)鍵問(wèn)題,如:教育大數(shù)據(jù)究竟包含哪些內(nèi)容?如何采集?涉及哪些關(guān)鍵技術(shù)?需要遵守哪些標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范?針對(duì)上述問(wèn)題的研究有助于推動(dòng)大數(shù)據(jù)在教育領(lǐng)域中的大規(guī)模成功應(yīng)用,并深化我國(guó)教育現(xiàn)代化的改革與發(fā)展。

2 教育大數(shù)據(jù)采集內(nèi)容

教育大數(shù)據(jù)涉及的數(shù)據(jù)內(nèi)容普遍存在場(chǎng)景多樣、量化困難、匯聚復(fù)雜等特點(diǎn)。具體而言,場(chǎng)景多樣是指教育大數(shù)據(jù)來(lái)源于眾多與教育或?qū)W習(xí)相關(guān)的場(chǎng)景,如教學(xué)活動(dòng)、科研活動(dòng)、社交活動(dòng)等相關(guān)場(chǎng)景;量化困難源于教育場(chǎng)景的多樣性、人的不確定性以及人、機(jī)、物之間交互的復(fù)雜性等因素;匯聚復(fù)雜是因?yàn)榻逃髷?shù)據(jù)具有來(lái)源多樣化、結(jié)構(gòu)異質(zhì)化和內(nèi)容復(fù)雜化等特點(diǎn)。

由于上述特點(diǎn)的存在,教育大數(shù)據(jù)的采集內(nèi)容框架呈現(xiàn)出基于不同分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的多元化特點(diǎn),目前較為常見(jiàn)的是依據(jù)數(shù)據(jù)采集場(chǎng)景來(lái)區(qū)分不同類(lèi)別的教育大數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)采集場(chǎng)景的差別,教育大數(shù)據(jù)一般可被分為教育管理數(shù)據(jù)、教育教學(xué)數(shù)據(jù)、科學(xué)研究數(shù)據(jù)、室外學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、校園生活數(shù)據(jù)、成長(zhǎng)經(jīng)歷數(shù)據(jù)6個(gè)類(lèi)別。每種類(lèi)別的教育大數(shù)據(jù)分別涉及不同的數(shù)據(jù)主體、數(shù)據(jù)來(lái)源和數(shù)據(jù)內(nèi)容,見(jiàn)表1。

教育管理數(shù)據(jù)來(lái)源于各種不同類(lèi)型的教育管理活動(dòng),即管理者通過(guò)組織協(xié)調(diào)教育隊(duì)伍并借助教育內(nèi)部各種有利條件,高效達(dá)成教育管理目標(biāo)的活動(dòng)過(guò)程。該過(guò)程通常涉及學(xué)生、教師、學(xué)校和其他相關(guān)機(jī)構(gòu)等主體,可產(chǎn)生學(xué)校管理信息(如特等教師數(shù)量、教職工學(xué)歷信息等)、行政管理信息(如教育行政部門(mén)設(shè)置的大學(xué)專(zhuān)業(yè)門(mén)類(lèi)信息)、教育統(tǒng)計(jì)信息(如班級(jí)規(guī)模、性別分布信息等)等。

教育教學(xué)數(shù)據(jù)是指師生在(線上或線下)教和學(xué)的活動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù),通常涉及學(xué)生、教師、教育資源和教育設(shè)備等主體。通過(guò)學(xué)生、教師與教育資源、教育設(shè)備間的交互,教學(xué)場(chǎng)景可以產(chǎn)生學(xué)生和教師的行為和狀態(tài)信息(如學(xué)生的學(xué)習(xí)策略、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),教師的課前準(zhǔn)備度和教學(xué)策略等)、教育資源信息(如PPT課件、微課、軟件等)、教育設(shè)備運(yùn)行信息(如設(shè)備損耗、故障信息等)等。

科學(xué)研究數(shù)據(jù)是指學(xué)生(特別是研究生)在開(kāi)展科學(xué)研究活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的一系列數(shù)據(jù)內(nèi)容,通常涉及學(xué)生、教師、論文、科研設(shè)備和科研材料等主體。相應(yīng)地,科研活動(dòng)中可以產(chǎn)生科研設(shè)備操作信息(如錯(cuò)誤操作類(lèi)型及數(shù)目等)、論文發(fā)表信息(如實(shí)際貢獻(xiàn)、發(fā)表時(shí)間、發(fā)表期刊名稱(chēng)及影響因子等)、科研材料與消耗信息(如化學(xué)或生物試劑等)、導(dǎo)師指導(dǎo)信息(如論文修改意見(jiàn)等)等。

室外學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)來(lái)源于學(xué)習(xí)者在教室外參與的一系列教育活動(dòng),如在動(dòng)植物園中的生物習(xí)性研究、參觀各種場(chǎng)館、野外探險(xiǎn)等。該活動(dòng)通常由學(xué)習(xí)者主動(dòng)發(fā)起,并由學(xué)習(xí)者自身進(jìn)行調(diào)控和負(fù)責(zé),涉及學(xué)習(xí)者以及與其交互的客觀環(huán)境或?qū)ο蟆T谑彝鈱W(xué)習(xí)場(chǎng)景中,研究者通常可以采集學(xué)習(xí)者與客觀環(huán)境或?qū)ο笾g的交互信息,如感知內(nèi)容、互動(dòng)記錄、活動(dòng)體驗(yàn)等。

