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摘要：教育类APP的广泛应用对教育教学产生了深远影响。如何利用教育数据开发有效的教育类APP，使其能够解决教育中的实际问题是“数据驱动学校，分析变革教育”的时代下我们所面临的现实问题。该文通过对美国教育部发布的《教育技术开发人员指南》手册的解读，梳理了美国“技术赋能学习”愿景下教育类APP能够带来的教育教学变革，系统介绍了教育类APP开发流程和影响因素，以及教育类APP开发的挑战和建议。借鉴此手册，结合学习分析和教育数据挖掘技术的相关研究，笔者提出互联网时代教育类APP开发，应加强国家和地方对教育类APP开发的数据、资金和法律支撑，关注学生数据安全和隐私，增加家庭的参与和混合式学习方式的支持，嵌入有效的评估机制，实现教育类APP的应用可以有效辅助教师进行教学决策，为学习者创造无缝的学习环境。
关键词：教育APP；数据挖掘；学习分析
中图分类号：G434 文献标识码：A
一、引言
随着科学技术的迅速发展，学习者的学习方式发生了巨大的变化，学习不再只是发生在传统课堂上的行为，以手机为代表的新媒体为学习者的泛在学习提供了设备支持，使学习行为无处不在。美国教育技术办公室的Richard Culatta指出由于移动设备的普及，使得学习者、教育者、家长以及其他利益相关者对于高质量教育APP的需求剧增，然而，许多现有的教育APP不能满足教育中最迫切的需求。恰逢其时，我们进入了一个数据驱动学校、分析变革教育的大数据时代，教育的任何环节都要注重相关数据的获取和分析。学习者在学习过程中所产生的大量教育数据被记录，这些数据为针对学习者需求进行分析提供了依据。通过对学习者学习数据的分析可以更精确地洞察学习者需求，发现教育中急需处理的问题。教育大数据的出现使得针对学习者学习行为的精细分析成为可能，也使得有针对性的教育APP的开发成为可能。
面临现有教育APP存在的难以解决教育中实际问题的现状，我们迫切需要系统的开发流程，使教育APP的开发具有针对性。而教育APP的开发不同于其他领域，其具有特定的意向使用者，如何能够使产品解决意向使用者的实际问题至关重要。同时，教育APP的开发又受多方面因素的影响，包括国家和地区的政策都对其功能的塑造产生影响。为了开发有效的教育APP，应用技术去解决教育中现存的实际问题，2015年4月，美国教育部教育技术办公室（office of Educational Technology_发布了《教育技术开发人员指南》，这是美国教育部第一份为软件开发者、创业公司和企业家提供的指南。
二、发布背景
自20世纪80年代左右，以多媒体计算机和网络为核心的现代信息技术在教学与学习中突显优势以来，技术一直在美国的教育领域起着不可替代的作用，美国教育部从1996年到2010年先后制定了四个国家教育技术规划（National Education Technology Plan，以下简称NETP），都是从国家战略出发，根据当时教育发展中存在的问题以及迫切的需求为背景，结合技术的变化发展提出目标，从最初的重视信息化基础设施建设和技术素养的培养到变革美国教育系统使技术成为教育领域的重要组成部分。
《NETP2010》提出“技术赋能学习”的愿景：即以学习者为中心，技术为学习者的学习提供支持。规划针对学习、评价、教学、基础设施和教育生产力五个领域提出了目标，并提出要利用先进的理论和技术去支持这五个领域的改革。学习方面要利用技术去支持个性化学习以满足学习者的个人需求和兴趣爱好，并使得泛在学习和终身学习成为可能；评价方面要将基于技术的评估嵌入到学习活动中，为能够以更好的方式测量学习者本身及其学习过程，为学习者学习活动提供及时的反馈信息并持续改进整个教育系统；在教学方面，技术支持教育者自身的能力建设，并通过对数据的洞察采取相应的措施和行动；基础设施和教育生产力方面，其设想一个在各级教育系统中能够为学习者、教育者提供可访问资源的学习型基础设施，通过有效运用技术提高学校教学方式重新设计和改造的效率，减少教师花费在管理活动上的时间。
NETP2010目标的提出，为技术在教育领域的应用指明了新的方向，同时随着技术的更新，学习者、教育者和家长也在寻找使用技术促进学习、参与学习的更好方式，针对NETP2010的五个目标，学习者及其利益相关者存在具体的实际问题亟待解决。在技术带来移动学习和泛在学习、APP被广泛应用于教育领域的时代，相比仅仅将传统实践数字化的教育APP而言，基于测量研究可以有效处理教学与学习的APP更具有实际意义。学习分析（Learning Analytics）和教育数据挖掘（Educational Data Mimng）在教育领域的应用，为这一具体问题的解决提供了支持。教育数据挖掘是综合运用数学统计、机器学习和数据挖掘的技术和方法，对教育大数据进行处理和分析，通过数据建模发现学习者学习结果与学习内容、学习资源和教学行为等变量的相关关系，来预测学习者未来的学习趋势。学习分析技术是利用数据和模型预测学习者在学习中的进步和表现，预测未来表现和发现潜在问题。教育大数据的出现，使得教育APP有效处理教学与学习问题成为可能，优秀教育类APP一大量学习者一海量教育大数据，将形成一个良性的循环，带来教育教学的变革。
首先，其能够提高学习者对于学术技能的掌握。使学生能够更自由地去探索、创造和协作。国际学生评估项目（Program for International Student Assessment，PISA）的国际测试表明，美国学生在数学、阅读和科学方面正在下降，明显落后于其他国家，开发有效的教育APP可以通过技术为数学、科学等学术概念的学习提供支持，提高学习者对其的掌握。同时研究者和教育者还意识到学生需要发展的不仅仅是学术技能，非认知技能例如毅力、自律可以增强学生的学习动机和参与，也是引导其长期成功的重要因素。在教育APP中通过对学习环境的设计、开发和建构非认知技能和行为，能够带来“成长的心态”（Growth Mindset），例如当学生相信自己能够完成目标时，他们的智力并非固定不变的而是可塑的。培养学生的这些技能，对其终身学习具有促进作用。由美国教育部小企业创新研究（Small Business Innovation Research，SBm）资助的一个项目，基于纽约市心态工作开发的SchoolKit，这是一个设计加强学术和社会情感的APP，通过动画、评估和课堂活动，影响学生学习成长的心态。在九个中学的试点研究发现学生成长的心态明显提高，学习目标、对于努力的积极信念以及积极的学术习惯和行为也在提高，同时这些改变还提高了学生的GPAf平均成绩绩点）。自2012年发起以来，SchoolKit已经被美国包括华盛顿所有中学在内的上万学生使用。 其次，教育APP能够支持家长参与教育过程，促进教育者专业发展，提高教育生产力。家庭和教育者是引导学习者取得成功的关键因素。然而家长需要平衡工作、学校和家庭的责任，很难随时与教师或学校领导联系，常常感觉自己被置于教育过程之外。哈佛教育研究院曾发表过“家庭参与的益处”的文章，研究总结家庭怎样能够最有效地参与教育过程，美国教育部也一直关注家庭和社区的参与。教育APP的应用，能够为家长在平衡工作、家庭责任的同时参与孩子的学校活动提供技术支持，对于第一语言不是英语或来自美国以外文化的家庭，可以通过开发教育APP帮助其理解和操作K-12学校系统。教育者作为学习者学习的支持，需要不断提高教学技能，与同行进行专业支持和资源共享，不断促进自身专业发展及教育生产力。教育APP能够联系教育者与其他教育人员和专家教育研究者在数字世界进行有效的专业学习，并且可以帮助教师简化工作流程、进行个性化教学、共享经验教训、与家长和其他利益相关者进行有效沟通，同时可以快速识别有意义数据的APP，节省了教师在学习者海量行为数据中寻找价值的时间，这些都有助于提高教育生产力。
