课堂中的大数据应用

一、课堂中的大数据应用

课堂中生成的大数据：

1.教师教学行为数据：教师教学行为的数据主要是教师在授课过程中的言行。

2.学生学习行为数据：学生学习行为的数据主要是学生在课堂中的反应、作业完成情况以及对知识点的掌握情况。

课堂大数据的用途

1.分析和评价教师教学行为，促进教师教学行为的改善

2.为学习分析提供依据，促进教学干预和个性化学习

3.发现教育教学问题，为学校和管理部门提供决策依据

随着平板电脑等移动终端设备在课堂中的应用，采用智能手段获取学生学习的数据也成为可能。典型的应用是收集学生对知识点的掌握情况，如将课

堂练习与教学知识点相关联，在移动终端上做课堂练习时，运用软件实现课堂

练习的智能分析，自动获得学生对教学知识点掌握情况的数据。

二、关注学生课堂数据，挖掘信息课堂亮点

教师要敢于直面自己的课堂，看看录像，听听录音，及时反思自己的课堂，优化教学引导，课堂教学的时间观念就会强很多，课堂效率也会提高不少。

三、基于PADClass模型的数字化课堂学习过程数据挖掘与分析研究

信息的单向性和数据的不可跟踪性使得课堂学习过程只能依靠教师的经验进行分析，在学习过程中的多维信息交互数据不能得到即时处理与分析，导致个性化学习缺乏实际基础。

一方面，通过数据挖掘和数据分析以及可视化等技术可以实现对课堂上教师和学生的教学行为和随堂测试数据信息的采集、处理、存储以及可视化呈现;另一方面，通过基于数据的教学策略优化，可以减轻教师教学负担，激发学生学习兴趣，实现教育资源合理配置，促进信息技术与教学过程的深度融合。

可以把课堂数据分析分为四个方而，即教师分析、学生分析、活动分析和资源分析。其整体分析结构如图。

其中教师分析根据教师的课前备课、课上授课和课后评价等行为分为备课分析、导学分析、互动分析、评价分析、教学目标分析和课后分析;学生分析根据学生课上行为和作业测试情况分为互动分析、评价分析、作业分析、测试分析和学习结果分析;活动分析根据活动的类型和时长分为活动类型分析和活动时长分析;资源分析根据资源的类型、大小和使用情况可分为资料分析和使用频率分析。它们为分析教师与学生的行为和教学目标的完成情况提供了科学精确的数据依据。

可以把数据分为单节课和阶段性两个维度来分析。单节课就是在某一节特定的课上，对教师和学生的交互信息和学生的测试成绩进行精确的处理，并最终用图形化的形式展示出来。阶段性就是在某一阶段内，对某个班级或某个学生进行阶段性分析.用图像化的形式直观展示。

图4为测试时题目正确率及交卷人数实时状态，该图由两部分组成:左侧为“题目正确率统计图”，显示当前已交卷学生的单个题目的答题正确率;右侧为阳寸序图”，显示当前已交卷学生的人数。