校園生活數(shù)據(jù)是指學(xué)習(xí)者在校園非學(xué)習(xí)活動(dòng)(如餐飲、上網(wǎng)、健身、社交等)中產(chǎn)生的各類(lèi)數(shù)據(jù),通常涉及學(xué)生、網(wǎng)絡(luò)、健身設(shè)備、刷卡機(jī)、社交工具等主體。通過(guò)參與上述非學(xué)習(xí)活動(dòng),學(xué)習(xí)者可以產(chǎn)生餐飲消費(fèi)信息(如飲食類(lèi)型及價(jià)格、就餐時(shí)間等)、上機(jī)上網(wǎng)信息(如上網(wǎng)時(shí)間、網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)類(lèi)型等)、健身洗浴信息(如健身和洗浴的時(shí)間和頻率等)、社會(huì)交往活動(dòng)信息(如好友數(shù)量、聯(lián)系頻率等)等。

成長(zhǎng)經(jīng)歷數(shù)據(jù)是指伴隨學(xué)生成長(zhǎng)(從出生到現(xiàn)階段)而產(chǎn)生的各種環(huán)境(包括家庭環(huán)境、社會(huì)環(huán)境、校園及班級(jí)環(huán)境)數(shù)據(jù),涉及學(xué)生、家長(zhǎng)、教師、社會(huì)環(huán)境等諸多主體。在成長(zhǎng)過(guò)程中,學(xué)習(xí)者可以產(chǎn)生一系列同個(gè)人成長(zhǎng)經(jīng)歷有關(guān)的環(huán)境信息,如家庭經(jīng)歷(如家長(zhǎng)文化素養(yǎng)、職業(yè)特點(diǎn))、校園經(jīng)歷(如學(xué)校規(guī)章制度、教師特點(diǎn))和社會(huì)環(huán)境(如社會(huì)風(fēng)氣、社會(huì)期望)等。

總而言之,上述6個(gè)類(lèi)別的數(shù)據(jù)相輔相成、相互促進(jìn),共同構(gòu)成了教育大數(shù)據(jù)全面且豐富的采集內(nèi)容。

3 教育大數(shù)據(jù)采集方式

由于數(shù)據(jù)來(lái)源多樣(如國(guó)家、區(qū)域、學(xué)校、班級(jí)和個(gè)體等不同來(lái)源)且形式不一(如結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化以及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)共存),教育大數(shù)據(jù)的采集方式也相應(yīng)具有多樣化特點(diǎn)。總體而言,教育大數(shù)據(jù)的采集方式主要包括集中式采集、伴隨式采集和周期性采集3種。其中,集中式采集側(cè)重于數(shù)據(jù)采集的統(tǒng)一性,伴隨式采集側(cè)重于數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性,而周期性采集側(cè)重于數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性。

(1)集中式采集

集中式采集是指教育管理機(jī)構(gòu)借助教育管理活動(dòng)而統(tǒng)一開(kāi)展的數(shù)據(jù)獲取方式。例如,對(duì)學(xué)生在家庭情況、校園生活和學(xué)習(xí)環(huán)境3方面的成長(zhǎng)經(jīng)歷數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一采集。在教育大數(shù)據(jù)視域下,不同機(jī)構(gòu)、不同單位采集的不同層次、不同類(lèi)型的信息不再相互割裂,而是可以得到整合和管理,因此有助于研究者獲得針對(duì)特定分析對(duì)象的全面且豐富的理解。集中式采集的教育大數(shù)據(jù)主要以結(jié)構(gòu)化和結(jié)果性數(shù)據(jù)為主,具有覆蓋面廣、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、關(guān)注層面相對(duì)宏觀的基本特點(diǎn)。其中,覆蓋面廣是指相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容涵蓋廣泛,包括學(xué)生個(gè)體層次、家庭層次和學(xué)校層次等多方面的內(nèi)容;標(biāo)準(zhǔn)化程度高是指相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容一般具有統(tǒng)一的采集標(biāo)準(zhǔn),易于分析和處理;關(guān)注層面宏觀是指相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容通常指向特定分析單元的教育發(fā)展整體狀況,具有宏觀性。

