成果题目：基于大数据的智慧教育体系研究与实践                       

成果类别：专著（论文）类                                

作    者：胡伏湘、邓子云、方玲玉、龙超、王志辉、周未、韩燕平         

所在单位：长沙商贸旅游职业技术学院

 

一、成果主要内容、主要学术观点和理论建树

   本成果来源于湖南省教育科学“十三五”规划2016年度重点课题《基于大数据平台的智慧教育体系研究与实践》（项目编号：XJK016AXX001），课题已经研究完成，在2018年9月4日经过专家会议论证，并提交了相关材料，处于结题过程中。

   1、成果主要内容

   1.1 成果的组成

   包括：1篇代表作论文、10篇相关论文、3个计算机软件著作权、3个获奖证书、1篇研究报告。见表1：

表1:成果主要内容

序号	题目	发表情况	级别
论文1 (代表作)	基于大数据的智慧职教--内涵、平台设计与应用	中国职业技术教育，2017（3）	全国中文核心
论文2	基于大数据的智慧教育体系构建与应用设计	计算机与网络，2017年（21）	全国中文核心
论文3	基于大数据平台的智慧教育方法研究	湖南行政学院学报，2017年（1）	省级
论文4	问题导向的微课开发与应用探究	工业和信息化教育，2016（3）	国家级
论文5	智慧教育体系结构设计与应用研究	长沙民政职业技术学院学报，2017（3）	省级
论文6	基于大数据思维的教育教学模式探析	湖南行政学院学报，2018（5）	省级
论文7	Automatic Combination Technology of Fuzzy CPN for OWL-S Web Services in Supercomputing Cloud Platform （“超算云平台”OWL-S服务的FCPN Web服务自动组合技术研究）	International Journal of Pattern Recognition and Artificial Intelligence，2017,31（7） （模式识别与人工智能国际学报）	SCI收录
论文8	A Reliability  Calculation Method for Web Service Composition Using Fuzzy Reasoning Colored Petri Nets and Its Application on Supercomputing Cloud Platform （一种FRCPN的Web服务组合可信度计算方法及超算云平台应用）	Future Internet,2016,8(47) （未来互联网学报）	EI收录
论文9	Architecture of Cloud Platform for CAE Simulation in Supercomputing Environment （超级计算环境下的工业设计仿真云计算平台架构研究）	International Journal of High Performance Systems Architecture,2016,6(3)（高性能系统架构国际学报）	EI收录
论文10	发达国家用大数据实施政府治理现代化的模式与借鉴	经济体制改革，2017（5）	CSSCI
论文11	大数据背景下湖南省网络信息安全框架设计	湖湘论坛，2015（6）	CSSCI
软件著作权1	BS模式网络考试软件	国家版权局：登记号：2016SR072385	国家级
软件著作权1	银行自动存取款系统仿真软件	国家版权局：登记号：2016SR145853	国家级
软件著作权2	一种CS模式网络考试软件	国家版权局：登记号：2016SR237105	国家级
获奖证书3	基于大数据的智慧职教——内涵、平台设计与应用	2017 年湖南省教育改革发展研究优秀论文（高校系列）	一等奖
获奖证书2	基于大数据的智慧教育体系构建与应用设计	2017年湖南省教育科学研究者工作协会优秀论文	一等奖
获奖证书3	基于大数据平台的智慧教育方法研究	2017年度湖南省职业教育与成人教育优秀论文	二等奖
研究报告	基于大数据平台的智慧教育体系研究与实践	字数：39193 页数：80	未发表

    1.2 成果的主要内容

   （1）厘清了智慧教育的基本内涵，完善了教育理论体系，解决了智慧教育的理论依据问题，顺应了以云计算、移动互联网、大数据为典型代表的最新信息技术发展趋势，对接了蓬勃兴起的智慧产业。

   对国内外相关文献进行了广泛的研读和整理分析，认为，智慧教育的基本内涵是学校依托云计算、大数据等最新信息技术，通过设计智慧教育环境，搭建智慧教育平台，教育者运用智慧教育教研方法，学习者运用智慧学习方法，管理者运用智慧管理方法，服务人员运用智慧服务方法，提升成才期望值，培养高智能创新型人才，包括智慧教育、智慧学习、智慧科研、智慧评价、智慧管理等关键内容，为教育教学过程增加了智慧因素，有效融入“智慧业”大家庭。

