基于大數據分析的精準化教學(xué)

林厚從

〔摘要〕只有全面深入分析學(xué)情，找準“最近發(fā)展區”，開(kāi)展針對性的教學(xué)活動(dòng)，才能提高教學(xué)的有效性。以此為出發(fā)點(diǎn)，我校經(jīng)過(guò)多年探索，建構了基于大數據分析的精準化教學(xué)模型，主要包括真實(shí)全面的數據采集、精準科學(xué)的數據分析以及精準高效的教學(xué)活動(dòng)。

〔關(guān)鍵詞〕大數據 數據采集 數據分析 精準化教學(xué)

教學(xué)是一種目的性和意識性都很強的系統活動(dòng)。通過(guò)教學(xué)使學(xué)生掌握知識、習得技能、發(fā)展智力，形成態(tài)度和相應的品質(zhì)。前蘇聯(lián)著(zhù)名心理學(xué)家維果茨基就教學(xué)與發(fā)展問(wèn)題，提出了“最近發(fā)展區”之說(shuō)，所謂教學(xué)促進(jìn)發(fā)展，就是把可能水平不斷轉化為現有水平。因此，全面深入分析學(xué)情，找準最近發(fā)展區，開(kāi)展針對性的教學(xué)活動(dòng)，提高教學(xué)的有效性，就顯得尤為重要。

教學(xué)過(guò)程中的數據無(wú)處不在。如課堂教學(xué)中某個(gè)知識點(diǎn)的教學(xué)及在線(xiàn)習題反饋，課后作業(yè)中每個(gè)學(xué)生對每個(gè)題目的作答信息，一次考試后形成的試題分析報告和成績(jì)統計信息等，都蘊含著(zhù)大量有價(jià)值的鮮活數據，但卻往往被忽略。如何收集這些常態(tài)化的教學(xué)數據，并應用數學(xué)統計、數據挖掘等技術(shù)手段，進(jìn)行深入有效的分析挖掘，發(fā)現規律，找到問(wèn)題，既形成一些共性的教學(xué)策略，又提出一些個(gè)性化的學(xué)習建議，讓數據為教學(xué)服務(wù)，就顯得很有意義。這種有目的、有意識的教學(xué)數據收集與分析，可以幫助我們找準最近發(fā)展區，進(jìn)行精準化教學(xué)，從而提高整個(gè)學(xué)校教學(xué)的有效性。

當前，我?！盎诖髷祿治龅木珳驶虒W(xué)”研究重點(diǎn)包括三個(gè)方面，一是真實(shí)全面的數據采集；二是精準科學(xué)的數據分析；三是精準高效的教學(xué)活動(dòng)。三個(gè)方面層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣，形成了一個(gè)基于大數據分析的精準化教學(xué)模型。

圖1 基于大數據分析的精準化教學(xué)模型

一、真實(shí)全面的數據采集

數據是基礎、也是核心。只有采集了學(xué)生學(xué)習過(guò)程中常態(tài)化的海量數據，教師才能說(shuō)“了解”每一位學(xué)生，才能看到學(xué)生發(fā)展進(jìn)步的動(dòng)態(tài)過(guò)程，進(jìn)行客觀(guān)理性的學(xué)情分析和學(xué)生學(xué)業(yè)水平評估。

數據采集可以使用“線(xiàn)上數據采集”和“線(xiàn)下數據采集”兩種方式相結合，前者采集“電子數據”，后者采集“紙質(zhì)數據”。通過(guò)數據采集，可以獲得學(xué)生學(xué)習過(guò)程中最鮮活、最豐富的真實(shí)數據，如學(xué)生解答的痕跡、教師批改的痕跡等。

線(xiàn)上數據采集主要通過(guò)數字化在線(xiàn)課堂教學(xué)平臺以及學(xué)習終端設備，記錄學(xué)生在線(xiàn)課堂上的提問(wèn)互動(dòng)、習得反饋、在線(xiàn)作業(yè)等情況，生成相關(guān)學(xué)習數據。當然，如果把平時(shí)的“線(xiàn)下作業(yè)”也做成“在線(xiàn)”方式，那也可以實(shí)時(shí)采集到學(xué)生的作業(yè)反饋數據。