(2)伴隨式采集

伴隨式采集是指借助教育信息管理系統(tǒng)(如特定課程管理系統(tǒng))應(yīng)用在管理過(guò)程中實(shí)時(shí)產(chǎn)生教育基礎(chǔ)數(shù)據(jù)而開(kāi)展的數(shù)據(jù)獲取方式。例如,學(xué)習(xí)(或課程)類(lèi)系統(tǒng)會(huì)全程記錄學(xué)習(xí)者的在線行為數(shù)據(jù),如學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)、鼠標(biāo)點(diǎn)擊次數(shù)及頻率、論壇讀帖和發(fā)帖的次數(shù)和時(shí)間、作業(yè)和考試次數(shù)等;管理類(lèi)系統(tǒng)會(huì)有效記載學(xué)校的資產(chǎn)和人事信息,如學(xué)籍管理、教學(xué)設(shè)備、教務(wù)科研、財(cái)務(wù)人事以及校園安全與生活等數(shù)據(jù)。在教育大數(shù)據(jù)視域下,智能化數(shù)據(jù)采集除了關(guān)注學(xué)生的在線表現(xiàn),還重視學(xué)生線下的學(xué)習(xí)、練習(xí)或?qū)嵺`等過(guò)程性數(shù)據(jù),例如,利用可穿戴設(shè)備可自然真實(shí)地抽取學(xué)生實(shí)踐練習(xí)中的生理表征和行為習(xí)慣,而無(wú)須過(guò)多的人工干預(yù)。通過(guò)全域式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與學(xué)生隨身攜帶的新型便攜式智能傳感器,新型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)伴隨式采集學(xué)生學(xué)習(xí)的全過(guò)程數(shù)據(jù)(除了學(xué)生的常規(guī)學(xué)習(xí)過(guò)程信息,還包括個(gè)人提交的作品信息、社會(huì)實(shí)踐相關(guān)信息等)的目標(biāo)。伴隨式采集的教育大數(shù)據(jù)以過(guò)程性數(shù)據(jù)為主,普遍具有密集性、動(dòng)態(tài)性、復(fù)雜性、全面性等特點(diǎn)。其中,密集性是指相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容產(chǎn)生的速度和數(shù)量級(jí)別均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)總結(jié)式采集方式,動(dòng)態(tài)性是指相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容一直處于持續(xù)、動(dòng)態(tài)的定位與追蹤之中,復(fù)雜性是指相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容通常類(lèi)型多樣、結(jié)構(gòu)異質(zhì),全面性是指相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容能夠完整記錄所有與學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)的信息。

(3)周期性采集

周期性采集是指利用特定教育管理軟件對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境、教學(xué)過(guò)程、教育質(zhì)量等進(jìn)行周期性監(jiān)控和測(cè)量的數(shù)據(jù)獲取方式。例如,學(xué)生在入校之初會(huì)被統(tǒng)一要求登記身心健康信息、家庭基本信息;學(xué)校會(huì)定期更新全體教職工基礎(chǔ)信息、教育設(shè)備運(yùn)行信息、行政管理信息、人事資產(chǎn)信息和學(xué)校管理信息等。在教育大數(shù)據(jù)視域下,個(gè)體、專(zhuān)業(yè)、學(xué)校等不同層次不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)內(nèi)容皆可被納入周期性采集的對(duì)象范圍內(nèi)。周期性采集的教育大數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)類(lèi)型上同時(shí)包含過(guò)程性和結(jié)果性數(shù)據(jù),在分析層次上以整體性層次(較少關(guān)注學(xué)生個(gè)體的教育發(fā)展水平)為主,具有連續(xù)性、規(guī)范性和充分性的基本特點(diǎn)。其中,連續(xù)性是指相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容應(yīng)多次采集,以確保客觀評(píng)估;規(guī)范性是指相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容的采集應(yīng)符合特定情況下的技術(shù)規(guī)范,以保證后續(xù)數(shù)據(jù)的一致化分析和處理;充分性是指相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容的采集可從多個(gè)路徑和渠道獲得,以保證數(shù)據(jù)的多樣性。

4 教育大數(shù)據(jù)采集手段

構(gòu)建多樣化的數(shù)據(jù)采集手段有助于擴(kuò)展教育大數(shù)據(jù)采集的廣度和深度。目前,教育大數(shù)據(jù)的采集手段主要有平臺(tái)采集(針對(duì)在線人機(jī)交互時(shí)產(chǎn)生的學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù))、視頻錄制(針對(duì)線下教學(xué)環(huán)境中學(xué)習(xí)者交互的視頻音頻數(shù)據(jù)、校園安全數(shù)據(jù)等)、圖像識(shí)別(針對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程中的圖像類(lèi)數(shù)據(jù))、物聯(lián)感知(針對(duì)校園環(huán)境下產(chǎn)生的學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)生活數(shù)據(jù)及個(gè)人生理數(shù)據(jù))等。

(1)平臺(tái)采集

平臺(tái)采集是指借助各種與教育或?qū)W習(xí)相關(guān)的移動(dòng)或桌面應(yīng)用平臺(tái),獲取教育數(shù)據(jù)內(nèi)容的方法或手段。隨著教育信息技術(shù)的不斷發(fā)展,越來(lái)越多的移動(dòng)或桌面應(yīng)用平臺(tái)被應(yīng)用在教育領(lǐng)域中,利用這些平臺(tái)進(jìn)行教育數(shù)據(jù)采集也隨之成為可能。目前,基于平臺(tái)采集的教育數(shù)據(jù)采集技術(shù)主要涵蓋平臺(tái)自動(dòng)記錄技術(shù)、日志搜索分析技術(shù)、移動(dòng)App技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)采集技術(shù)等。

