隨著工業(yè)4.0的到來，人工智能、萬物互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、信息爆炸等構(gòu)建出了新的社會(huì)生態(tài)，新時(shí)代對(duì)創(chuàng)新人才的新需求正在推動(dòng)教育體系的深刻變革，新時(shí)代呼喚時(shí)空靈活、優(yōu)質(zhì)高效和培養(yǎng)創(chuàng)新人才的個(gè)性化教育服務(wù)。
未來教育呼喚以學(xué)習(xí)者為中心的計(jì)算教育學(xué)理論
新一代學(xué)生作為數(shù)字時(shí)代原住民，習(xí)慣于信息技術(shù)環(huán)境中的學(xué)習(xí)方式、生活方式，呈現(xiàn)出全新的認(rèn)知規(guī)律、認(rèn)知風(fēng)格和心理特點(diǎn)，教育研究者需要重新從多個(gè)角度審視、研究新一代的學(xué)習(xí)者特征;同時(shí)以創(chuàng)新能力為目標(biāo)的新需求，也要求我們重新審視原有的教育原理，建立科學(xué)、系統(tǒng)的提升教育質(zhì)量的教育動(dòng)因系統(tǒng)，系統(tǒng)而非局部的進(jìn)行教育變革;還要滿足新時(shí)代對(duì)教育的個(gè)性化需求，建立新時(shí)代新的教育供給系統(tǒng)。以計(jì)算教育學(xué)為代表的、面向?qū)W習(xí)者為中心的個(gè)性化學(xué)習(xí)已成為新時(shí)代世界各國關(guān)注的重點(diǎn)，必將開啟新時(shí)代新的教育研究范式和內(nèi)容。
新的生產(chǎn)力呼喚新的學(xué)習(xí)者。“努力讓每個(gè)孩子都能享有公平而有質(zhì)量的教育”是我們共同的愿景。從農(nóng)業(yè)時(shí)代的原始的個(gè)別教育、個(gè)性化農(nóng)耕教育，到工業(yè)時(shí)代的班級(jí)授課、規(guī)?；逃?，再到第三次工業(yè)革命的靈活、多樣、開放、終身的個(gè)性化教育，那么工業(yè)4.0時(shí)代的教育和學(xué)習(xí)者有什么特點(diǎn)，教育的動(dòng)因系統(tǒng)、原理與機(jī)制有什么特點(diǎn)，個(gè)性化的教育有什么不同，已經(jīng)成為世界各國關(guān)注的重點(diǎn)。2015年10月，聯(lián)合國教科文組織國際互聯(lián)網(wǎng)教育合作伙伴會(huì)議召開，明確提出要?jiǎng)?chuàng)建公平、動(dòng)態(tài)、負(fù)責(zé)和可持續(xù)性的“以學(xué)習(xí)者為中心”的數(shù)字化學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)?，F(xiàn)階段我們要積極應(yīng)對(duì)大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)等帶來的新挑戰(zhàn)，加快“以學(xué)習(xí)者為中心”的教學(xué)模式，著重培養(yǎng)學(xué)生的個(gè)性，讓教育變革跟上時(shí)代，讓我們培養(yǎng)的人不落伍于時(shí)代。
未來教育需要大數(shù)據(jù)支持
在《2030年可持續(xù)發(fā)展議程》提出的教育目標(biāo)基礎(chǔ)上，聯(lián)合國教科文組織于2015年11月4日通過了《教育2030行動(dòng)框架》，為實(shí)現(xiàn)2030教育目標(biāo)做出具體規(guī)劃，即“邁向全納、公平、優(yōu)質(zhì)的教育和全民終身學(xué)習(xí)”。美國《教學(xué)2030》指出教學(xué)生態(tài)將發(fā)生變化：認(rèn)知科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)步使師生能夠進(jìn)行沉浸式個(gè)性化學(xué)習(xí)，教師將結(jié)合腦研究的新發(fā)現(xiàn)和前沿技術(shù)改善教學(xué)，基于學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格和需求定制個(gè)性化學(xué)習(xí)方案;學(xué)習(xí)將集中于以批判性思維和問題解決、溝通技能、合作技能以及創(chuàng)造力和創(chuàng)新技能為核心的21世紀(jì)技能。德國、芬蘭、加拿大、日本等都對(duì)未來教育提出了新的愿景和目標(biāo)，《中國教育現(xiàn)代化2030》正在制訂，世界各國關(guān)注的重點(diǎn)總結(jié)起來包括：學(xué)生學(xué)習(xí)的個(gè)性化、教師角色的多樣化、基于腦與認(rèn)知的科學(xué)研究、教育與學(xué)習(xí)方式的信息化、基于大數(shù)據(jù)的多元化評(píng)價(jià)、學(xué)生培養(yǎng)的學(xué)校—家庭—社區(qū)一體化等方面。這些目標(biāo)和內(nèi)容的實(shí)現(xiàn)都依賴于科學(xué)的依據(jù)。