图5为测试时每个学生实时作答情况，答对的选项填充为绿色，答错填充为灰色，未选为空白。S-P表用来实时显示学生的正确率及每个题目的作答情况。

图6为单日随堂考成绩分析，是该教师某天在某班的某门课上进行随堂考试成

绩的分析。图7为单日作业提交率分析.是该教师所教的某一班级某天提交某门课的作业情况分析。教师通过“实时分析图”能够了解每个题目的正确率和学生的交卷情况。

第一， 教师通过“举手”能够及时了解学生对知识的掌握情况。

第二，教师通过“实时分析图”能够了解每个题目的正确率和学生的交卷情况。

第三，教师通过S-P表能够详细的了解每个学生的学习情况。

第四，教师通过“单题选项分布统计图”能够了解每个题目学生整体的掌握情况。

第五，教师通过“成绩等级分布图”能够了解学生成绩等级的分布情况。

第六，教师通过“过程分析图”能够“看到”学生的过程分析图给教师呈现了学生做每个题目做题过程。

四、面向课堂教育信息的数据挖掘研究

维度二学生信息的挖掘“

(1)参与状态:一是观察学生是否全员参与学，二是看有的学生是否参与教，把教与学的角色集于一身。没有学生积极参与的课堂教学，是谈不上开发学生潜能的。

(2)交往状态:一看课堂上是否有多边、丰富、多样的信息联系与信息反馈，二看课堂上的人际交往是否有良好的合作氛围。

(3)思维状态:看学生是否对教师的提问，提示信息作出积极的反馈;学生是否主动提出问题、发表见解。

(4)情绪状态:一看学生是否有适度的紧张感和愉悦感，二看学生能否自我控制与调节学习情绪。有时课堂会突然爆出笑声又嘎然而止，会从激烈的争论转人专注的聆听，就是一种自发并能自控的良好情绪状态。

(5)生成状态:一看学生是否都各尽所能，感到踏实和满足，二看学生是否对后继的学习更有信心，感到轻松。

维度三教师、学生课堂交互信息的挖掘：

五、课堂数据可视化的价值与教学应用

基于网络智能设备的课堂数据可视化，一方面继承了数据可视化“一图胜千言”的表达优势，另一方面又通过技术将已构建教学关联的课堂数据，以即时反馈、全局展示、动态累积、趣味呈现的方式应用于课堂教学各环节和活动中，在支持课堂管理的同时，着重突出“可视化”的教学互动及教学的动态生成，促进了教学过程的不断改进。

课堂数据可视化的内涵：数据可视化借助图表、图像形象地呈现数据，支持用户直观了解数据本身，分析蕴含在数据背后的信息与数量关系，其主要目标在于“通过图形化的手段清晰有效地传达信息”，帮助人们“揭示趋势、探索来源、获取新知”。研究表明，大脑要处理的信息多跟视觉有关，超过80%的大脑细胞是处理视觉信息的，人们在加工视觉信息时认知负荷很低，所需努力极其微小（Sibbet，2010）。数据可视化充分应用“一图胜千言”的可视化表达方式，具有显着的沟通力、呈现力与吸引力，在课堂教学中常被用于呈现教学信息，通过图形图像的方式增进学生对教学内容的理解与认知，支持学生学习过程中的认知建构，或是对已记录的教学数据加以可视化，便于后期的比较与分析。

其应用主要包括获取课堂表现数据、呈示可视化结果、自主调整反馈三个基本流程。各流程间顺序并不固定，可根据教学实际灵活调整，通过这些流程的不断应用促成教学改进的良性循环，如图

其中“获取课堂表现数据”，通常指通过应用智能设备获取学生课堂表现数据，主要有行为表现、认知表现和情感表现三类。

1. 课堂数据可视化应用带来课堂形态的新变革

首先，课堂数据可视化的应用使课堂交互真正得以“实时实地”。如使用课堂应答工具Socrative可即时了解学生对某一知识点的掌握情况，从而减少师生间反馈所需的时间，促使课堂交互真正实现“实时实地”。

其次，课堂数据可视化应用可自主设置课堂交互的透明度，在充分尊重学生的同时增进课堂交互的自由度。如Socrative可在不同测试题型如简答题中设置是否匿名，为课堂中的学生创设毫无压力的表达空间，使其更愿意且更真实地表达自己。

第三，课堂数据可视化应用可使课堂交互充分面向个体和全体学生。如ClassDojo将全体学生行为表现信息置于单一界面中，教师可以通过这种可视化的方式即时了解个体和全体学生的行为表现情况。

2. 课堂数据可视化应用是教师数据素养发展的重要内容

课堂数据可视化一方面将数据应用渗透于教师教学与沟通交流的各环节和各层面，另一方面在技术应用上简化了教师数据统计与分析的工作，使教师能够切实关注基于数据的教学发展而非数据本身。

3.课堂数据可视化应用推进教师技术应用的优化变革

课堂数据可视化应用实则是基于数据的技术应用，这种基于数据的技术应用在教学整合的“相对优越性”、教师教学的“兼容性”、教学效果的“可观察性”上均较传统的技术应用更能激发教师应用技术的积极性与主动性。一是数据与教学切实关联，二是数据具有动态性特征，三是数据具有一定的指示作用。

