精彩报告 | 杨宗凯:大数据驱动教育创新发展

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尊敬的大良司长、副会长,尊敬的邵学董事长,各位同仁,各位老师,大家上午好!非常高兴高教学会和联奕科技给我这个机会来一起交流,也非常感谢大良司长对华中师范大学在教育信息化方面的工作给予的肯定。

 

今天我想跟大家报告的题目是:大数据驱动教育创新发展。

 

今天大会的主题刚好是智慧校园,我想大家都清楚所谓智慧来自于哪里。智慧来自数据,没有数据是不可能产生智慧的,所以这是一个基础性的工作。

 

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今天我想从三个方面跟大家进行交流。

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首先是背景和机遇,第二个是华中师范大学在这方面进行的实践和探索,最后是大数据驱动的教育创新的展望。

 

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首先我们可以看到,教育信息化是一个进程,是一个过程,它的目的就是要构建信息化时代的教育。

我们都知道人类社会的发展包括我们的教育都遵循这样一个规律,技术驱动社会的进步,技术驱动社会的变革。所以,有什么样的技术,就有什么样的社会形态,有什么样的社会形态,就会造就什么样的教育形态。我们人类正在从工业化社会向信息化社会大踏步地迈进,而我们的教育目前来看,大部分还停留在工业化时代。不论我们的体制、机制,教育方法、方式,评价方式,基本上还是知识为中心,以课堂为中心,以教材为中心,以考试为中心的这种教育方法。那么,信息社会对人才的需求,是需要大批的创新人才,记住,是大批的,不是一个两个。那么这样的一种社会需求,与我们工业时代的教育体制就产生了激烈的冲突,这个冲突可以表现在很多方面。如果要解决这个冲突,我们必须要构建信息化时代的教育,也就是说,要将技术与教育进行深度的融合,与信息社会来进行第二次平衡。

 

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信息化的进程,就像大良司长所讲,正在蓬勃地发展。技术的走向,也日新月异。自从国家第一个信息化十年规划出台以来,在上一个五年中,教育信息化确实取得了巨大的发展,我们基本上走过了起步和应用阶段,目前开始进入融合和创新阶段。那么从技术的走向我们也可以看到,我们先有互联网,再有云,再有物联网,后面就产生了数据,也就是进入大数据时代。所以大数据的节点与我们教育信息化进入融合和创新的节点几乎是一致的。

 

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教育信息化得到各国的广泛的重视,纷纷出台大数据的战略发展规划,我国也出台了大数据的行动纲要。在纲要中,我们也提出来要加快大数据在教育中的应用。

 

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从产业的层面来讲,大数据已经成为一个日益增长的产业。根据Research and Markets年度报告,在美国,教育大数据在整个大数据产业中已经占到8%的市场份额 ,到2020年,教育大数据产业规模将达到百亿规模,市场份额将达13%。很多知名的企业都开始分享大数据市场的蛋糕。所以,一个是促进教育的发展,一个是促进产业的发展。所以教育大数据的发展有教育和产业的双重属性。

 

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简单举个例子。

比如慕课,在线课程,大数据有什么用,我们来看看国际上的用法。

Coursera通过云端来测评学习者的学习行为,从而指导教师来改变他的教学策略。也就是说,在学习过程中,教师的教法、教学内容、章节,包括章节的顺序需要如何调整,都可以根据学习者的行为来进行优化。

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比如美国佐治亚理工大学的人工智能助教:Jill Watson,可用于在线课程里的智能解答,他也是通过大数据收集不同的学生一个学期一年中频繁出现的问题,作出解答,会自动地学习,给出答案。经过这样的训练, Jill Watson2016年春季上岗,3个月下来,学生们没有发现Jill Watson是一个机器人。

 

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哈佛大学LearningCatalytics,简称LC,是由两位哈佛教授和一位博士后在2011年开发的一种基于云技术的学习分析评估系统,正逐步推广至美国教师的课堂教学之中。通过对学习者的建模,可以掌握和分析学生的学习行为。

