小鍵盤刷卡機

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1、小鍵盤刷卡機

小鍵盤刷卡機

柴喚友1, 劉三女牙1,2, 康令云1, 張雅嫻1, 李卿2, 劉智2

1 華中師范大學(xué)國家數(shù)字化學(xué)習(xí)工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430079

2 華中師范大學(xué)教育大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)國家工程實驗室，湖北 武漢 430079

摘要：數(shù)據(jù)采集是實現(xiàn)教育大數(shù)據(jù)應(yīng)用價值潛能的基礎(chǔ)，因此對于教育大數(shù)據(jù)建設(shè)與應(yīng)用至關(guān)重要。闡述了教育大數(shù)據(jù)的采集內(nèi)容、采集方式、采集手段及標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，并結(jié)合當(dāng)前教育大數(shù)據(jù)建設(shè)與應(yīng)用中的實際問題，分別從平衡數(shù)據(jù)共享與隱私保護、驅(qū)動數(shù)據(jù)治理與人才創(chuàng)新、創(chuàng)新采集機制與相關(guān)技術(shù)3個方面，對教育大數(shù)據(jù)采集研究提出對策與建議。

關(guān)鍵詞： 教育大數(shù)據(jù) ; 數(shù)據(jù)采集 ; 數(shù)據(jù)倫理 ; 數(shù)據(jù)治理

論文引用格式：

柴喚友,劉三女牙,康令云, 等.教育大數(shù)據(jù)采集機制與關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 大數(shù)據(jù), 2020, 6(6): 14-25.

CHAI H Y, LIU S N Y, KANG L Y, et al. Research on the mechanism and key technologies for big data collection in education[J]. Big Data Research, 2020, 6(6): 14-25.

中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《中國教育現(xiàn)代化2035》和《加快推進教育現(xiàn)代化實施方案（2018—2022年）》明確指出，加快教育現(xiàn)代化是趕超世界先進教育水平的重要戰(zhàn)略部署。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，教育工作者和研究者需要充分運用新理念、新模式、新技術(shù)激發(fā)教育創(chuàng)新能力，培養(yǎng)適應(yīng)時代發(fā)展的創(chuàng)新型人才。作為現(xiàn)今新興信息技術(shù)發(fā)展的重要構(gòu)成部分，大數(shù)據(jù)已成為驅(qū)動新一輪教育變革和發(fā)展的核心力量，強力賦能我國的現(xiàn)代化教育事業(yè)。

教育大數(shù)據(jù)指在所有教育活動過程中產(chǎn)生的以及依據(jù)教育需求采集到的，一切用于教育發(fā)展并能創(chuàng)造巨大潛在應(yīng)用價值的數(shù)據(jù)集合。作為大數(shù)據(jù)的一個子集，教育大數(shù)據(jù)特指教育領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)，具有驅(qū)動教育決策科學(xué)化、學(xué)習(xí)方式個性化、教學(xué)管理人性化和評價體系全面化的價值潛能。在教育大數(shù)據(jù)的建設(shè)與應(yīng)用過程中，如何對相關(guān)數(shù)據(jù)進行采集、分析和應(yīng)用是三大核心研究問題。其中，數(shù)據(jù)采集是基礎(chǔ)，決定著教育大數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用的質(zhì)量，并最終影響著教育大數(shù)據(jù)價值潛能的實現(xiàn)程度。然而，當(dāng)前教育界學(xué)者對教育大數(shù)據(jù)的采集機制和技術(shù)尚未達(dá)成共識，存在一些有待解決的關(guān)鍵問題，如：教育大數(shù)據(jù)究竟包含哪些內(nèi)容？如何采集？涉及哪些關(guān)鍵技術(shù)？需要遵守哪些標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范？針對上述問題的研究有助于推動大數(shù)據(jù)在教育領(lǐng)域中的大規(guī)模成功應(yīng)用，并深化我國教育現(xiàn)代化的改革與發(fā)展。

教育大數(shù)據(jù)涉及的數(shù)據(jù)內(nèi)容普遍存在場景多樣、量化困難、匯聚復(fù)雜等特點。具體而言，場景多樣是指教育大數(shù)據(jù)來源于眾多與教育或?qū)W習(xí)相關(guān)的場景，如教學(xué)活動、科研活動、社交活動等相關(guān)場景；量化困難源于教育場景的多樣性、人的不確定性以及人、機、物之間交互的復(fù)雜性等因素；匯聚復(fù)雜是因為教育大數(shù)據(jù)具有來源多樣化、結(jié)構(gòu)異質(zhì)化和內(nèi)容復(fù)雜化等特點。

