教育大数据的技术创新方向

1、第七章 教育大数据的技术创新方向目 录7.1 钱学森之问7.2 知行合一的应用分析7.3 中国传统的“教”“学”理论和方法7.4 现代教育理论与现代教育技术7.5 现代教育技术面临的应用挑战与创新方向7.6 本章小结7.1 钱学森之问“师者，所以传道、授业、解惑也”，各种计算机应用技术，在“授业”和“解惑”这两个环节，为现代教育实践提供了有效的方法、工具和手段。如何在现代教育的应用实践中体现“传道”的文化内涵，是一个值得深思的应用难题。如第5章中所提及的，方法和手段的改革需要更深文化层次的理解。挖掘、探讨工程技术本身所蕴含的文化要素，理解工程与技术本身的文化内涵，是重塑工科之“新”深层次突破的

2、关键所在。因此，作为全社会都重点关注的教育领域的应用创新，更应强调教育大数据应用创新的人文内涵。这就要求我们了解与掌握“教”与“学”的理论与方法，对教育文化特点产生正确的认知，从而在具体的技术应用上更好地实现知识的传承与创新。7.1 钱学森之问 钱学森是中国科学界泰斗级大师，世界著名科学家，空气动力学家，中国载人航天奠基人，被誉为“中国航天之父”，“中国导弹之父”等。2005年，温家宝总理前往看望年迈的钱学森先生。钱老感慨地说：“这么多年培养的学生，还没有哪一个的学术成就，能够跟民国时期培养的大师相比。”钱老进而又发问：“为什么我们的学校总是培养不出杰出的人才？”这就是所谓的“钱学森之问”。“

3、李约瑟难题”由英国学者李约瑟（Joseph Needham，19001995）提出。他在其编著的15卷中国科学技术史中正式提出此问题，其主题是：“尽管中国古代对人类科技发展做出了很多重要贡献，但为什么科学和工业革命没有在近代的中国发生？”“钱学森之问”与“李约瑟难题”一脉相承，是中国现代社会尤其是中国现代教育面临的重大挑战。7.1 钱学森之问自先秦始至清朝末年，中国的文化和文明发展，大部分时间是领先世界的。 西方借助“文艺复兴”运动开启了近代西方科学与艺术的发展之路，不断了解和学习当时领先世界的中国东方文化，不断扩大他们的世界探索之旅。从马可波罗的游记开始，到欧洲工业革命和电气化时代的到来，欧

4、洲经历了约六百年的努力，他们日益重视现代教育和科学研究，从文化、科技和生产力方面逐步超过作为东方文化代表的中国。 在全球现代思想、现代文化、现代科技变革飞速发展之时，清朝政府却采取了日益保守的封建统治，这直接制约了其时的科技发展基础和教育创新动力，致使中国在近现代科技和文明的竞争中逐渐落后。 新中国成立后，经历几代人的努力，中国教育与科技的创新发展日新月异，取得了举世瞩目的成就。“以史为镜，可以知兴替”，“教育兴则国家兴，教育强则国家强”，系统地回顾中国传统教育和西方近现代教育的成功经验，对于探索教育大数据应用创新的核心理念，挖掘现代教育的实践内涵，具有重要的意义。7.2 知行合一的应用分析

5、教育是一个注重情感交流、师生互动的实践过程，有其特殊的行为规律和交互特征。因材施教，有教无类，都强调“好雨知时节，当春乃发生”，即把学习者的情感情绪与教学过程有机融合，追求“随风潜入夜，润物细无声”的授课效果和教学境界。 从继承与发展相结合的角度来看，现代教育技术的发展，不是简单地替代传统的教育实践，而是需要传承与创新有机结合。 传统的教育理念、教学实践讲求师生间面对面的互动，教师要根据学生的学习状态和情绪变化，及时调整互动交流的内容和方式，从而调动学生的参与积极性，激发思想火花的碰撞，有效地促进教学相长。同时，教育教学实践是一种特定领域的社会活动，无论是教师传授知识，还是师生交流互动，从社会