再者，教育类APP能够为学习者提供无障碍学习，缩小机会和成绩差距。许多学习者都有不同的教育需求需要解决，例如身体有缺陷的学生，他们可能需要特殊的学习工具来解释学习内容、记笔记、组织信息等，教育APP能够支持不同需求的学习者参与和其他学习者一样的学习活动，开发人员可以通过在APP中增加针对学习者不同需求的选择功能，例如字号、音量；创建解决具体学习需求的APP；APP能够提供适应不同需求学习者的个性化学习三种方式解决此问题，使所有学习者无障碍学习。同时，教育APP能够使学习者访问非物质学校环境下的资源，自由选择大学和感兴趣的知识领域，不受性别、种族、经济地位和地理环境等因素的影响，促进其平等受教育的机会，进而缩小机会差距和成绩差距。
最后，教育APP能够提供有效的评估。了解学习者的掌握程度是教育的重要部分。传统的教师只能基于课堂观察和检阅家庭作业来猜测，并且在创建评估上花费大量的时间。此外，正式评估的信息不能快速得到，难以达到改进教学的效果。根据当前的评估情况，正确的数据分析既耗时又很难。教育APP能够帮助教师创建和共享形成性评价，自动评分，流线型的给学生提供反馈，使教师可以在教学上集中更多的时间。扩大评估项目类型能够给教育者提供关于学习者认知和能力方面更详细和深刻的理解，使评估更有效。仿真、热图和归类作为扩大技术评估项目类型被合并到数字评估中。
在技术变革教育的环境下，针对学习者及其利益相关者迫切的需求，开发有效的教育APP去解决这些问题迫在眉睫，这既是机遇也是挑战，注重教育数据的获取和学习行为的分析使得开发有效的教育APP成为可能。
三、核心内容解读
（一）教育APP设计流程
1.初期调研
在设计教育APP的初期阶段，首先要与教师、父母、学生以及教育研究者等利益相关者进行交流，了解他们的需求以确定准备开发的教育APP要解决的问题的实际性与意义，使教育APP的应用可以解决其迫切的需求和实际问题，同时调查此领域现已存在的教育APP（无论成功或失败）。在开始为所要解决的问题制定解决方案时，要了解现存APP在解决相同问题上所做的尝试，在学习者及其利益相关者使用现存教育APP时会产生大量的教育数据，通过对这些教育数据的分析可以了解到现存教育APP已经做了哪些尝试，取得了什么效果以及遇到的问题，这些数据能够使我们对比现状，为寻求更好的解决方法创造条件。在开发教育APP时，还要基于先进的学习理论和教育理论，基于早期学习理论和相关研究开发的APP，由于开发的无序性，导致不能很好地解决实际问题。通过前期调研阶段对教育大数据的分析可以精细了解学习者学习行为，发现学习者的迫切需求以及教育中急需解决的实际问题，使教育APP有一个明确且具有实际性意义的编码目的，即找到一个正确的亟待解决的问题。
2.创建模型
通过对相关领域的调查以及与利益相关者的交流所收集的教育数据，可以创建一个早期的模型，通过对早期模型系统搜集的用户反馈数据进行迭代不断改进教育APP的设计，客观调查的教育数据对产品的改进有着积极的影响。迭代设计是一个使用短的反馈循环定义假设、创建模型、获取早期使用者的反馈、确认准备开发的教育APP的需求然后改进产品可用性和影响的过程。
教育APP的意向使用者与消费市场的其他使用者不同。无论教育APP是针对学生、教师、地区、州或国家的利益相关者，都要注意每个人有不同的需求，他们的工作受到不同规则和过程的约束。所以早期的产品开发和获取反馈可以采用精益启动方法，这样可以减少在不必要的工作上所投入的时间、金钱、才能和激情。精益启动方法遵循敏捷软件开发的原则，它由一个用户开发过程驱动的短周期有效的试验组成，确认产品的需求，不断推进产品的起点。短迭代和对假设的快速测试驱动产品开发比长期开发更有效，短周期开发可以引导创建一个最小可行产品（MVP），一个具有一定重要功能的准系统版本去获取客户反馈，在下一版本中通过针对客户的反馈，促使其不断改进，促使结果不断精确。
3.评估反馈
反馈在教育APP开发流程的所有阶段都起着至关重要的作用，通过有效性的内置措施及时反馈。去迭代设计，收集数据，同时还可以测量教育APP使用前后的知识和态度，以确保教育APP是有效的。
当进去一个复杂的学校系统时，教育APP的应用可能会受到干扰，这些因素包括教师已经建立的课堂文化、作为信息提供者和评估者的教师角色以及技术使用标准。所以解决方案也会在当前的系统实践中发生变化，因为现有的实践动力会推动设想的发展。通过对早期使用者所反馈的学习行为数据等信息的分析来改进APP的设计使其可以更好地满足学习者的需求，解决教育中存在的实际问题。 4.持续发展
当创建一个教育APP，接下来所面临的问题是如何使国家或地方购买此产品从而受益于使用者。对于美国来说，每个区域和州的采购过程有所不同，但都是繁琐的，尤其是对于较大的地区，其目标是为公司争取公共资金提供公平的机会，防止未经批准购买和节省成本。对于学校和教育技术创新者而言，传统的采购过程也是有缺陷的。如果区域在漫长的采购过程后决定选择了错误的供应商或途径，将失去宝贵的时间，需要重新开始，也将可能推迟下一学年的实施，所以区域在新技术或创新服务的基础上并不能灵活地调整自己的行动，其需要在开始前六个月甚至更久的时间就关注此工作。开发人员可以通过寻找学校重要人物、获得工会支持、巩固地方预算、确保满足其需求及价格几个方面来支持学校对于教育APP的决策。
为了使学校和教师可以在他们的技术基础设施或课堂实践中采用新的教育APP，使其持续发展，可以通过以下六种方法来建立教育APP在教育领域的可持续性。
（1）为教师、学生或父母免费增值：开发教育APP可以提供基础版本鼓励教师或父母去购买，通过免费版本为新增功能的高级版本建立一个庞大的客户基础，但是需要足够的用户去购买高级版本以使其开发具有可持续性。如果教师或父母下载了APP去尝试，免费增值版本应该为其功能提供足够的信息使教师和父母去购买。
（2）为学校免费增值：把教育APP免费提供给教师和学生，然后通过提供或整合有用的企业数据的高级服务向学校收费。
（3）直接提供给家长：随着移动设备的普及及其易用性，可以通过家长对教育APP的采购和下载使其可持续发展。
（4）其他公司的许可：考虑平台提供商或内容聚合做出安排，通过现有的传送渠道把教育APP提供给学生、教师或者学校。
（5）企业或机构：企业销售很熟悉教育市场，但对于小规模的初创公司却很难，需要很长时间，关注早期实施的生成推荐能够帮助与其他区域的决策者联系。
（6）增值服务：教育APP免费提供服务，例如技术支持、职业发展或者通过APP连接可以更好地吸引相关教育机构，这是一种为教育APP没有本身收费而进行可持续发展的方式。
（二）教育APP开发应用的影响因素——以美国典型学区为例
1.联邦、州和区域的责任
学区（也被称为当地教育机构，LEAs）、州教育机构fSEAs）和美国教育部在K-12教育中有着不同的责任。联邦政府在K-12教育中的作用是在宪法和联邦法律下保护公民的权利，禁止歧视，确保所有的学生无论种族、肤色、国籍、性别或残疾都有平等的教育机会。除了保护公民权利的实施，联邦政府对学校影响的最间接作用是提供一系列的资助计划去鼓励州和区域提升学术标准和为所有学生提供公平的教育机会。联邦政府的资助计划会影响学校对于APP的采购，在APP中注重学术技能的提高以及无障碍的学习将有助于其在学校的应用。通过州教育机构或学区的决策，州和学区确定如何实施联邦的规定，通常州会自己建立对于义务教育学校、考勤、毕业政策的规定，每个州会有所不同，而学区会影响州的决策，被叫作区域控制国家（Local Control States），也就是说大多数决策是由学区（LEAs）决定的。通常州的责任是建立教师编制和认证要求，确定区域职员的聘用和薪酬，了解联邦政府、州和区域的具体责任，对于开发人员塑造APP的功能具有导向作用。
2.区域资金来源和预算
