文/Alyssa Wise

數(shù)據(jù)啟發(fā)下的教學(xué)環(huán)境

文/Alyssa Wise

教育活動中產(chǎn)生和收集的數(shù)據(jù)的快速增長，蘊(yùn)含著提升對教學(xué)效果認(rèn)識的巨大潛力。通過創(chuàng)建數(shù)據(jù)啟發(fā)（data-informed）的教學(xué)環(huán)境，學(xué)校能夠在教學(xué)分析和教學(xué)設(shè)計(jì)之間形成協(xié)同，實(shí)現(xiàn)對數(shù)字化的和基于教室的教學(xué)環(huán)境的實(shí)時調(diào)整和長期迭代改進(jìn)。

教育者們從教學(xué)活動過程中收集到的數(shù)據(jù)中得到了更有吸引力的機(jī)會，來了解為學(xué)生而設(shè)計(jì)的教學(xué)經(jīng)歷中，學(xué)生的實(shí)際參與情況如何。教師們多年來依賴于課堂反饋，而數(shù)據(jù)提供了一個更加具體、全面和相對公正的版本。利用實(shí)時診斷信息的能力可以支持教師們對教學(xué)進(jìn)行即時的、響應(yīng)式的調(diào)整，而且從長期來看可以引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的迭代改進(jìn)。

獲得正確的數(shù)據(jù)

什么數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)被收集用來啟發(fā)教學(xué)設(shè)計(jì)？這依賴于所涉及的教學(xué)環(huán)境種類。在數(shù)字教學(xué)環(huán)境的情境中，數(shù)據(jù)的收集相對更加直接，人們也傾向于考慮此種情境下的教學(xué)分析。然而，對數(shù)據(jù)含義進(jìn)行解釋則并不那么直接。例如，在線學(xué)習(xí)環(huán)境中收集的一種常見數(shù)據(jù)是“點(diǎn)擊流”（clickstream）——即對某人點(diǎn)擊的數(shù)字對象及點(diǎn)擊時間的連續(xù)記錄。這種數(shù)據(jù)可以加以匯編，用來觀察班級范圍中的行為模式，或者是對出現(xiàn)特有行為的個人進(jìn)行識別；然而，更重要的是思考這些模式對學(xué)生的參與和學(xué)習(xí)有什么意義。線上產(chǎn)生的另外一種數(shù)據(jù)是“學(xué)生產(chǎn)物數(shù)據(jù)”（student artifact data）。當(dāng)學(xué)生的產(chǎn)物是基于文本的，如短文或者討論消息的情況下，自然語言處理和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)就可以被利用來實(shí)現(xiàn)識別涉及的共同主題、找出興趣相近的學(xué)生、或評價文本的特定質(zhì)量的目的。

盡管數(shù)字教學(xué)環(huán)境是教學(xué)分析的自然場所，從教室的教學(xué)環(huán)境中也可以收集到類型多樣、引人關(guān)注的數(shù)據(jù)。這種做法的重要性在于避免了過分優(yōu)先于數(shù)字領(lǐng)域而忽略了現(xiàn)實(shí)世界中發(fā)生的重要活動。多模教學(xué)分析（multimodal learning analytics）基于物理空間中收集的數(shù)據(jù)，例如語音、目光或手勢。視頻數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的結(jié)合，以及對教室中形成的學(xué)生產(chǎn)物的手寫和繪圖分析，都有加以利用的可能性。當(dāng)然，收集這些類型的數(shù)據(jù)的考慮也面臨嚴(yán)峻的倫理和隱私問題。