平臺(tái)自動(dòng)記錄技術(shù)是指基于在線學(xué)習(xí)與管理平臺(tái)內(nèi)的嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),自動(dòng)記錄并獲取學(xué)習(xí)者的在線學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)(如平臺(tái)登錄次數(shù)、駐留時(shí)間等)的技術(shù)。由于在線學(xué)習(xí)與管理平臺(tái)使用人數(shù)的迅猛增長(zhǎng),基于該技術(shù)開(kāi)展教育數(shù)據(jù)挖掘已成為當(dāng)前教育大數(shù)據(jù)研究領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。例如,來(lái)自斯坦福大學(xué)的Bihani A等人在進(jìn)行在線學(xué)習(xí)成績(jī)預(yù)測(cè)時(shí),從Piazza在線論壇中挖掘了學(xué)生登錄總天數(shù)、查看帖子數(shù)、提出問(wèn)題數(shù)、回答問(wèn)題數(shù)等量化數(shù)據(jù)。

日志搜索分析技術(shù)是指針對(duì)教育或?qū)W習(xí)應(yīng)用平臺(tái)中發(fā)生的所有事件(如學(xué)習(xí)者訪問(wèn)記錄、運(yùn)維工作記錄等)進(jìn)行記錄并分析的技術(shù)。基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)或理論驅(qū)動(dòng)方法,教育研究者可以利用該技術(shù)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)者的在線表現(xiàn)特點(diǎn)及其規(guī)律。例如,悉尼大學(xué)的McBroom J等人在考察周練習(xí)任務(wù)中學(xué)習(xí)者行為與其期末考試成績(jī)之間的聯(lián)系時(shí),對(duì)來(lái)自該學(xué)校初級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的494名學(xué)生的程序評(píng)估提交和測(cè)試應(yīng)用(programming assessment submission and testing application,PASTA)平臺(tái)的練習(xí)日志數(shù)據(jù)進(jìn)行了長(zhǎng)期行為分析。

移動(dòng)App技術(shù)是指利用教育App采集學(xué)生學(xué)習(xí)(過(guò)程性或結(jié)果性)數(shù)據(jù)的技術(shù)。典型的相關(guān)技術(shù)工具有國(guó)外的化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)M類(lèi)ChemCrafter、數(shù)學(xué)教程視頻類(lèi)Virtual Nerd mobile Math、新聞閱讀類(lèi)Newsela、教育互動(dòng)類(lèi)eduClipper等,以及國(guó)內(nèi)的小猿搜題、猿輔導(dǎo)、扇貝單詞等不同類(lèi)型的教育App。移動(dòng)App可被用于輔助傳統(tǒng)教育,因此基于該類(lèi)應(yīng)用采集的數(shù)據(jù)可作為教育大數(shù)據(jù)分析內(nèi)容的強(qiáng)力補(bǔ)充。

網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)采集技術(shù)一般是指依據(jù)一定準(zhǔn)則,借助特定程序或者腳本自動(dòng)捕獲網(wǎng)頁(yè)信息的技術(shù)。目前應(yīng)用較多的爬蟲(chóng)框架采集方法包括基于Hadoop平臺(tái)開(kāi)發(fā)的Chukwa、基于Facebook的Scribe、基于LinkedIn的Kafka以及基于Cloudera的Flume等。在教育領(lǐng)域中,該技術(shù)可被用于捕獲并分析教育應(yīng)用平臺(tái)中的文本信息,如學(xué)生在異步論壇中發(fā)布的帖子、校園貼吧中的輿情信息等。

(2)視頻錄制

視頻錄制是指對(duì)源于計(jì)算機(jī)硬件終端和計(jì)算機(jī)視窗環(huán)境內(nèi)的視頻內(nèi)容加以錄制的方法或手段。典型的錄制模式包括捕捉攝像頭、攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、硬盤(pán)錄像機(jī)等硬件視頻,以及可錄制計(jì)算機(jī)視窗內(nèi)容的游戲視頻和電影視頻等。目前,視頻錄制手段涉及的教育數(shù)據(jù)采集技術(shù)主要有視頻監(jiān)控技術(shù)和視頻錄播技術(shù)等。

視頻監(jiān)控技術(shù)是指借助視頻監(jiān)控設(shè)備檢測(cè)、監(jiān)視特定物理區(qū)域,實(shí)時(shí)展示、記錄現(xiàn)場(chǎng)圖像,或支持搜索和展示歷史圖像的技術(shù)。在教育領(lǐng)域中,該技術(shù)可被用于監(jiān)控校園環(huán)境,提供關(guān)于校園安全的數(shù)據(jù)信息。例如,一些企業(yè)開(kāi)發(fā)的校園網(wǎng)格化監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控校園環(huán)境的目標(biāo)。

視頻錄播技術(shù)一般是指可在教師現(xiàn)場(chǎng)授課的同時(shí),自動(dòng)產(chǎn)生課堂教學(xué)實(shí)況錄像,并完整錄制教師授課全過(guò)程的技術(shù)。該技術(shù)可在無(wú)須專(zhuān)人操作控制的條件下錄制整個(gè)教學(xué)過(guò)程,因此極大地方便了視頻課程資源的制作和記錄。例如,國(guó)內(nèi)一些公司開(kāi)發(fā)的便攜錄播視頻工具能夠?qū)崿F(xiàn)基于無(wú)線攝像機(jī)的全場(chǎng)景拍攝目標(biāo)。

