第2章 教育大数据的典型事例
2.1 可汗学院——大数据时代的教育革命
1946年，第一台电子计算机ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生。对于教育领域而言，这朵第三次工业革命时期的科技之花，终于在21世纪的第一个十年孕育出了最灿烂的果实，让我们的教育从传统的“班级授课式规模化教育”跃向了“生态化、网络化、分散化、生命化的个性教育”。若干年后，当我们回顾这一段历史时，萨尔曼·可汗和他的可汗学院一定会被世人所传颂和铭记。
图 2-1 可汗授课
2004年，刚从哈佛毕业一年的对冲基金分析员萨尔曼·可汗（Salman Khan，图2-1）应家人要求给上初一的表妹纳迪亚辅导代数。由于纳迪亚住在新奥尔良，而萨尔曼·可汗住在波士顿，因此可汗主要通过雅虎通聊天软件、互动数位板等来帮表妹进行补习。为了让小表妹听明白，他的讲解语气轻松，内容浅显易懂，小表妹的数学进步明显。很快，其他亲戚朋友也希望他能够帮忙补习，他带的孩子人数达到了十多人，这让可汗有些忙不过来了。
于是他写了一些程序来协助教学，这些程序能生成数学习题，并显示孩子们提交的答案是否正确，同时也可以收集数据。程序追踪每个学生答对和答错的习题数量，以及他们每天用于作业的时间等。通过反馈机制的拓展和改善，可汗能够了解学生是如何进行学习的，而不仅仅是学习了什么。有了这些信息，可汗可以解决传统教学中一些无法解决的难题：学生花费在他们答对的问题上的时间多还是花费在答错的题上的时间多；他们是通过努力学习还是得益于其偶然性的灵感而获得解题方法；学生出错是因为没有理解知识点还是因为生理上的疲惫等。这些出现在学生学习过程中的常见问题，终于可以从科学数据上寻找答案。
后来，可汗把自己的数学辅导材料制作成视频，放到YouTube网站上，方便孩子们去获取。考虑到学生的注意力持续时间不长的问题，他将每个视频都做得很短，平均5～10分钟，以方便学生理解。让人没想到的是，视频竟然流传开来并受到了网友们的热捧。甚至有网友留言：我的孩子有读写障碍，只有看可汗的讲课视频才有所好转。还有网友发邮件说：你真是个大好人，祝你全家幸福。作为一名金融从业人员却受到人们如此赞誉，可汗激动不已，这坚定了他继续制作在线课程的信心。只是当时的萨尔曼·可汗不会想到，他的这个行为从此永远地改变了教育世界，改变了传统的学习模式。
经过十多年的发展，如今的可汗学院已经得到了全世界的认可，作为大数据时代引领教育革命的先驱，我们再回过头来看看，究竟有哪些要素促使了可汗学院的成功呢？
2.1.1 生动的教学视频
在可汗的教学视频中，没有制作精美的图像画面，也没有口若悬河、眉飞色舞的授课教师，有的只是在一块写字板上写下的数字、符号，或是画出的一些简易图形。讲解过程中，可汗并不出镜。有人或许会疑惑，仅凭简单的写字板展示和语音，形式如此“简陋”的课程为什么还会吸引如此之多的学生呢？很多学生认为，可汗就像坐在他们身边辅导功课的大哥哥，语言幽默轻松，教学灵活不固化，因此他们喜欢这样的教学方式。另一方面，可汗认为在传统课堂教学中学生面对讲台上的教师往往容易出现心理上的压力，因此授课教师不出镜，只是以幽默轻松的语音作出一些讲解，这样学生可以以轻松的心态来学习，也可以更加专注于写字板上的教学内容。
2.1.2通过设计良好的网站为全世界的学习者服务
仅仅依靠几个零散的教学视频，是很难实现服务大众的，并且随着视频资源的不断增多，可汗迫切需要一个地方来集中管理和呈现视频资源。2007年，可汗成立了非营利性的“可汗学院”（Khan Academy）网站，其宗旨是“为世界各地所有人提供免费的、一流的教育”。
在传统印象中，一位教师对着课堂上的30～50名学生授课，这是班级授课的常态。当然，规模稍大的时候，例如一场讲座，一位教师可向数百人乃至近千人授课。一位教师，假设他每年都是面对新一届学生，每次都能为2～3个班级授课，即使从业40年，他一生所教的学生总数也不会超过6000人。在这个过程中，教师只能向与他时间和空间一致的学生进行授课。所以你能想象一位教师的一堂课能够面向世界各地数以百万计的学生吗？事实上，萨尔曼·可汗和可汗学院确实做到了。
