环境教育教学设计

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环境教育教学设计范文第1篇

一、幼儿园区域教学环境设计的背景

1.教育资源以及文化资源的分配不均导致教学设计必须有所不同

由于我国区域的不同，文化背景也不尽相同，所以在具体的教学计划中，需要教师对不同文化背景下的幼儿做相对应的教学安排，这不仅很好地呼应了不同区域的文化差异也能够在幼儿教育启蒙阶段让其对自身地区的文化有基本的认知，而且这种基础认知状态可能在一定程度上会成为其今后学习其他知识的基础和前提条件。因此在具体的幼儿园教学中，教师需要根据自身教学环境的特性进行教学设计，同时对教学环境的运用和学生的学习心理状态也要有一定的了解，这也是教学中需要注意的基本问题之一。

2.幼儿的特殊学习心态在一定程度上决定了教学的设计需要符合其预期

由于幼儿在该阶段的学习心态导致其只能接受一些简单的知识，像一些逻辑性加强的知识明显是不符合其学习范围的，因此教师需要制定一些简单的知识作为该阶段的教学重点内容，并且在一定的区域教学环境背景下对适合学生的知识进行筛选，比如可以对一些笔画较少的汉字、简单的数学计算以及一些比较好理解的古诗作为该阶段的主要教学方向，这样学生的学习压力和负担也会相应得到减轻。

二、如何设计高效率的教学环境

具体来说，相应教学环境的设计主要是遵循这样几个原则：（1）即时性；（2）区域性；（3）认知阶梯性。即时性原则，主要是在教学设计中，对一些教学环境的分析和利用，一方面需要保证幼儿可以很快地通过一些特定教学环境的影响快速地影响其学习效果；另一方面，要求教学的设计与学生的认知态度的变化相适应。区域性也就是要求教师在教学设计时需要兼顾幼儿园所处地区文化背景以及区域文化所带来的一些约定俗称的教学方法，这对于幼儿的基础认知和对本土文化的传承格外重要；认知阶梯性也就是说，在教学中随着学生年龄的增长，其智力和个人对事物的理解能力也会相应的发生变化，所以在利用教学环境中教师需要引导学生对不同难度的知识内容分阶段、分层次认识，这样教学的效果也会更加明显，幼儿的学习也会取得进步。

总体来看，幼儿园教学环境的设计主要是遵循特定区域环境的变化而出现对应的改变，并且对教学内容以及教学推进策略实施的进度需要与幼儿的认知情况相适应，这保证幼儿园教学的重要因素，同时也是关键点之一。

参考文献：

环境教育教学设计范文第2篇

根据教育信息化的特点，教师在教学设计时应着重注意下列问题。

（1）要充分借助、发挥网络优势。网络提供的图、文、声、像并茂的丰富教学资源，为现代教学提供了有力的支持。教师可以根据教育教学实际，从网上下载自己需要的信息，借鉴网上资源，取人之长，补己之短。不断研究尝试新的教学设计模式进行教学，结合教学经验改造或自制开发个性化的教育教学资源，突破教学中的难点、重点。

（2）要突出学生的主体地位。教师要转变观念，变“指挥者”为“引导者”。要从学生的角度去设计教学过程，引导学生积极主动地参与到学习过程中去进行自主的学习活动。如：①引导学生自我定向。思考如何由学生自己确定学习目标，安排学习程序，制订学习计划，为自主学习定向。 ②引导学生自我探究。思考如何让学生通过独立思考，自主探究知识的发生过程。让学生按照自己的基础和习惯、水平和能力，去读、想、做、说、议、画，通过动手、动脑、动口等自主活动；独立发现问题、解决问题，得出科学结论。③引导学生自主评价。思考如何引导学生基于对自己的认识，依据学习目标和自身的评价指标和准则，对自身的学习目标、策略、方法、计划进行自我反思与评价，进而对学习过程进行积极的监控。④引导学生自我调控。思考如何让学生对照学习目标，寻找学习差距，考虑如何改进自己的学习策略和方法，并采取针对性措施，及时调整自己的学习目标、策略和方法，以促进目标的达成。⑤引导学生自我激励。思考怎样引导学生在学习过程中，不断地激励自己战胜困难，获得学习成功，使自己始终处于积极、活跃的学习状态。

