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教學質量究竟如何?這所高校首創實時監測大數據平臺

2021/8/28 9:03:12

“雙一流”建設中,人才培養是關鍵一環,而課堂教學質量又是提高人才培養質量的基石。為了有效提升課堂教學質量,改進教育教學和教學管理,西安交通大學充分利用現代信息技術和大數據分析手段,本著“問題導向、平臺驅動、機制創新、提質增效”的思路,經長期的系統研究與實踐,在全國高校首創教學質量實時監測大數據平臺,建立“技術—制度—管理—服務”協調聯動的質量提升新機制,實現所有課堂的精準采集、精準評價、精準督導、精準幫扶,打造“四精模式”新課堂,增強了教師教學能力建設,支撐了“以學生和學習為中心”教育理念的實施,真正起到了師生共同敬畏課堂、提升質量、促進發展的作用。

需求分析

西安交大針對高校課堂教學質量問題,從內因和外因等角度開展深入、系統研究,找出了影響課堂質量的三個核心要素——教師、學生、教學管理,以及影響課堂教學質量的四個突出問題:

數據精準采集難

以往督導抽查、問卷調查的采集方式存在偏主觀、時效差、難覆蓋、難持續等問題,也很難實時準確采集抬頭率、到課率、師生互動、師生表情、教室場景等數據,考勤等教學管理有制度難落實;同時因涉及隱私保護、數據安全與跨部門共享的技術和制度壁壘,導致管理部門難以掌握真實學情。

課堂精準評價難

傳統問卷評教方式存在數據源單一、評教指標維度少且粒度粗、評教結果重宏觀輕細節,難以適應不同課堂類型;期中、期末終結性學生評教結果具有時空局限性和滯后性;學生、同行、督導等多源評價數據難融合,導致評教結果滯后片面模糊,信度低,無法精準發現具體課堂問題(如互動少、照本宣科)和問題課堂(如“到課率低、抬頭率低、評分低”三低課堂、“單聲道”課堂)。因此,傳統評教方式在很大程度上流于形式、評而難導,傷害公信力。

教師精準督導難

傳統隨機抽查、片段式聽課的督導方式因精力和人力所限,往往偏重課堂紀律與外在表現,難以進行課堂教學過程質量的橫、縱向比較分析,導致教學問題內涵抓不準,重督輕導,難以精準查擺問題并指導教師改進教學。

學生精準幫扶難

“學生去哪兒了?輔導員、班主任應該怎么辦?”長期困擾學生管理人員。因精力有限,以往的人工方式,難以對所有學生的經濟狀況、師生關系、學業進展、身心健康等進行逐一分析,并進行有針對的幫扶,導致夜不歸宿、沉溺網絡、翹課打工、性格怪異等失范行為頻現,學生退學、休學多發,嚴重影響學生發展。

上述四個問題具有基礎性、全局性特點,僅靠傳統的人工經驗管理方式已很難解決,長此以往,難以落實“以學生和學習為中心”的教育理念。

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除此之外,《西安交通大學創建中國特色世界一流本科教育行動方案》中提出了“品行養成、思維創新、知識傳授、能力培養”四位一體的人才培養體系,形成了提升人才培養能力的“四梁八柱”體系架構。

為了實施好“四梁八柱”的人才培養體系,切實提高教育教學質量和教育教學管理效率,西安交通大學在全國高校中率先研制出一套貫穿本科人才培養全過程、打通各環節的教學質量實時監測大數據平臺,將大數據、人工智能技術扎扎實實運用到學校教育教學改革當中,成功破解課堂教學面臨的四大難題,為我國提升人才培養質量、高?!罢n堂革命”提供了切實可行的“交大方案”。

建設目標

西交大的課堂改革本著“問題導向、實證研究、成效評價、模式推廣”的思路,以高等數學、大學物理、計算機基礎等典型大面積基礎課為實證對象,建立綜合研究方案,形成“構建指標—課堂試點—數據采集—狀態測評—反饋改進”的課堂教學良性運行和促進模式。具體目標如下:

提出一套科學量化的課堂教學質量評價指標體系和評估方案。

實現對學校教學質量各類數據的有效管理和共享使用。

建立教學質量實時監測大數據平臺,運用現代信息技術和大數據分析方法,實現教育教學質量大數據精準采集、課堂教學質量精準評價、對教師精準督導、對學生精準幫扶,構建教學質量提升的良性運行新機制。