6、参与度的角度，都非常有利于提高学生对社会活动的认知与感悟。因为优秀的授课教师的形体语言以及对授课内容的即兴发挥，其近距离带给学生的思维启发与人格魅力感受，是现代数字化教育技术所不能比拟的。7.2 知行合一的应用分析 现代数字化教育技术的创新实践，不仅要通过技术手段记录并分析“教”与“学”的过程，更要考虑如何从技术上实现“教”与“学”的人文要素。 传统教育技术内在的活力要素，如何有机地集成在现代教育技术的工具设计和应用过程中，是现代教育技术在实践创新中需要关注的发展方向。这就需要在技术上保证物理“情境”和虚拟“情境”在行为逻辑上的一致性，从而有效地实现数字世界和物理世界的互联互通。 教育大数据应

7、根据教育教学不同情境下的应用需求，在技术层面体现情境感知能力，从而使其成为各种教学实践智能化应用的高级阶段。7.2 知行合一的应用分析 在教育教学实践过程中，主要有哪些典型的“教”与“学”情境呢？教育大数据又应如何发掘并实现相应的功能配置呢？教育领域的大数据应用创新，首先需要了解教育领域学科特有的教学规律和行为理论。只有对这些现实中客观存在的实践情境具有全面系统的认知与理解，才能够从内涵上实现“人、机、物”的深度融合，进而通过技术与实践的结合，创建一个既促进师生的有机互动又支持自主学习、合作学习与资源共享的教育环境。7.3 中国传统的“教”“学”理论和方法 中华民族的教育思想和教学理念源远流长

8、。尤其在先秦时期，社会的大变革引发了思想的大变革。自老子、墨子以后，思想家辈出，以孔子、孟子、庄子、荀子、韩非子等为代表的一批哲学家和思想家思想活跃，在解决或回答现实问题时，纷纷提出自己的政治主张，争辩而又互补形成百家争鸣之势。这一阶段，先后形成了以儒家、道家、墨家、法家等四家为代表，对后世影响深远的思想学派。先秦诸子的思想结晶和哲学观点，确立了中国思想史的主要格局。他们的代表作论语孟子墨子老子庄子荀子韩非子等，在中国思想史上占有崇高的学术地位。先秦以后，中国后世各种思想学派莫不渊源于此。这些朴素而睿智的思想启蒙，也是中华民族对世界文化体系的重要贡献。作为服务于国家治理的一项重要政治举措，教育

9、这一话题在诸子百家以及后来的礼记学记中得到了充分的探讨和说明。本节将重点阐析以礼记学记为代表的儒家教育思想，以此透视中国传统的“教”“学”理论和方法。7.3 中国传统的“教”“学”理论和方法 顺应时代发展需要和社会治理需求，以儒家思想为代表的教育理念和教学体系，逐渐成为主流的教育范式。在儒家思想的体系下，教育是一个非常重要的讨论话题。论语中，“不愤不启，不悱不发。举一隅不以三隅反，则不复也”，“学而不思则罔，思而不学则殆”，“温故而知新，可以为师矣”，“敏而好学，不耻下问”等，分别从“教”与“学”以及“教学相长”的角度，充分体现了儒家学说在教学实践中的教育理念和育人宗旨。 西汉时期，礼记作为儒

10、家思想的资料汇编面世。礼记集中体现了先秦儒家的哲学思想、教育思想、政治思想、美学思想等。自东汉郑玄作“注”后，礼记地位日渐上升，直至成为中国传统文化典籍“四书”的重要组成。传统“四书”即礼记中的大学中庸以及论语孟子，由此可见礼记一书在中国传统文化宝库中的重要地位。7.3 中国传统的“教”“学”理论和方法 礼记学记是礼记中的一篇专题论著。这篇围绕“教育”主题展开的纲领性文章，在系统总结先秦诸子尤其是儒家教学实践的基础上，深入细致地探讨了“教”“学”以及二者之间的辩证关系，是全世界范围内最早专门探讨教育和教学问题的论著。 这篇经典的论述文章明确了“教”“学”两个环节的互动关系，即“学然后知不足，教

11、然后知困。知不足，然后能自反也；知困，然后能自强也。故曰教学相长也”。“教学相长”的命题是中国传统文化对世界教育史的重大贡献，是珍贵的世界教育思想遗产。礼记学记从教育的社会宗旨、教育的制度建设、教学的管理措施、教学的方法体系等四个方面，对教育思想和教育实践进行了系统的概括和总结。7.3 中国传统的“教”“学”理论和方法 1. 教育的社会宗旨礼记学记把教育作为实施政治理念、进行社会管理的有效手段和方法。它论述了教育的目的与作用。明确指出，要想治理好国家，引导百姓遵守社会秩序，达到天下大治的目的，就必须通过社会教育手段，提高全体国民的文化素养和道德修养，即“君子如欲化民成俗，其必由学乎”。这就从人