   （2）按照云计算的三层模型，研究并设计了以大数据平台为基础的智慧教育体系基本结构，为教育领域由传统教育模式向智慧教育模式转型升级提供了可供借鉴的思路和方法，确定了智慧教育的逻辑起点和实施步骤。

    按照大数据技术和云计算技术的特点，借鉴ISO网络体系结构思想，智慧教育体系的逻辑结构设计成五层四接口两翼，由低层到高层依次是：基础设施层、基础支撑层、数据资源层、业务应用层、综合展示层。相邻两层之间数据的传递通过接口实现，接口由低层向高层单向传递，两冀是保证智教育正常实施的政策要求和安全运维体系，如图1所示，由此实现了云计算的三层服务模式，如表1。

表1 对接云计算三层服务的智慧教育体系

层号	层次名	服务模式	主要功能	服务对象
3	决策支持层	SaaS：软件即服务	经过数据整合、聚类、统计和预测，为决策者提供总体概况、趋势预测、智能决策等整体性服务	决策层
2	核心业务层	PaaS：平台即服务	经过清洗和过滤，搭建教育大数据平台（智慧校园），向各业务部门提供教学、科研、评价、管理等数据服务	管理层
1	数据汇聚层	IaaS：基础设施即服务	采集来自校园网、无线网、物联网的各类数据，存储在数据库并汇聚于数据中心	执行层

     服务对象涵盖学校教职员工以及社会人员（如主管部门、家长、培训人员、合作方），学生成为最大受益者，提升人才培养质量是最主要目标。

    （3）研究并设计了智慧教育支持平台（智慧校园）和典型场景（智慧教室）的建设方案，解决了智慧教育的软硬件支持环境问题。

    作为学校智慧校园项目的负责人，与团队成员一起，先后到北京、天津、江苏、浙江、上海、广东、湖北考察调研，设计的智慧校园和教育大数据中心（如图2）建设方案融入了北京、江苏、广东、湖南等地6家知名公司的最新理念与技术，基本形成了教育大数据信息化平台，应用于教学管理的各个层面，教职员工充分享受到信息技术给教育教学带来的巨大成效，学生满意度和教育教学质量稳步提升。

    本著作是在第一申报人主持的国家社会科学基金“十一五”规划教育学一般项目《农村

    实施智慧教育需要重构教学环境和学习空间，突出以人为本和个性化的设计理念，符合人体功效学和认知工效学原理，打破物理空间、数字空间和虚拟空间的边界，更大的自由活动空间方便学生对移动终端使用的便捷性和拥有感。智慧教室是完成智慧教学过程的典型场所，方便老师线上线下混合式教学,合适的空间布局，无处不在的网络资源，固定端与移动端融为一体。区别于传统教室，它采用大数据技术云计算架构，服务器虚拟化桌面，课程资源云端存储，学生人手一台智能终端设备，为教师移动教学提供了可能，如图3所示。

    （4）研究设计了云数据的捕获与筛选、按需供给和可信计算系列算法，获国家版权局3项软件著作权，解决了大数据用于教育过程的技术问题。

    按照云计算平台数据存储原理，设计了一种新型的多机多线程垂直爬虫算法，用BerkeleyDB持久化待访问URL队列和已访问URL队列，用MD5算法映射URL为定长的32长度的字符串，借助“生产者-消费者”模型来作URL的分发、处理，将调度器与下载器分离，利用Spring的AOP和DI思想完成数据的处理；针对模糊推理的着色Petri网络，提出了Web Service的语义阀值相等、语义相似的定义，为支持可信度的计算有针对性地提出了FRCPN、Web Service、变迁的形式化定义，分析了组成FRCPN的5种产生式规则及其中变迁、Web Service的可信度计算方法，提出了一种FRCPN的Web服务组合可信度计算方法并应用于云平台原型。使用了SOA（面向服务）架构，利用了OWL-S（Ontology Web Language for Services）服务的FCPN（Fuzzy Colored Petri Net） Web服务自动组合技术将Web服务自动组合成用户所需要的计算需求服务，提出了Web服务依赖关系图建立的思路，设计了一种基于语义相似度的Web服务组合的FCPN依赖关系图生成算法，并在大数据平台上作了示例分析。