設計與實現面向學生、教師、督導專家、學校領導及教學管理部門四大類用戶的信息服務模型,提供教學課堂質量監督的全過程信息化服務。

建設思路

在全面梳理教育信息化發展歷程和應用成效的基礎上,我們發現,教育信息化必須圍繞高校人才培養的改革需求,主動服務并深度融入教育教學全過程,提升高校人才培養能力和質量。

為此,西安交通大學以改革評價體系和理念為先導,以建設大數據平臺和教學監控系統為支撐,以推進基礎課教學質量建設為抓手,以構建學業過程考核體系為保障,創建提高高等學校課堂教學質量的模式機制和信息系統,開展課堂質量影響因素、課堂質量評價體系、教學質量大數據采集與分析等研究和建設,最終建構涵蓋支持教學改革政策、教師教學信息大數據系統評價體系、教學模式和方法等要素在內的西安交通大學教育教學質量大數據平臺建設方案,形成“技術—制度—管理—服務”協調聯動的課堂教學良性運行和促進模式(圖1)。

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圖1 教學質量提升新機制

整體框架

西安交通大學基于以上的建設目標和建設思路,逐步開展模式研究、平臺開發和實踐應用,促進新課堂建設和師生共同發展。整體框架如圖2所示。

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圖2 整體框架

“四精模式”新課堂有如下特點:

通過構建智慧校園,提升學校的智能化課堂教學條件,創建教學質量實時監測大數據平臺,精準采集全部課堂全過程狀態數據;

基于此數據,結合自然語言處理、大數據深度學習與模式識別技術,精準評價課堂教學質量,發現具體課堂問題和問題課堂,為教學管理與服務提供技術手段;

相繼頒行多項制度文件對教學質量評價、助學金、考勤、學籍管理、學位授予等事項予以規范;

建立評教結果和教師績效分配、職稱晉升、年度考核的關聯管理機制,構建教務、學工等多部門協調聯動的精準督導與精準幫扶服務方式,推進了教學條件建設與教育教學改革深度融合、信息化技術與課堂深度融合、科學化質量保障手段及方法的有效應用。

具體實現

在具體實現方面,西安交大要在如下幾個方面進行重點實現:

一是研制出“物聯網+云計算”數據精準采集方法。

以“互聯網+教育”改革思路,自主設計開發“物聯網+云計算”數據精準采集技術,采用RFID標簽(校園一卡通)對學生身份精準識別,并采集考勤、門禁、圖書借閱、活動簽到、社團活動、體測等數據。

每年將自動實時采集6000余門次第一課堂數據(如師生交流文本、視音頻、評教等)和學生成長的第二課堂數據,年數據處理總量達6PB,并研制出不同業務系統之間的數據交換與共享接口,成功解決了數據來源廣泛、共享困難、動態實時采集等難題(圖3)。

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圖3 第一課堂和第二課堂數據來源

通過平臺可以真實了解每天各個校區、各教學樓、各教室不同節次的學生到課率,并可追蹤缺勤學生的去向,從教師、學院、課程等維度實時給出學生到課率情況,精準回答“學生喜歡上什么課、學生去哪兒了”等問題,同時采用數據脫敏隱私保護技術,有效確保師生信息安全。

二是實現“分類評測—多維排序—結果融合”的課堂教學評價方法。

學校經過多年來的深入調研、論證及科學分析,突破以往相對簡單的教學質量評價體系的局限性,依據理論、體育、藝術、醫學見習、實驗等多種課堂形式,建立了從教學態度、內容、方法、效果等多維的教學質量評價指標體系;

基于2011年以來采集的學生、同行、督導教學評價以及課堂視頻等4.1億條數據,針對評價文本,采用自然語言處理技術,挖掘評價意見與識別情感;針對評價數據,抽取評教指標要素;對視音頻數據,采用大數據深度學習與模式識別算法,分別從中挖掘出反映課堂教學質量的細粒度特征(如教學態度是否飽滿、語言邏輯是否清晰、儀表儀態是否得體等),進一步研制出多源多類評價密度分布的多維指標排序算法,以及各維權重動態自適應調整的結果融合方法,最終發現教學態度不端正、內容不嚴謹、方法不適配、教學效果差、教學秩序亂等5大類1626個問題課堂和12萬余個具體課堂問題(如照本宣科、知識陳舊等),識別的準確率達88%,初步解決了課堂教學精準評價的難題。