举个例子,我们现在在教学过程中,经常也采用研讨式的教学,也要分组,进行研讨性的小组学习。但我们的分组都是随机分组,前两排一个组,后两排一个组,左边一个组,右边一个组。而在哈佛大学,他们采用的是大数据分组,是刚好互补的学生或对一个问题有不同见解的学生或者共同有兴趣的学生分到一个组。

 

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普渡大学的课程信号灯计划,已经有24000名学生参与这个计划。他主要是可以分析每个学生学习过程中的学习程度,来给予红灯、黄灯和绿灯。绿灯就代表pass,没问题,我选择这门课,因为都是通识课,你有没有过去的先见知识,你有没有精力,以及你在学习过程中的表现,来判断你能不能通过这门课程,来发现你在学习过程中的问题,从而来提醒、干预、反馈,使更多的学生能通过这门课程。由于采用了这项技术,毕业率提高了21.48%。

 

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这是一个基础教育的例子,美国的可汗学院进行个性化学习。所谓个性化,首先要通过大数据的建模来构建知识的图谱,通过对每个学习者的观察来对他的知识进行诊断,我们叫做诊断系统。最后,来进行个性化的资源推送。

 

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再看一下斯坦福大学的2025计划,也叫开环大学计划,这是一个革命性的计划。

所谓开环,就是没有闭环。我们现在就是,到了18岁,我们去上大学,22岁,四年本科毕业,再去工作,或者去读更高的学位。而在开环大学中,最重要的就是学生可以选择在一生中最合适的时间去斯坦福学习。那么以后,中学刚毕业的学生上斯坦福将面临更大的竞争,因为你面对的是在更合适的时间段并且想学习的人,他的能力更强,你中学毕业拥有的可能只是知识,而他不仅有知识,还有能力的组合。

 

然后,是“轴翻转”,将“先知识后能力”转化为“先能力后知识”。

 

再就是自定节奏的教育。我可以学两个学期,我也可以学两门课程,去工作,工作了之后再回来,继续学习。所有开环,如果没有强大的信息系统和大数据的支持,是做不到的。所以,斯坦福大学正在为开环教育进行整个系统的设置和整个操作体系的建设。

 

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我们再看看决策。我现在很有幸在联合国教科文组织的统计研究所担任理事,这是现在UNESCO对整个全世界教育数据的可视化观测,观测我们2030整个教育现代化进程的各种数据的表现。这些数据通过大数据的建模和分析,全部可以可视化。它知道哪一个地区的教育公平性,学校的情况等等,全部可以通过数据来说话。

 

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大数据已经成为未来教育的基石。我们可以看到,在2016年4月,美国国家科学基金会发布了六大科技前沿项目,其中两个都涉及到教育。一个是驾驭面向21世纪科学和工程的大数据,在这里边,教育就是重要的能力,他要研究未来数据驱动的教育教学和评测;另一个就是推进人-技互动前沿,研究未来的学习环境,更多的特别是人工智能、人工智能体等等这些出现以后,人技的共生共学共享的环境。这些都是下一步可能要重点研究的领域。

 

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最近,美国工程院发布了人类21世纪工程科学面临的14个重大挑战,教育就是其中之一,如何推进个性化的教育,人类历史上第一次有了机会来实现我们孔子在两千多年前提出的“有教无类,因材施教”的教育思想。

 

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中国的教育信息化也在大踏步地前进。

很有幸,我在华中师范大学成立了国家教育大数据工程实验室。在启动会上,教育部占元副部长专门把我国的信息化分为了两个阶段,以十九大为标志,十九大之前是1.0版本教育信息化阶段,十九大之后要进入2.0版本教育信息化阶段,因为十九大提出了教育现代化,没有信息化就没有教育现代化。