由于上述特點的存在，教育大數(shù)據(jù)的采集內(nèi)容框架呈現(xiàn)出基于不同分類標(biāo)準(zhǔn)的多元化特點，目前較為常見的是依據(jù)數(shù)據(jù)采集場景來區(qū)分不同類別的教育大數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)采集場景的差別，教育大數(shù)據(jù)一般可被分為教育管理數(shù)據(jù)、教育教學(xué)數(shù)據(jù)、科學(xué)研究數(shù)據(jù)、室外學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、校園生活數(shù)據(jù)、成長經(jīng)歷數(shù)據(jù)6個類別。每種類別的教育大數(shù)據(jù)分別涉及不同的數(shù)據(jù)主體、數(shù)據(jù)來源和數(shù)據(jù)內(nèi)容，見表1。

教育管理數(shù)據(jù)來源于各種不同類型的教育管理活動，即管理者通過組織協(xié)調(diào)教育隊伍并借助教育內(nèi)部各種有利條件，高效達(dá)成教育管理目標(biāo)的活動過程。該過程通常涉及學(xué)生、教師、學(xué)校和其他相關(guān)機構(gòu)等主體，可產(chǎn)生學(xué)校管理信息（如特等教師數(shù)量、教職工學(xué)歷信息等）、行政管理信息（如教育行政部門設(shè)置的大學(xué)專業(yè)門類信息）、教育統(tǒng)計信息（如班級規(guī)模、性別分布信息等）等。

教育教學(xué)數(shù)據(jù)是指師生在（線上或線下）教和學(xué)的活動過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，通常涉及學(xué)生、教師、教育資源和教育設(shè)備等主體。通過學(xué)生、教師與教育資源、教育設(shè)備間的交互，教學(xué)場景可以產(chǎn)生學(xué)生和教師的行為和狀態(tài)信息（如學(xué)生的學(xué)習(xí)策略、學(xué)習(xí)動機，教師的課前準(zhǔn)備度和教學(xué)策略等）、教育資源信息（如PPT課件、微課、軟件等）、教育設(shè)備運行信息（如設(shè)備損耗、故障信息等）等。

科學(xué)研究數(shù)據(jù)是指學(xué)生（特別是研究生）在開展科學(xué)研究活動時產(chǎn)生的一系列數(shù)據(jù)內(nèi)容，通常涉及學(xué)生、教師、論文、科研設(shè)備和科研材料等主體。相應(yīng)地，科研活動中可以產(chǎn)生科研設(shè)備操作信息（如錯誤操作類型及數(shù)目等）、論文發(fā)表信息（如實際貢獻、發(fā)表時間、發(fā)表期刊名稱及影響因子等）、科研材料與消耗信息（如化學(xué)或生物試劑等）、導(dǎo)師指導(dǎo)信息（如論文修改意見等）等。

室外學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)來源于學(xué)習(xí)者在教室外參與的一系列教育活動，如在動植物園中的生物習(xí)性研究、參觀各種場館、野外探險等。該活動通常由學(xué)習(xí)者主動發(fā)起，并由學(xué)習(xí)者自身進行調(diào)控和負(fù)責(zé)，涉及學(xué)習(xí)者以及與其交互的客觀環(huán)境或?qū)ο?。在室外學(xué)習(xí)場景中，研究者通?？梢圆杉瘜W(xué)習(xí)者與客觀環(huán)境或?qū)ο笾g的交互信息，如感知內(nèi)容、互動記錄、活動體驗等。

校園生活數(shù)據(jù)是指學(xué)習(xí)者在校園非學(xué)習(xí)活動（如餐飲、上網(wǎng)、健身、社交等）中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)，通常涉及學(xué)生、網(wǎng)絡(luò)、健身設(shè)備、刷卡機、社交工具等主體。通過參與上述非學(xué)習(xí)活動，學(xué)習(xí)者可以產(chǎn)生餐飲消費信息（如飲食類型及價格、就餐時間等）、上機上網(wǎng)信息（如上網(wǎng)時間、網(wǎng)絡(luò)活動類型等）、健身洗浴信息（如健身和洗浴的時間和頻率等）、社會交往活動信息（如好友數(shù)量、聯(lián)系頻率等）等。

成長經(jīng)歷數(shù)據(jù)是指伴隨學(xué)生成長（從出生到現(xiàn)階段）而產(chǎn)生的各種環(huán)境（包括家庭環(huán)境、社會環(huán)境、校園及班級環(huán)境）數(shù)據(jù)，涉及學(xué)生、家長、教師、社會環(huán)境等諸多主體。在成長過程中，學(xué)習(xí)者可以產(chǎn)生一系列同個人成長經(jīng)歷有關(guān)的環(huán)境信息，如家庭經(jīng)歷（如家長文化素養(yǎng)、職業(yè)特點）、校園經(jīng)歷（如學(xué)校規(guī)章制度、教師特點）和社會環(huán)境（如社會風(fēng)氣、社會期望）等。

總而言之，上述6個類別的數(shù)據(jù)相輔相成、相互促進，共同構(gòu)成了教育大數(shù)據(jù)全面且豐富的采集內(nèi)容。

由于數(shù)據(jù)來源多樣（如國家、區(qū)域、學(xué)校、班級和個體等不同來源）且形式不一（如結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化以及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)共存），教育大數(shù)據(jù)的采集方式也相應(yīng)具有多樣化特點?？傮w而言，教育大數(shù)據(jù)的采集方式主要包括集中式采集、伴隨式采集和周期性采集3種。其中，集中式采集側(cè)重于數(shù)據(jù)采集的統(tǒng)一性，伴隨式采集側(cè)重于數(shù)據(jù)采集的實時性，而周期性采集側(cè)重于數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性。