最后一種重要的數(shù)據(jù)是自我記錄的數(shù)據(jù)，即學(xué)生自愿提供的與自身相關(guān)的數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)與此前通過自我報告調(diào)查形成的數(shù)據(jù)相比，其區(qū)別在于它是在多個時間點(diǎn)上即時收集的，而不是事后分析的數(shù)據(jù)。頻繁的快速提示可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程的特定時點(diǎn)指出他們正在進(jìn)行的學(xué)習(xí)內(nèi)容，或者是他們當(dāng)前對學(xué)習(xí)材料的信心。這就形成了與學(xué)生活動或態(tài)度相關(guān)的細(xì)致數(shù)據(jù)，比單純的點(diǎn)擊流數(shù)據(jù)更易于解釋，而且隨著時間發(fā)展能夠建立起大量值得受到關(guān)注的行為模式。

倫理與隱私

在談?wù)摂?shù)據(jù)將如何用來啟發(fā)教學(xué)環(huán)境的設(shè)計(jì)之前，要考慮倫理和隱私等方面。任何時候，只要收集和利用與學(xué)生相關(guān)的數(shù)據(jù)，這些問題都會出現(xiàn)。核心問題與所有權(quán)（這是誰的數(shù)據(jù)）、訪問權(quán)（誰能看到這些數(shù)據(jù)）、效用（這些數(shù)據(jù)是用于何種目的）相關(guān)。這些問題當(dāng)然不僅是對高等教育的教學(xué)分析產(chǎn)生影響，大量運(yùn)行在商業(yè)部門中的數(shù)據(jù)追蹤和利用行為所受到的監(jiān)管都是最小化的。高等教育機(jī)構(gòu)對學(xué)生負(fù)有更高的責(zé)任，需要更加謹(jǐn)慎和盡責(zé)地對待處理學(xué)生數(shù)據(jù)的行為。

圖1 含有嵌入式和提取式分析的圖形化研討論壇

在這方面，透明是一項(xiàng)重要原則。大學(xué)要有明確和易于理解的政策，使得學(xué)生知道被采集到的是哪些數(shù)據(jù)，以及這些數(shù)據(jù)將會用于和不會用于什么目的。在訪問權(quán)方面，一種能獲得學(xué)生參與的方法是賦予他們審視自己的數(shù)據(jù)的能力，使他們理解這些數(shù)據(jù)所帶來的洞察力。讓學(xué)生以為數(shù)據(jù)是某些不可見的主體在收集，還是讓學(xué)生參與和投入到數(shù)據(jù)的利用過程中，這中間有巨大的差異。在筆者的一項(xiàng)研究項(xiàng)目中，研究人員發(fā)現(xiàn)，如果能建立充滿信任的氛圍（本案例中包括了以明確的條款來表明分析是用于提高而不是評價學(xué)習(xí)效果），那么即便所利用的數(shù)據(jù)是非常細(xì)致的，學(xué)生也會認(rèn)為可以接受。大學(xué)也要考慮采用選擇性退出和選擇性加入的條款是否合適，以及選擇不參與的話會對學(xué)生本人和學(xué)校的整體信息基礎(chǔ)造成怎樣的后果。盡管沒有簡單的答案，這些問題仍然是每個教育機(jī)構(gòu)在策劃教學(xué)分析和利用數(shù)據(jù)時需要考慮的。

數(shù)據(jù)啟發(fā)的教學(xué)設(shè)計(jì)