K-12教育资金平均47%来自于州的资金，43%来自当地社区，9%来自联邦，少于1%来自于竞争性赠款和捐款的私人资金。州和当地的教育资金一般通过税收和债券来募集。但是有些区域有税收的权利，有些区域可以结合权威机构，有些区域并没有。学区（LEAs）在他们的界限内管理当地公立学校的这些资金。
资金的来源影响学校的预算，学校资金和预算的具体细节变化跨越美国大约14000个学区。2013年，加利福尼亚制定了彻底改变K-12资金的地方控制基金准则（Local Control Funding Formula），有必要根据学生需求思考改变学校预算的方式。通常学校预算资金66%用于教学，17.8%用于运营，11%用于管理，5.2%用于学生支持服务，大部分教学资金用于安置职工，剩下的9%用于应用和服务。学校的预算将影响其购买教育APP的决策，将APP作为提升技术的一部分或是针对特殊学生群体服务的项目来应用，都对APP在学校的应用产生影响。
联邦K-12支持的主要来源开始于1965年颁布的初等和中等教育法案（ESEA），2002年ESEA通过的NCLB（No Child Left Behind Act）被更新。ESEA主要给州和当地的教育机构提供资金，通过多种计划给没有条件的学生提供支持服务，例如低收入的学生、英语学习者或者移民的学生。教育APP在帮助英语学习者以及非美国文化的学习者方面的功能将提高其被学校采购的概率。
3.关键人物
学校领导：学校是复杂的组织，了解人们如何组织的将确保能做出正确的决策。通常，区域有几个部门专注于具体领域，如课程和教学、英语学习者、特殊教育和技术。校领导涉及校长和校长助理，校长主要负责塑造学术成功的愿景和学校的管理，校长助理则在处理与父母关系、监督教师表现等方面起着作用。也有一些学校除了校长及其助理，学校职业顾问、阅读专家、骨干教师、教学教练也是学校领导。此外，许多技术教练和教师使用技术的舒适度也将影响学校使用何种教育APP的决策，在学校工作可以帮助确定哪个学校领导对于你的教育APP将解决的问题负责。学校领导经常花费大量时间在课堂观察教师为教学提供指导。如果你的APP是提供给学校领导使用，其功能是越来越移动并在任何地方都可以访问数据和信息。
教师和教学专家：并不是所有的教师都是新技术的早期采用者，但是他可以帮助开发在课堂上使用的教育APP，有时能在教学或技术导向委员会发现早期采用者，他们也经常向其他教师去请教技术相关问题。 家庭：即使有一些APP的目的仅仅是在学校环境使用，但还有很多是针对家长为他们的孩子在学校外使用。传统的用途像备考、辅导和家庭作业吸引家庭，越来越多的家庭也开始使用移动设备上的APP像电子书、学习游戏，尤其是那些被证明对孩子学习有帮助的APP。许多公司给学校提供学习技术也包括在家或可以上网的地方（如图书馆），也有好的并列APP设计为家庭成员使用，即使你的APP是为学校使用设计的，考虑与家庭成员分享学生进步也是重要的。
学生：学生可能不会用自己的钱去购买教育APP，大多数开发者认为学生不作为使用者影响教育技术市场。一些学区采用BYOD政策，一些学生，特别是通过家庭成员或教师的引导，也开始在他们的个人设备或网络上寻找移动APP去学习，以帮助正式的课程学习或非正式的学习。
4.技术基础设施
学校使用多种设备去连接网络，还有一些学校实行BYOD政策这意味着APP必须有多个平台，包括操作系统的版本。美国政府提出到2018年，99%的学生都有访问宽带的网络和设备。这对于教育技术开发人员去帮助学校访问相同类型的基于网络的APP提供了机会。目前学校网络可能与你办公室的网络不相同，所以APP的重载能力很重要，国家教育技术主管协会（SETDA）提出学校和区域达到最小带宽目标，几个公共、私人和非营利组织帮助学校达到并超过这个目标。
联邦通讯委员会在现代化过程中长期E-rate项目的一部分，提供数十亿美元，在学校和图书馆通过国家去支持其带宽和无线技术的实施。美国现在估计只有20-30%的学校在课堂上有可靠的带宽服务，这些努力将在不久的将来看见效果。
5.在学校测试产品
在学校测试一个教育APP需要协调学校管理者和教师，它要有一些说服力让教师为一个新的APP提供课堂宝贵的时间。如果他们不感觉在未经证实的事情上是浪费学生时间，将更容易向教师或管理者去测试一个针对于他们自己使用的APP。与早期的教育采用者或来自于学校的教师共同设计有助于测试APP。
6.教师支持和培训
当教师知道怎样有效利用APP时才可以发现其价值，因此，为了教师在下载以后可以继续使用，应该通过使用者测试设计教育APP。不是每—个教师都是早期的采用者，也不是每个教师都会好奇地主动了解产品的功能，在线培训模块、使用者协作交流空间或者共同创建收集建议将帮助更多的沉默者开始在家使用，无论它是新的与否。培训将确保教师不仅会了解APP的功能，也尊重和理解与数据相关的隐私的生成和用途。除了培训，还要与区域和教师、家长沟通，将会提高教师和学区广泛采用APP的机会。
（三）教育APP开发的挑战及建议
1.软件互操作性
学校有大量的数据，这些数据在不同的独立系统中很难以标准化的方式共享，这就意味着相同的数据必须手动输入到每个需要的系统中，所以新的教育APP与现有学校系统交换数据具有挑战性。随着依赖于学生数据开展个性化教学和为教师提供信息的在线学习系统使用的增加，这种情况继续恶化。教师和学生越来越多的教与学的需求通过在线发生，他们所依赖系统的数量也在增加，这使教师和学生很难全面了解学习进度，使教师难以为学生所困惑的地方提供有效的支持。
美国在早期阶段实施了一些互操作性举措例如API（XAPI），当学生的学习跨多个技术应用，信息分散在许多不同的系统时，XAPI以统一的方式描述不同系统间的学习数据。这些数据可以被用来帮助其他学习系统，为学生提供更加个性化的体验，以及帮助教师理解基于个人在多个学习活动中的学生的独特需求工具。由于XAPI是用一个简单的协议来形容学习行动，任何类型的学习经验都可以放置成该格式。这意味着，它可以用来考虑到更多的社会和情感技能。但在教育APP开发过程中，软件的互操作性仍是一个有待解决的问题，如何能够使存在于不同系统中的数据无障碍的交换与共享是技术开发人员所面对的一个挑战。
2.早期资金来源
技术开发人员确定了想法和设计，需要审批和获得相关人士的支持，同时要获取在可以达到自给自足前的早期资金。如何使想法和设计具体化，创造可持续性模型来支持工作的完成对于开发人员至关重要。早期的资金来源是教育APP开发所面临的一个亟待解决的问题。手册结合美国的具体情况介绍了融资的主要方式，并为开发人员寻找志同道合的人提供建议。
为了分享想法和寻找资金机会，通过技术去转变学习者学习方式和实现终身学习的教育目标，开发人员可以通过教育技术聚会、教育形式的比赛、创业教育启动周末、教育技术阵营以及聚会来找到有相同目标的人，并可以通过以下四种方式融资：
（1）集资
集资是通过个人网络通过许多支持者获取的小资金来筹集资金的一种方式。作为回报，项目支持者通常会收到早期版本工具或其他相关项目。集资也可以有效地接触潜在的测试者。有各种集资平台可供选择，包括CrowdTih、IndieGoGo、Kickstarter。每一个都有自己的宣传风格和支持者，所以需要选择一个最适合自己的。
（2）赠款和创新资金
赠款和创新基金也是产品开发或测试的来源之一。尽管申请过程涉及比集资更多的参与，但资助可以提供与新的合作伙伴（如研究机构或学校）工作的机会。例如小企业创新研究（The Small Business Innovation Research，SBIR）项目，它是一个联邦的倡议：“让小企业发掘技术潜力，激励其从商业化中获益”。SBIR项目每年提供750万美元去开发和评估商业上可行的教育技术产品，以提高学生的学习和教师的教学。美国教育部的创新投资（Investing in Innovation）项目，美国能源部资助了92个项目寻求提供创新的解决方案，以共同面对教育的挑战。