（1）集中式采集

集中式采集是指教育管理機構(gòu)借助教育管理活動而統(tǒng)一開展的數(shù)據(jù)獲取方式。例如，對學(xué)生在家庭情況、校園生活和學(xué)習(xí)環(huán)境3方面的成長經(jīng)歷數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一采集。在教育大數(shù)據(jù)視域下，不同機構(gòu)、不同單位采集的不同層次、不同類型的信息不再相互割裂，而是可以得到整合和管理，因此有助于研究者獲得針對特定分析對象的全面且豐富的理解。集中式采集的教育大數(shù)據(jù)主要以結(jié)構(gòu)化和結(jié)果性數(shù)據(jù)為主，具有覆蓋面廣、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、關(guān)注層面相對宏觀的基本特點。其中，覆蓋面廣是指相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容涵蓋廣泛，包括學(xué)生個體層次、家庭層次和學(xué)校層次等多方面的內(nèi)容；標(biāo)準(zhǔn)化程度高是指相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容一般具有統(tǒng)一的采集標(biāo)準(zhǔn)，易于分析和處理；關(guān)注層面宏觀是指相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容通常指向特定分析單元的教育發(fā)展整體狀況，具有宏觀性。

（2）伴隨式采集

伴隨式采集是指借助教育信息管理系統(tǒng)（如特定課程管理系統(tǒng)）應(yīng)用在管理過程中實時產(chǎn)生教育基礎(chǔ)數(shù)據(jù)而開展的數(shù)據(jù)獲取方式。例如，學(xué)習(xí)（或課程）類系統(tǒng)會全程記錄學(xué)習(xí)者的在線行為數(shù)據(jù)，如學(xué)習(xí)時長、鼠標(biāo)點擊次數(shù)及頻率、論壇讀帖和發(fā)帖的次數(shù)和時間、作業(yè)和考試次數(shù)等；管理類系統(tǒng)會有效記載學(xué)校的資產(chǎn)和人事信息，如學(xué)籍管理、教學(xué)設(shè)備、教務(wù)科研、財務(wù)人事以及校園安全與生活等數(shù)據(jù)。在教育大數(shù)據(jù)視域下，智能化數(shù)據(jù)采集除了關(guān)注學(xué)生的在線表現(xiàn)，還重視學(xué)生線下的學(xué)習(xí)、練習(xí)或?qū)嵺`等過程性數(shù)據(jù)，例如，利用可穿戴設(shè)備可自然真實地抽取學(xué)生實踐練習(xí)中的生理表征和行為習(xí)慣，而無須過多的人工干預(yù)。通過全域式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與學(xué)生隨身攜帶的新型便攜式智能傳感器，新型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可實現(xiàn)伴隨式采集學(xué)生學(xué)習(xí)的全過程數(shù)據(jù)（除了學(xué)生的常規(guī)學(xué)習(xí)過程信息，還包括個人提交的作品信息、社會實踐相關(guān)信息等）的目標(biāo)。伴隨式采集的教育大數(shù)據(jù)以過程性數(shù)據(jù)為主，普遍具有密集性、動態(tài)性、復(fù)雜性、全面性等特點。其中，密集性是指相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容產(chǎn)生的速度和數(shù)量級別均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)總結(jié)式采集方式，動態(tài)性是指相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容一直處于持續(xù)、動態(tài)的定位與追蹤之中，復(fù)雜性是指相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容通常類型多樣、結(jié)構(gòu)異質(zhì)，全面性是指相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容能夠完整記錄所有與學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)的信息。

（3）周期性采集

周期性采集是指利用特定教育管理軟件對學(xué)習(xí)環(huán)境、教學(xué)過程、教育質(zhì)量等進行周期性監(jiān)控和測量的數(shù)據(jù)獲取方式。例如，學(xué)生在入校之初會被統(tǒng)一要求登記身心健康信息、家庭基本信息；學(xué)校會定期更新全體教職工基礎(chǔ)信息、教育設(shè)備運行信息、行政管理信息、人事資產(chǎn)信息和學(xué)校管理信息等。在教育大數(shù)據(jù)視域下，個體、專業(yè)、學(xué)校等不同層次不同類型的數(shù)據(jù)內(nèi)容皆可被納入周期性采集的對象范圍內(nèi)。周期性采集的教育大數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)類型上同時包含過程性和結(jié)果性數(shù)據(jù)，在分析層次上以整體性層次（較少關(guān)注學(xué)生個體的教育發(fā)展水平）為主，具有連續(xù)性、規(guī)范性和充分性的基本特點。其中，連續(xù)性是指相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容應(yīng)多次采集，以確?？陀^評估；規(guī)范性是指相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容的采集應(yīng)符合特定情況下的技術(shù)規(guī)范，以保證后續(xù)數(shù)據(jù)的一致化分析和處理；充分性是指相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容的采集可從多個路徑和渠道獲得，以保證數(shù)據(jù)的多樣性。