    基于以上算法模型，通过软件开发和测试实现，申报了3个计算机软件著作权，分别是BS模式网络考试软件（编号2016SR072385）、一种CS模式网络考试软件（编号2016SR237105）和银行自动存取款系统仿真软件（编号2016SR145853），获得国家版权局的授权。

    （5）分析探讨了基于大数据平台的智慧教育过程和主要教学方法，解决了智慧教育研究成果的最终落地问题。

    以学生为中心，通过教师的主导作用，让学生主动参与教学过程，为他们提供陈述观点和评价的机会，变被动接受为主动探究。要求老师事先准备好足够的课程资源，因材施教，通过预置问题、创设情境、小组讨论、方案评价等方式激活学生的学习欲望。在智慧教育环境中，教师的身份是导学（学生自主学习的引导者），是导师（学生成长路径的设计者），是导演（实施课堂教学过程的组织者），同时也是课题团队成员之一（陪伴学生成长），是资源的提供者（精确推送个性化资源），是最优方案的评估者（考量和评价学习效果），而不是标准答案的制定者。学生的地位由课堂内容的吸纳者变成了方案的探索者，也是教学过程的参与者，如图4。

    大数据平台下智慧教育的基本模式包括MOOCs和翻转课堂教学模式、云班级教学模式、项目团队任务导向教学模式等，信息的智能推送是实施教育过程的主要途径，其工作原理如图5所示。

    大数据时代，教师是实施智慧教育的关键因素，需要较强的信息素养才能胜任，必备的教育技术包括：学习分析技术、学习场景设计技术、导学方案设计技术、以吸引注意力为目标的移动课件制作技术和信息推送技术，定期培训和轮训是提高教师课堂驾驭能力不可或缺的途径。

   2、主要学术观点

   （1）智慧教育是信息技术融入教育过程的必然结果，其“智慧”来源于以云计算、移动互联网、大数据为代表的新一代信息技术

   学术界主要有2种观点。一种认为，智慧教育是由2008年IBM提出的“智慧地球（Smarter Planet）”战略延伸而来的。另一种观点认为，智慧教育并非来源于“智慧地球”,因为“Smarter Planet”的原意是更加聪明，并不包谷“智慧”的意思。实际上，钱学森早在1997年倡导的“大成智慧学”指出，在知识爆炸、信息如潮的时代，需要新型的思维方式和思维体系，面对各种复杂事物时，能够快速做出准确而明智的判断，这个观点比IBM早了11年，是智慧教育学术领域的始创者。但不管如何争论，智慧教育都是信息技术发展的产物，是通过计算机和网络信息技术智能融入教育教学过程，促进人才培养质量和管理效率的全面提高，将对师生员工及管理者带来空前挑战，是教育教学模式改革与创新的必经之路。

   （2）智慧教育的内涵，包括智慧教育、智慧学习、智慧科研、智慧评价和智慧管理等方面，其服务主体是全校师生员工。

   学术界对于智慧教育的内涵存在较多的争论，本研究认为，智慧教育的主体是学校，虽然与智慧城市、智慧交流等相关产业有一定的联系和隶属关系，但只能属于外延。因此，智慧教育是指学校通过构建智慧学习环境，运用智慧教学方法，促进教育者智慧提高教学水平、学习者进行智慧学习、管理部门智慧管理，从而提升成才期望值，培养高智能和服务能力的创新型人才，按照“以人为本”的思想，其关键是智慧教育（面向教师）、智慧学习（面向学生）、智慧科研（面向教师和科研人员）、智慧评价（面向全体师生）和智慧管理（面向管理者）等关键内容，外延可以拓展到管理部门、家长、合作伙伴及社会相关人员。

   （3）智慧教育的理想载体是依托校园网的智慧校园，过程数据全记录、大数据获取与处理预测是实现个性化培养的重要技术手段。

   信息技术在智慧教育体系中承担桥梁和纽带的作用，需要固定网络和移动网络（提供连接与传输功能）、物联网（提供数据采集功能）、云计算（提供数据远程存储与计算）、大数据（提供数据汇集和挖掘功能），这些技术与管理软件汇聚于一体，即形成智慧校园平台，它从各业务系统采集的信息汇聚于大数据中心并相互贯通，方便描绘出各用户的学习习惯，通过上网行为分析实现个性化培养，方便组建网络学习共同体，建立网络社区和虚拟班级。实体班级在基于云桌面的智慧课室授课，而云班级（即虚拟班级）或者由兴趣爱好相同的学生构成的学习共同体则以项目团队的形式，无须固定地点，利用碎片化时间，在网络空间、微信群等都可以进行，线上辅导与线下教学相互配合，提升教学质量。