（3）天使投资者
天使投资者是指愿意为初创公司提供资金支持的人，开发人员可以通过自己的网络找到早期的天使投资者，同时AgentList为开发人员寻找和联系天使投资者提供平台。 （4）风险投资者
风险投资者和机构投资者在过去几年一直有渴望投身于教育技术的趋势。更多的投资资金带来更多的投资团队和复杂的资金者，问题在于获得未来资金，同时早期资金也会存在资金滥用的风险。考虑资金风险较低的来源，如天使投资、群众募资、以及尽可能低的私人和公共部门的种子基金。移动产品的规模一旦显示出在市场需求上的牵引力，便需要大量的资本去保持企业的不断成长，去加强市场营销和推广计划，以及进一步加强技术，使其满足大众的使用需求。在这个阶段，许多开发商寻求风险投资或天使投资，用他们的技术换取部分权利，包括进一步开发的相关费用，去适应个别学校的需要和处理更大的用户和数据量。
3.学生数据安全和隐私
美国通过家庭教育权利和隐私法案（FERPA）和其他联邦法律以及严格的学生隐私规章来保证教育APP收集学生信息是依法保密的，除非是消除识别信息，否则需要在教育APP中创建隐私和数据安全功能。
产品初期应该小范围、有针对性地收集数据，去收集那些绝对必要的数据，并将这些数据合理分类以便于提供给教育者和家庭。同时将APP所搜集的学生教育数据的用途透明公开，使学校和家庭了解为什么搜集的这些数据有教育价值，具有哪些措施去保护学生的数据安全。可以将这些信息发布在所开发的教育APP的网站上，并用普通语言编写服务条款协议。
然而不是每一个教育APP都针对于学校供学生使用，许多教育APP依赖以其他形式使用学生数据。教育技术开发人员必须意识到数据隐私、保密性和安全对学生的影响，当使用创新技术服务时隐私法和最佳实践的存在可以保护学生的安全。技术开发人员要理解这些法律并对学生的教育数据实施适当保障。
四、思考与启示
该手册指出开发有效的教育APP可以使所有学习者的学习机会倍增，也将会变革美国教育。教育APP现已广泛被应用，但多数教育APP难以解决教育中的实际问题，有效的教育APP十分匮乏。教育大数据和学习分析的出现，使针对学习者的精细分析成为可能，使得开发人员可以更好地了解学习者及其利益相关者的迫切需求以开发有效的教育APP来解决现存问题。通过报告对开发教育APP流程以及其中所涉及到的具体影响其设计与开发的具体问题的分析，我们可以获得美国教育系统的专业知识，以及美国在开发教育APP中所取得的成绩和面临的挑战，对我国教育APP的开发以及教育数据和学习分析的应用有如下启示。
（一）加强国家和地方对于教育类APP开发的数据、资金和法律支撑
1.数据支撑
数据是大数据应用的核心问题，数据的兼容和共享是近年来大数据在教育领域应用过程中所关注的问题，教育大数据可以针对学习者进行精细分析，掌握学习者最迫切的需求，为教育APP的开发提供有效的决策。但是由于大量的教育数据存在于不同的独立系统中，其数据结构和数据格式存在着巨大的差异，所以在进行教育APP开发时的数据获取以及数据交换是我们目前所面临的一个难题。针对这个问题，应由国家和地方教育机构进行统一规划和管理，国家教育部制定数据统一标准，地方教育机构辅助数据管理，使教育数据可以实现无障碍交换和共享，真正做到数据驱动决策。
2.资金支撑
教育APP的开发需要具有资金支撑以实现将其设计具体化，尤其是在APP不具有收益情况的早期开发过程中。在这一方面，国家教育部门可以给地方教育机构提供专项资金来支持教育APP的开发，地方教育机构通过对教育APP开发的审核来落实具体的资金投入，同时当教育APP的开发可以解决学校的具体需求和实际问题时，学校可以为教育APP的开发提供部分资金支持，作为回报开发人员将基础版本的教育APP免费给予学校使用，这样技术开发人员与教育系统相联系既可以解决教育APP早期开发的资金问题，同时开发人员可以根据学校对基础版本使用所反馈的信息不断改进下一版本的设计，不断更新APP的功能使其满足学习者及其利益相关者的需求。再者可以为教育APP的开发创建集资平台，聚集众多小资金的支持也将是其资金支撑的重要组成部分，开发人员同样可以将基础版本的APP给予资金贡献者使用，开发人员不但增添了早期资金的支持，同时增加了教育APP的早期采用者。
3.法律支撑
运用教育大数据对学习者学习行为进行分析，可以为开发有效的教育类APP提供支持，但同时也无疑涉及到学生数据安全和隐私等道德层面和法律层面的问题，而我国对于教育数据和学习分析相关的道德指引尚不明确，法律制度也尚不完善，为了防止数据滥用，产生严重的社会问题，我国应针对教育数据挖掘和学习分析方面给予相应的法律规章制度支撑，使未来的教育数据挖掘和学习分析有法可依、有章可循。
（二）关注学生数据安全和隐私
教育大数据的出现，使得针对学生需求和行为的分析更精细，而对学习者的学习行为的刻画达到高度精确化的水准，也使得对学习平台和学习内容的设计和改进更具有针对性和有效性。但在获取和分析教育数据的同时，学生信息安全问题也面临着巨大的挑战。隐私和数据安全问题不容忽视，我国未来教育APP的开发要在理解国家相关法律的基础上，创建隐私和数据安全功能，并让使用者清晰了解针对数据安全问题所采取的具体保护措施，并将所收集数据的用途透明化，使学生及其利益相关者了解数据的教育价值。进行学生教育数据挖掘时，在注重数据共享的同时要防止数据滥用，进行学习分析时，更要关注学生个人隐私问题。
（三）增加家庭的参与
家庭是影响学习者学习的重要因素，却常常被置身于教育之外，难以参与到学习者的学习之中，随着媒体技术的快速发展，移动设备的支持为家庭参与学习者学习提供了更好的方式，而现有的教育类APP还极少注重家庭在其中的参与。我国在未来教育类APP的开发和设计中应增加家庭的参与，把针对学习者行为的数据分析反馈给家长，使家长可以更好地了解学习者的学习情况和学习进度，为家长更好地调控学习者在家庭中的学习活动以强化其课上学习提供支持；同时可以平衡家长工作和参与学习者学习活动的时间，加强与学校和教师的沟通，增加家庭的参与可以更好地为学习者创造无缝的学习环境。
（四）增加混合式学习方式的支持
混合式学习是未来教育发展的大趋势，是转变教学与学习去增强学生个人能力的重要支持，它并不是简单的在现有学习中加入技术，而是在混合学习环境中，部分学习发生在线上，部分学习发生在面对面，两者都是整体的一部分，他们无缝的混合并集成每一个学习环境的学习经验。克里斯坦森学院（The Christensen Institute）归类混合学习的变化并给出了实例，混合式学习大多数定义的一个关键要素是学生有控制时间、地点、路径或速度的能力。我国未来的教育APP开发要增加对混合式学习方式的支持，使其在线时间个性化，学习者可以根据自己的节奏获取所需要的额外的练习实践，同时为学生与教师或同伴在一起面对面学习的相互作用提供支持。
（五）嵌入有效的评估机制
了解学习者对知识的掌握程度是教育中的重要部分，传统课堂上教师只能根据课堂观察和作业的形式来猜测学习者对知识的掌握程度，教师在这方面花费了大量的时间，结合技术去创建测量学习者学习行为与学习效果的评估可以节省教师大量的教学管理和数据收集的时间，使其将更多的精力放在教学上，教育大数据和学习分析的出现为有效的评估机制提供了支撑与保障，其可以为学习管理系统提供智能化和自动化的监测和分析手段以减轻教师的工作负担。我国未来在开发教育APP时应重点加强对评估机制的建设，通过对学习者学习过程中的教育大数据的精细分析来测量学习者对知识技能的掌握和理解程度，并将形成性评价和总结性评价及时反馈给教师和学生，辅助教师实施教学干预和教学计划，并允许教师为学生创设个性化的学习路径。
五、结束语