1.0版本我们根据教育信息化的规律主要完成了起步和应用阶段,在这个阶段我们取得了五大进展三大突破,在上一个五年,2012年,从教育信息化十年规划发布以来,我们取得了这样的成绩,那么,进入新时代,信息化也要进入到2.0阶段,即从应用驱动阶段进入到创新引领阶段,通过信息化,再创新教育模式,教育方法,教育理念,教育管理等等,进行系统性的变革。

 

大数据作为国家战略,我们已纷纷启动了各项战略计划。

比如说国务院启动了《促进大数据发展行动纲要》,特别是最近又发布了《新一代人工智能发展规划》,发改委启动了创新能力的建设,国家基金委会将会在明年设立一个新的代码,F0701,就是来支持信息技术与教育的交叉,我个人认为这是第一次将教育作为科学进行研究。过去,教育被更多地认为是艺术,是理论,是教育学,但是,教育不仅仅是教育学,更是教育科学。所以我们要研究信息时代的教育规律,所以国家专门启动了一个编号,这是第一次把它纳入到自然基金的范畴中。在座的老师,你们明年也要积极地申报,这是给我们教育人搭建的一个非常好的平台。另外,国家科技部也启动了一些重大的专项,教育部也启动了系列规划,所以可以看到,教育信息化、教育大数据已经成为国家战略,在各项专项规划中都得到了部署。

 

第二方面,我谈一下华师在这方面的一些进展。

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刚才大良司长对华师的肯定让我非常感动,更有信心做好后面的工作。

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从建设方面来说,国家发改委启动了大数据的专项,大数据能力的建设,根据国家的部署建立了11个大数据的工程实验室,其中5个是共性实验室,研究共性基础的,6个是行业的,很有幸,教育的大数据国家工程实验室落户在华中师范大学。

 

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这是上星期教育大数据国家工程实验室的启动仪式现场照片。

 

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工程实验室的主要目的就是构建教育大数据的标准体系,因为如果数据没有标准,就不可能产生大的数据,数据也不会汇总不会融合,更不会产生智慧;第二个目的就是全面形成教育大数据创新能力,构建完善的教育大数据理论创新体系;第三则是要协助企业形成完善的教育大数据产业链。

 

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工程实验室的建设任务,拟突破的五个技术向,包括多源异构教育数据采集与汇聚技术、系统化监测与评估技术、教学过程建模与分析技术、教育大数据可视化技术、教育大数据服务技术。

 

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为此,我们大概从这几个层面来构建这样一个体系,一个数据中心,五大研发平台,多个研究中心,因为教育有很多类别,有很多层次,维度也不一样,所以我们会从多个维度进行观测。

 

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这个就是正在建设的6000平米的教育大数据工程实验室。

 

那么大数据有什么作用呢?

 

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第一是促进教育公平,提升教育质量。这个不仅仅是对基础教育,也不是对东西部来讲,即使在同一所学校里,教育资源的质量都是不公平的。我们有国家名师,我们也有青年教学竞赛的一等奖,我们还有一般的老师,同是上一个数学课,一个物理课,一个化学课,老师的水平层次是不一样的,特别是通识课必修课,经常是将近四五千人都要上,那么要安排非常多的班,如何保证班级质量平衡,我们做了一些尝试。我们要构建教育大数据的教学过程建模与分析,从而进行精准教育扶贫,对不同的学生进行不同的诊断,最好进行教育干预,来达到一定的平衡。

 

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在上一个五年,华中师范大学建立了强大的云教育系统,现在全校的老师和学生都有自己的空间,每一个老师有自己的教学空间,每一个学生有自己的学习空间,所以十二五我们完成了一所云大学的建设。我们可以线上线下随时随地随处地学习,实现了三个空间的融合,也就是物理空间、资源空间、社交空间的融合。那么在此基础上,我们通过云大学的建设,数据全上来了,数据上来了我们就有基础进行数据的建模和教学过程的分析。