構(gòu)建多樣化的數(shù)據(jù)采集手段有助于擴展教育大數(shù)據(jù)采集的廣度和深度。目前，教育大數(shù)據(jù)的采集手段主要有平臺采集（針對在線人機交互時產(chǎn)生的學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)）、視頻錄制（針對線下教學(xué)環(huán)境中學(xué)習(xí)者交互的視頻音頻數(shù)據(jù)、校園安全數(shù)據(jù)等）、圖像識別（針對學(xué)習(xí)過程中的圖像類數(shù)據(jù)）、物聯(lián)感知（針對校園環(huán)境下產(chǎn)生的學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)生活數(shù)據(jù)及個人生理數(shù)據(jù)）等。

（1）平臺采集

平臺采集是指借助各種與教育或?qū)W習(xí)相關(guān)的移動或桌面應(yīng)用平臺，獲取教育數(shù)據(jù)內(nèi)容的方法或手段。隨著教育信息技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的移動或桌面應(yīng)用平臺被應(yīng)用在教育領(lǐng)域中，利用這些平臺進行教育數(shù)據(jù)采集也隨之成為可能。目前，基于平臺采集的教育數(shù)據(jù)采集技術(shù)主要涵蓋平臺自動記錄技術(shù)、日志搜索分析技術(shù)、移動App技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)爬蟲采集技術(shù)等。

平臺自動記錄技術(shù)是指基于在線學(xué)習(xí)與管理平臺內(nèi)的嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，自動記錄并獲取學(xué)習(xí)者的在線學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)（如平臺登錄次數(shù)、駐留時間等）的技術(shù)。由于在線學(xué)習(xí)與管理平臺使用人數(shù)的迅猛增長，基于該技術(shù)開展教育數(shù)據(jù)挖掘已成為當(dāng)前教育大數(shù)據(jù)研究領(lǐng)域的一大熱點。例如，來自斯坦福大學(xué)的Bihani A等人在進行在線學(xué)習(xí)成績預(yù)測時，從Piazza在線論壇中挖掘了學(xué)生登錄總天數(shù)、查看帖子數(shù)、提出問題數(shù)、回答問題數(shù)等量化數(shù)據(jù)。

日志搜索分析技術(shù)是指針對教育或?qū)W習(xí)應(yīng)用平臺中發(fā)生的所有事件（如學(xué)習(xí)者訪問記錄、運維工作記錄等）進行記錄并分析的技術(shù)?；跀?shù)據(jù)驅(qū)動或理論驅(qū)動方法，教育研究者可以利用該技術(shù)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)者的在線表現(xiàn)特點及其規(guī)律。例如，悉尼大學(xué)的McBroom J等人在考察周練習(xí)任務(wù)中學(xué)習(xí)者行為與其期末考試成績之間的聯(lián)系時，對來自該學(xué)校初級計算機科學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的494名學(xué)生的程序評估提交和測試應(yīng)用（programming assessment submission and testing application，PASTA）平臺的練習(xí)日志數(shù)據(jù)進行了長期行為分析。

移動App技術(shù)是指利用教育App采集學(xué)生學(xué)習(xí)（過程性或結(jié)果性）數(shù)據(jù)的技術(shù)。典型的相關(guān)技術(shù)工具有國外的化學(xué)實驗?zāi)M類ChemCrafter、數(shù)學(xué)教程視頻類Virtual Nerd mobile Math、新聞閱讀類Newsela、教育互動類eduClipper等，以及國內(nèi)的小猿搜題、猿輔導(dǎo)、扇貝單詞等不同類型的教育App。移動App可被用于輔助傳統(tǒng)教育，因此基于該類應(yīng)用采集的數(shù)據(jù)可作為教育大數(shù)據(jù)分析內(nèi)容的強力補充。

網(wǎng)絡(luò)爬蟲采集技術(shù)一般是指依據(jù)一定準(zhǔn)則，借助特定程序或者腳本自動捕獲網(wǎng)頁信息的技術(shù)。目前應(yīng)用較多的爬蟲框架采集方法包括基于Hadoop平臺開發(fā)的Chukwa、基于Facebook的Scribe、基于LinkedIn的Kafka以及基于Cloudera的Flume等。在教育領(lǐng)域中，該技術(shù)可被用于捕獲并分析教育應(yīng)用平臺中的文本信息，如學(xué)生在異步論壇中發(fā)布的帖子、校園貼吧中的輿情信息等。