综上所述，有效的教育APP必将带来教学与学习的变革，但目前多数教育APP难以解决教育中的实际问题，然而我们已经进入一个“数据驱动决策”的大数据时代，教育大数据和学习分析的应用也为教育APP的开发带来了深刻的变革，针对学习者行为数据的精细分析，使得有效的教育APP开发成为可能，借助于教育数据挖掘和学习分析技术，我们可以为学习者提供个性化的学习路径，对学习行为进行有效评估，预测学习者未来学习趋势和学习结果，辅助教师进行教学决策，辅助家长调控学习者的家庭学习活动，增加学习者学习机会为学习者创造无缝的学习环境。
关键词：教育APP；数据挖掘；学习分析
中图分类号：G434 文献标识码：A
一、引言
随着科学技术的迅速发展，学习者的学习方式发生了巨大的变化，学习不再只是发生在传统课堂上的行为，以手机为代表的新媒体为学习者的泛在学习提供了设备支持，使学习行为无处不在。美国教育技术办公室的Richard Culatta指出由于移动设备的普及，使得学习者、教育者、家长以及其他利益相关者对于高质量教育APP的需求剧增，然而，许多现有的教育APP不能满足教育中最迫切的需求。恰逢其时，我们进入了一个数据驱动学校、分析变革教育的大数据时代，教育的任何环节都要注重相关数据的获取和分析。学习者在学习过程中所产生的大量教育数据被记录，这些数据为针对学习者需求进行分析提供了依据。通过对学习者学习数据的分析可以更精确地洞察学习者需求，发现教育中急需处理的问题。教育大数据的出现使得针对学习者学习行为的精细分析成为可能，也使得有针对性的教育APP的开发成为可能。
面临现有教育APP存在的难以解决教育中实际问题的现状，我们迫切需要系统的开发流程，使教育APP的开发具有针对性。而教育APP的开发不同于其他领域，其具有特定的意向使用者，如何能够使产品解决意向使用者的实际问题至关重要。同时，教育APP的开发又受多方面因素的影响，包括国家和地区的政策都对其功能的塑造产生影响。为了开发有效的教育APP，应用技术去解决教育中现存的实际问题，2015年4月，美国教育部教育技术办公室（office of Educational Technology_发布了《教育技术开发人员指南》，这是美国教育部第一份为软件开发者、创业公司和企业家提供的指南。
二、发布背景
自20世纪80年代左右，以多媒体计算机和网络为核心的现代信息技术在教学与学习中突显优势以来，技术一直在美国的教育领域起着不可替代的作用，美国教育部从1996年到2010年先后制定了四个国家教育技术规划（National Education Technology Plan，以下简称NETP），都是从国家战略出发，根据当时教育发展中存在的问题以及迫切的需求为背景，结合技术的变化发展提出目标，从最初的重视信息化基础设施建设和技术素养的培养到变革美国教育系统使技术成为教育领域的重要组成部分。
《NETP2010》提出“技术赋能学习”的愿景：即以学习者为中心，技术为学习者的学习提供支持。规划针对学习、评价、教学、基础设施和教育生产力五个领域提出了目标，并提出要利用先进的理论和技术去支持这五个领域的改革。学习方面要利用技术去支持个性化学习以满足学习者的个人需求和兴趣爱好，并使得泛在学习和终身学习成为可能；评价方面要将基于技术的评估嵌入到学习活动中，为能够以更好的方式测量学习者本身及其学习过程，为学习者学习活动提供及时的反馈信息并持续改进整个教育系统；在教学方面，技术支持教育者自身的能力建设，并通过对数据的洞察采取相应的措施和行动；基础设施和教育生产力方面，其设想一个在各级教育系统中能够为学习者、教育者提供可访问资源的学习型基础设施，通过有效运用技术提高学校教学方式重新设计和改造的效率，减少教师花费在管理活动上的时间。
NETP2010目标的提出，为技术在教育领域的应用指明了新的方向，同时随着技术的更新，学习者、教育者和家长也在寻找使用技术促进学习、参与学习的更好方式，针对NETP2010的五个目标，学习者及其利益相关者存在具体的实际问题亟待解决。在技术带来移动学习和泛在学习、APP被广泛应用于教育领域的时代，相比仅仅将传统实践数字化的教育APP而言，基于测量研究可以有效处理教学与学习的APP更具有实际意义。学习分析（Learning Analytics）和教育数据挖掘（Educational Data Mimng）在教育领域的应用，为这一具体问题的解决提供了支持。教育数据挖掘是综合运用数学统计、机器学习和数据挖掘的技术和方法，对教育大数据进行处理和分析，通过数据建模发现学习者学习结果与学习内容、学习资源和教学行为等变量的相关关系，来预测学习者未来的学习趋势。学习分析技术是利用数据和模型预测学习者在学习中的进步和表现，预测未来表现和发现潜在问题。教育大数据的出现，使得教育APP有效处理教学与学习问题成为可能，优秀教育类APP一大量学习者一海量教育大数据，将形成一个良性的循环，带来教育教学的变革。
首先，其能够提高学习者对于学术技能的掌握。使学生能够更自由地去探索、创造和协作。国际学生评估项目（Program for International Student Assessment，PISA）的国际测试表明，美国学生在数学、阅读和科学方面正在下降，明显落后于其他国家，开发有效的教育APP可以通过技术为数学、科学等学术概念的学习提供支持，提高学习者对其的掌握。同时研究者和教育者还意识到学生需要发展的不仅仅是学术技能，非认知技能例如毅力、自律可以增强学生的学习动机和参与，也是引导其长期成功的重要因素。在教育APP中通过对学习环境的设计、开发和建构非认知技能和行为，能够带来“成长的心态”（Growth Mindset），例如当学生相信自己能够完成目标时，他们的智力并非固定不变的而是可塑的。培养学生的这些技能，对其终身学习具有促进作用。由美国教育部小企业创新研究（Small Business Innovation Research，SBm）资助的一个项目，基于纽约市心态工作开发的SchoolKit，这是一个设计加强学术和社会情感的APP，通过动画、评估和课堂活动，影响学生学习成长的心态。在九个中学的试点研究发现学生成长的心态明显提高，学习目标、对于努力的积极信念以及积极的学术习惯和行为也在提高，同时这些改变还提高了学生的GPAf平均成绩绩点）。自2012年发起以来，SchoolKit已经被美国包括华盛顿所有中学在内的上万学生使用。 其次，教育APP能够支持家长参与教育过程，促进教育者专业发展，提高教育生产力。家庭和教育者是引导学习者取得成功的关键因素。然而家长需要平衡工作、学校和家庭的责任，很难随时与教师或学校领导联系，常常感觉自己被置于教育过程之外。哈佛教育研究院曾发表过“家庭参与的益处”的文章，研究总结家庭怎样能够最有效地参与教育过程，美国教育部也一直关注家庭和社区的参与。教育APP的应用，能够为家长在平衡工作、家庭责任的同时参与孩子的学校活动提供技术支持，对于第一语言不是英语或来自美国以外文化的家庭，可以通过开发教育APP帮助其理解和操作K-12学校系统。教育者作为学习者学习的支持，需要不断提高教学技能，与同行进行专业支持和资源共享，不断促进自身专业发展及教育生产力。教育APP能够联系教育者与其他教育人员和专家教育研究者在数字世界进行有效的专业学习，并且可以帮助教师简化工作流程、进行个性化教学、共享经验教训、与家长和其他利益相关者进行有效沟通，同时可以快速识别有意义数据的APP，节省了教师在学习者海量行为数据中寻找价值的时间，这些都有助于提高教育生产力。
再者，教育类APP能够为学习者提供无障碍学习，缩小机会和成绩差距。许多学习者都有不同的教育需求需要解决，例如身体有缺陷的学生，他们可能需要特殊的学习工具来解释学习内容、记笔记、组织信息等，教育APP能够支持不同需求的学习者参与和其他学习者一样的学习活动，开发人员可以通过在APP中增加针对学习者不同需求的选择功能，例如字号、音量；创建解决具体学习需求的APP；APP能够提供适应不同需求学习者的个性化学习三种方式解决此问题，使所有学习者无障碍学习。同时，教育APP能够使学习者访问非物质学校环境下的资源，自由选择大学和感兴趣的知识领域，不受性别、种族、经济地位和地理环境等因素的影响，促进其平等受教育的机会，进而缩小机会差距和成绩差距。