（3）要面向全体学生，重视学生的个性差异。在班级授课制下，如何使班级中不同层次的学生都能通过课堂教学活动有所提高发展，最基本的一条准则，就是要面向全体学生，正视学生的个性差异，因材施教。由于不同层次学生之间的学习起点（包括动机、态度、学习能力、知识基础等）落差较大，课堂教学起点准确定位是保障不同层次学生都“吃饱、吃好”的关键。习惯的“抓两头促中间”的做法，实际上是以优等生为教学起点，放弃了中下等生的教学，以面向全体学生为出发点，但最终以落脚优等生为归宿。有的教师提出“抓中间促两头”，以中等生为教学起点，这比起“抓两头促中间”的做法来得公正一些，但这是以优等生和学习困难学生的部分无效和低效学习时间为代价的。因此，在班级授课制中，没有分层的教学过程是难以实现面向全体学生的要求的。在设计教学过程中，要想办法积极创设让所有学生都能积极主动地学习的机会，如设计集体活动、小组活动、个别活动的环节，以便有针对性地加强对不同层次学生的学习指导；设计分层次的练习和作业，从不同层次学生的实际出发，安排难易适中，梯度明显的练习或作业，使不同层次的学生都可根据自己的学情，有弹性地加以选择和完成。对不同层次的学生实施不同的学业成就评价方法，以增强不同类型学生的学习信心，提高他们的学习兴趣，强化他们的学习动机，激励他们努力学习。

（4）要充分发挥计算机辅助教学的优势，培养学生的学习兴趣。美国著名教育家维新罗克（M．Cwittrock）在他的关于学习过程研究的“生成学生模式”中曾提出：“学习过程不从感觉经验开始，而是从感觉经验的选择性注意开始的。”选择性注意是指学习者在学习情景中激活与维护学习心理状态，将注意力集中于有关学习信息上，对所学内容产生极大的兴趣。兴趣是最好的老师，是学生主动学习、积极思考、探索知识的内在动力，恰当地利用投影、幻灯、录像或计算机等电教媒体，创设与教学内容相吻合的教学情境，可以充分发挥学生的学习兴趣和求知欲望，真正做到寓教于乐，从而使得课堂气氛变得轻松愉快，也定会收到很好的教学效果。

多媒体的运用，必须要突出教学重点，突破教学难点，因为我们教学的目的就是借助特有优势，将抽象的、难以被学生所掌握和理解的知识形象地、直观地、简洁地让学生接受，这也是我们的教学宗旨。

环境教育教学设计范文第3篇

0 引 言

环境安全是环境领域与安全领域交叉产生的新概念，是国家安全、国际安全的重要组成部分，是近十几年发展起来的一门新兴科学，也有人称之为绿色安全或生态安全。一般来说，环境安全指人类赖以生存发展的生态环境处于一种不受污染和破坏的安全状态。对环境安全的理解包括两个方面：一是免于因环境恶化而造成对人类生存的威胁；二是免于因环境争端或冲突而形成对国家关系或群际关系的威胁。

近年来，各地学生体质与健康状况总体有所改善，但学生体质健康方面存在的问题仍然较多，部分地区中小学生视力不良及肥胖检出率持续上升，学生易感冒免疫力下降，龋齿患病率出现反弹等，严重影响下一代接班人的成长和祖国安全。有害环境对人的身体影响很大，比如今年被高度关注的PM2.5。PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也被称作入肺颗粒物。PM2.5的危害很大，除了会引发心脏病、动脉硬化外，还会造成肺癌、支气管炎、哮喘等疾病。除此之外，甲醛对人体的影响也不容忽视。甲醛浓度在每立方米空气中达到0.06～0.07 mg/m3时，儿童就会发生轻微气喘；当室内空气中甲醛含量为0.1 mg/m3时，就有异味和不适感；达到0.5 mg/m3时，可刺激眼睛引起流泪；达到0.6 mg/m3时就会出现咽喉不适或疼痛。当浓度更高时，可以引起恶心、呕吐、咳嗽、胸闷、气喘甚至肺水肿。中小学教学环境监测与预警系统能够动态采集传感器的数据，若监测数据超过一定范围，则进行预警，系统主要实现下列环境指标的采集：