12、的社会性出发，强调了教育的社会意义。礼记学记强调教育在建设国家、教化民众方面的巨大作用，强调教育为社会、为政治服务的目的，认为教育的个人发展和社会进步密切相联，开篇明义地突出教育的政治功能：“是故古之王者建国君民，教学为先。”从而奠定了后世教育领域一直遵循的基本理念和社会宗旨。7.3 中国传统的“教”“学”理论和方法 2. 教育的管理措施礼记学记明确设计了七步施教顺序的大纲。从开学典礼、开学第一课、课堂秩序、教学考核、问题交流等各个环节，都提出了明确的管理措施。在这些管理措施中，有些环节一直到现在我们的教学活动中还在严格地遵守和践行。例如，它把入学教育作为大学教育的开始。“大学始教，皮弁祭菜，

13、示敬道也。”要求开学当天，帝王或官吏穿着礼服，亲临学宫，带队祭祀先圣先师，以示尊师重道。这是现在大、中、小学九月份都会隆重举行开学典礼的雏形。更令人称道的是，礼记学记对课堂教学和讨论提出了“循序渐进”的管理模式，要求学习过程循序渐进，不逾越难度：“时观而弗语，存其心也。幼者听而弗问，学不躐等也。”7.3 中国传统的“教”“学”理论和方法 2. 教学的方法体系围绕教学实践的体系建设，礼记学记中提出了很多科学的方式和方法。例如，针对教师和学生两个角色，围绕“教”“学”以及教学讨论等各个实践环节，它都有明确的施教要求，尤其是从“正”“反”两个方面进行“教”“学”效果对比，为构建科学有效的教学方法体系

14、提出了生动形象的定性和定量考核标准。7.3 中国传统的“教”“学”理论和方法 2. 教学的方法体系（1）针对教学活动的组织方式。为了有效地进行教学实践，施教过程中要注意四个方面的要求：预判学生可能会犯的错误而加以制止，根据场合掌握合适的教育时机，不超越受教育者的才能和年龄特征进行教育，通过研讨让学生互相取长补短。在教学实践中，如果等不良的习惯养成了再去纠正，就会使学生产生抗拒心理而难以克服；错过了好的学习时机，事后补救，就会事倍功半；教师不按科学的知识体系而进行松散化的教学，就会条理紊乱，让学生无所适从；学生自己独自学习而不参与讨论，就会孤陋寡闻；交友不慎，就可能会违逆老师的教导；养成不好的习

15、惯，必然荒废学业。这种一正一反、全面完备的教学效果论述，形象直观地揭示了不同的教学组织方式所产生的不同教学效果。7.3 中国传统的“教”“学”理论和方法 2. 教学的方法体系（2）教师能力素质的综合提升。教师要具有很高的政治素养和道德觉悟。教师不但要知道教学成功的经验，还要知道教学失败的原因。好老师要善于对学生进行启发诱导：对学生启发而不强制，勉励而不压制，告诉学生学习方法，而不是直接告诉其答案。教师对学生启发而不强制，则师生关系融洽；勉励而不压制，学生就会感到学习是件愉快的事；启发而不包办，学生才能自己积极思考。师生融洽，学生感到学习容易，就能独立思考。如果教师做到这些，就可以说是一个循循善

16、诱的好老师。7.3 中国传统的“教”“学”理论和方法 2. 教学的方法体系（3）有效学习方法的总结。会学习的学生，教师授课效果事半功倍，学生不仅会认为老师教得好，还对老师心存感恩之情；不会学习的学生，教师授课效果事倍功半，费力且效果不好，学生还会认为是老师教得不好。会提问的人，像巧匠砍木头，先从容易的地方着手，再砍坚硬的节疤，具有清晰的认知步骤，进而通过反复讨论，顺利地解决问题，并且老师和学生的交互都很愉悦；不会提问题的人却恰恰与此相反。会学习的学生，在学习过程中善于做类比分析、举一反三，这就会收到很好的学习效果。7.3 中国传统的“教”“学”理论和方法 礼记学记明确了“教”和“学”的最高境界