（2）視頻錄制

視頻錄制是指對源于計算機硬件終端和計算機視窗環(huán)境內(nèi)的視頻內(nèi)容加以錄制的方法或手段。典型的錄制模式包括捕捉攝像頭、攝像機、數(shù)碼相機、硬盤錄像機等硬件視頻，以及可錄制計算機視窗內(nèi)容的游戲視頻和電影視頻等。目前，視頻錄制手段涉及的教育數(shù)據(jù)采集技術(shù)主要有視頻監(jiān)控技術(shù)和視頻錄播技術(shù)等。

視頻監(jiān)控技術(shù)是指借助視頻監(jiān)控設(shè)備檢測、監(jiān)視特定物理區(qū)域，實時展示、記錄現(xiàn)場圖像，或支持搜索和展示歷史圖像的技術(shù)。在教育領(lǐng)域中，該技術(shù)可被用于監(jiān)控校園環(huán)境，提供關(guān)于校園安全的數(shù)據(jù)信息。例如，一些企業(yè)開發(fā)的校園網(wǎng)格化監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)實時監(jiān)控校園環(huán)境的目標(biāo)。

視頻錄播技術(shù)一般是指可在教師現(xiàn)場授課的同時，自動產(chǎn)生課堂教學(xué)實況錄像，并完整錄制教師授課全過程的技術(shù)。該技術(shù)可在無須專人操作控制的條件下錄制整個教學(xué)過程，因此極大地方便了視頻課程資源的制作和記錄。例如，國內(nèi)一些公司開發(fā)的便攜錄播視頻工具能夠?qū)崿F(xiàn)基于無線攝像機的全場景拍攝目標(biāo)。

（3）圖像識別

圖像識別是指對特定物理圖像進行對象檢測，以識別各種不同模式的目標(biāo)和對象的技術(shù)。作為人工智能的重要研究領(lǐng)域之一，圖像識別在教育領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，如網(wǎng)評網(wǎng)閱技術(shù)、點陣數(shù)碼筆技術(shù)和拍照搜題技術(shù)等。

網(wǎng)評網(wǎng)閱技術(shù)是指以電子掃描技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，將多年來人工閱卷積累的豐富經(jīng)驗與現(xiàn)代信息技術(shù)相整合的一種先進、科學(xué)、高效的自動化評分方式。相比傳統(tǒng)人工評閱方法，網(wǎng)評網(wǎng)閱技術(shù)能夠極大地降低廣大教師的工作負(fù)擔(dān)，并支持更為精準(zhǔn)科學(xué)的教育教學(xué)評價。例如美國教育考試服務(wù)中心開發(fā)的TextEvaluator以及科大訊飛開發(fā)的智能閱卷技術(shù)，后者已于2017年在襄陽中考中率先使用，目前已被廣泛應(yīng)用于上海、青島等城市的中考閱卷。

點陣數(shù)碼筆技術(shù)是指一種通過數(shù)碼筆前端的高速攝像頭實時捕捉筆尖在印刷了一層隱形點陣圖案的紙張上的運動軌跡，同時壓力傳感器將壓力數(shù)據(jù)傳回數(shù)據(jù)處理器，然后將相關(guān)信息通過藍(lán)牙或者USB向外傳輸?shù)男滦蜁鴮懠夹g(shù)。不同于傳統(tǒng)紙筆書寫，該技術(shù)能夠記錄紙張類型、筆尖坐標(biāo)、筆尖壓力等信息，并支持本地存儲及遠(yuǎn)程傳播功能。根據(jù)應(yīng)用類型的不同，點陣數(shù)碼筆技術(shù)可被劃分為：支持個人筆記作業(yè)管理的DoTnore數(shù)碼筆，其書寫內(nèi)容可被同步保存到電腦、平板和手機上；支持教學(xué)課堂交互的Symphony數(shù)碼筆，其特點是可以多人同時使用，而且結(jié)果可被同步到教師電腦上；支持遠(yuǎn)程教學(xué)會議的Tnote數(shù)碼筆，該技術(shù)能夠突破基于視頻、語音、鍵盤的傳統(tǒng)交互方法，打破時間空間限制，從而提供紙面書寫的交流方式。

拍照搜題技術(shù)是指通過拍照、語音等方式幫助用戶快速找到疑難問題的答案的技術(shù)。該技術(shù)融合了掃描、識別、檢索等技術(shù)手段和海量題庫大數(shù)據(jù)，有助于學(xué)生提升學(xué)習(xí)效率，并實時采集學(xué)生作業(yè)練習(xí)數(shù)據(jù)。目前國內(nèi)作業(yè)幫、小猿搜題、學(xué)霸君、網(wǎng)易有道詞典等教育產(chǎn)品均可實現(xiàn)該功能，其中作業(yè)幫還根據(jù)學(xué)生、家長、老師三大群體進行了拍照搜題功能的細(xì)化區(qū)分。