最后，教育APP能够提供有效的评估。了解学习者的掌握程度是教育的重要部分。传统的教师只能基于课堂观察和检阅家庭作业来猜测，并且在创建评估上花费大量的时间。此外，正式评估的信息不能快速得到，难以达到改进教学的效果。根据当前的评估情况，正确的数据分析既耗时又很难。教育APP能够帮助教师创建和共享形成性评价，自动评分，流线型的给学生提供反馈，使教师可以在教学上集中更多的时间。扩大评估项目类型能够给教育者提供关于学习者认知和能力方面更详细和深刻的理解，使评估更有效。仿真、热图和归类作为扩大技术评估项目类型被合并到数字评估中。
在技术变革教育的环境下，针对学习者及其利益相关者迫切的需求，开发有效的教育APP去解决这些问题迫在眉睫，这既是机遇也是挑战，注重教育数据的获取和学习行为的分析使得开发有效的教育APP成为可能。
三、核心内容解读
（一）教育APP设计流程
1.初期调研
在设计教育APP的初期阶段，首先要与教师、父母、学生以及教育研究者等利益相关者进行交流，了解他们的需求以确定准备开发的教育APP要解决的问题的实际性与意义，使教育APP的应用可以解决其迫切的需求和实际问题，同时调查此领域现已存在的教育APP（无论成功或失败）。在开始为所要解决的问题制定解决方案时，要了解现存APP在解决相同问题上所做的尝试，在学习者及其利益相关者使用现存教育APP时会产生大量的教育数据，通过对这些教育数据的分析可以了解到现存教育APP已经做了哪些尝试，取得了什么效果以及遇到的问题，这些数据能够使我们对比现状，为寻求更好的解决方法创造条件。在开发教育APP时，还要基于先进的学习理论和教育理论，基于早期学习理论和相关研究开发的APP，由于开发的无序性，导致不能很好地解决实际问题。通过前期调研阶段对教育大数据的分析可以精细了解学习者学习行为，发现学习者的迫切需求以及教育中急需解决的实际问题，使教育APP有一个明确且具有实际性意义的编码目的，即找到一个正确的亟待解决的问题。
2.创建模型
通过对相关领域的调查以及与利益相关者的交流所收集的教育数据，可以创建一个早期的模型，通过对早期模型系统搜集的用户反馈数据进行迭代不断改进教育APP的设计，客观调查的教育数据对产品的改进有着积极的影响。迭代设计是一个使用短的反馈循环定义假设、创建模型、获取早期使用者的反馈、确认准备开发的教育APP的需求然后改进产品可用性和影响的过程。
教育APP的意向使用者与消费市场的其他使用者不同。无论教育APP是针对学生、教师、地区、州或国家的利益相关者，都要注意每个人有不同的需求，他们的工作受到不同规则和过程的约束。所以早期的产品开发和获取反馈可以采用精益启动方法，这样可以减少在不必要的工作上所投入的时间、金钱、才能和激情。精益启动方法遵循敏捷软件开发的原则，它由一个用户开发过程驱动的短周期有效的试验组成，确认产品的需求，不断推进产品的起点。短迭代和对假设的快速测试驱动产品开发比长期开发更有效，短周期开发可以引导创建一个最小可行产品（MVP），一个具有一定重要功能的准系统版本去获取客户反馈，在下一版本中通过针对客户的反馈，促使其不断改进，促使结果不断精确。
3.评估反馈
反馈在教育APP开发流程的所有阶段都起着至关重要的作用，通过有效性的内置措施及时反馈。去迭代设计，收集数据，同时还可以测量教育APP使用前后的知识和态度，以确保教育APP是有效的。
当进去一个复杂的学校系统时，教育APP的应用可能会受到干扰，这些因素包括教师已经建立的课堂文化、作为信息提供者和评估者的教师角色以及技术使用标准。所以解决方案也会在当前的系统实践中发生变化，因为现有的实践动力会推动设想的发展。通过对早期使用者所反馈的学习行为数据等信息的分析来改进APP的设计使其可以更好地满足学习者的需求，解决教育中存在的实际问题。 4.持续发展
当创建一个教育APP，接下来所面临的问题是如何使国家或地方购买此产品从而受益于使用者。对于美国来说，每个区域和州的采购过程有所不同，但都是繁琐的，尤其是对于较大的地区，其目标是为公司争取公共资金提供公平的机会，防止未经批准购买和节省成本。对于学校和教育技术创新者而言，传统的采购过程也是有缺陷的。如果区域在漫长的采购过程后决定选择了错误的供应商或途径，将失去宝贵的时间，需要重新开始，也将可能推迟下一学年的实施，所以区域在新技术或创新服务的基础上并不能灵活地调整自己的行动，其需要在开始前六个月甚至更久的时间就关注此工作。开发人员可以通过寻找学校重要人物、获得工会支持、巩固地方预算、确保满足其需求及价格几个方面来支持学校对于教育APP的决策。
为了使学校和教师可以在他们的技术基础设施或课堂实践中采用新的教育APP，使其持续发展，可以通过以下六种方法来建立教育APP在教育领域的可持续性。
（1）为教师、学生或父母免费增值：开发教育APP可以提供基础版本鼓励教师或父母去购买，通过免费版本为新增功能的高级版本建立一个庞大的客户基础，但是需要足够的用户去购买高级版本以使其开发具有可持续性。如果教师或父母下载了APP去尝试，免费增值版本应该为其功能提供足够的信息使教师和父母去购买。
（2）为学校免费增值：把教育APP免费提供给教师和学生，然后通过提供或整合有用的企业数据的高级服务向学校收费。
（3）直接提供给家长：随着移动设备的普及及其易用性，可以通过家长对教育APP的采购和下载使其可持续发展。
（4）其他公司的许可：考虑平台提供商或内容聚合做出安排，通过现有的传送渠道把教育APP提供给学生、教师或者学校。
（5）企业或机构：企业销售很熟悉教育市场，但对于小规模的初创公司却很难，需要很长时间，关注早期实施的生成推荐能够帮助与其他区域的决策者联系。
（6）增值服务：教育APP免费提供服务，例如技术支持、职业发展或者通过APP连接可以更好地吸引相关教育机构，这是一种为教育APP没有本身收费而进行可持续发展的方式。
（二）教育APP开发应用的影响因素——以美国典型学区为例
1.联邦、州和区域的责任
学区（也被称为当地教育机构，LEAs）、州教育机构fSEAs）和美国教育部在K-12教育中有着不同的责任。联邦政府在K-12教育中的作用是在宪法和联邦法律下保护公民的权利，禁止歧视，确保所有的学生无论种族、肤色、国籍、性别或残疾都有平等的教育机会。除了保护公民权利的实施，联邦政府对学校影响的最间接作用是提供一系列的资助计划去鼓励州和区域提升学术标准和为所有学生提供公平的教育机会。联邦政府的资助计划会影响学校对于APP的采购，在APP中注重学术技能的提高以及无障碍的学习将有助于其在学校的应用。通过州教育机构或学区的决策，州和学区确定如何实施联邦的规定，通常州会自己建立对于义务教育学校、考勤、毕业政策的规定，每个州会有所不同，而学区会影响州的决策，被叫作区域控制国家（Local Control States），也就是说大多数决策是由学区（LEAs）决定的。通常州的责任是建立教师编制和认证要求，确定区域职员的聘用和薪酬，了解联邦政府、州和区域的具体责任，对于开发人员塑造APP的功能具有导向作用。
2.区域资金来源和预算
K-12教育资金平均47%来自于州的资金，43%来自当地社区，9%来自联邦，少于1%来自于竞争性赠款和捐款的私人资金。州和当地的教育资金一般通过税收和债券来募集。但是有些区域有税收的权利，有些区域可以结合权威机构，有些区域并没有。学区（LEAs）在他们的界限内管理当地公立学校的这些资金。