（1）照明强度： 平均照明度不低于150 L。

（2）室内空气质量： CO2 浓度

（3）室内温度：冬天温度在16～18 摄氏度之间。

（4）噪声：室外噪声

（5）甲醛浓度：≤0.08 mg/m3。

（6）PM2.5值：24 小时平均浓度小于75 mg/m3。

1 教学环境监测与预警系统的架构

中小学教学环境监测与预警系统提供教学环境空气质量的实时数据查询监测预警，并对各个教学环境进行集中管理。环境监测平台和移动手持设备可实现教学环境的实时在线监测及自动化监控和数据自动采集与存贮、数据统计与分析、数据远程传输和数据显示，使家长及学校管理部门对教学环境进行有效的监控与管理、为校园提高空气质量、为净化教学环境提供真实数据。

本系统是一个基于智能终端的教学环境空气质量管理系统，通过ARM嵌入式网关、甲醛传感器、PM2.5传感器、CO2传感器、光照传感器、温度传感器、声音传感器、EasyARM2131板以及Android/iOS智能终端构成整个环境系统，主要综合了教学环境空气质量的实时监控监督、危险预警等功能。本系统基于局域网，以TCP/IP协议和Modbus规约传输多种控制信号，易于Internet连接和访问。教学环境监管与预警系统框图如图1所示。

2 数据采集器的设计

数据采集器由EasyARM2131和6个传感器组成，EasyARM2131将Philips公司的LPC2131作为主控制器，LPC2131具有片内8 KB的RAM和片内64 K的程序Flash，具有2个串口，多个I2C和SPI接口，有64个管脚。数据采集器的LPC2131串口COM1与嵌入式物联网网关连接，串口COM0首先通过RS 232/RS 485转换器转换成RS 485，再通过RS 485总线与六个传感器连接。由于6个传感器是不同型号并来自不同家厂，所以在选择传感器型号时必须考虑传感器应具备串行接口的特点。但不同的传感器规约是不一样的，需要LPC2131分别来处理。最后统一成一个Modbus规约，实现与ARM嵌入式网关的通讯。ARM嵌入式网关与移动终端通讯采用TCP Socket通讯，也统一采用一个Modbus规约。

采集器的通讯分上、下行通讯，传感器与数据采集器通讯是下行通讯，数据采集器与ARM嵌入式网关的通讯是上行通讯。在系统实现时，下行通讯时各个传感器不一致，如光照强度通讯格式如表1所列，而甲醛通讯格式如表2所列。这些需要在设计通讯程序时进行处理。而上行通讯统一了规约，采用Modbus规约，便于网关的实时采集，同时，也保证了系统的可靠性。Modbus规约帧格式如表3所列； 功能码如表4所列。由于将每个传感器值作为寄存器，所以定义是多路寄存器，在设计中采用功能码为10，数据格式如表5所列。

由于传感器都是RS 232异步传输，所以需要采用232转485技术，将6个传感器并联到485总线，再将总线接到EasyARM2131上。也有采用ZegBee技术与传感器实现相联的，但系统中考虑到传感器与采集器比较靠近，成本问题及有线比无线更可靠。所以采用RS 485总路线通讯方式。

由于 6个传感器的规约不一致，并且还有的是主动上报方式，有的是查询方式通讯，这些都需要ARM来处理，实现中主要采用如下方法：

（1）有5个传感器，分别为温度、光照强度、甲醛、PM2.5、噪声传感器，这些传感器将实时上传传感器当前值，采集器串口中断方式接收数据并保存。

（2）有一个传感器，不会主动上报CO2当前值，需要ARM每秒向CO2发送读数据指令，采用串口查询方式，才能读取数据。

（3）ARM通过每个传感器上传的帧格式，采用不同的解析方式，识别传来的数据究竟是哪一个传感器的数据。

（4）将ARM串口下行通讯获得的数据保存到指定的Modbus寄存器，方便嵌入式网关格式读取。

通过ARM定时1秒向CO2传感器发送读取指令，加上其他5个传感器是主动上报数据，从而实现了6个传感器的数据采集。

3 ARM嵌入式网关的设计

3.1 功能要求

ARM嵌入式网关采用TINY210板，基于Android操作系统，TINY210具备多个串口和一个无线网口。串口与数据采集器相联，WiFi无线网口与互联网相联，通过软件技术完成网关通讯的功能，系统结构图如图2所示。ARM嵌入式网关主要具有管理用户登陆、注册、通讯设置、通讯、日志等功能。功能主要实现方法如下：