線(xiàn)下數據采集主要通過(guò)記錄學(xué)生每一次作業(yè)、每一周練習、每一次考試的解答痕跡，反應學(xué)生課后學(xué)習及學(xué)習效果的全過(guò)程。線(xiàn)下數據采集有兩種模式，一種是對于日常大量的作業(yè)采用“先批后掃”的數據采集模式，在不改變學(xué)生和教師原有的學(xué)習和工作模式基礎上，進(jìn)行常態(tài)化的數據采集，甚至可以保留教師的批改痕跡和學(xué)生的訂正痕跡。整個(gè)流程是先將學(xué)生的日常作業(yè)或練習卷在傳統批閱基礎上，通過(guò)高速掃描儀采集學(xué)生作答情況以及教師批改痕跡保存至云端，教師通過(guò)手機、電腦等終端APP隨時(shí)查看教學(xué)診斷云平臺上收集生成的學(xué)生數據，如每個(gè)學(xué)生的作業(yè)完成情況、每個(gè)題目的做錯學(xué)生名單等，學(xué)生也可以通過(guò)手機、電腦等終端APP隨時(shí)查看自己的作業(yè)反饋，系統還會(huì )自動(dòng)建立個(gè)人錯題庫，并給出個(gè)性化的補償學(xué)習建議。另外一種是通過(guò)網(wǎng)上閱卷系統在不改變學(xué)生原有作答模式的基礎上，對學(xué)校的大型考試采用“先掃后批”的方式，實(shí)現集中的網(wǎng)上閱卷，同步實(shí)現考試數據的采集分析，其缺點(diǎn)是改變了教師的工作方式，同時(shí)學(xué)生試卷上也沒(méi)有留下任何痕跡。

二、精準科學(xué)的數據分析

一方面，常規的學(xué)生考試成績(jì)統計如班級平均分、各分數段人數等，已遠遠不能滿(mǎn)足大數據形勢下教師、學(xué)生、校長(cháng)的內在需求。另一方面，常態(tài)化的學(xué)生學(xué)習、考試數據是海量的、零碎的，需要專(zhuān)業(yè)人員根據實(shí)際需要建立數學(xué)模型，再由軟件開(kāi)發(fā)人員應用數學(xué)統計、機器學(xué)習、數據挖掘等技術(shù)手段，進(jìn)行精準科學(xué)的數據分析，生成對學(xué)生學(xué)習、教師教學(xué)、校長(cháng)決策有價(jià)值的信息。這就是我校數據分析的核心技術(shù)。

我們認為，學(xué)習數據分析應該包括不同層級。對于學(xué)校管理者來(lái)說(shuō)，需要精準分析每一個(gè)班級、每一位教師、每一門(mén)學(xué)科的對比數據，全面監控學(xué)校的教學(xué)現狀，適時(shí)調整學(xué)校的教學(xué)管理；對于教師來(lái)說(shuō)，需要精準分析每一位學(xué)生的學(xué)習數據并進(jìn)行學(xué)情追蹤，幫助找準課堂教學(xué)的起點(diǎn)、重點(diǎn)和每一位學(xué)生的薄弱點(diǎn)，開(kāi)展精準教學(xué)；對于學(xué)生來(lái)說(shuō)，需要精準分析自己的學(xué)習現狀，提出個(gè)性化的課后復習計劃和作業(yè)建議。

1．學(xué)校整體分析

學(xué)校管理者更多地關(guān)注整個(gè)學(xué)校、一個(gè)年級、一個(gè)學(xué)科的整體發(fā)展情況，數據分析的重點(diǎn)在教師之間的差異性、班級之間的差異性、試卷的整體質(zhì)量、考試成績(jì)的整體分析等。圖2是我校高三期初質(zhì)量調研的數學(xué)試卷質(zhì)量分析報告，包括試卷的整體難度、信度、區分度、效度和不同難度題目的比例等。

圖2 試卷質(zhì)量分析

2．班級表現分析

班主任作為一個(gè)班級的管理者，更多地關(guān)注班級的整體學(xué)習表現、每一個(gè)學(xué)生的學(xué)業(yè)表現、歷次成績(jì)跟蹤、班級優(yōu)勢學(xué)科和弱勢學(xué)科等。圖3為高三期初質(zhì)量調研“學(xué)科配合度”分析，用來(lái)研究各個(gè)班級的優(yōu)勢學(xué)科、薄弱學(xué)科。

圖3 學(xué)科配合度分析

任課教師作為一個(gè)班級某一門(mén)學(xué)科的責任人，更多地關(guān)注知識點(diǎn)和重難點(diǎn)掌握情況的數據分析、學(xué)生成績(jì)分布情況、得分率較低題目的歸因分析等。圖4是高三數學(xué)周練的考試分析報告，包括每個(gè)題目的平均分、得分率、標準差、難度、區分度和知識點(diǎn)說(shuō)明等細目。