(3)圖像識(shí)別

圖像識(shí)別是指對(duì)特定物理圖像進(jìn)行對(duì)象檢測(cè),以識(shí)別各種不同模式的目標(biāo)和對(duì)象的技術(shù)。作為人工智能的重要研究領(lǐng)域之一,圖像識(shí)別在教育領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用,如網(wǎng)評(píng)網(wǎng)閱技術(shù)、點(diǎn)陣數(shù)碼筆技術(shù)和拍照搜題技術(shù)等。

網(wǎng)評(píng)網(wǎng)閱技術(shù)是指以電子掃描技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ),將多年來(lái)人工閱卷積累的豐富經(jīng)驗(yàn)與現(xiàn)代信息技術(shù)相整合的一種先進(jìn)、科學(xué)、高效的自動(dòng)化評(píng)分方式。相比傳統(tǒng)人工評(píng)閱方法,網(wǎng)評(píng)網(wǎng)閱技術(shù)能夠極大地降低廣大教師的工作負(fù)擔(dān),并支持更為精準(zhǔn)科學(xué)的教育教學(xué)評(píng)價(jià)。例如美國(guó)教育考試服務(wù)中心開(kāi)發(fā)的TextEvaluator以及科大訊飛開(kāi)發(fā)的智能閱卷技術(shù),后者已于2017年在襄陽(yáng)中考中率先使用,目前已被廣泛應(yīng)用于上海、青島等城市的中考閱卷。

點(diǎn)陣數(shù)碼筆技術(shù)是指一種通過(guò)數(shù)碼筆前端的高速攝像頭實(shí)時(shí)捕捉筆尖在印刷了一層隱形點(diǎn)陣圖案的紙張上的運(yùn)動(dòng)軌跡,同時(shí)壓力傳感器將壓力數(shù)據(jù)傳回?cái)?shù)據(jù)處理器,然后將相關(guān)信息通過(guò)藍(lán)牙或者USB向外傳輸?shù)男滦蜁?shū)寫(xiě)技術(shù)。不同于傳統(tǒng)紙筆書(shū)寫(xiě),該技術(shù)能夠記錄紙張類(lèi)型、筆尖坐標(biāo)、筆尖壓力等信息,并支持本地存儲(chǔ)及遠(yuǎn)程傳播功能。根據(jù)應(yīng)用類(lèi)型的不同,點(diǎn)陣數(shù)碼筆技術(shù)可被劃分為:支持個(gè)人筆記作業(yè)管理的DoTnore數(shù)碼筆,其書(shū)寫(xiě)內(nèi)容可被同步保存到電腦、平板和手機(jī)上;支持教學(xué)課堂交互的Symphony數(shù)碼筆,其特點(diǎn)是可以多人同時(shí)使用,而且結(jié)果可被同步到教師電腦上;支持遠(yuǎn)程教學(xué)會(huì)議的Tnote數(shù)碼筆,該技術(shù)能夠突破基于視頻、語(yǔ)音、鍵盤(pán)的傳統(tǒng)交互方法,打破時(shí)間空間限制,從而提供紙面書(shū)寫(xiě)的交流方式。

拍照搜題技術(shù)是指通過(guò)拍照、語(yǔ)音等方式幫助用戶快速找到疑難問(wèn)題的答案的技術(shù)。該技術(shù)融合了掃描、識(shí)別、檢索等技術(shù)手段和海量題庫(kù)大數(shù)據(jù),有助于學(xué)生提升學(xué)習(xí)效率,并實(shí)時(shí)采集學(xué)生作業(yè)練習(xí)數(shù)據(jù)。目前國(guó)內(nèi)作業(yè)幫、小猿搜題、學(xué)霸君、網(wǎng)易有道詞典等教育產(chǎn)品均可實(shí)現(xiàn)該功能,其中作業(yè)幫還根據(jù)學(xué)生、家長(zhǎng)、老師三大群體進(jìn)行了拍照搜題功能的細(xì)化區(qū)分。

(4)物聯(lián)感知

物聯(lián)感知是指基于現(xiàn)有和正在發(fā)展中的可互操作的信息通信技術(shù),通過(guò)互連(物理和虛擬)事物來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)評(píng)特定對(duì)象的一種全球性基礎(chǔ)設(shè)施或技術(shù)增強(qiáng)型解決方案。由于物聯(lián)網(wǎng)具有無(wú)處不在的特性,學(xué)校和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)正在尋求將物聯(lián)感知納入教育活動(dòng),以解決教育部門(mén)的各種模式、目標(biāo)、主題和觀念問(wèn)題,最終使學(xué)生、教師和整個(gè)教育系統(tǒng)受益。現(xiàn)有教育領(lǐng)域內(nèi)的物聯(lián)感知采集手段主要包括物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)、可穿戴技術(shù)、非接觸式感知技術(shù)、校園一卡通技術(shù)和多模態(tài)融合技術(shù)等。