（1）TINY210是一个ARM开发平台，它采用Android操作系统。

（2）ARM嵌入式网关选择一个串口与数据采集器相连，动态采集数据采集器中的传感器实时数据，并将各传感器的数值存储。当有移动终端访问时，可直接向移动终端返回实时数据。

（3）ARM嵌入式网关除了向客户端回应传感器的实时数据外，还具备用户注册、登录、找回密码等功能。

（4）用户注册：如果该用户名没有进行过注册，服务器会将传来的用户信息保存到数据库（这里使用SQLite数据库），然后向客户端返回注册成功的标志。

（5）用户登录：如果密码不对就返回登录失败，否则返回登录成功并将该用户的信息封装好返回给客户端。

（6）用户找回密码：服务器根据该用户的手机号，通过“互亿短信验证平台”向该用户手机发送一个随机验证码，该用户能且仅能凭借该验证码修改密码。

（7）用户操作请求4个开关，需要有一定权限才可操作。

3.2 软件主界面

网关Android的主界面如图3所示，通过设置界面按钮，选择串口0～串口4，通过通讯日志可以查看上行通讯和下行通讯的日志内容，通过服务状态开关，可开通和关闭网关服务。

4 智能终端软件的设计

4.1 功能要求

移动终端软件分为Android系统与iOS系统软件，设计功能要求如图4所示，它具有下列功能：

（1）手机终端具备的功能。手机终端具备注册，登录，环境实时监测，历史数据查询，智能控制，设置功能。

（2） 注册。字段包括用户名，手机号，权限和密码。管理员注册需要序列号用户名，是用户的唯一标识符；密码是用户登录的验证机制；权限有2种，分为普通用户和管理员，其中，普通用户只能查看实时数据，不能控制4个开关（电灯、风扇、净化器、报警器）和设置传感器的阈值；手机号用于用户找回密码，服务器通过“互亿短信验证平台”的接口向该用户发送含有验证码的短信，该用户能且仅能凭借该验证码修改密码。

（3）登录。手机终端发送该用户的用户名和密码给服务器，如果密码正确，服务器会返回登录成功标志。

（4） 找回密码。移动终端向服务器发送该用户的手机号，服务器通过“互亿短信验证平台”的接口向该用户发送含有验证码的短信，该用户能且仅能凭借该验证码修改密码。

（5）环境实时监测。手机终端每秒向服务器发送获取实时数据的请求码，服务器会返回当前各传感器的值，分装好返回给手机终端。

（6）历史数据查询。手机终端将每秒得到的实时数据存入数据库（SQLite），当用户查询时就从数据库（SQLite）中取出历史数据形成曲线显示。历史查询还可以根据选择时段来显示历史数据（时间段可以选择过去1小时或过去2小时）。

（7）智能控制。只有管理员才可以控制开关（电灯，风扇，净化器，报警器）。

（8）设置功能。自动设置时需要管理员权限，在自动控制状态下，系统会自动处理以下状况：①甲醛超标时开风扇、开净化器、开报警器；②PM2.5超标时开风扇、开净化器、开报警器；③CO2超标时开风扇、开净化器、开报警器；④光照超标时开电灯、开报警器；⑤温度超标时开报警器。阈值设置指甲醛、PM2.5、CO2、光照、温度、声音阈值设置。

4.2 移动终端

移动终端（iOS和Android系统）的软件流程图如图5所示。移动终端主界面如图6所示，6个传感器值实时显示，异常值用红色显示。

5 系统主要特点

该系统主要有以下几个特点：

（1）系统采用Modbus通信协议。Modbus安全可靠、通俗易懂，作为本系统的统一的通信协议，对整个系统来说，稳定性、可靠性、可扩展性更好。

（2）系统采用嵌入式网关技术，嵌入式网关具有服务器的功能，移动终端连接网关实现数据的采集和通讯功能，也可实现参数的设定、数据的显示和曲线的查询等功能。

（3）系统采用移动终端技术，可通过iOS和Android这两个移动平台对教学环境情况进行实时监控与管理，从而采取有效的治理措施，使教学环境得到有效改善。

环境教育教学设计范文第4篇

从我国中学环境教育的实践看，长期以来，中学的环境教育过于注重环境知识的传授，而忽略了环境价值的培养，一定程度上影响了环境教育的效果。

其实，化学学科的特点，决定了化学教学在中学的环境教育中可以发挥重要的作用。然而在三门峡市开展的一项“中学化学教学对学生环境意识培养”的调查发现，随着年纪的增长，学生对有关环境的化学知识的了解和掌握在同步增长。但同时，学生的环境意识普遍较弱，缺乏自觉的环境性，存在着严重的“知、能、行”脱节的现象。