從較高層次上看，數(shù)據(jù)啟發(fā)的教學(xué)環(huán)境所帶來的首要之事是擁有的大量信息進(jìn)入到了關(guān)于設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)境和評估設(shè)計(jì)意圖是否確實(shí)得到實(shí)現(xiàn)的思考中。很多時候，我們在教學(xué)環(huán)境的設(shè)計(jì)過程中懷有良好的意愿，但是在結(jié)果是否符合我們的期待方面并沒有進(jìn)行一些檢查。在教室教學(xué)中，教師或許可以通過對記錄的事件進(jìn)行反思的方式來獲得對其中事物的整體認(rèn)識，但是這也經(jīng)常會遺失場景中的大量內(nèi)容。在線上教學(xué)環(huán)境中要獲得學(xué)生投入程度如何的認(rèn)識甚至更加困難。在教學(xué)分析中，可以對期望發(fā)生在學(xué)習(xí)經(jīng)過中的事情設(shè)定目標(biāo)，然后檢查它們是否確實(shí)發(fā)生了。還可以看到設(shè)計(jì)是否產(chǎn)生了符合意圖的效果，是否實(shí)現(xiàn)了想為學(xué)生創(chuàng)造的那種學(xué)習(xí)經(jīng)歷，教學(xué)分析為人們提供了實(shí)現(xiàn)這些目的的強(qiáng)大手段。圖1是展示了對研討論壇的分析結(jié)果，包括嵌入在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中和從其中提取的分析。標(biāo)有顏色的點(diǎn)展示了學(xué)生是如何參與到對話中的（深藍(lán)和淺藍(lán)色的點(diǎn)），以及他們沒有參與的部分（紅色的點(diǎn)）。右側(cè)的數(shù)據(jù)表表明，大多數(shù)學(xué)生在閱讀他人的觀點(diǎn)方面都有投入，盡管有一個特殊的學(xué)生在閱覽他自己的貢獻(xiàn)上花費(fèi)了大多數(shù)的時間。

教學(xué)分析還形成了識別共同的和重要的行為模式的能力。換句話說，我們可以看到大量學(xué)生正在做的事情，評估是否符合要求，并且尋找出那些學(xué)生常常獲得深入認(rèn)識或停滯不前的關(guān)鍵時機(jī)。只要開始找出這種事件的出現(xiàn)方式，就可以相應(yīng)地重新設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)境。例如，某項(xiàng)有趣的研究觀察了學(xué)習(xí)編程的學(xué)生，發(fā)現(xiàn)在一些特定時刻，他們努力嘗試并解答出問題，而在另一些時刻，這些嘗試卻導(dǎo)致他們卡在了一個“沉沒狀態(tài)”。換句話說，他們反復(fù)嘗試一件事情并不斷失敗，走進(jìn)了死胡同，明顯在原地打轉(zhuǎn)。這些場景一旦被識別，就可以對我們的設(shè)計(jì)提出多種多樣的啟示。例如，可以決定不讓學(xué)生卡在死胡同里，因此就可以設(shè)計(jì)某種方式避免讓他們走向那個途徑?；蛘?，根據(jù)我們的教學(xué)目標(biāo)，也許會想要允許去探索那個途徑，因?yàn)樽寣W(xué)生意識到那是一條死胡同也非常重要。只要學(xué)生發(fā)現(xiàn)了死胡同，就巧妙地引導(dǎo)他們走出來。所以，對學(xué)生投入學(xué)習(xí)的模式的研究，為教學(xué)分析和數(shù)據(jù)啟發(fā)的教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)提供了另外一個途徑。

分析還可以嵌入到環(huán)境中用于對學(xué)習(xí)過程中的直接啟發(fā)。可以參考斯坦福大學(xué)進(jìn)行的一項(xiàng)研究，其中目光追蹤被用于學(xué)生間的協(xié)作的研究。其中，兩名學(xué)生互相不見面，而是要通過在顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上的信息和圖表來一起學(xué)習(xí)大腦處理視覺信息的方式。研究者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生們同時注視屏幕的同一個位置的次數(shù)越多，他們的協(xié)作質(zhì)量就越高。