物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)一般是指被用于物聯(lián)網(wǎng)底層(即物理世界中發(fā)生的具體物理事件)感知信息的技術(shù),在教育領(lǐng)域主要指多媒體信息采集技術(shù)。通過(guò)多媒體信息采集技術(shù),多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的主機(jī)能夠隨時(shí)采集各種多媒體外接設(shè)備的狀態(tài)(視頻或音頻)信息,從而為相關(guān)(教學(xué))設(shè)備的精確調(diào)整提供信息支撐。例如,Cook C等人通過(guò)使用自動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別設(shè)備對(duì)來(lái)自兩個(gè)州7所學(xué)校14名教師的132堂課進(jìn)行音頻錄制,能夠?qū)崿F(xiàn)課堂效果評(píng)估和學(xué)生成績(jī)預(yù)測(cè)的目標(biāo)。前谷歌工程師Ventilla M創(chuàng)辦的Altschool中的Alt Video系統(tǒng)通過(guò)各種傳感器、攝像頭和麥克風(fēng)綜合采集學(xué)生課堂行為數(shù)據(jù),有助于改進(jìn)教學(xué)過(guò)程和教學(xué)系統(tǒng)。

可穿戴技術(shù)是指利用可直接穿戴在用戶身上或嵌入用戶衣飾或配件內(nèi)的設(shè)備(如智能手環(huán)、谷歌眼鏡)開(kāi)展數(shù)據(jù)采集的技術(shù)。通過(guò)可穿戴設(shè)備,學(xué)習(xí)者個(gè)體的生理狀態(tài)及學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)能夠得到實(shí)時(shí)的記錄和存儲(chǔ)。例如,在學(xué)生的語(yǔ)音指令下,集成了麥克風(fēng)、耳機(jī)以及微型攝像頭的谷歌眼鏡可以開(kāi)展拍照攝像,從而實(shí)現(xiàn)及時(shí)保存教師板書(shū)內(nèi)容的功能。

非接觸式感知技術(shù)是以光電、電磁等技術(shù)為依托,在不接觸被測(cè)對(duì)象的情形下,獲取其基本信息的科學(xué)技術(shù)或手段。在教育領(lǐng)域中,該技術(shù)強(qiáng)調(diào)在不產(chǎn)生干擾的情況下采集學(xué)習(xí)者的生理與行為數(shù)據(jù),有助于實(shí)現(xiàn)針對(duì)學(xué)習(xí)者信息(認(rèn)知、行為及情感)的自動(dòng)化和非侵?jǐn)_式采集。例如,為了分析學(xué)生的注意力,Millsa C等人、Stewart A等人借助Logitech C270攝像頭和Tobii TX 300眼動(dòng)儀,對(duì)觀看《紅氣球》電影的60名參與者進(jìn)行了生理和行為數(shù)據(jù)采集。

校園一卡通技術(shù)是指基于將智能卡物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化理念融合于校園日常管理而開(kāi)展的統(tǒng)一管理身份認(rèn)證、人事、學(xué)工等信息的應(yīng)用解決方案。該技術(shù)能夠統(tǒng)一記錄并采集學(xué)習(xí)者的金融消費(fèi)、圖書(shū)借閱和考勤等校園生活信息,是構(gòu)建“數(shù)字化校園”和“智慧校園”的重要組成部分。例如,華東師范大學(xué)率先利用學(xué)生的一卡通餐飲消費(fèi)數(shù)據(jù),對(duì)經(jīng)濟(jì)困難的學(xué)生提供情感撫慰和助學(xué)金支持,這體現(xiàn)了基于物聯(lián)感知數(shù)據(jù)的人性化關(guān)懷。

多模態(tài)融合技術(shù)一般是指聯(lián)合圖像、文本、語(yǔ)音等多模態(tài)信息進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)或識(shí)別的技術(shù)。在教育領(lǐng)域中,該技術(shù)可被用于分析與學(xué)習(xí)者相關(guān)的多維度數(shù)據(jù),以識(shí)別和解釋內(nèi)在學(xué)習(xí)過(guò)程、特征和變化,最終助力學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)體驗(yàn)和學(xué)習(xí)績(jī)效的提升。其中,情感識(shí)別技術(shù)被認(rèn)為是多模態(tài)融合技術(shù)在教育領(lǐng)域中的典型應(yīng)用。如何基于教學(xué)視頻中的視頻、音頻和文本等多樣化信息判斷學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過(guò)程中的情感狀態(tài),是教育領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)學(xué)者正在關(guān)注且亟須解決的關(guān)鍵問(wèn)題。例如,Wampfler R等人使用觸控筆、數(shù)位板、生物傳感器(Empatica E4、Shimmer GSR、GoPro HERO3)等產(chǎn)生的多模態(tài)數(shù)據(jù),分析88位參與者在解決數(shù)學(xué)任務(wù)時(shí)的情感狀態(tài);Vail A等人在分析學(xué)生參與Java編程課程時(shí)的情感反應(yīng)時(shí),綜合采集了學(xué)生的手勢(shì)、姿勢(shì)、面部表情變化和皮膚電活動(dòng)等信息。