   （4）基于大数据的智慧教育是一个高度集约的系统工程，教师的职能不再局限于教，而是教、导、评、管的综合运用。

   教师起主导作用，学生是中心，大数据平台是支撑，因势利导是关键，是依托技术的师生良性互动，共同促进知识的掌握并培养创新能力的教育模式。教师不仅是知识的传授者（传播职责），更是学生职业生涯的指导者（导师职责），也是学习过程的设计者和监控者（监管职责），还是学习效果的考量者（评价职责），由单一的传播职责过度到四个维度的教导职能，必须充分掌握智慧职教的关键技术，才能利用好大数据平台，促进学生成长成才。

   （5）在智慧教育体系中，教师要继续学习教育技术，学生要掌握学习技术，才能充分利用好信息手段，最大限度地提高教与学的效率。

   对教师而言，除掌握授课方法外，还需要掌握教育技术：学习分析技术、学习场景设计技术、导学方案设计技术、以吸引注意力为目标的移动课件制作技术和信息推送技术等。对学生而言，不仅要会听课和思考问题，还需要掌握基于网络的信息检索与分析技术、基于知识体系的跨专业学习共同体组建与应用技术、基于项目的虚拟公司运维技术、基于大数据的管理决策技术等。

   （6）智慧教育不能取代传统的教育模式，但可以大幅度提高人才培养质量，促进传统教育的转型升级，因此不能一刀切，更不会一蹴而就。

   在智慧教育体系中，传统的实体课堂授课、面对面交流、纸质教材、黑板板书等过程仍然不可缺少，电脑虽然精准，但人机交互是程序化的，缺乏感情的交流，并不能取代人与人的心灵沟通。在人工智能达到足够高、大脑芯片全面推广之前，智慧教育与传统教育互为补充、线上教学与线下讲授共同配合、实体课堂与虚拟社区相互渗透、数字资源与传统媒介融会贯通，仍然是提高教学质量的主渠道，两者同样重要，不可冒进。

   3、理论建树

   （1）建立了依托大数据平台的智慧教育体系框架，澄清了教育界及学术界的一些模糊认识，充实完善了以最新信息技术为支撑的教育理论体系。并将大数据应用拓展到政府治理及网络信息安全领域。

   （2）研究并设计了以大数据为关键技术的智慧校园层次模型，将信息技术有机融入教育教学过程，为各个学校尤其是职业院校新建智慧校园项目或者数字校园的提质改造项目提供了借鉴和参考。

   （3）探讨了作为智慧教育主体的教师转型升级的方法，包括大数据思维、需掌握的教育技术、教学模式和教学方法、课堂组织与管理方法，为教师由单一职能到多重角色的转变提供了方向和路径。

   （4）基于信息时代学生的诉求、对接智慧产业的发展趋势，通过对职业教育的分析，设计了智慧教育由理论到实践的实现过程，为学校特别是职业院校实施智慧教育工程提供了可供操作的解决方案。

   （5）成果代表作《基于大数据的智慧职教——内涵、平台设计与应用》获得2017 年湖南省教育改革发展研究优秀论文（高校系列）一等奖，论文《基于大数据的智慧教育体系构建与应用设计》获得2017年湖南省教育科学研究者工作协会优秀论文一等奖，论文《基于大数据平台的智慧教育方法研究》获得2017年度湖南省职业教育与成人教育优秀论文二等奖。

二、成果被引用、转载、交流、应用等方面的情况

   1、成果引用与转载情况

   截止2018年10月27日，从中国知网查询，本成果主要论文被引用25次（包括1篇博士论文），下载2230次，如表2所示：

表2 成果论文的引用及下载情况

    资料来源：中国知网（2018年10月28日查询）

    其中：代表作《基于大数据的智慧职教—-内涵、平台设计与应用》的引证文献共7条，包括：中国学术期刊网络出版总库 6条、中国博士学位论文全文数据库1条

    [1]《饮料生产技术》课程混合式教学应用研究[J]. 姚瑞祺,祝战斌.食品与发酵科技.2018(04)