17、：溯源务本。总之，其“教之所由兴”和“教之所由废”的各种教育理念和教学方法，如循序渐进的教学原则，启发“善喻”的教学原则（循循善诱），学生的学习习惯和道德培养“禁于未发”的原则（塑造为主、改造为辅），教师的“长善救失”原则（了解学生之间的心理差异、因材施教）以及教学相长原则等，依然是目前的教育工作者需要遵守和践行的育人准则。7.3 中国传统的“教”“学”理论和方法 礼记学记所总结并践行的教育理念、教学方法，随着时代的发展，已经系统地沉淀并形成为现代教育领域中的各种规章制度和教育实践内容。这些教育规章制度和教育实践内容均可以生成海量的数字化资源，从而既构成教育大数据的源头，也是大数据技术进行数据

18、采集、数据管理与数据分析的重要应用基础。有鉴于此，围绕教育大数据的技术创新，应重点关注以下几个技术层面的应用突破，从而实现大数据技术和教育教学实践的有机结合。（1）如何从虚拟化集成的角度，实现各个教学实践环节的有效对接；（2）如何从数字化再现的角度，放大并强化好的教育教学方法；（3）如何从沉浸感提升的角度，消融学习过程的枯燥感；（4）如何从关联度增强的角度，实现教育大数据资源对认知学习的有效支持。7.4 现代教育理论与现代教育技术 现代教育理论与现代教育技术的出现和发展，可以追溯到14世纪至16世纪以意大利为代表的欧洲的“文艺复兴”运动 “文艺复兴”思潮中各种以人为本的思想理念，为近代科学的发

19、展提供了社会认可的基础，直接催生了以现代医学和现代天文学为代表的一系列现代科技的发展，进而奠定了近现代意义上的西方科学体系，并逐渐成为引领全世界科技发展的主流力量。此外，“文艺复兴”阶段，人文主义引入大学教育，这对此后现代教育体系的发展也有着里程碑式的促进作用和历史意义。相比于传统教育，现代教育的特点集中体现为：（1）更多地注意探讨与现代科学技术有关的课题；（2）将各种现代科技手段引入教育领域的各个环节；（3）具有科学和系统的思维方法和创新理念。 针对现代教育的“教”“学”实践，我们将从现代教育理论和现代教育技术两个层面展开系统讨论。7.4 现代教育理论与现代教育技术 现代教育理论主要包括学习

20、理论、教学理论、传播理论、系统科学理论等，其中的学习理论是现代教育理论的核心组成部分。7.4.1 现代教育理论7.4 现代教育理论与现代教育技术 1. 行为主义学习理论20世纪初，美国心理学家约翰华生创立了行为主义学习理论。行为主义学习理论认为，人类的思维是与外界环境相互作用的结果，因此该理论又称刺激反应理论（Stimulus-Response，S-R），是当今学习理论的主要流派之一，在美国占据主导地位长达半个世纪之久。 行为主义学派认为，人类的行为都是通过后天学习而获得的一种条件反射，环境决定了一个人的行为模式。学习源于刺激与反应之间的因果记忆，刺激与反应之间的作用过程，类似神经元内在的反应

21、原理。他们把教学环境看成外界的条件刺激，认为学习的行为过程是学习者对教学环境的刺激所做出的因果反应。具体的教育实践中，学习过程是教师塑造和矫正学生行为的过程。无论是正常的行为还是病态的行为，都源于外界环境刺激下的学习过程。环境和条件的变化，也可以影响或纠正原有通过学习而获得的行为方式。在明确界定环境刺激与行为反应之间的规律性关系的前提下，人们就能根据刺激预知反应，或根据反应推断刺激，预测并控制学习行为的前进方向。巴甫洛夫的条件反射实验，集中体现了行为主义学习理论的核心思想。7.4.1 现代教育理论7.4 现代教育理论与现代教育技术 2. 认知主义学习理论 在20世纪50年代中期，随着布鲁纳、奥