资金的来源影响学校的预算，学校资金和预算的具体细节变化跨越美国大约14000个学区。2013年，加利福尼亚制定了彻底改变K-12资金的地方控制基金准则（Local Control Funding Formula），有必要根据学生需求思考改变学校预算的方式。通常学校预算资金66%用于教学，17.8%用于运营，11%用于管理，5.2%用于学生支持服务，大部分教学资金用于安置职工，剩下的9%用于应用和服务。学校的预算将影响其购买教育APP的决策，将APP作为提升技术的一部分或是针对特殊学生群体服务的项目来应用，都对APP在学校的应用产生影响。
联邦K-12支持的主要来源开始于1965年颁布的初等和中等教育法案（ESEA），2002年ESEA通过的NCLB（No Child Left Behind Act）被更新。ESEA主要给州和当地的教育机构提供资金，通过多种计划给没有条件的学生提供支持服务，例如低收入的学生、英语学习者或者移民的学生。教育APP在帮助英语学习者以及非美国文化的学习者方面的功能将提高其被学校采购的概率。
3.关键人物
学校领导：学校是复杂的组织，了解人们如何组织的将确保能做出正确的决策。通常，区域有几个部门专注于具体领域，如课程和教学、英语学习者、特殊教育和技术。校领导涉及校长和校长助理，校长主要负责塑造学术成功的愿景和学校的管理，校长助理则在处理与父母关系、监督教师表现等方面起着作用。也有一些学校除了校长及其助理，学校职业顾问、阅读专家、骨干教师、教学教练也是学校领导。此外，许多技术教练和教师使用技术的舒适度也将影响学校使用何种教育APP的决策，在学校工作可以帮助确定哪个学校领导对于你的教育APP将解决的问题负责。学校领导经常花费大量时间在课堂观察教师为教学提供指导。如果你的APP是提供给学校领导使用，其功能是越来越移动并在任何地方都可以访问数据和信息。
教师和教学专家：并不是所有的教师都是新技术的早期采用者，但是他可以帮助开发在课堂上使用的教育APP，有时能在教学或技术导向委员会发现早期采用者，他们也经常向其他教师去请教技术相关问题。 家庭：即使有一些APP的目的仅仅是在学校环境使用，但还有很多是针对家长为他们的孩子在学校外使用。传统的用途像备考、辅导和家庭作业吸引家庭，越来越多的家庭也开始使用移动设备上的APP像电子书、学习游戏，尤其是那些被证明对孩子学习有帮助的APP。许多公司给学校提供学习技术也包括在家或可以上网的地方（如图书馆），也有好的并列APP设计为家庭成员使用，即使你的APP是为学校使用设计的，考虑与家庭成员分享学生进步也是重要的。
学生：学生可能不会用自己的钱去购买教育APP，大多数开发者认为学生不作为使用者影响教育技术市场。一些学区采用BYOD政策，一些学生，特别是通过家庭成员或教师的引导，也开始在他们的个人设备或网络上寻找移动APP去学习，以帮助正式的课程学习或非正式的学习。
4.技术基础设施
学校使用多种设备去连接网络，还有一些学校实行BYOD政策这意味着APP必须有多个平台，包括操作系统的版本。美国政府提出到2018年，99%的学生都有访问宽带的网络和设备。这对于教育技术开发人员去帮助学校访问相同类型的基于网络的APP提供了机会。目前学校网络可能与你办公室的网络不相同，所以APP的重载能力很重要，国家教育技术主管协会（SETDA）提出学校和区域达到最小带宽目标，几个公共、私人和非营利组织帮助学校达到并超过这个目标。
联邦通讯委员会在现代化过程中长期E-rate项目的一部分，提供数十亿美元，在学校和图书馆通过国家去支持其带宽和无线技术的实施。美国现在估计只有20-30%的学校在课堂上有可靠的带宽服务，这些努力将在不久的将来看见效果。
5.在学校测试产品
在学校测试一个教育APP需要协调学校管理者和教师，它要有一些说服力让教师为一个新的APP提供课堂宝贵的时间。如果他们不感觉在未经证实的事情上是浪费学生时间，将更容易向教师或管理者去测试一个针对于他们自己使用的APP。与早期的教育采用者或来自于学校的教师共同设计有助于测试APP。
6.教师支持和培训
当教师知道怎样有效利用APP时才可以发现其价值，因此，为了教师在下载以后可以继续使用，应该通过使用者测试设计教育APP。不是每—个教师都是早期的采用者，也不是每个教师都会好奇地主动了解产品的功能，在线培训模块、使用者协作交流空间或者共同创建收集建议将帮助更多的沉默者开始在家使用，无论它是新的与否。培训将确保教师不仅会了解APP的功能，也尊重和理解与数据相关的隐私的生成和用途。除了培训，还要与区域和教师、家长沟通，将会提高教师和学区广泛采用APP的机会。
（三）教育APP开发的挑战及建议
1.软件互操作性
学校有大量的数据，这些数据在不同的独立系统中很难以标准化的方式共享，这就意味着相同的数据必须手动输入到每个需要的系统中，所以新的教育APP与现有学校系统交换数据具有挑战性。随着依赖于学生数据开展个性化教学和为教师提供信息的在线学习系统使用的增加，这种情况继续恶化。教师和学生越来越多的教与学的需求通过在线发生，他们所依赖系统的数量也在增加，这使教师和学生很难全面了解学习进度，使教师难以为学生所困惑的地方提供有效的支持。
美国在早期阶段实施了一些互操作性举措例如API（XAPI），当学生的学习跨多个技术应用，信息分散在许多不同的系统时，XAPI以统一的方式描述不同系统间的学习数据。这些数据可以被用来帮助其他学习系统，为学生提供更加个性化的体验，以及帮助教师理解基于个人在多个学习活动中的学生的独特需求工具。由于XAPI是用一个简单的协议来形容学习行动，任何类型的学习经验都可以放置成该格式。这意味着，它可以用来考虑到更多的社会和情感技能。但在教育APP开发过程中，软件的互操作性仍是一个有待解决的问题，如何能够使存在于不同系统中的数据无障碍的交换与共享是技术开发人员所面对的一个挑战。
2.早期资金来源
技术开发人员确定了想法和设计，需要审批和获得相关人士的支持，同时要获取在可以达到自给自足前的早期资金。如何使想法和设计具体化，创造可持续性模型来支持工作的完成对于开发人员至关重要。早期的资金来源是教育APP开发所面临的一个亟待解决的问题。手册结合美国的具体情况介绍了融资的主要方式，并为开发人员寻找志同道合的人提供建议。
为了分享想法和寻找资金机会，通过技术去转变学习者学习方式和实现终身学习的教育目标，开发人员可以通过教育技术聚会、教育形式的比赛、创业教育启动周末、教育技术阵营以及聚会来找到有相同目标的人，并可以通过以下四种方式融资：
（1）集资
集资是通过个人网络通过许多支持者获取的小资金来筹集资金的一种方式。作为回报，项目支持者通常会收到早期版本工具或其他相关项目。集资也可以有效地接触潜在的测试者。有各种集资平台可供选择，包括CrowdTih、IndieGoGo、Kickstarter。每一个都有自己的宣传风格和支持者，所以需要选择一个最适合自己的。
（2）赠款和创新资金
赠款和创新基金也是产品开发或测试的来源之一。尽管申请过程涉及比集资更多的参与，但资助可以提供与新的合作伙伴（如研究机构或学校）工作的机会。例如小企业创新研究（The Small Business Innovation Research，SBIR）项目，它是一个联邦的倡议：“让小企业发掘技术潜力，激励其从商业化中获益”。SBIR项目每年提供750万美元去开发和评估商业上可行的教育技术产品，以提高学生的学习和教师的教学。美国教育部的创新投资（Investing in Innovation）项目，美国能源部资助了92个项目寻求提供创新的解决方案，以共同面对教育的挑战。
（3）天使投资者
天使投资者是指愿意为初创公司提供资金支持的人，开发人员可以通过自己的网络找到早期的天使投资者，同时AgentList为开发人员寻找和联系天使投资者提供平台。 （4）风险投资者