短短几年，可汗学院的学生数量从几百人迅速增加至每月400万人。可汗一度成为世界上拥有学生数量最多的人。可汗学院用视频讲解不同科目的内容，也回答网友们所提出的疑问。可汗学院的每一段教学视频长5～15分钟，从最简单的内容开始，根据知识的内在逻辑和学生认知水平，逐渐上升至更高级的学习。可汗学院利用了网络传输的便捷性、低成本性，使得教学视频可以在世界范围内得到广泛传播。
得到广大网友认可的可汗学院很快成为整个美国甚至是世界教育界津津乐道的话题，就连前世界首富比尔·盖茨也在公开场合表示曾利用可汗学院的视频来为孩子辅导功课。通过数字化课程及训练，可汗掀起了一场全新的教育革命。比尔·盖茨称他为“世界之师”，并坦言：“可汗为我们描绘出了未来教育的蓝图。”美国社会各界都对可汗学院给予高度关注，由于可汗学院的非营利性质，许多机构和组织对它进行了经济上的支持。如盖茨基金会和谷歌公司等机构共为可汗学院捐款1500万美元。可汗利用这笔资金，高薪聘请美国顶尖的工程师和设计师加入可汗学院的技术团队，实现可汗学院教育平台的优化与拓展。
2.1.3 可汗学院练习系统
学生在观看视频进行学习时，也可以进行一些交互活动，比如在线提问、课程内容讨论等，以确保知识的内化和吸收。
可汗学院开发了一种练习系统（图2-2），记录学习者对每一个问题的完整练习记录，教学者参考该记录，可以很容易得知学习者哪些观念未完全掌握。视频观看完后，系统会自动生成相应的练习题和测试题，并根据习题完成情况或测试结果，判断学生对所学内容的掌握情况。
图2-2 可汗学院练习系统
可汗学院会编出学生所需要的练习题数量，直到学生通过练习并完全明白概念为止（学生能够拿到10分的满分）。可汗学院的所有教学视频都配有这样的练习题。学生不知道怎么做的时候，会得到系统的提示，即实际解决问题的步骤。简单来说就是，得到10分就继续前进，未得到则根据系统提示继续学习。在传统教学中，学生会有一些家庭作业，作业—上课—作业—上课，然后进行阶段性测试。在考试中，不论你是得到70分，80分，90分，或95分，讲课内容都会继续到下一章。对于95分的学生来说，另外的5分丢在哪里，他们也可能不知道。可能教师在讲一个新知识点的时候，学生都不知道到底发生了什么事，然后教师又继续在这个概念上讲述下一个概念。这很像一种学习自行车的过程，有人提前告诉你骑自行车的内容，之后再给你一辆自行车和两周时间。两周后再告诉你，“你的左转弯有点问题”“你不会急刹车”，勉强可以给你60分的成绩，然后就给你印上及格的标记。可汗学院的教育系统旨在解决这样的问题。它希望学生能够在不断的自行车练习中体验从车上摔倒在地，然后又在指导下马上爬起来继续练习，一直到精通为止。这样的模式鼓励学生不断尝试不断失败，但是最终能够完全掌握所需要学习的内容。
以往的学校课程中，为了配合全班的进度，教师只要求学生达到及格要求就继续往下教，但在可汗学院的系统中这种情况是不会发生的。可汗学院试图通过练习和测评检测学生是否熟练掌握视频中每一个必要知识点，只有当学生通过所有的练习和测验并拿到满分后才能继续进行下一阶段的学习。具体来说就是可汗学院的教育系统根据学生对知识或技能的掌握情况，将学生的学习情况分为六个层次：学习挣扎（struggling）、需要练习（need practice）、完成练习（practiced）、第一层（level I）、第二层（levelⅡ）和精通层（mastery）。只有当学生达到精通层次的时候，系统才会出现更高一级的学习内容，以保证学生对每个知识的完全掌握，否则学生需要继续进行视频观看和练习。在做习题的过程中，若出现了障碍或问题，系统也为每一类型的习题都配备了相应的讲解视频。
2.1.4 学生学习报告