为此，在中学化学教学中，开展环境教育，不能局限于环境知识的传授，必须把培养学生的环境价值观作为教学的核心目标。全部的教学设计，教学活动，都要围绕这一目标来开展。只有这样，才能达到较好的环境教育效果，而要是环境教育重要培养学生环境价值观的理念，在化学教学中得到应用，必须坚持“贴近性、直观性、参与性、示范性”四个设想。

1 坚持贴近性设想

所谓贴近性设想，就是指在化学教学中，环境教育的选题和内容要贴近学生的生活，要本土化。经验告诉我们，越是与自己的生活息息相关的事物越是容易引起心灵的共鸣。因此，在化学教学中开展环境教育，总体上要立足于本市，围绕灵宝市的环境问题进行阐述和讲解。要注意从学生已有的经验出发，让他们在熟悉的生活情景中，感受环境保护的重要性。比如，讲到水的污染时，可以结合灵宝水资源污染的情况，让学生了解灵宝是一个水质型缺水的城市，是由于矿山的开采，金矿石的氰化，造成了人为污染；在讲解二氧化硫形成酸雨时，让学生了解灵宝就是一个酸雨污染比较严重的地区，了解酸雨对灵宝工农业生产和市民生活的危害，从而使学生有所触动。

2 坚持直观性设想

所谓直观性设想，就是指化学教学中环境教育的形成，要体现直观性，要以具体的事实让学生了解，认识环境破坏的危害，增强环境保护的意识。现在，一些教师为了应付中考中有关环境问题的试题，往往在环境教育中大量介绍化学原理，使环境理论化、抽象化、枯燥无味，弱化了环境教育的效果。我认为，在进行环境教育时，除了结合教学讲解一些相关的、简单的化学原理外，要少用文字叙述，多用信息技术，多媒体手段，从图表、照片、录像资料、实物等为载体，以生动和真实的案例，向学生展示环境现象和环境问题。要通过使学生获得直观的、具体的、形象的感觉，达到深入人心的教育效果。

3 坚持参与性设想

所谓参与性设想，就是指要使学生在亲身体验中，在解决现实环境问题的过程中，形成正确的环境价值观，建立环保的、健康的生活方式和生活习惯。自由探究和行动，是环境教育的重要方式。结合化学教学中研究型课程的开展，对真实的环境问题进行探究，有助于充分调动学生的积极性，提高环境教育的效率。可以本着“从可以解决的问题做起”的原则，引导学生发现在教室、学校、家庭、社区中存在的环境问题，运用学到的化学知识和技能，进行探究和解决。其中，在化学实验教学中，开展研究型课程，鼓励学生探究如何用最少的药品，获得最佳的效果，改善实验环境，减少化学废弃物的污染，就是非常具有操作性的选题。

4 坚持示范性设想

环境教育教学设计范文第5篇

关键词：大数据；云计算；信息服务；教学环境设计

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2013）24-0018-04

一、引言

“大数据”是继云计算、物联网之后IT产业的又一技术变革，它已受到各界的广泛关注，它将对国家治理模式，对企业决策、组织和业务流程，对个人生活方式都将产生巨大的影响。在研究领域，麦肯锡认为，数据已成为流入全球经济每一个领域的洪流。大数据完全能够成为企业的新型资产，形成竞争力的重要基础，并发挥重要的经济作用，[1]大数据技术能够帮助用户在茫茫的数据海洋里快速找到所需的资源。[2]这些迅速发展的业界变化，也吸引了教育界学者的关注，且因现有数据中心技术无法满足大数据需求而可能引发的IT 架构重构等发展态势使得大数据有演化成为一个新型学科的趋势。中国工程院院士、中科院计算技术研究所首席科学家李国杰就指出大数据将成为信息科技的新关注点，并形成新型交叉学科：网络数据科学。[3]构建基于大数据的云教学环境以提高教育资源的应用和增强师生之间的互动是当今教育信息化的主题，而要解决以上的几个问题，我们就必须理性地认识大数据。