   [2]以问题解决为导向的微课程设计研究[J]. 姜宛彤,万超,钱松岭.现代远距离教育. 2018(01)

   [3]基于大数据背景下智慧教育云平台的设计与实现[J]. 杨青云.数码世界. 2018(03)

   [4]国学与新升格本科院校学生职业素质教育初探[J]. 唐永芳.襄阳职业技术学院学报. 2018(01)

   [5]导学案法与翻转课堂相结合的护理实训教学初探——以“更换引流管护理”教学为例[J]. 李璐.卫生职业教育.2017(23)

   [6]高职教育实施供应链管理的模式探究[J]. 周媛.物流技术.2017(11).中国博士学位论文全文数据库共1条

   [7]以问题解决为导向的微课程设计与组织研究[D].姜宛彤.东北师范大学.2017.

   2、交流情况

   从2017年，课题成果基本形成以来，项目主持人先后7次应邀在西藏职业技术学院、湖南信息学院、湖南幼儿师范高等专科学校（宁乡师范学校和长沙市信息技术学校前身）、湘西民族职业技术学院、湖南省职业院校骨干教师省培及国培班、湖南省中职学校一流专业（群）带头人培训班上担任主讲老师，涵盖本科、高职高专、中职三个层次，以学术报告或者专题讲座的形式，推广课题研究成果，系统介绍智慧教育相关理论、智慧教育实施方法、智慧校园建设路径，大数据背景下教育教学方法的改革与创新等内容，在省内外形成了较大的影响。

   3、应用情况

   （1）人才培养质量稳步提高，好学乐学蔚然成风，国家级成果不断涌现。

   成果团队所在单位-长沙商贸旅游职业技术学院从2016年开始实施智慧校园项目，分年度累计投入5000万元，边建设边应用，边研究边实践，以智慧校园为依托的智慧教育从课程试点逐步走向全面应用。通过博采众长、交流访问、观摩研讨、学习共同体互助等途径，运用现场教学、实例贯穿、讲练模导、角色扮演、过关闯关、企业专家远程点评等教学方法，提高了学生的积极性，主动参与课堂教学过程，课堂变得生动活泼，精彩纷呈，学习兴趣浓厚了。三年建设，成效显著，2017年，我校被中央电教馆立项为全国“数字校园实验校”，2018年，我校会展策划与管理专业被教育部立项为全国职业院校教学资源库（备选），位列全国第7名。

   （2）教师教学能力逐步提高，各类竞赛成绩不断刷新。

   通过学习交流、观摩研讨等途径，提升了自身的教学能力，能综合运用多种有效的教学方法。为适应信息化教学的需要，以资源共享课程建设为契机，普遍采用了MOOC、微课、翻转课堂、跨专业学习共同体、项目团队式模式，硕果累累。在湖南省首届微课大赛中共有8位获得奖项，《导游讲解服务技术与实施》立项为湖南省名师空间课堂，并获2017年湖南省说课竞赛一等奖第一名，《食品雕刻》课获2017年全国信息化教学大赛一等奖，《思政基础》课湖南省第二届微课大赛一等奖。

   （3）职业技能不断提高，学生的成就感和获得感明显增强。

   通过智慧校园课程平台，建立了大师的项目小组、QQ群、微信群、师生学习共同体，数据中心积累了丰富的课程资源，方便了学习过程，激发了学生兴趣，碎片时间得以利用，各类竞赛踊跃。2016-2018三年间，我校学生在教育厅和教育部组织的职业技能竞赛中共获201个奖项，其中一等奖51项，2016年排名全省第三，2018年第五；就业率保持在91%，学生对学校的满意度达95%，毕业生用人单位满意度达97%。

   （4）智慧教育方案逐步形成，学校影响力不断提高。

   学校先后接待了来自北京、天津、山东、广东、江苏、重庆、浙江、西藏、新疆等地的数十家职业院校的交流访问，共同探讨信息化建设及智慧教育实施方法。教育部职成司高职发展处林宇处长、任占营副处长、湖南省教育厅应若平副厅长、余伟良处长、长沙市教育局卢鸿铭局长来校调研期间，亲自听取本成果团队负责人胡伏湘关于智慧校园建设方案和智慧教育实施过程的汇报，并提出了更高的目标，给项目推进极大的动力。