5 教育大數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

出于教育科學(xué)研究和大數(shù)據(jù)研究的學(xué)術(shù)目標(biāo)和倫理要求,許多研究機(jī)構(gòu)或組織針對(duì)教育大數(shù)據(jù)的不同方面制定了一系列基本標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范,如描述學(xué)習(xí)者信息的朋友的朋友(friend of a friend, FOAF)規(guī)范、面向教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)目標(biāo)元數(shù)據(jù)(learning object metadata,LOM)標(biāo)準(zhǔn)、全國(guó)信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)教育技術(shù)分技術(shù)委員會(huì)(China E-Learning Technology Standardization Committee, CELTSC)構(gòu)建的教學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等。但總體而言,這些標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范大多針對(duì)教育大數(shù)據(jù)的不同主體、不同層次和不同教育過(guò)程,缺少針對(duì)教育大數(shù)據(jù)采集方面的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。

依據(jù)教學(xué)活動(dòng)的不同構(gòu)成部分,可將教育大數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)劃分為下述5類(lèi):教學(xué)主體類(lèi)、教學(xué)評(píng)測(cè)類(lèi)、教學(xué)資源類(lèi)、教學(xué)管理類(lèi)和教學(xué)過(guò)程類(lèi)。教學(xué)主體類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)是指針對(duì)學(xué)生、家長(zhǎng)、教師、教研員和教學(xué)管理者等制定的采集標(biāo)準(zhǔn),包括倫理(即針對(duì)學(xué)生隱私保護(hù)的規(guī)范)和權(quán)益(如學(xué)生的知情同意權(quán)、自由參與權(quán))方面的規(guī)范等。教學(xué)評(píng)測(cè)類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)是指針對(duì)教學(xué)目標(biāo)、知識(shí)能力、信息素養(yǎng)、教學(xué)能力等的評(píng)測(cè)而制定的采集標(biāo)準(zhǔn),如術(shù)語(yǔ)方面的規(guī)范(如對(duì)評(píng)測(cè)指標(biāo)的命名方式及其特點(diǎn)的定義方式等)。教育資源類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)是指為統(tǒng)一描述、封裝與重組不同形式、不同粒度、不同格式的教學(xué)資源而制定的采集標(biāo)準(zhǔn),如格式(如資源數(shù)據(jù)的記錄方式)方面的規(guī)范。教學(xué)管理類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)是指針對(duì)指向管理需求的一系列基本信息和管理數(shù)據(jù)(如學(xué)生教師數(shù)據(jù)、學(xué)校數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)等)而制定的采集標(biāo)準(zhǔn),如過(guò)程(即依據(jù)管理活動(dòng)類(lèi)型而確定的數(shù)據(jù)采集流程)方面的規(guī)范。教學(xué)過(guò)程類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)是指為描述教學(xué)過(guò)程中教學(xué)主體與教學(xué)內(nèi)容(如課程、資源等)、教學(xué)環(huán)境(如傳統(tǒng)教室、戶外學(xué)習(xí)環(huán)境)及其他教學(xué)活動(dòng)參與者之間的交互經(jīng)歷而制定的采集標(biāo)準(zhǔn),如支撐技術(shù)(如采集工具類(lèi)型及其使用方式)方面的規(guī)范。5種類(lèi)別的采集標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)有機(jī)結(jié)合,共同構(gòu)成了教育大數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的復(fù)雜內(nèi)涵。

6 挑戰(zhàn)與展望

數(shù)據(jù)采集是教育大數(shù)據(jù)建設(shè)與應(yīng)用的基礎(chǔ)和關(guān)鍵,針對(duì)其機(jī)制與技術(shù)的研究不僅關(guān)系著教育大數(shù)據(jù)采集的數(shù)量與質(zhì)量,還影響著后續(xù)的分析及應(yīng)用過(guò)程,因此對(duì)教育大數(shù)據(jù)發(fā)揮其教育潛能至關(guān)重要。然而目前,教育大數(shù)據(jù)采集機(jī)制與技術(shù)研究仍存在許多問(wèn)題,在教育數(shù)據(jù)倫理、教育數(shù)據(jù)治理和教育數(shù)據(jù)采集規(guī)范等方面面臨諸多挑戰(zhàn),因此需要研究者加以關(guān)注并解決。

(1)數(shù)據(jù)共享與隱私保護(hù)的平衡挑戰(zhàn)

作為一種特殊的大數(shù)據(jù)資源,教育大數(shù)據(jù)需要適度向社會(huì)和公民開(kāi)放,但由此會(huì)產(chǎn)生隱私泄露、數(shù)據(jù)濫用等潛在風(fēng)險(xiǎn),因此教育大數(shù)據(jù)的隱私保護(hù)和安全問(wèn)題必須得到重視和解決[28]。首先,應(yīng)明確采集用戶或研究目的。其次,有必要采取特定措施,以確保數(shù)據(jù)主體對(duì)數(shù)據(jù)采集享有知情同意權(quán),防止侵犯?jìng)€(gè)人隱私。應(yīng)開(kāi)發(fā)更先進(jìn)、安全系數(shù)更高的技術(shù)手段來(lái)保障教育數(shù)據(jù)安全,以避免教育隱私數(shù)據(jù)泄露和數(shù)據(jù)濫用等問(wèn)題。同時(shí),應(yīng)規(guī)范數(shù)據(jù)開(kāi)放與共享的流程,以防止操作不當(dāng)帶來(lái)的數(shù)據(jù)泄露問(wèn)題。最后,應(yīng)加快制定“教育大數(shù)據(jù)安全管理辦法”,從制度層面保障數(shù)據(jù)主體的隱私安全。