22、苏贝尔等一批认知心理学家大量的创造性工作，认知主义学习理论在教育领域中的研究工作，开始逐渐占据主导地位。 认知主义学习理论认为，学习过程不是刺激与反应的简单联结。行为主义学习理论的S-R理论，不能够充分完整地揭示学习过程内在的各种认知阶段。刺激反应这一学习模型，忽略了学习过程中学习者自身的感悟和个性化的行为追求，刺激和反应之间还有目的与认知等中介变量，这些才是控制学习效果的可变因素。 认知主义学习理论，将学习者内部的个性化反应，引入到S-R学习模型中，进而形成了S-O-R的学习模型。这里的O（Organism）代表泛在的有机体，突出了学习者自身的能动性和内在的个性化反应。 譬如，认知主义学习理

23、论的代表人物托尔曼，认为有机体的学习过程有两个特点：第一，一切学习都是有目的的活动；第二，为达到学习目的，必须对学习条件进行认知。这两个环节的执行效果取决于有机体自身的能力大小。7.4.1 现代教育理论7.4 现代教育理论与现代教育技术 3. 人本主义学习理论 人本主义学习理论兴起于20世纪50至60年代的美国，然后在20世纪七八十年代迅速发展，人本主义的学习与教学观深刻地影响了世界范围内的教育改革。 人本主义学习理论认为，人是自然实体而非社会实体，应当把人作为一个整体来进行研究。人性来自自然，自然人性即人的本性。自然的人性不同于动物的自然属性。人具有不同于动物本能的似本能需要，并认为生理的、

24、安全的、尊重的、归属的、自我实现的需要就是人类的似本能，这是与生俱来的自然天赋。 学习者的个人知觉、情感、信念和意图，是导致人与人之间学习差异的“内部行为”，教学过程需要强调人的本性、尊严、理想和兴趣。如人本主义学习理论的代表人物罗杰斯认为，人类具有天生的学习愿望和潜能，这种愿望和潜能可以在合适的条件下释放出来。当学习者明白其学习的内容，与自身的生存需要相关时，学习的积极性最容易被激发。7.4.1 现代教育理论7.4 现代教育理论与现代教育技术 4. 建构主义学习理论 建构主义心理学被视为“教育心理学的一场革命”，兴起于20世纪90年代。建构主义学习理论来源于认知加工学说。 该理论在一定程度上

25、质疑知识的客观性和确定性，强调知识的动态性,。学习是个体在原有知识经验基础上，积极主动地进行意义重构的过程。强调学习者发挥自身的主观能动性，在学习过程中，通过探究、讨论等各种不同的实践方法，在头脑中主动建构相应的知识架构。在此过程中，培养学生分析问题、解决问题和创造性的思维能力。 作为一种新型的学习理论，建构主义对学习过程赋予了新鲜要素。首先，建构主义学习理论认为学习的过程是学习者主动建构知识的过程，学习过程是学生凭借原有的知识和经验，通过与外界的互动，主动生成对学习者有意义的信息的过程。其次，建构主义学习理论认为知识不再是我们通常所认为的课本、文字、图片以及教师的板书和演示等对现实的记录和再

26、现，而是一种理解和假设。学生们对知识的理解并不存在唯一标准，而是依据自己的经验背景，以自己的方式建构对知识的理解，对于世界的认知则取决于每个人自我的认知拓展。7.4.1 现代教育理论7.4 现代教育理论与现代教育技术 四种代表性学习理论，在具体的学术观点上滚动发展，理念上越来越强调学习者自身的社会兴趣和主动取舍。就某些具体的观点而言，上述四种学习理论有相互否定或存在理念冲突的地方。但对整个教学体系而言，上述四种学习理论，分别从不同场景、不同对象、不同应用环节等层面，体现了“教”与“学”的实践重点。 结合第5章中提及的射雕英雄传和笑傲江湖的片段分析，我们可以大致地对上述四种学习理论进行学习过程的

27、实例分类。（1）江南六怪教授郭靖武功的过程，体现的是一种行为主义的学习过程，没有考虑郭靖自身的情感状况和个性特点。（2）马钰道长教授郭靖武功的过程，体现的是一种人本主义的学习过程，充分考虑了郭靖的个人知觉、情感、信念和意图，为郭靖构造了一种具有心理安全感的学习环境。（3）风清扬老先生教授令狐冲的过程，则充分体现了建构主义的学习过程，鼓励令狐冲在原有知识经验基础上，发挥自身的主观能动性，积极主动地进行知识的有效重构。（4）对于风清扬老先生的提示，一开始令狐冲认为出剑和脚步方位，无论如何连不在一起，但后来在实战演练中豁然开朗。这个过程体现的是认知主义学习理论中有机体的自身思考过程，它可以促进学习者