为了帮助学生详细了解自己的学习状况，系统中还提供各种学习报告。如知识和技能统计报告，里面包含学生基础知识测试情况，目标技能掌握情况（完成练习题数量、正确率）、终结性测试情况（正确率、答题时间、答案分析等）；教学视频学习情况报告，里面包含观看视频的种类、名称、累计时长等；参与活动统计报告，里面包含以柱状图形式所展示的学生在一定时间内视频观看情况、获得奖励情况、学习时长情况等。
得益于可汗学院中数据分析团队的努力，教师或家长可以通过数字控制面板获取学生的学习进度报告，学生也可以通过学习报告来主动了解自己的学习状况，以便作出更有针对性的调整。举例来说，可汗学院教育系统中的数字控制面板会用一个概述性的饼状图来展现学生所观看的视频中各个学科属性的占有比例，以及学生所观看的视频中参加考试的科目分别有多少。
不仅如此，系统还能通过热图的方式提供每个学生的学习表现，并按照回答问题的数量、准确率、学生需要提示的次数、提示的类型等指标进行显示。如果学生在学习过程中遇到困难，他的名字上就会有红色提示标志。网站将学生与系统之间的每一次交互都记录下来，以便生成实时性的学习进程报告。目前，可汗学院网站存储了远超10亿条已完成习题的记录，这些容量巨大的能够反映学生学习行为的教育大数据，也为学院提供了用户反馈依据。通过数据分析，系统能够为每个学生推荐个性化的学习路径，使每个学生能根据自己的实际情况进行最有效的自定步调的学习。
2.1.5 教师管理平台
可汗学院的系统设置了学生账号、教师账号、同伴账号三种模式。教师系统主要是为了查看学生学习内容，了解学生学习进度，向学生推荐合适的课程和材料，并根据系统所反映出来的学生学习情况，向学习落后或学习遇到困难的学生提供针对性的帮助与辅导。教师账号的个性化导航页面包含了教师所辅导的班级名称、所学课程名称、学生用户名等信息，教师可以随时浏览学生学习情况，获得实时的反馈信息。教师既能了解每个学生的学习状况，如反映了某学生正在学什么，观看了多久的视频，在哪里暂停，在哪里开始做练习题等情况的单个学生总体学习进度统计图，也可以整体性地掌握全班学生的学习情况，如全班学生总体学习进度统计图、全班学生目标技能掌握程度统计图等。
如果说可汗学院的理想是让每个学生按照自己的进度学习并且掌握每个知识点，那么可汗学院对于教师的意义是虽然每个学生的进度不同，遇到的问题不同，但老师能够更好地实现管理监控。
可汗学院最新研发的教育管理平台能够让老师监控每个学生的学习进度，例如学生现在正在做练习题，教师就能够实时监控。教师可以看到每个学生及全班的学习情况，清楚了解学生遇到的困难，甚至追踪学生在整个学年中的学习情况。在Khan Acade my软件上会有这样一张表格，每一排代表一个学生，每一列是一门课程，哪些学生进度超前，哪些学生落后，哪些学生停滞不前都可以在平台上得到清晰展示。蓝色代表学生已经掌握该知识点，橙色代表学生还在学习，红色就像报警器提醒老师应该给予帮助。老师能够非常清晰地了解学生的问题所在，能够从系统中看到学生在什么时间观看了视频，在什么地方暂停视频，哪一部分未观看。解答每个问题所花费的时间，精确至秒。
旧金山一位教师认为，利用可汗学院教育平台，课堂效率提升了，老师和学生的交流互动也更多了。以前教师只能凭经验推测全班在哪个知识点遇到问题，然后花时间讲解，现在，教师根据平台监测数据，组织遇到同一难题的几个孩子讲解辅导，与此同时，班里其他孩子可以继续攻克其他难题，或与同学一起进行基于目标的学习。
将科技融于教育，可汗并不是初创者，但他却是难得的成功者。可汗学院基于教学视频所建立起来的教育系统，背后所依靠的是可汗学院技术团队强大的大数据学习分析能力。通过大数据分析，可汗学院能够探知人类学习的秘密。可汗学院通过分析数据，不断调整优化教育软件平台，就像亚马逊这样的大公司一样，通过数据分析，提升用户体验，提供个性化服务。可汗学院对于数据的处理，凸显了大数据时代教育的发展与变革趋势。