 

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我举一个例子。

华中师范大学数统学院的代晋军老师是湖北省青年教学竞赛的第一名,很多的学生都报他的数学课,但他带不了那么多,我们现在要小班上课,一个班四五十人,一个这么优秀的老师只给四五十人上课就太可惜了,所以这位老师也主动请缨,提出了“1+7”的同步教学模式,因为华中师范大学在上一个五年已经开始建立智慧教室,他在一个智慧教室拖七个智慧教室进行上课,采取1拖7的同步教学模式。

在这个过程中,他就开始使用大数据提供更智能的学习过程支持。7个课堂,10个助教,助教一般由博士生、硕士生来担任,来进行兴趣的采集和分析,在他目前做的这个试验中,上半年已经有了结果,用三个方面的数据,课堂数据(线上和面授数据),吃早餐的数据(一卡通数据),图书馆的数据,这三方面数据的融合做到了对问题学生的发现,然后采取助教的干预。那么上半年,代老师带的1+7个班,数学课的成绩比其他班要高出20分的平均分。

 

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第二是支撑多元评价,促进学生全面发展。基于过程的大数据的学习者建模与刻画,能够全面评价学生的成长。特别是对于华中师范大学这种培养未来老师的这样一种大学,我们对未来的老师要进行比较全面的刻画,所以我们开始进行这方面的研究,包括核心素养监测、创新能力评估、成长轨迹刻画、学生画像绘制、学习路径规划、个性化资源推荐、学习成长趋势预测等,开始建模和分析。

 

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这是华中师范大学提出的卓越中学数字教师计划,以大数据支撑学生素养培育。对未来提出了除了知识以外的三个方面的能力培养,也就是三生教育、4C能力和3S素养。那这些方面怎么评测呢?知识很好评测,考试就行,但是这些素养能力如何评测,是一个问题。所以我们现在开始构建这样一个系统,对信息素养的评测对应着3S素养的自主管理、自主学习、自主服务,没有信息化没有大数据怎么自主?通过这个评价,我们在今年的学生守则中写了这么一句话:我华中师范大学对从今年的新生开始,在毕业的时候发两个证书,第一个就是学位证书,第二个就是能力证书。能力证书就是基于大数据分析的证书。

 

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比如说信息素养,我们开始建设信息素养评估系统,并且开展了大规模学生信息素养水平监测研究;

 

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艺术素养,我们从音乐开始做;

 

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学科素养,我当语文老师,当物理老师,当化学老师,我们也开始进行数据的采集和分析。

 

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从物理层面,对学习过程的数据进行采集、建模、分析,收集教室的数据、在线的数据、用餐的数据、宿舍的数据、图书馆的数据;

 

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从信息层面,对校园一卡通、学习分析系统、教学基本状态数据库、学校云课堂、资源管理系统等进行数据采集、建模、分析;

 

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从数据层面,学生数据、学生学习习惯、学习过程数据、交互数据、学习难点侦测、视频观看及发帖监测、成绩数据、课程数据等进行采集分析;

 

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我们智慧校园不是简单的智慧,智慧校园最后就是要实现促进人的全面发展、个性发展和自由的发展,这是智慧校园的本身,我们一定要回答这个问题。我们在华师大一附中也开始像可汗学院一样进行个性化学习的部署。

 

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新一代在线学习课程,清华的慕课,他们现在每天收集学生学习行为数据1.6亿余条,截至目前已经积累了约114TB的行为记录。

 

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第三是实现教育管理决策的科学化。

前面讲的都是教育教学,学生的成长和评价,现在我们说的就是管理和决策。

管理决策在过去更多的是经验决策、开会决策,我希望华中师范大学随着教育信息化的深入,大数据应用的深入,可以做到数据决策。一个方面由微观向宏观,通过对个体的学生数据、教师数据、管理人员数据的采集和分析,来决策学校的各项管理事务,比如资源的配置、绩效的考核等;另一个方面是由宏观到微观,从宏观来讲,我们还要收集更大的跨界数据,比如说就业市场的数据,来决定我们专业的设置等等。