（4）物聯(lián)感知

物聯(lián)感知是指基于現(xiàn)有和正在發(fā)展中的可互操作的信息通信技術(shù)，通過互連（物理和虛擬）事物來實現(xiàn)測評特定對象的一種全球性基礎(chǔ)設(shè)施或技術(shù)增強型解決方案。由于物聯(lián)網(wǎng)具有無處不在的特性，學(xué)校和學(xué)術(shù)機構(gòu)正在尋求將物聯(lián)感知納入教育活動，以解決教育部門的各種模式、目標(biāo)、主題和觀念問題，最終使學(xué)生、教師和整個教育系統(tǒng)受益?，F(xiàn)有教育領(lǐng)域內(nèi)的物聯(lián)感知采集手段主要包括物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)、可穿戴技術(shù)、非接觸式感知技術(shù)、校園一卡通技術(shù)和多模態(tài)融合技術(shù)等。

物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)一般是指被用于物聯(lián)網(wǎng)底層（即物理世界中發(fā)生的具體物理事件）感知信息的技術(shù)，在教育領(lǐng)域主要指多媒體信息采集技術(shù)。通過多媒體信息采集技術(shù)，多媒體計算機系統(tǒng)中的主機能夠隨時采集各種多媒體外接設(shè)備的狀態(tài)（視頻或音頻）信息，從而為相關(guān)（教學(xué)）設(shè)備的精確調(diào)整提供信息支撐。例如，Cook C等人通過使用自動語音識別設(shè)備對來自兩個州7所學(xué)校14名教師的132堂課進行音頻錄制，能夠?qū)崿F(xiàn)課堂效果評估和學(xué)生成績預(yù)測的目標(biāo)。前谷歌工程師Ventilla M創(chuàng)辦的Altschool中的Alt Video系統(tǒng)通過各種傳感器、攝像頭和麥克風(fēng)綜合采集學(xué)生課堂行為數(shù)據(jù)，有助于改進教學(xué)過程和教學(xué)系統(tǒng)。

可穿戴技術(shù)是指利用可直接穿戴在用戶身上或嵌入用戶衣飾或配件內(nèi)的設(shè)備（如智能手環(huán)、谷歌眼鏡）開展數(shù)據(jù)采集的技術(shù)。通過可穿戴設(shè)備，學(xué)習(xí)者個體的生理狀態(tài)及學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)能夠得到實時的記錄和存儲。例如，在學(xué)生的語音指令下，集成了麥克風(fēng)、耳機以及微型攝像頭的谷歌眼鏡可以開展拍照攝像，從而實現(xiàn)及時保存教師板書內(nèi)容的功能。

非接觸式感知技術(shù)是以光電、電磁等技術(shù)為依托，在不接觸被測對象的情形下，獲取其基本信息的科學(xué)技術(shù)或手段。在教育領(lǐng)域中，該技術(shù)強調(diào)在不產(chǎn)生干擾的情況下采集學(xué)習(xí)者的生理與行為數(shù)據(jù)，有助于實現(xiàn)針對學(xué)習(xí)者信息（認(rèn)知、行為及情感）的自動化和非侵?jǐn)_式采集。例如，為了分析學(xué)生的注意力，Millsa C等人、Stewart A等人借助Logitech C270攝像頭和Tobii TX 300眼動儀，對觀看《紅氣球》電影的60名參與者進行了生理和行為數(shù)據(jù)采集。

校園一卡通技術(shù)是指基于將智能卡物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化理念融合于校園日常管理而開展的統(tǒng)一管理身份認(rèn)證、人事、學(xué)工等信息的應(yīng)用解決方案。該技術(shù)能夠統(tǒng)一記錄并采集學(xué)習(xí)者的金融消費、圖書借閱和考勤等校園生活信息，是構(gòu)建“數(shù)字化校園”和“智慧校園”的重要組成部分。例如，華東師范大學(xué)率先利用學(xué)生的一卡通餐飲消費數(shù)據(jù)，對經(jīng)濟困難的學(xué)生提供情感撫慰和助學(xué)金支持，這體現(xiàn)了基于物聯(lián)感知數(shù)據(jù)的人性化關(guān)懷。

多模態(tài)融合技術(shù)一般是指聯(lián)合圖像、文本、語音等多模態(tài)信息進行目標(biāo)檢測或識別的技術(shù)。在教育領(lǐng)域中，該技術(shù)可被用于分析與學(xué)習(xí)者相關(guān)的多維度數(shù)據(jù)，以識別和解釋內(nèi)在學(xué)習(xí)過程、特征和變化，最終助力學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)體驗和學(xué)習(xí)績效的提升。其中，情感識別技術(shù)被認(rèn)為是多模態(tài)融合技術(shù)在教育領(lǐng)域中的典型應(yīng)用。如何基于教學(xué)視頻中的視頻、音頻和文本等多樣化信息判斷學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程中的情感狀態(tài)，是教育領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)學(xué)者正在關(guān)注且亟須解決的關(guān)鍵問題。例如，Wampfler R等人使用觸控筆、數(shù)位板、生物傳感器（Empatica E4、Shimmer GSR、GoPro HERO3）等產(chǎn)生的多模態(tài)數(shù)據(jù)，分析88位參與者在解決數(shù)學(xué)任務(wù)時的情感狀態(tài)；Vail A等人在分析學(xué)生參與Java編程課程時的情感反應(yīng)時，綜合采集了學(xué)生的手勢、姿勢、面部表情變化和皮膚電活動等信息。