二、大数据概念及其特点

2011 年5 月，全球知名咨询公司麦肯锡（Mckinseyand Company）了《大数据：创新、竞争和生产力的下一个前沿领域》报告，[4]首次提出了“大数据”的概念，并在报告中指出“数据已经渗透到每一个行业和业务职能领域，逐渐成为重要的生产因素；而人们对于海量数据的运用将预示着新一波生产率增长和消费者盈余浪潮的到来”。[5]大数据目前尚没有统一的定义，部分业界专家如《著云台》的分析师团队认为，大数据通常用来形容一个公司创造的大量非结构化和半结构化数据，这些数据在下载到关系型数据库用于分析时会花费过多的时间和金钱。[6]因此，大数据通常被认为是一种数据量很大、数据形式多样化的非结构化数据。[7]据统计，全球互联网上的数据每年将增长50%，每两年便将翻一番，而除了互联网上的信息外，各种媒介都在同时传递着海量的数据信息，[8]而在如此庞大的数据中，只有10%的数据是结构化数据，其余的则是由邮件、视频、微博等大量的半结构化数据和非结构化数据。[9]

三、基于大数据的云教学环境的特点

1. 提供丰富的教育资源及个性化的教与学

传统以课堂为主的教学环境中，由于教育资源非常有限，导致开展个性化教学很难实现。但随着云计算的出现，不仅打破了传统教育资源的瓶颈，使得各种类型的资源不断的涌现，同时在质量上也有很大的提高，而且也打破了高校内“信息孤岛”的现象。然而大数据的出现更是让云计算的应用有了真正的用武之地，云服务端为大数据提供了海量的结构化、半结构化和非结构的数据，同时大数据的数据分析和数据挖掘技术使得这些无特定结构的数据释放出更巨大的潜在价值。这样教师可以在基于大数据的教学环境下获取一切可获取的教学资源，并充分利用云计算提供的软件、存储、安全等技术，支持教师的高效教学，为学生个性化学习提供便利。[10]

2. 提供更快、更准、更高效的信息检索服务

传统的信息检索方式主要是依赖于平行式检索、串行式检索方式等，这类检索方式在某种程度上可以完成一定的检索任务，然而这类检索方式只能完成某一领域方面的信息检索，这就造成检索效率低下，很难满足用户对信息检索的需求，而云计算的出现在很大程度上解决了传统信息检索方式的局限，基于云计算的信息检索方式将各类分散的信息资源集中存储在云服务端，当用户提出检索要求并将提问式提交给检索，检索将检索提问式发送给存储在云端的各服务器，并对各节点上的服务器进行并行分布式检索，将检索结果重新整合按相关度进行排序后反馈给用户，这大大提高检索能力和检索速度，然而这种方式同时造成了数据源异构的现象，这将造成数据检索出现混乱的现象并且在很大程度上很难解决大数据量的检索问题。而大数据时代提出利用Hadoop强力索引库和数据实时反应技术对大量的信息资源进行信息检索，基于大数据的信息检索技术在检索时会将无关的信息进行过滤，以提炼出连续的、低信息粒度的数据，而后对提炼的数据进行分析和挖掘，以检索出用户最希望得到的信息，这大大提高了对数据检索的速度和效率。

3.实现基于数据引导师生自我学习

在教学过程中，学习主体之间的交互对于知识意义的建构起着关键性的作用。[11]云计算的出现解决了信息存储这一大难题，使得各种零散的教育资源有了一个集中应用的平台，这让高校师生能在以云计算为中心的教学环境中随时、随地的参与互动讨论并及时回答相互之间所提出的问题，这样，教师和学生的思维与智慧就可以被整个群体所共享，而不仅仅是提升某个个体智慧，[12]这从真正意义上实现了师生互动。然而大数据的出现更能引导师生自主学习，基于大数据的云教学环境不仅可以使教师通过大数据的技术对教师某一段时期内的教学行为和成果进行分析，并预测下一时期的教学情况以及时调整教学策略，而且也可以使学生通过大数据技术对自己的某一段时期内的学习情况，包括学习、爱好、业余活动等非结构化学习行为进行分析和预测，以便尽早通过这些预测做出最适合学生健康发展的决策，并且基于大数据的数据分析技术为学生推荐学习轨迹，开展适应性学习、自我导向学习。[13]