风险投资者和机构投资者在过去几年一直有渴望投身于教育技术的趋势。更多的投资资金带来更多的投资团队和复杂的资金者，问题在于获得未来资金，同时早期资金也会存在资金滥用的风险。考虑资金风险较低的来源，如天使投资、群众募资、以及尽可能低的私人和公共部门的种子基金。移动产品的规模一旦显示出在市场需求上的牵引力，便需要大量的资本去保持企业的不断成长，去加强市场营销和推广计划，以及进一步加强技术，使其满足大众的使用需求。在这个阶段，许多开发商寻求风险投资或天使投资，用他们的技术换取部分权利，包括进一步开发的相关费用，去适应个别学校的需要和处理更大的用户和数据量。
3.学生数据安全和隐私
美国通过家庭教育权利和隐私法案（FERPA）和其他联邦法律以及严格的学生隐私规章来保证教育APP收集学生信息是依法保密的，除非是消除识别信息，否则需要在教育APP中创建隐私和数据安全功能。
产品初期应该小范围、有针对性地收集数据，去收集那些绝对必要的数据，并将这些数据合理分类以便于提供给教育者和家庭。同时将APP所搜集的学生教育数据的用途透明公开，使学校和家庭了解为什么搜集的这些数据有教育价值，具有哪些措施去保护学生的数据安全。可以将这些信息发布在所开发的教育APP的网站上，并用普通语言编写服务条款协议。
然而不是每一个教育APP都针对于学校供学生使用，许多教育APP依赖以其他形式使用学生数据。教育技术开发人员必须意识到数据隐私、保密性和安全对学生的影响，当使用创新技术服务时隐私法和最佳实践的存在可以保护学生的安全。技术开发人员要理解这些法律并对学生的教育数据实施适当保障。
四、思考与启示
该手册指出开发有效的教育APP可以使所有学习者的学习机会倍增，也将会变革美国教育。教育APP现已广泛被应用，但多数教育APP难以解决教育中的实际问题，有效的教育APP十分匮乏。教育大数据和学习分析的出现，使针对学习者的精细分析成为可能，使得开发人员可以更好地了解学习者及其利益相关者的迫切需求以开发有效的教育APP来解决现存问题。通过报告对开发教育APP流程以及其中所涉及到的具体影响其设计与开发的具体问题的分析，我们可以获得美国教育系统的专业知识，以及美国在开发教育APP中所取得的成绩和面临的挑战，对我国教育APP的开发以及教育数据和学习分析的应用有如下启示。
（一）加强国家和地方对于教育类APP开发的数据、资金和法律支撑
1.数据支撑
数据是大数据应用的核心问题，数据的兼容和共享是近年来大数据在教育领域应用过程中所关注的问题，教育大数据可以针对学习者进行精细分析，掌握学习者最迫切的需求，为教育APP的开发提供有效的决策。但是由于大量的教育数据存在于不同的独立系统中，其数据结构和数据格式存在着巨大的差异，所以在进行教育APP开发时的数据获取以及数据交换是我们目前所面临的一个难题。针对这个问题，应由国家和地方教育机构进行统一规划和管理，国家教育部制定数据统一标准，地方教育机构辅助数据管理，使教育数据可以实现无障碍交换和共享，真正做到数据驱动决策。
2.资金支撑
教育APP的开发需要具有资金支撑以实现将其设计具体化，尤其是在APP不具有收益情况的早期开发过程中。在这一方面，国家教育部门可以给地方教育机构提供专项资金来支持教育APP的开发，地方教育机构通过对教育APP开发的审核来落实具体的资金投入，同时当教育APP的开发可以解决学校的具体需求和实际问题时，学校可以为教育APP的开发提供部分资金支持，作为回报开发人员将基础版本的教育APP免费给予学校使用，这样技术开发人员与教育系统相联系既可以解决教育APP早期开发的资金问题，同时开发人员可以根据学校对基础版本使用所反馈的信息不断改进下一版本的设计，不断更新APP的功能使其满足学习者及其利益相关者的需求。再者可以为教育APP的开发创建集资平台，聚集众多小资金的支持也将是其资金支撑的重要组成部分，开发人员同样可以将基础版本的APP给予资金贡献者使用，开发人员不但增添了早期资金的支持，同时增加了教育APP的早期采用者。
3.法律支撑
运用教育大数据对学习者学习行为进行分析，可以为开发有效的教育类APP提供支持，但同时也无疑涉及到学生数据安全和隐私等道德层面和法律层面的问题，而我国对于教育数据和学习分析相关的道德指引尚不明确，法律制度也尚不完善，为了防止数据滥用，产生严重的社会问题，我国应针对教育数据挖掘和学习分析方面给予相应的法律规章制度支撑，使未来的教育数据挖掘和学习分析有法可依、有章可循。
（二）关注学生数据安全和隐私
教育大数据的出现，使得针对学生需求和行为的分析更精细，而对学习者的学习行为的刻画达到高度精确化的水准，也使得对学习平台和学习内容的设计和改进更具有针对性和有效性。但在获取和分析教育数据的同时，学生信息安全问题也面临着巨大的挑战。隐私和数据安全问题不容忽视，我国未来教育APP的开发要在理解国家相关法律的基础上，创建隐私和数据安全功能，并让使用者清晰了解针对数据安全问题所采取的具体保护措施，并将所收集数据的用途透明化，使学生及其利益相关者了解数据的教育价值。进行学生教育数据挖掘时，在注重数据共享的同时要防止数据滥用，进行学习分析时，更要关注学生个人隐私问题。
（三）增加家庭的参与
家庭是影响学习者学习的重要因素，却常常被置身于教育之外，难以参与到学习者的学习之中，随着媒体技术的快速发展，移动设备的支持为家庭参与学习者学习提供了更好的方式，而现有的教育类APP还极少注重家庭在其中的参与。我国在未来教育类APP的开发和设计中应增加家庭的参与，把针对学习者行为的数据分析反馈给家长，使家长可以更好地了解学习者的学习情况和学习进度，为家长更好地调控学习者在家庭中的学习活动以强化其课上学习提供支持；同时可以平衡家长工作和参与学习者学习活动的时间，加强与学校和教师的沟通，增加家庭的参与可以更好地为学习者创造无缝的学习环境。
（四）增加混合式学习方式的支持
混合式学习是未来教育发展的大趋势，是转变教学与学习去增强学生个人能力的重要支持，它并不是简单的在现有学习中加入技术，而是在混合学习环境中，部分学习发生在线上，部分学习发生在面对面，两者都是整体的一部分，他们无缝的混合并集成每一个学习环境的学习经验。克里斯坦森学院（The Christensen Institute）归类混合学习的变化并给出了实例，混合式学习大多数定义的一个关键要素是学生有控制时间、地点、路径或速度的能力。我国未来的教育APP开发要增加对混合式学习方式的支持，使其在线时间个性化，学习者可以根据自己的节奏获取所需要的额外的练习实践，同时为学生与教师或同伴在一起面对面学习的相互作用提供支持。
（五）嵌入有效的评估机制
了解学习者对知识的掌握程度是教育中的重要部分，传统课堂上教师只能根据课堂观察和作业的形式来猜测学习者对知识的掌握程度，教师在这方面花费了大量的时间，结合技术去创建测量学习者学习行为与学习效果的评估可以节省教师大量的教学管理和数据收集的时间，使其将更多的精力放在教学上，教育大数据和学习分析的出现为有效的评估机制提供了支撑与保障，其可以为学习管理系统提供智能化和自动化的监测和分析手段以减轻教师的工作负担。我国未来在开发教育APP时应重点加强对评估机制的建设，通过对学习者学习过程中的教育大数据的精细分析来测量学习者对知识技能的掌握和理解程度，并将形成性评价和总结性评价及时反馈给教师和学生，辅助教师实施教学干预和教学计划，并允许教师为学生创设个性化的学习路径。
五、结束语
综上所述，有效的教育APP必将带来教学与学习的变革，但目前多数教育APP难以解决教育中的实际问题，然而我们已经进入一个“数据驱动决策”的大数据时代，教育大数据和学习分析的应用也为教育APP的开发带来了深刻的变革，针对学习者行为数据的精细分析，使得有效的教育APP开发成为可能，借助于教育数据挖掘和学习分析技术，我们可以为学习者提供个性化的学习路径，对学习行为进行有效评估，预测学习者未来学习趋势和学习结果，辅助教师进行教学决策，辅助家长调控学习者的家庭学习活动，增加学习者学习机会为学习者创造无缝的学习环境。