出于教育科學(xué)研究和大數(shù)據(jù)研究的學(xué)術(shù)目標(biāo)和倫理要求，許多研究機構(gòu)或組織針對教育大數(shù)據(jù)的不同方面制定了一系列基本標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，如描述學(xué)習(xí)者信息的朋友的朋友（friend of a friend， FOAF）規(guī)范、面向教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)目標(biāo)元數(shù)據(jù)（learning object metadata，LOM）標(biāo)準(zhǔn)、全國信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會教育技術(shù)分技術(shù)委員會（China E-Learning Technology Standardization Committee， CELTSC）構(gòu)建的教學(xué)評價標(biāo)準(zhǔn)等。但總體而言，這些標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范大多針對教育大數(shù)據(jù)的不同主體、不同層次和不同教育過程，缺少針對教育大數(shù)據(jù)采集方面的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。

依據(jù)教學(xué)活動的不同構(gòu)成部分，可將教育大數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)劃分為下述5類：教學(xué)主體類、教學(xué)評測類、教學(xué)資源類、教學(xué)管理類和教學(xué)過程類。教學(xué)主體類標(biāo)準(zhǔn)是指針對學(xué)生、家長、教師、教研員和教學(xué)管理者等制定的采集標(biāo)準(zhǔn)，包括倫理（即針對學(xué)生隱私保護的規(guī)范）和權(quán)益（如學(xué)生的知情同意權(quán)、自由參與權(quán)）方面的規(guī)范等。教學(xué)評測類標(biāo)準(zhǔn)是指針對教學(xué)目標(biāo)、知識能力、信息素養(yǎng)、教學(xué)能力等的評測而制定的采集標(biāo)準(zhǔn)，如術(shù)語方面的規(guī)范（如對評測指標(biāo)的命名方式及其特點的定義方式等）。教育資源類標(biāo)準(zhǔn)是指為統(tǒng)一描述、封裝與重組不同形式、不同粒度、不同格式的教學(xué)資源而制定的采集標(biāo)準(zhǔn)，如格式（如資源數(shù)據(jù)的記錄方式）方面的規(guī)范。教學(xué)管理類標(biāo)準(zhǔn)是指針對指向管理需求的一系列基本信息和管理數(shù)據(jù)（如學(xué)生教師數(shù)據(jù)、學(xué)校數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)等）而制定的采集標(biāo)準(zhǔn)，如過程（即依據(jù)管理活動類型而確定的數(shù)據(jù)采集流程）方面的規(guī)范。教學(xué)過程類標(biāo)準(zhǔn)是指為描述教學(xué)過程中教學(xué)主體與教學(xué)內(nèi)容（如課程、資源等）、教學(xué)環(huán)境（如傳統(tǒng)教室、戶外學(xué)習(xí)環(huán)境）及其他教學(xué)活動參與者之間的交互經(jīng)歷而制定的采集標(biāo)準(zhǔn)，如支撐技術(shù)（如采集工具類型及其使用方式）方面的規(guī)范。5種類別的采集標(biāo)準(zhǔn)通過有機結(jié)合，共同構(gòu)成了教育大數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的復(fù)雜內(nèi)涵。

數(shù)據(jù)采集是教育大數(shù)據(jù)建設(shè)與應(yīng)用的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，針對其機制與技術(shù)的研究不僅關(guān)系著教育大數(shù)據(jù)采集的數(shù)量與質(zhì)量，還影響著后續(xù)的分析及應(yīng)用過程，因此對教育大數(shù)據(jù)發(fā)揮其教育潛能至關(guān)重要。然而目前，教育大數(shù)據(jù)采集機制與技術(shù)研究仍存在許多問題，在教育數(shù)據(jù)倫理、教育數(shù)據(jù)治理和教育數(shù)據(jù)采集規(guī)范等方面面臨諸多挑戰(zhàn)，因此需要研究者加以關(guān)注并解決。

（1）數(shù)據(jù)共享與隱私保護的平衡挑戰(zhàn)

作為一種特殊的大數(shù)據(jù)資源，教育大數(shù)據(jù)需要適度向社會和公民開放，但由此會產(chǎn)生隱私泄露、數(shù)據(jù)濫用等潛在風(fēng)險，因此教育大數(shù)據(jù)的隱私保護和安全問題必須得到重視和解決[28]。首先，應(yīng)明確采集用戶或研究目的。其次，有必要采取特定措施，以確保數(shù)據(jù)主體對數(shù)據(jù)采集享有知情同意權(quán)，防止侵犯個人隱私。應(yīng)開發(fā)更先進、安全系數(shù)更高的技術(shù)手段來保障教育數(shù)據(jù)安全，以避免教育隱私數(shù)據(jù)泄露和數(shù)據(jù)濫用等問題。同時，應(yīng)規(guī)范數(shù)據(jù)開放與共享的流程，以防止操作不當(dāng)帶來的數(shù)據(jù)泄露問題。最后，應(yīng)加快制定“教育大數(shù)據(jù)安全管理辦法”，從制度層面保障數(shù)據(jù)主體的隱私安全。