圖4 考試分析報告

3．個(gè)人學(xué)業(yè)分析

家長(cháng)和學(xué)生更多地是關(guān)注自己的考試結果或學(xué)業(yè)現狀，如每次考試的班級年級排名、優(yōu)勢學(xué)科和薄弱學(xué)科分析、每一個(gè)學(xué)科的薄弱知識點(diǎn)分析、歷次考試的動(dòng)態(tài)跟蹤（進(jìn)步、退步）、錯題分析及自動(dòng)添加到私人錯題庫中、學(xué)習評估和后繼學(xué)習建議等。同時(shí)，根據常態(tài)化的課堂和課后作業(yè)數據分析，給出合理化的、針對性的學(xué)習建議，如時(shí)間安排、方法指導等，從而提高學(xué)習效率，減輕學(xué)業(yè)負擔。圖5是一位同學(xué)高三期初質(zhì)量調研的成績(jì)分析報告，包括每門(mén)學(xué)科的得分、等級、排名、總體評價(jià)和不同難度題目的解題能力，以及他的各個(gè)學(xué)科情況的雷達圖。

圖5 學(xué)生成績(jì)分析報告

三、精準高效的教學(xué)活動(dòng)

有了精準的大數據分析，幫助學(xué)生更好地了解自己，也幫助教師更好地了解每一位學(xué)生，從而做到有的放矢、因材施教。

1．選好教學(xué)起點(diǎn)

教學(xué)的起點(diǎn)至關(guān)重要。起點(diǎn)過(guò)低、過(guò)高都會(huì )影響到整節課的教學(xué)效果。以往主要靠教師的個(gè)人經(jīng)驗，基于大數據的精準分析，使得教學(xué)起點(diǎn)的選擇更加科學(xué)。

以新授課為例，通過(guò)數據分析系統，對學(xué)生前一節課（章節）的課后作業(yè)完成情況的精準分析，教師在備課前就已經(jīng)對學(xué)生的學(xué)情有了初步了解，可以精準備課。再通過(guò)“數字化在線(xiàn)課堂教學(xué)平臺”的課前預習反饋、基礎測試等環(huán)節的在線(xiàn)數據分析，教學(xué)的起點(diǎn)選擇就會(huì )非常精準。圖6是一節有關(guān)“指數函數”的數學(xué)課前，教師通過(guò)“在線(xiàn)課堂”讓學(xué)生預習并完成的一個(gè)基礎檢測題，以及得到的實(shí)時(shí)反饋數據分析圖表?？梢钥闯觯喊嗉壍恼_率較低，只有29%（選擇ABCDE全部5個(gè)選項），選中A、B選項的人數很高（85%），而選中C、D、E選項的人數很少，尤其是E選項。分析題目發(fā)現：A選項考察冪函數和指數函數的區分，B選項考察指數函數的概念中底數的限制條件（大于0且不等于1），C選項考察指數函數的概念中自變量的限制條件（只能是x的形式），D選項考察指數函數的概念中底數及系數的限制條件（底數大于0且不等于1，系數只能是1），E選項考察指數函數的性質(zhì)（單調性）。通過(guò)這些可以說(shuō)明：大部分學(xué)生對于冪函數和指數函數的區別基本掌握（A選項準確率高），對于指數函數底數的限制條件基本掌握（B選項準確率高）但不會(huì )靈活應用（D選項準確率低），對于自變量的限制條件掌握不好（C選項準確率低），對于指數函數的單調性掌握的最差（E選項準確率最低）。接下來(lái)的課堂教學(xué)，教師就應該把指數函數的概念及自變量、系數的限制條件作為教學(xué)起點(diǎn)，逐步展開(kāi)到靈活應用和指數函數的單調性分析。

圖6 基于在線(xiàn)課堂的精準數據分析

2．選好教學(xué)重點(diǎn)

正確把握一節課的教學(xué)重點(diǎn)，精心設計并開(kāi)展突破性教學(xué)，是一節課成敗的關(guān)鍵之一。教學(xué)重點(diǎn)不一定完全照搬教參，而要根據具體學(xué)校、班級、學(xué)生的基礎和能力，做適當調整?？梢酝ㄟ^(guò)對學(xué)生預習過(guò)程的數據采集與分析，更好地服務(wù)于課堂教學(xué)。

比如講評課，通過(guò)數據分析系統或者“網(wǎng)上閱卷系統”對學(xué)生作業(yè)、考試的數據分析報告，教師對整份試卷或作業(yè)、每個(gè)題目的得分情況、得分率較低的題目歸因、每個(gè)學(xué)生的解答情況等都做到了心中有數。教師講評時(shí)，可以隨時(shí)調看某個(gè)學(xué)生某個(gè)題目的解答情況、某個(gè)題目的錯誤分類(lèi)、某個(gè)題目值得推薦的樣本等，突出重點(diǎn)，針對性地開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，包括后續的跟進(jìn)練習。圖7為高三期初質(zhì)量調研數學(xué)學(xué)科的數據分析，可以看出題2均分很高、得分率也很高，不需要重點(diǎn)講評，而題3年級均分很低，得分率也很低，而且班級之間的差異很大，對于大部分班級都需要重點(diǎn)講評該題和相關(guān)知識點(diǎn)。