有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，有些地方僅初二年級(jí)學(xué)生中近視率近一半，22%的學(xué)生不愿意上學(xué)，15%的學(xué)生有嚴(yán)重厭學(xué)情緒，超過一半的學(xué)生在校外補(bǔ)課等這些問題直接影響到兒童青少年的健康成長，影響到每一個(gè)家庭的幸福，影響到我國人力資本的水平和自身長遠(yuǎn)發(fā)展的中堅(jiān)力量。教育在一定范圍內(nèi)存在諸多問題，如“重知識(shí)、輕能力”“重智育、輕德育(缺少社會(huì)參與和實(shí)踐)”“重結(jié)果、輕過程”“重傳遞、輕探究”“重統(tǒng)一、輕個(gè)性”等諸多矛盾。矛盾的本質(zhì)在于大家仍依靠原有的經(jīng)驗(yàn)和自身經(jīng)歷來詮釋新時(shí)代教育的新需求，缺乏科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐，難以刻畫新時(shí)代學(xué)習(xí)者的特征;各級(jí)教育工作者對(duì)新時(shí)期教育的動(dòng)因系統(tǒng)、教育原理缺乏足夠的數(shù)據(jù)模型支持;教育體系研究的范式還停留在經(jīng)驗(yàn)式的方法上，不能在現(xiàn)有基礎(chǔ)上深入開展個(gè)性化學(xué)習(xí)。這些難題的解決亟待大數(shù)據(jù)的支撐和全新教育理論的研究。
面向?qū)W習(xí)者為中心的計(jì)算教育學(xué)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
我國教育規(guī)模居世界首位，僅基礎(chǔ)教育在校生就接近2億人，教育不僅涉及學(xué)生，還涉及家長和社會(huì)，可以說和每個(gè)人都息息相關(guān)，如此大規(guī)模的教育必將產(chǎn)生世界量級(jí)的教育大數(shù)據(jù)。隨著信息化程度的提高，這些數(shù)據(jù)還在以幾何級(jí)的規(guī)模遞增。前期教育信息化實(shí)踐中已經(jīng)積累了海量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)一部分屬于政府政務(wù)數(shù)據(jù)，一部分存儲(chǔ)在各類信息化平臺(tái)中。如何充分發(fā)揮已有數(shù)據(jù)資產(chǎn)的價(jià)值，挖掘隱藏的學(xué)習(xí)者特點(diǎn)、教育教學(xué)規(guī)律、落實(shí)個(gè)性化的創(chuàng)新學(xué)習(xí)，成為建設(shè)新時(shí)代人才強(qiáng)國的關(guān)鍵。
建設(shè)互聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)國，為我國教育大數(shù)據(jù)行業(yè)提供了前所未有的獨(dú)特機(jī)遇，這也對(duì)基于教育大數(shù)據(jù)的創(chuàng)新解決方案提出了更高要求，依托數(shù)據(jù)開展相關(guān)研究是當(dāng)前我國教育改革的關(guān)鍵，計(jì)算教育學(xué)正當(dāng)時(shí)。
學(xué)習(xí)者特征模型的建立多關(guān)注認(rèn)知，缺乏多維度、多側(cè)面的動(dòng)態(tài)個(gè)性學(xué)習(xí)特征庫?；诖笠?guī)模測(cè)評(píng)數(shù)據(jù)，再結(jié)合網(wǎng)絡(luò)痕跡數(shù)據(jù)及通過可穿戴設(shè)備采集的腦狀態(tài)數(shù)據(jù)，采用大數(shù)據(jù)分析方法建立模型、挖掘規(guī)律，將有望為從宏觀、中觀、微觀三個(gè)層面構(gòu)建學(xué)習(xí)者特征模型提供解決方案。
教育質(zhì)量的動(dòng)因系統(tǒng)探究缺乏系統(tǒng)性，處于局部領(lǐng)域的部分變量的研究狀態(tài)。隨著教育技術(shù)和腦科學(xué)研究的迅猛發(fā)展，可以通過采集實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的課堂數(shù)據(jù)來補(bǔ)充橫斷研究數(shù)據(jù)的不足，更急需大數(shù)據(jù)的處理方法來刻畫真正的動(dòng)態(tài)模型，評(píng)估來自不同層面的因素對(duì)教育質(zhì)量的直接和間接效應(yīng)，幫助教育政策制定者和教育實(shí)踐者針對(duì)薄弱環(huán)節(jié)提出提高教育質(zhì)量的最優(yōu)策略。