三是建立問題驅動的督導機制,解決精準督導難題。

針對平臺在教學的態度、內容、方法、效果等各分項指標自動發現的問題課堂和課堂問題,學校建立專職督導團隊和教師發展中心,構建校、院、系三級立體交叉的督導機制。

督導專家針對平臺發現的問題通過現場點評、課后還原、約談警示、遞進培訓、專家會診等個性化、持續化精準督導方式,指導、糾正課堂教學5397人次;同時開展精彩課堂評選和名師培育,形成“評價、引導、反饋、提高”的督導閉環,提高精準督導工作的效率和定位。

四是刻畫學生畫像,實施個性化幫扶策略。

從大數據中分析挖掘出涵蓋學業、社團、社交、消費、上網、作息六維特性,建立學生精準畫像(圖4),引導和幫助學生規劃大學生涯。

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圖4 學生精準畫像

研制出學生成績非參數檢驗特征線性預測模型、生活行為異常模式發現算法、隨機森林貧困生識別方法,精準預測學業走勢、定位網絡沉溺與經濟困難等。

歸納與總結

運用“教育+互聯網”的思想,西安交大實現了教學管理理論、質量評價體系、技術實現手段的綜合創新。

一是建立大數據驅動的采評督幫“四精模式”新課堂、新機制。

利用大數據技術與人機協同方式,建立“四精模式”新課堂:精準采集“聽診器”,實時采集教學狀態數據;精準評價“超聲儀”,科學評估教學質量存在問題;精準督導“理療儀”,及時指導教師改進內容方法;精準幫扶“導航儀”,個性引導學生促進全面發展。促進教學管理的精細化、智慧化,建立了“技術-制度-管理-服務”協調聯動的課堂教學質量提升新機制。

二是建立基于教學大數據綜合分析的課堂質量評價指標體系和方法。

構建多類多維教學質量評價指標體系(圖5),利用深度學習與人工智能技術,解決了從文本、課堂視頻等多模態大數據中挖掘教學質量細粒度特征的難題,發現并進一步拓展能夠起到引領作用的課堂教學質量基本狀態數據監測74項,所提出的多源數據融合決策方法,實現了從教學態度、內容、方法、效果和秩序5維核心指標的融合與權重計算,克服了以前終結性評價數據來源單一、結果滯后、信度差等問題,實現了評價結果符合客觀實際的正態分布,突破了課堂精準評價難題。

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圖5 多類多維教學質量評價指標體系

三是首創教學質量實時監測大數據平臺。

運用“物聯網+云計算”技術,綜合采集與利用第一課堂考勤、視音頻、評價,第二課堂學生生活、社交、招生就業等數據,實現了從入學到畢業的全口徑、全過程大數據分析和應用,實現了教學質量管理從模糊宏觀到量化精準,從期中期末終結性評價到實時過程性評價,從部分隨機督導(過去不到全部課堂的20%)到全面覆蓋,從事后幫扶到即時幫扶的四大轉變。

提升課堂教學質量、促進師生全面發展是人才培養的永恒主題,永遠在路上。我們的體會和思考是:

一是樹立“幫忙而不添亂、切實而不表面”的意識和定位。

既要充分認識、積極利用現代信息技術、大數據和人工智能技術的極端重要性,幫助我們找出問題、找準問題,建立更加科學公正的評價指標體系和方法,這是過去人工很難甚至做不到的,也是高等教育智慧化的必然趨勢;同時,更要明白技術服務于老師、學生和管理人員的基本道理,牢固樹立最終解決問題的還是師生自己、“源于課堂、服務師生”的基本觀點。

二是平臺成功的關鍵在于建立“技術—制度—管理—服務”協調聯動的運行機制。

大數據平臺為我們打造“四精模式”新課堂提供了技術支撐,但與此同時,必須建立相關的管理和評價制度,否則技術平臺只能是一個展示系統,難以真正實現服務師生、發展師生的目的。

三是“一校一策、因地制宜”。

世界上沒有兩所大學的管理模式是完全一樣的,大數據平臺固然找出并實現了一系列反映課堂教學的共性問題、質量要素及其智能分析算法,然而在實際應用中,還是要結合各校的實際情況,借鑒思路和技術,因地制宜本地化。

作者:鎖志海、高瞻、徐墨、羅軍鋒、劉?。ㄎ靼步煌ù髮W網絡信息中心)

責編:徐鶴