個性化

個性化已經(jīng)變成了在線學(xué)習(xí)和教學(xué)分析中的流行語。一個為滿足需求而獨(dú)家設(shè)計(jì)的教學(xué)環(huán)境，這樣的想象確實(shí)有些吸引力。其實(shí)，這種“量體裁衣”也有多種實(shí)現(xiàn)方式。一種是通過“系統(tǒng)調(diào)整”，即教學(xué)環(huán)境根據(jù)對學(xué)生過往行動的分析自行進(jìn)行調(diào)整。例如，數(shù)學(xué)課的智能輔導(dǎo)系統(tǒng)可以追蹤學(xué)生成功解決的題目和遇到了困難的題目，并為他/她選出并提供一組個性化的題目來繼續(xù)練習(xí)。另一種實(shí)現(xiàn)個性化的方式是“系統(tǒng)可調(diào)整性”，即學(xué)生能夠在系統(tǒng)中利用分析數(shù)據(jù)來引導(dǎo)決策、進(jìn)行調(diào)整。例如，一名學(xué)生可以看出來他在解答某一類數(shù)學(xué)題目時存在困難，以選擇繼續(xù)練習(xí)相關(guān)的技巧。上述第一種方式傾向于代表學(xué)生做出選擇，不需學(xué)生本人的努力就可以建立一條更加優(yōu)化的學(xué)習(xí)路徑。第二種方式對學(xué)生的要求更多，也需要更多的支持，但是也為學(xué)生創(chuàng)造了更加有效的機(jī)會，使他們在學(xué)習(xí)過程中更加清楚和活躍。這將支持學(xué)生的自我監(jiān)督學(xué)習(xí)技能的發(fā)展，并導(dǎo)向更好的終身學(xué)習(xí)策略。

圖2 設(shè)計(jì)教學(xué)分析以支持學(xué)生的自我監(jiān)督學(xué)習(xí)的原理

自我監(jiān)督技能也有利于幫助學(xué)生改變他們的學(xué)習(xí)行為，甚至在無需調(diào)整教學(xué)環(huán)境的情況下。這要引入目標(biāo)設(shè)定、行動和反思的循環(huán)。這個循環(huán)的原理如圖2所示，其中表現(xiàn)了支撐這個循環(huán)的幾項(xiàng)原則：整合（確保學(xué)生受到關(guān)于教學(xué)分析與學(xué)習(xí)活動如何相關(guān)的指導(dǎo)）、參與（給學(xué)生機(jī)會來對與自己相關(guān)的分析結(jié)果進(jìn)行解釋和采取行動）、參考框架（為解釋分析結(jié)果而提供一個或多個比較點(diǎn)）、對話（在學(xué)生需要時提供反饋和支持）。例如，研究小組中開展了一項(xiàng)研究，其中要求學(xué)生回顧他們認(rèn)為自己在一個研討論壇中做了些什么；然后把回顧的結(jié)果和他們實(shí)際做的事情進(jìn)行比較。他們認(rèn)為自己做過的事情和數(shù)據(jù)顯示出來的實(shí)際情況之間的差距，成為了促使他們改變自身行為的強(qiáng)烈驅(qū)動力。在這個例子中，即使教學(xué)環(huán)境本身并未發(fā)生改變，只是換了一種使用方式，分析結(jié)果仍然會對學(xué)生有所支持。

采用數(shù)據(jù)策略改進(jìn)教學(xué)環(huán)境的三個竅門

下面一些步驟可以有助于教育機(jī)構(gòu)制定支持教學(xué)環(huán)境改進(jìn)的策略。

第一，對要追蹤和測量的事物類型進(jìn)行追蹤。要考慮采用一個動態(tài)咨詢過程與最終用戶共同進(jìn)行，控制住沖動而不要從 “這就是我們擁有的數(shù)據(jù)”這樣的視角開始。否則，從出發(fā)點(diǎn)上就沒有以用戶為念，這樣的做法是很危險的。動態(tài)咨詢意味著去找那些你希望會使用這些數(shù)據(jù)的人們，可能是教師、設(shè)計(jì)師、管理者或是學(xué)生，然后力圖理解他們的信息需求——他們會要求用這些數(shù)據(jù)去解決

哪些類型的問題？你還要經(jīng)常教育人們利用數(shù)據(jù)可能做到哪些事情，因?yàn)樗麄冎泻芏嗳酥安⒉恢馈Ｔ跀?shù)據(jù)的用戶需要什么和哪些事情是技術(shù)上可行之間反復(fù)迭代，你會開始能想出來要采集哪些數(shù)據(jù)以及如何處理它們。這個方法將保證構(gòu)建出的系統(tǒng)是對人們有用的。現(xiàn)存的大量分析系統(tǒng)展示了很漂亮的儀表板（dashboard），但是這對那些要從系統(tǒng)中獲益的人們而言并不必然是有用的。