四、基于大数据的云教学环境平台设计

传统的以课堂为主的教学环境由于教育资源严重匮乏，这使得日常教学活动直接受到影响，而教师与学生由于教育资源的匮乏使得他们教与学的活动中始终处于被动的局面，然而云计算的出现大大解决了因教育资源匮乏而引起的种种问题，基于云计算的多媒体教学环境运用云计算的存储、计算技术给师生提供了更多样化、更个性的教与学的活动，但基于云计算的教学环境很难分析各种数据之间的联系，使得各种教育资源应用效果很难达到最大化。在大数据时代，结合云计算构建的大数据云教学环境，如图1所示，它结合云计算的存储、计算技术和大数据的分析、挖掘技术，使得师生不仅能通过数据了解现状，而且能预测未来，使他们可以基于现状和预测做出正确的决策，这样可使教师和学生在信息化时代处于主动的状态而不是被动状态。

（1）云资源管理层：云资源管理层主要包括云资源中心、云资源管理中心、云安全管理中心等。其中云资源中心是对管理云、搜索云、学习云等资源云的保存和更新，云资源管理中心是对云资源中心的虚拟资源进行管理，即资源的监控、分配与回收、更新与维护等，对云资源中心的各资源节点进行负载均衡管理，[14]云安全管理中心是对用户对各云资源的访问进行管理，即用登录验证、权限管理和防火墙管理等。

（2）数据处理层：大数据处理层包括数据采集、数据分析和数据挖掘三大部分，其中数据采集是对收集在云资源层中的结构化、半结构化、非结构化的数据进行数据过滤、数据筛选和数据存储。其中数据过滤是对各种类型的数据进行约束检查、去数据冗余化等一系列的操作，以确保数据的可用性和真实性，而数据筛选则是反复的进行数据过滤的操作以确保采集的数据达到高纯度、低冗余和精准性，最后是将提纯的数据以不同的存储方式进行存储。数据分析是对教师的教学行为、教学效果和学生的学习行为、学习效果等非结构数据进行维度分析和关联规则分析等以分析推断出各种类数据间的细微差异与关系，以得出有利于优化教学效果和学习效果的洞见点。数据挖掘是应用多种不同的数据挖掘算法如分类算法、回归算法、聚合算法等对经过数据分析后的数据进行挖掘，以从数据中抽取隐含的、未知和潜在信息。

（3）应用层：应用层是对经过数据处理的数据加以应用，如信息检索、数据可视化应用、教与学评估与预测等，通过对高校教与学做的评估和预测，以及时让学校各业务部门及时改进业务，如在学期学生的选课后，及时对学生的选课数据进行分析和挖掘，以对下一学期的专业课程设置、选课条件设置提出建议。

五、基于大数据的云教学环境建设要点

要建设好上述大数据云教学环境，从而更好、更快地为教与学服务，在建设的过程中，需要把握以下关键点。

1.构建基于云计算的存储环境，实现数据的高效存储

在高容量、高速度、数据结构多样化的大数据时代，早期的关系化数据存储方式已经很难满足对大数据的存储以及用户对数据访问的高可用性、高可靠性的需求，将高校内实时产生的非结构化数据的实时同步到数据存储中心是大数据时代急需解决的问题。基于大数据的教学环境结合云计算的存储技术和NOSQL分布式存储技术构建的大数据存储环境，它可根据数据的类型、结构不同而选择不同的数据存储方案，使各种类的数据及时、高效的同步到数据中心。如，将栅格数据存储在分布式文件系统HDFS 中，并使用列族数据库HBase对其建立分布式空间索引，从而实现海量数据的高效、准确地检索与访问，[15]而对于矢量型数据的存储则采用满足ACID 约束规则的分布式图数据库Neo4J来进行存储，并使用R树建立空间索引，最终实现数据的高效存储。

2.制定数据质量检测体系，以确保数据的高质量性

确保数据的正确性、可用性是对数据进行分析、挖掘的关键，制定一个数据检测体系对数据进行实时的检测以保证数据的高质量性，尽可能地减少对数据分析、挖掘工作带来不利影响是保证数据质量的关键所在。首先需制定一个对各种类型数据的录入和维护规范，以最大限度地录入不同类型的数据，其次是制定对数据的检测规则并进行检测，数据检测规则是对数据质量监控的关键所在，基于数据检测规则应用不同的数据配置策略，并对高校内各业务部门所产生的静态、动态数据进行实时监控和定期检查以及时发现并处理有问题的数据。[16] 通过对检测规则的不断完善和优化可使高校内各业务系统逐步提升其实用化，同时其业务数据质量也会不断的得到提升。最后是建立可靠的数据质量评估体系，通过各种评估方法，如基于异常值的评估方法、逻辑性评估方法等，对数据质量的改进效果进行评估，以为数据质量改进提出策略。