(2)數(shù)據(jù)治理與人才創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)挑戰(zhàn)

在教育信息化2.0時(shí)代,各種教育場(chǎng)景無(wú)時(shí)無(wú)刻不在產(chǎn)生海量的、多來(lái)源的、多種結(jié)構(gòu)類(lèi)型的數(shù)據(jù),如何協(xié)同教育相關(guān)部門(mén)開(kāi)展高效的數(shù)據(jù)治理,是教育大數(shù)據(jù)建設(shè)與應(yīng)用過(guò)程中必須面臨和解決的一大核心問(wèn)題。首先,應(yīng)充分發(fā)揮各類(lèi)教育相關(guān)主體(包括政府、學(xué)校、企業(yè)等)在建設(shè)與應(yīng)用教育大數(shù)據(jù)上的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),驅(qū)動(dòng)教育大數(shù)據(jù)采集的來(lái)源多樣性和內(nèi)容全面性;其次,應(yīng)盡快確立教育大數(shù)據(jù)治理的相關(guān)方法和機(jī)制,推動(dòng)教育大數(shù)據(jù)治理的規(guī)范化、制度化和常態(tài)化;最后,應(yīng)大力培養(yǎng)教育大數(shù)據(jù)治理人才,鼓勵(lì)支持技術(shù)創(chuàng)新,助力教育大數(shù)據(jù)治理的有效性和高效性。

(3)采集機(jī)制與相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新挑戰(zhàn)

借鑒(廣義)大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的相關(guān)研究成果,教育大數(shù)據(jù)已在數(shù)據(jù)采集方面積累了一定的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)。但和其他領(lǐng)域的相關(guān)研究類(lèi)似,教育大數(shù)據(jù)采集研究也存在一些機(jī)制與技術(shù)上的“通病”,有待未來(lái)研究者加以關(guān)注和解決。首先,針對(duì)教育領(lǐng)域內(nèi)的密集型數(shù)據(jù),如何保證數(shù)據(jù)采集的可靠性、如何確保采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量、如何避免出現(xiàn)重復(fù)數(shù)據(jù)等,都需要通過(guò)更新現(xiàn)有的采集機(jī)制和相關(guān)技術(shù)加以解決。其次,現(xiàn)有的教育大數(shù)據(jù)采集技術(shù)雖然在一定程度上能夠解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式的一些缺陷,但也會(huì)帶來(lái)一些新的問(wèn)題,如測(cè)量精度不高、受環(huán)境影響較大等。因此,未來(lái)有必要探索更為穩(wěn)定且精準(zhǔn)的新型采集技術(shù)。再次,考慮到教育場(chǎng)景的多樣性和復(fù)雜性,在針對(duì)特定教育場(chǎng)景開(kāi)展數(shù)據(jù)采集時(shí),有必要選擇合適的采集機(jī)制與技術(shù),“因地制宜”,以確保數(shù)據(jù)采集的有效性和可靠性。最后,為了使教育大數(shù)據(jù)能夠發(fā)揮最大效力,未來(lái)還可考慮采集并融合學(xué)習(xí)者的“個(gè)體性數(shù)據(jù)”,以支持和推動(dòng)個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù),達(dá)成“因材施教”的核心教育目標(biāo)。

7 結(jié)束語(yǔ)

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展,教育大數(shù)據(jù)正以全新方式驅(qū)動(dòng)教育決策、學(xué)習(xí)方式、教學(xué)管理和評(píng)價(jià)體系的智能化和信息化。其中,數(shù)據(jù)采集作為教育大數(shù)據(jù)建設(shè)與應(yīng)用中的基礎(chǔ)性過(guò)程,是實(shí)現(xiàn)教育大數(shù)據(jù)價(jià)值潛能的關(guān)鍵。本文概述了教育大數(shù)據(jù)的采集內(nèi)容、采集方式、采集手段及采集基本規(guī)范。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步探討了教育大數(shù)據(jù)采集研究面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn),并指出了未來(lái)的潛在研究方向。未來(lái)要繼續(xù)深入探討教育大數(shù)據(jù)建設(shè)與應(yīng)用中的數(shù)據(jù)采集問(wèn)題,強(qiáng)力推動(dòng)大數(shù)據(jù)賦能教育事業(yè),從而確保實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化的最終目標(biāo)。

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大數(shù)據(jù)期刊

《大數(shù)據(jù)(Big Data Research,BDR)》雙月刊是由中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部主管,人民郵電出版社主辦,中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)大數(shù)據(jù)專(zhuān)家委員會(huì)學(xué)術(shù)指導(dǎo),北京信通傳媒有限責(zé)任公司出版的期刊,已成功入選中文科技核心期刊、中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)會(huì)刊、中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)推薦中文科技期刊,并被評(píng)為2018年國(guó)家哲學(xué)社會(huì)科學(xué)文獻(xiàn)中心學(xué)術(shù)期刊數(shù)據(jù)庫(kù)“綜合性人文社會(huì)科學(xué)”學(xué)科最受歡迎期刊。

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