第二，要思考采集到的數(shù)據(jù)是如何回應(yīng)用戶的問題的。這種思考涉及問題“數(shù)據(jù)的含義是什么”，要求超越初步匯總報表的思考水平。初級層次的教學(xué)分析，尤其當(dāng)來源于學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)時，存在簡單描述“每一件事都做了多少”的危險傾向。這個傾向假定了一個學(xué)習(xí)模式“越多越好”，但實(shí)際并非必然如此。實(shí)現(xiàn)這個目的的一個有力工具是歷時教學(xué)分析。通過采用歷時分析來取代對某些事情進(jìn)行計(jì)數(shù)的簡單數(shù)據(jù)匯總，我們可以看到，伴隨著教學(xué)成效高低不一的行動流或者行動序列，教學(xué)過程是如何沿著時間而展開的。

第三，對數(shù)據(jù)方案的思考要與教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)相結(jié)合。與其問“系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)已經(jīng)在這兒了，我們怎么利用它”，不如退后一步，思考一下如何通過教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)來產(chǎn)生有用的數(shù)據(jù)。這對創(chuàng)建更好的教學(xué)分析而言是至關(guān)重要的關(guān)鍵點(diǎn)，因?yàn)槲覀冊诜治鲋忻媾R的諸多挑戰(zhàn)都源于所收集到的數(shù)據(jù)的限制。

未來的思考

隨著高等教育多樣化，學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)歷跨越多個教學(xué)環(huán)境甚至是多個高等教育機(jī)構(gòu)變成了常態(tài)。此外，作為學(xué)生整體教育的重要組成部分，課外的和非正式的教學(xué)活動也開始被賦予更多的關(guān)注和價值，受其本質(zhì)決定，這些事件將會發(fā)生在多種多樣的、不同的、往往是非正式的教學(xué)環(huán)境中。這就帶來了兩難困境。我們想要能夠把跨越不同系統(tǒng)的教學(xué)數(shù)據(jù)和技能證明匯集到一起，然而如果過于努力地推進(jìn)工具和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一化，將喪失教學(xué)環(huán)境的多樣化選項(xiàng)所帶來的價值。

回到有關(guān)數(shù)據(jù)隱私、所有權(quán)和學(xué)生參與的主題，更加強(qiáng)有力的未來愿景是將多樣化的教學(xué)環(huán)境引入到一個更大的分析生態(tài)圈，其中提供了技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施來協(xié)助系統(tǒng)之間的有效溝通。這個領(lǐng)域中已經(jīng)有了若干項(xiàng)目在進(jìn)行。例如，教學(xué)工具互操作性標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)允許將同樣的工具引入到不同的學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)中。在教學(xué)分析領(lǐng)域，Apereo基金啟動了一項(xiàng)計(jì)劃來構(gòu)建一項(xiàng)開放的分析基礎(chǔ)設(shè)施，能夠支持從多種多樣的、不同的教學(xué)環(huán)境中收集和分析數(shù)據(jù)。我們可以想象，未來的學(xué)生掌握的數(shù)據(jù)中記錄他/她一生學(xué)習(xí)軌跡。這一想象是對許多理念的延伸，而且正是學(xué)生自我電子檔案、徽章、微學(xué)分這些眼前發(fā)生的事情背后的那些理念。

在啟發(fā)教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)以及學(xué)生在其中參與等方面，數(shù)據(jù)都蘊(yùn)含了巨大的機(jī)遇。高等教育機(jī)構(gòu)要推動取得這些方面成果，就可以通過與預(yù)想的最終用戶咨詢來構(gòu)建更有用的分析，以及制定明確和盡責(zé)的數(shù)據(jù)利用策略來實(shí)現(xiàn)。

（來源：Educause Review 翻譯：陳強(qiáng)）