3.构建从筛选、整合、分析、挖掘全过程的数据管理体系

在大数据时代，各种结构、种类的数据在以想象不到的速度增长，然而要从这些无特定结构的数据背后挖掘出潜在的信息以供决策就必须有一个对数据进行全面处理的数据处理环境，它是从数据筛选、整合、分析到挖掘的一个全过程，[14]“筛选”主要是对数据来源、数据内容等方面的数据处理，这一过程需将与用户需求无关的数据进行过滤和筛选，根据用户需求将数据标准化、去重复化，最后形成数据转换以确保数据的可用性。“整合”主要是对过滤后的数据进行集成处理，传统的EDI定时批处理很难满足对拥有大数据量、速度快和种类繁多的数据集成需求，在大数据时代应用CDC的实时数据集成策略实时根据存储在数据库的日志来判别增量以做最实时的集成处理。“分析”主要体现在数据集成处理之后，这一过程是对教师、学生的教学、学习等非结构化教与学的行为包括教师的电子教案，课堂教学气氛，学生的课堂表现情况等非结构化数据进行分析，分析这些非结构化数据和教与学的内在联系，以为数据挖掘奠定基础。“挖掘”是大数据时代数据处理的主题，在大数据时代数据挖掘是结合云计算的存储技术，应用数据挖掘算法，包括分类算法，回归算法，聚合算法和降维算法等挖掘算法挖掘出没有潜藏在海量的，无特定结构的教育资源背后的信息以为教师、学生进行决策并及时提出预警和帮助。[15]

六、结束语

随着高校教育信息化的不断发展，各种业务产生的数据在不断的增加，但如何加强对数据的管理，以保证数据的完整性，可用性和准确性，使数据真正为高校教学、科研、管理等发挥重要作用是高校信息化部门所关注的焦点，基于大数据的云教学环境结合了云计算技术和大数据技术的优点，它能对各种数据进行收集、过滤、分析和挖掘等一系列的管理操作，为高校教育决策者提供真实、客观的数据依据。但大数据云教学环境的构建面临着诸多亟待解决的问题，如，大数据语义表示问题、掌握大数据技术Hadoop的人才稀缺问题等，这导致了大数据云教学环境的实现有诸多的困难，但随着市场的发展和信息技术的不断成熟，围绕大数据教学环境建设的诸多问题将会得以解决。[16]

参考文献：

[1]成静静，喻朝新. 基于云计算的大数据统一分析平台研究与设计[J]. 广东通信技术，2013，01：6-10.

[2]范范.大数据前景展望[N].网络世界，2012，（5）.

[3]李国杰.大数据成为信息科技新关注点[EB/OL].

[4]James Manyika， Michael Chui， Brad Brown .Big data： The next frontier for innovationcompetition and productivity.Insights&Publications.

[5]韩翠峰.大数据带给图书馆的影响与挑战[J].图书与情报，2012，（5）：37-40.

[6]Big data[EB/OL].，2013-07-17.

[8]任姝玮. 大数据时代：新机会 新模式[J]. 浦东开发，2013，03：22-23.

[9]海量数据爆发大数据时代来临的五个转变.[EB/OL].http：///news/76217，2013-07-17.

[10]霍丽荣，于淼，高义栋等.云计算支持的群体协作学习环境研究[J].中国信息技术教育，2010，（5）：77-80.

[11]刘中宇，刘素娥. 基于云计算的多媒体教学环境设计[J]. 现代教育技术，2013，02：43-46.

[12]何双泉.云计算辅助教学下协作学习的活动设计策略初探[J].中国教育技术装备，2010，（36）：142-144.

[13]Johnson.L.Adams，S.，Cummins，M.（2012）.TheNMCHorizon Report：2012 Higher Education.

[14]牛丽，陈珂，李金祥. 基于云计算的远程教育学习环境构建研究[A]. 中国电子学会信息论分会.2011高等职业教育电子信息类专业学术暨教学研讨会论文集[C].中国电子学会信息论分会，2011.