 

具体呢,我们现在做了这么几个尝试。

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第一个,全国教育信息化水平的监测。

因为国家教育信息化战略研究基地就建在华中师范大学,我们为教育部提供教育信息化水平的监测。过去我们都是发统计表到各个省,现在逐渐逐渐采用信息化方式,一半是表,一半是数据,最后总体要过渡到大数据的评测。

 

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第二个,数据驱动的精细化科学决策。

通过校情管理、量化评估、学生就业精确制导、学籍转移、督导督学、基于校园卡的学生活动与行为监测等等,对教学过程进行管理。

 

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对管理来讲,我们要有非常好的顶层设计,要有很好的机构,无论做教学的决策还是管理的决策,都需要对数据实现“五个一”:

统一的入口:注册一定要有统一的入口,华师以前有30多个入口,我要去这个系统要注册一个账号:去另外一个系统又要输入一个密码,而现在就统一只有一个;

一站式服务:无论多少个应用系统,要实现一站式服务,让数据跑,不能让人跑;

一张表工程:也就是流程,通过流程再造进行一张表工程;

一键决策:如果有了这些数据,我们就可以实现一键决策;

一个库:全校一个库,数据如果不融合,不会产生智慧。

所以在这方面我们做了大量的工作,我们成立了信息化办公室,每年我给信息化办公室3000万经费,用于信息化建设,连续给了五年。

 

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在教学管理上,我们现在进行教学的评估,也就是进行评测、评估、合格评估、审核评估等。对华中师范大学来讲,我们从技术上可以跟踪并分析每一门课程、每一个课堂,但是教育信息化是一个过程,我也没有那么多的钱一下把全校全部建成智慧的校园智慧的教室,目前我们做到20%,也就是说根据教师能力水平,有多少教师有这种能力进行智慧教育的实施,我们建成了20%的智慧教室,对这20%的教室进行数据说话的评测。

 

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第四是促进教育研究精细化。尤其是我们说的智能体、人工智能的介入使教育研究更加精细化。

 

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华中师范大学不仅有教育学院、心理学院、教育技术学院,还有信息学科,这样我们通过这几年的努力构建了多个国际级平台,包括国家数字化学习工程技术研究中心、教育大数据应用技术国家工程实验室、青少年网络心理与行为教育部重点实验室等等。整个学校的科研开始从传统教育向新时代教育迈进。

 

01_v2-1__47我们每年都开办教学节,教学节的口号是“重视教育,崇尚创新”,从院系层面一直到学校层面,会形成500多项教育创新项目,最后会产生50个校级层面的创新奖,跟所有老师进行分享。

 

最后再讲一下发展的趋势展望。

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教育大数据的价值,在教学、管理、服务的全面提升,教育大数据将在我们的管、办、评、资源的配置等方面发挥积极的作用。

 

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通过教育大数据,我们想跟在座的高校共同努力,期待通过大数据可以实现差异化教学、个性化学习、精细化管理、数据化科研以及智能化服务。

 

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华中师范大学是一所培养未来教师的学校,在上一个五年我们达成共识,要在构建智慧教室,培养数字教室,发展未来教育方面做出自己的贡献。

 

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因为2030纲要已经进入了征求意见的阶段,我们可以预测到,未来2030年的教育,将会是更加开放的教育,更加人本的教育,更加平等的教育,更加可持续的教育,更加适合的教育。

 

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我想,通过云计算、大数据、人工智能、虚拟现实这些技术的支撑,以及这些技术与教育的深度融合,2030年我们一定能实现这样的目标。

 

我的演讲到这里,谢谢大家!

 

 

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发布日期:2017年12月06日  所属分类:政策解读
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