圖7 基于大數據分析的教學(xué)重點(diǎn)選擇

3．針對性的課堂提問(wèn)

課堂提問(wèn)和師生互動(dòng)也是課堂教學(xué)的重要環(huán)節。什么時(shí)候互動(dòng)、提什么問(wèn)題、讓哪位學(xué)生回答等等，都會(huì )對課堂的教學(xué)效果產(chǎn)生一些影響。

比如復習課，我們可以借助數據分析系統和“數字化課堂教學(xué)平臺”里存儲的一個(gè)階段、單元或者章節的學(xué)生學(xué)習數據和分析報告，教師在完全了解了每一個(gè)知識點(diǎn)的掌握情況、難點(diǎn)或者學(xué)生錯誤率較高的題目、個(gè)別學(xué)困生的問(wèn)題所在等信息后，師生互動(dòng)、課堂提問(wèn)就能做到有的放矢。圖8為一次語(yǔ)文課前學(xué)生在線(xiàn)提問(wèn)的情況，教師可以根據這些信息實(shí)施精準的課堂提問(wèn)。

圖8 對課前預習提問(wèn)的學(xué)生或問(wèn)題實(shí)施精準提問(wèn)

4．個(gè)性化的補償教學(xué)

學(xué)生的差異性是客觀(guān)存在的。對于學(xué)習能力弱的學(xué)生，課后需要個(gè)性化的輔導答疑，對于學(xué)習能力強的學(xué)生，課后需要個(gè)性化的激勵提升。借助數據信息，教師很容易掌握每一位學(xué)生的學(xué)習情況，主動(dòng)開(kāi)展一些補償性教學(xué)，包括錄制一些知識點(diǎn)或者題目的講解微視頻，推送給相關(guān)學(xué)生，指導他們自主學(xué)習，并及時(shí)進(jìn)行答疑。

5．個(gè)性化的課后作業(yè)

當前學(xué)生學(xué)業(yè)負擔較重的一個(gè)重要因素是所有學(xué)生做同一份作業(yè)，很多學(xué)生做了“不該做”的作業(yè)。根據學(xué)生學(xué)習過(guò)程中分析得到的差異性數據，教師完全可以布置不同層次、不同類(lèi)別、不同難度的題目，因材施教，實(shí)現個(gè)性化的課后作業(yè)，切實(shí)減輕學(xué)生的學(xué)業(yè)負擔。

圖9 個(gè)性化的課后作業(yè)

6．針對性的命題測試

學(xué)生做題，教師必然就要出題。備課組教師搜索、選擇、編輯題目耗費了大量時(shí)間和精力。但由于一個(gè)年級往往是同一份作業(yè)、同一份試卷，一個(gè)教師對自己的班級相對了解，而對于其他班級卻不甚了解，這樣的命題針對性、有效性相對欠缺。有了大數據分析，全體學(xué)生課堂學(xué)習、平時(shí)作業(yè)、常錯試題等數據信息一目了然，命題教師可以做到輕松組題、精準命題。

四、結語(yǔ)

在互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代，學(xué)校不應回避教育技術(shù)帶來(lái)的種種沖擊，而是應該思考如何更好地利用新技術(shù)，特別是將技術(shù)手段深度運用于課程、教學(xué)領(lǐng)域，實(shí)現對傳統課堂教學(xué)的突破，以謀求更深層次、更核心領(lǐng)域的變革。這種變革對于當前的中國教育來(lái)說(shuō)，尤其顯得重要，在班級授課制背景下，精準地把握每一個(gè)學(xué)生的學(xué)習狀態(tài)，為學(xué)生的學(xué)習提供精準的指導和支持，其實(shí)質(zhì)是利用技術(shù)手段，把學(xué)生從被動(dòng)的統一的知識接受者解放為主動(dòng)的個(gè)性化的知識建構者。

同時(shí)，對于工作繁重的中小學(xué)教師特別是高中教師來(lái)說(shuō)，幾乎要把所有精力都用于追求高考升學(xué)率，教師的工作已經(jīng)變異為簡(jiǎn)單的重復勞動(dòng)，講題、解題、練題，毫無(wú)創(chuàng )造性可言，“讓教師成為研究者”只能成為口號?；趯Υ髷祿牟杉?、分析以及精準化教學(xué)，在解放學(xué)生的同時(shí)，也解放了教師自身，幫助教師擺脫了簡(jiǎn)單的機械的重復勞動(dòng)，轉向思考如何更好地引導、幫助學(xué)生進(jìn)行學(xué)習，實(shí)現更高層次的專(zhuān)業(yè)發(fā)展。

當然，我們自主構建的“基于大數據分析的精準化教學(xué)模型”，只是一種嘗試和探究，仍有需要完善的地方。

〔林厚從 江蘇省常州市第一中學(xué)江蘇省常州市教育科學(xué)研究院 213003〕