28、在认知与理解中进一步探索学习规律。7.4.1 现代教育理论7.4 现代教育理论与现代教育技术 以口传手授为主要特征的传统教育技术，主要依赖的是教育者的言语技巧和教学技能，经历了漫长的发展历程。有教无类、因材施教的教育理念，要求教师了解每个学生的学习能力、认知特点和当前的知识水平，并能根据学生个性化的习惯特点，选择最适当的教学内容和教学方法，对学生进行有针对性的个别指导。但是，全民教育的发展，现代社会数量众多的受教育者与有限的优秀师资力量和教育资源之间的矛盾，使得面对面的传统教育方式越来越难以实现这种理想化的教育模式。7.4.2 现代教育技术7.4 现代教育理论与现代教育技术 现代教育技术，从技

29、术层面上为践行上述有教无类、因材施教的理想化教育理念，提供了一种可行的应用思路。基于现代信息技术的现代教育，从组织方式上打破了教学实践在时间、空间方面的限制。而海量丰富的数字化教育资源，可以高速、快捷地满足教育领域个性化的教学需求。 现代教育技术集中体现为基于现代教育思想、理论和方法，以计算机为工具平台的信息技术在教学实践中的技术应用。计算机技术、数字音像技术、电子通讯技术、网络技术、人工智能技术、虚拟现实仿真技术及多媒体技术等信息技术的完善和发展，为现代教育实践提供了高效有力的技术支持，极大优化了“教”与“学”过程中教学资源的设计、开发、利用、评价和管理，并大大促进了现代教育理论到教学实践的

30、应用转化。7.4.2 现代教育技术7.4 现代教育理论与现代教育技术 目前基于教育大数据资源的现代教育实践，主要具有以下几方面的应用特征：（1）教育网络平台初步形成，优质教学资源比较短缺；（2）数字教学资源渐成规模，现代信息技术凸显重要；（3）在线学习平台资源共享，异构教学资源全面融合； （4）虚拟普适教学社区开放，弹性自主学习需求高涨；（5）学习资源访问个性多样，移动终端用户海量扩张。7.4.2 现代教育技术7.4 现代教育理论与现代教育技术 针对教育领域的发展变化，各种各样的信息技术为现代教育的实践创新提供了技术手段。譬如，作为一种前沿的“教”“学”实践，翻转课堂的教学方式，就是尝试通过“

31、先学后教”的方式，鼓励学生自学探索，独立思考，从教学秩序上颠覆了传统的授课方式。 微课（Microlecture或Microcourse）资源的开发，如中国微课等，慕课（Massive Open Online Course，MOOC）形式的大规模开放的在线课程资源建设，如网易公开课等，都从学习资源配套和支持个性化有效学习的角度，更好地支持了诸如翻转课堂等形式的现代“教”“学”的实践与应用创新。著名的可汗学院，以视频方式讲解不同科目的内容及解答网友的提问，是一个基于微课和慕课形式的百科全书式的教育大数据资源。可汗学院为学习者提供高质量的练习习题、教学视频和个性化的学习界面，让学习者能够在课堂外按

32、照自己的进度自主安排学习。可汗学院还提供了自我评估及进度跟踪等学习工具，每年吸引几亿人次学习与观看。 7.4.2 现代教育技术7.5 现代教育技术面临的应用挑战与创新方向 基于现代通信技术的各种创新应用都是为了更好地服务于全面提高教学质量。不管是我国传统的因材施教、有教无类的教育理念，还是近现代西方的各种教育理念，在具体的教育实践中，所秉持的教育技术，都是为了通过优质教育资源的社会福利最大化，提升全社会范围内不同层面、不同阶段受教育者的能力素养。 现代教育技术的发展不仅体现在各种教学硬件方面，如基于多媒体技术的媒体教学系统、基于智能分析的教学优化系统、基于虚拟现实技术的教学系统等，还包括与硬件配套的各种教学软件，如支持现代教育实践的各种教学设计、互动方式、反馈分析、教学管理和教学评估等。信息技术的深入发展，为学生在开放、共享、协作的网络环境