课堂数据可视化教学应用案例

1.ClassDojo简介

ClassDojo是一款免费的基于学生行为数据可视化的课堂行为管理网络工具，旨在帮助教师管理课堂和改进学生行为表现。这项功能主要通过四个环节实现：（1）量化学生行为，（2）评估学生行为，（3）呈示学生行为得分，（4）生成学生“行为报告”。

3. 基于ClassDojo的课堂数据可视化教学应用

（1） 激发全员共同参与

（2） 创设游戏化课堂

可将学生课堂行为管理作为游戏机制，通过将数据应用和趣味呈示的色彩、声音、时间乃至学生个人形象相关联，从个性化形象设置、评估过程到竞争机制、互动反馈等方面。具体可从以下三方面考虑：一是为所有学生设置独特的卡通人物形象。二是重视学生行为评估过程的游戏化。三是充分应用ClassDojo所提供的随机抽取、计时器和倒计时等功能，开展各种各样的趣味活动，有效提高学生的课堂参与。

（3） 展开即时、全面、自主的教学互动

（4）增进教育利益相关者间的协作交流

ClassDojo除了在课堂教学中作为学生行为的即时评价与管理工具外，还会对学生的行为表现加以记录和存储，并以“行为报告单”的方式动态呈现出“整个班级”或单个学生在某一段时间内的发展变化情况。ClassDojo根据教师、家长和学生的应用特征为各自提供了不同的应用界面，方便教师、家长和学生即时查看学生的行为表现。

六、学习仪表盘：大数据时代的新型学习支持工具

学习仪表盘基于信息跟踪技术和镜像技术，对学习者的学习行为、习惯、情绪、兴趣等信息进行记录和追踪，通过分析与可视化、个性化的显示，为在线教育的学习者、教师、研究者、教育管理者等提供多层次的学习支持，帮助学习者实现自我认知、学习反思以及意义建构，促进学习新方法或模式的产生。

应用案例

（1）可汗学院学习仪表盘

在这一学习仪表盘中，要学的知识被精细切割为上百个知识点并可视化为由

549个小格组成的“任务进度”图，其中每个小格代表并链接一个知识点要完成的学

习任务，其颜色深浅表示了学习者对该知识点的掌握程度。学习者可以设计个性化

的学习路径并自由选择想要学习的知识点，还可以通过练习或测试提升对某一知识点的掌握程度

（2）“快乐学”学习仪表盘

学生入口的仪表盘页面能够显示学生在练习过程中的错题类型与数量，并通过分析学生在学习中的弱点与盲点生成个性化练习题，帮助学生强化和提高。教师入口的仪表盘页面既能够支持师生间一对一的交互，又能基于对学习者的数据分析辅助教师生成个性化试卷，从而实现个性化教学。家长入口的仪表盘页面在可视化子女总体学习指数（如图4所示）的同时，还可以显示某类知识点的具体学习情况

多对象学习支持

学习者。学习仪表盘可以追踪学习者的学习过程与结果并提供多种反馈信息，包括对课程参与情况的反馈，如学习材料使用情况、在线活动参与度、论坛参与率、在线测试成绩、作业及考试成绩等;学习者在学习共同体内的学习情况反馈，如学习进度的比较与推荐、学习策略建议等;学习者学业进步的总体反馈，包括学习情况总结、参与各种学习活动及使用各种信息技术工具的情况总结等。

教学者。学习仪表盘具有可定制性与可扩展性，可以满足教师多方面的教学需求。(Siemensetal.,2011)首先，教师可以通过学习仪表盘更深刻地了解学习者个体与群体的学习情况，如学生对于个人进步的感知、学习中的情绪情感体验、话题讨论的参与程度、实时学习检测情况以及与检测内容相对应的在线学习活动参与情况等，使教师可以获取学习情境中更为全面但却不太有形(LessTangible)的信息，从而追踪并掌握影响学习者持续学习参与度(SustainedLearnerEngagement)的因素。其次，学习仪表盘提供了一些便捷的插件，可以让教师选择和定制对信息和数据的分析角度，从而帮助教师及时发现和预测“处于危险状态”的学生并进行干预，如个性化谈话、学习方法建议、学习材料补充等。另外，学习仪表盘具有良好的开放性，教师可以方便地与同校或外校的教师共享信息资源。