個(gè)性化學(xué)習(xí)的內(nèi)容度量與模型缺乏多視角推薦
隨著人工智能、大數(shù)據(jù)的蓬勃發(fā)展，教育大數(shù)據(jù)應(yīng)運(yùn)而生，各學(xué)科知識(shí)內(nèi)容的人工標(biāo)定已無法滿足需求?；诮逃髷?shù)據(jù)，發(fā)展自動(dòng)識(shí)別技術(shù)來界定各學(xué)科知識(shí)內(nèi)容及其關(guān)系迫在眉睫。另外，為了更好地滿足當(dāng)前環(huán)境下學(xué)習(xí)者的個(gè)性化學(xué)習(xí)內(nèi)容推薦，急需利用新的認(rèn)知診斷評(píng)估方法，對(duì)學(xué)習(xí)者在各學(xué)科知識(shí)內(nèi)容上的掌握情況進(jìn)行診斷，以幫助學(xué)習(xí)者構(gòu)建個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑和學(xué)習(xí)內(nèi)容的推薦。
大數(shù)據(jù)下的機(jī)器學(xué)習(xí)理論研究飛速發(fā)展，尚缺乏對(duì)教育的深度挖掘。傳統(tǒng)的教育數(shù)據(jù)分析方法比較局限，主要依賴于局部數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，信息挖掘的手段主要是采用基于降維的方法如因素分析、主成分分析等，而教育大數(shù)據(jù)本身具有多源異構(gòu)特性，因此急需引入先進(jìn)的針對(duì)教育大數(shù)據(jù)的分析方法。大數(shù)據(jù)下的機(jī)器學(xué)習(xí)方法已在機(jī)器視覺、自然語言處理，神經(jīng)科學(xué)等方面發(fā)揮了巨大影響，可為教育大數(shù)據(jù)分析服務(wù)，尤其是實(shí)現(xiàn)對(duì)教育多源數(shù)據(jù)的整體分析，為研究教育質(zhì)量的相關(guān)內(nèi)容提供新的解決辦法。因此急需引入以深度學(xué)習(xí)為代表的人工智能方法，從教育大數(shù)據(jù)中挖掘信息，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)，為教育質(zhì)量的提升提供有效途徑。
多層次、多領(lǐng)域的教育大數(shù)據(jù)為計(jì)算教育學(xué)理論提供豐富的數(shù)據(jù)源。多維度、多側(cè)面反映學(xué)生發(fā)展和相關(guān)因素的立體數(shù)據(jù)為計(jì)算教育學(xué)提供了豐富的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
大規(guī)模測(cè)評(píng)大數(shù)據(jù)——指在全國甚至全世界范圍內(nèi)開展的旨在診斷教育質(zhì)量，為評(píng)價(jià)教育系統(tǒng)有效性開展的測(cè)評(píng)項(xiàng)目。
課堂音視頻大數(shù)據(jù)——隨著教學(xué)活動(dòng)的不斷開展，基于音視頻的教研無論是活動(dòng)次數(shù)還是規(guī)模都已具有相當(dāng)高的水平，因此基于音視頻的教研活動(dòng)已成為當(dāng)前教育的常態(tài)，越來越多的課堂音視頻數(shù)據(jù)以及聽評(píng)課記錄被留存。
網(wǎng)絡(luò)痕跡大數(shù)據(jù)——人們使用學(xué)習(xí)、社交和娛樂網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)記錄和分享彼此的活動(dòng)和思想，不可避免地而且“非故意地”留下了與個(gè)人心理品質(zhì)有關(guān)的大量網(wǎng)絡(luò)行為痕跡。
可穿戴設(shè)備大數(shù)據(jù)——可穿戴設(shè)備是能夠延續(xù)性地穿戴在個(gè)人用戶身體上，或能整合到個(gè)人用戶的衣服、飾件中，并具備數(shù)據(jù)采集、處理、交互等能力的便攜式電子設(shè)備。
總之，計(jì)算教育學(xué)需要信息科學(xué)、教育技術(shù)學(xué)、教育學(xué)、心理科學(xué)、腦科學(xué)等相關(guān)行業(yè)協(xié)同合作、共同實(shí)現(xiàn)，因此構(gòu)建新時(shí)代的計(jì)算教育學(xué)勢(shì)在必行，進(jìn)而對(duì)建立計(jì)算教育學(xué)的理論體系、技術(shù)體系、方法體系和實(shí)踐體系開展深入研究。