（2）數(shù)據(jù)治理與人才創(chuàng)新的驅(qū)動挑戰(zhàn)

在教育信息化2.0時代，各種教育場景無時無刻不在產(chǎn)生海量的、多來源的、多種結(jié)構(gòu)類型的數(shù)據(jù)，如何協(xié)同教育相關(guān)部門開展高效的數(shù)據(jù)治理，是教育大數(shù)據(jù)建設(shè)與應(yīng)用過程中必須面臨和解決的一大核心問題。首先，應(yīng)充分發(fā)揮各類教育相關(guān)主體（包括政府、學(xué)校、企業(yè)等）在建設(shè)與應(yīng)用教育大數(shù)據(jù)上的獨特優(yōu)勢，驅(qū)動教育大數(shù)據(jù)采集的來源多樣性和內(nèi)容全面性；其次，應(yīng)盡快確立教育大數(shù)據(jù)治理的相關(guān)方法和機制，推動教育大數(shù)據(jù)治理的規(guī)范化、制度化和常態(tài)化；最后，應(yīng)大力培養(yǎng)教育大數(shù)據(jù)治理人才，鼓勵支持技術(shù)創(chuàng)新，助力教育大數(shù)據(jù)治理的有效性和高效性。

（3）采集機制與相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新挑戰(zhàn)

借鑒（廣義）大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的相關(guān)研究成果，教育大數(shù)據(jù)已在數(shù)據(jù)采集方面積累了一定的知識與經(jīng)驗。但和其他領(lǐng)域的相關(guān)研究類似，教育大數(shù)據(jù)采集研究也存在一些機制與技術(shù)上的“通病”，有待未來研究者加以關(guān)注和解決。首先，針對教育領(lǐng)域內(nèi)的密集型數(shù)據(jù)，如何保證數(shù)據(jù)采集的可靠性、如何確保采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量、如何避免出現(xiàn)重復(fù)數(shù)據(jù)等，都需要通過更新現(xiàn)有的采集機制和相關(guān)技術(shù)加以解決。其次，現(xiàn)有的教育大數(shù)據(jù)采集技術(shù)雖然在一定程度上能夠解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式的一些缺陷，但也會帶來一些新的問題，如測量精度不高、受環(huán)境影響較大等。因此，未來有必要探索更為穩(wěn)定且精準(zhǔn)的新型采集技術(shù)。再次，考慮到教育場景的多樣性和復(fù)雜性，在針對特定教育場景開展數(shù)據(jù)采集時，有必要選擇合適的采集機制與技術(shù)，“因地制宜”，以確保數(shù)據(jù)采集的有效性和可靠性。最后，為了使教育大數(shù)據(jù)能夠發(fā)揮最大效力，未來還可考慮采集并融合學(xué)習(xí)者的“個體性數(shù)據(jù)”，以支持和推動個性化學(xué)習(xí)服務(wù)，達(dá)成“因材施教”的核心教育目標(biāo)。

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，教育大數(shù)據(jù)正以全新方式驅(qū)動教育決策、學(xué)習(xí)方式、教學(xué)管理和評價體系的智能化和信息化。其中，數(shù)據(jù)采集作為教育大數(shù)據(jù)建設(shè)與應(yīng)用中的基礎(chǔ)性過程，是實現(xiàn)教育大數(shù)據(jù)價值潛能的關(guān)鍵。本文概述了教育大數(shù)據(jù)的采集內(nèi)容、采集方式、采集手段及采集基本規(guī)范。在此基礎(chǔ)上，進一步探討了教育大數(shù)據(jù)采集研究面臨的問題和挑戰(zhàn)，并指出了未來的潛在研究方向。未來要繼續(xù)深入探討教育大數(shù)據(jù)建設(shè)與應(yīng)用中的數(shù)據(jù)采集問題，強力推動大數(shù)據(jù)賦能教育事業(yè)，從而確保實現(xiàn)教育現(xiàn)代化的最終目標(biāo)。

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大數(shù)據(jù)期刊

《大數(shù)據(jù)（Big Data Research，BDR）》雙月刊是由中華人民共和國工業(yè)和信息化部主管，人民郵電出版社主辦，中國計算機學(xué)會大數(shù)據(jù)專家委員會學(xué)術(shù)指導(dǎo)，北京信通傳媒有限責(zé)任公司出版的期刊，已成功入選中文科技核心期刊、中國計算機學(xué)會會刊、中國計算機學(xué)會推薦中文科技期刊，并被評為2018年國家哲學(xué)社會科學(xué)文獻中心學(xué)術(shù)期刊數(shù)據(jù)庫“綜合性人文社會科學(xué)”學(xué)科最受歡迎期刊。

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