基于教育大數據的高中物理學歷案的設計
——以“牛頓運動定律”單元復習課為例

章 強 戴加成 卞望來

(江蘇省南菁高級中學，江蘇 江陰 214437)

傳統的高中教學中，學生學習情況的反饋基本是憑教學感覺或者靠人工統計作業的錯誤率.互聯網、云計算技術的發展給這種教學方式帶來了變革，教育大數據的使用讓高中物理精準教學帶來了可能.新時代的高中物理教學的關注點也發生了變化，從關注“教師教”到關注“學生學”，最終變成了關注“學生如何學”.教師要針對學生的學情，制定關注學生學習過程、關注學生構建知識體系和框架的學歷案.利用教育大數據可以精準的了解學生的學情，及時反饋學生在單元學習中的缺失和困難，教師量身定做單元復習學歷案，可以查漏補缺，提升教學的效度.

1 教育大數據和高中物理復習課學歷案

1.1 教育大數據

教育大數據是指一切可用于教育發展并可創造潛在教育價值的數據集合.高中物理教學的大數據應主要體現在學生的學習分析、學生的分類管理和教學效果分析中.學生在每節課的學習中積累的物理學習情況，包括課后作業的對錯情況、單元知識點的掌握情況以及學生個人學習情況等，可以給單元復習課提供準確的復習重點、難點，精準選題和有效教學.

1.2 高中物理單元復習課學歷案

所謂學歷案，就是教師為學生意義和價值的習得(經驗增長)而專門設計學習經歷的教學方案.關注教的是教案，關注學的是學案，而讓學生如何學會就是“學歷案”.學歷案是在班級教學情景下，圍繞某一具體學習單位的主題、課文或單元，從期望學會什么出發，設計并展示學生何以學會的過程，以便學生自主建構或社會建構經驗、知識的專業方案.高中物理的學歷案是教師預設的，學生學習用的方案，旨在幫助學生更好地深度學習，讓學生盡可能的完成學習目標，使不同層次的學生都能夠理解掌握物理教學內容.學歷案體現了學生作為學習者的主體責任，一份學歷案的基本要素有：學習主題，學習目標，評價任務，學習過程，檢測與練習，學后反思.

高中物理單元復習課學歷案的形成一般需要以下幾個階段： (1) 收集學生一單元所有作業的對錯情況； (2) 利用專業軟件分析學生所對應的知識點的掌握情況； (3) 軟件分析的情況與本章的三維目標的對比分析，充分了解學生的物理核心素養在本章的達成情況； (4) 針對對比情況，形成以關注學生“如何學”、關注學生體驗過程和幫助學生搭建章節體系和框架的學歷案.章節復習課學歷案實施后，章節檢測的情況經過教育大數據的分析，反饋學歷案的使用效度，同時還可以針對個別學生章節學習情況，關注個體的學習狀態.

2 高中物理單元復習課學歷案的“三階四步”實施策略

為了更高效的使用高中物理復習課學歷案，將學歷案的實施過程(圖1)大致分為3個階段，即數據匯總階段、學歷案設計階段和教學實施階段.具體的教學實施過程又分為4個步驟：課前預習、課堂教學、課后作業和單元檢測.4個步驟分別對應數據匯總時出現的問題，學歷案的設計目的來自數據匯總時出現的問題，教學過程的4個步驟最終都是為了解決問題、提高教學效度和精準度，幫助學生建立單元知識體系、提升學生本章知識內容對應的物理核心素養.

圖1 基于教育大數據的高中物理學歷案單元復習課實施策略

3 案例分析

3.1 教育大數據呈現的問題

“牛頓運動定律”這一章共有10次課時作業，高一年級11個班級每次課時作業約550份進行了大數據分析.由于知識點和習題難度本身不同，將習題對應的知識難度分為較難、中等和簡單3個等級；從知識點來看，共有8部分19個知識點，分別從習題難度系數、習題個數、知識點得分率、本節作業得分率等方面進行統計.統計分析發現伽利略理想斜面實驗的合理外推過程、探究實驗的誤差分析、超重和失重的應用、利用牛頓運動定律解決復雜問題等部分錯誤率較高，對于牛頓第二定律和牛頓第三定律的簡單應用正確率較高.分析錯誤原因有以下幾個方面： (1) 學生在實驗的學習中，對于本章的實驗知識的難點學習不夠深入； (2) 應用牛頓第二定律解題過程，應用物理思維分析多過程問題能力不足； (3) 全章的知識學習還是零碎片段，章節知識整體性框架沒有形成.

3.2 學歷案的設計目的

按照物理學科核心素養要求，對照本章的知識點設置，在知識點的概念復習中、在應用牛頓運動定律的解決問題的過程中，幫助學生建立物理觀念、提升科學思維的能力、完善科學探究各個環節的素養；查漏補缺，強調重點，讓學生能自我完成本章的知識體系框架；為學生后續的自我完善、自我提升提供學習的抓手.

3.3 學歷案的實施過程

(1) 學習主題: 牛頓運動定律單元復習課.

(2) 課標要求:通過實驗，探究物體運動的加速度與物體受力、物體質量的關系.理解牛頓運動定律，能用牛頓定律解釋生產生活中的有關現象、解決有關問題.通過實驗認識超重和失重.知道國際單位制中的力學單位.了解單位制在物理學中的重要意義.

(3) 學習目標.

① 通過習題回顧，強化運用牛頓運動定律解題的兩個基本方向，形成經典物理的運動觀念、相互作用觀念.

② 通過模型組合、變化，了解到物理基本模型在習題中的作用，提升運用牛頓運動定律的解決復雜問題的能力，提升物理思維在定性分析和定量計算兩方面的能力.

③ 通過模型轉化，穿插問題的設計，解決實驗探究過程的疑難，學會準確評估實驗探究的系統誤差和偶然誤差.

④ 在習題的訓練、知識點的結合中，讓學生自行建立本章的知識框架，明確本章的重點和難點，找到個人疑難，促進后續的自我完善.

(4) 評價任務.

① 運用牛頓運動定律，正確規范地解答課時作業的大部分習題，總結運用牛頓運動定律解決問題關鍵步驟.

② 在模型的變化或疊加中，能完成問題的分析和解答，同時能獨立畫出本章的知識體系框架.

③ 能夠解釋教師或學生提出的實例，并在解答的過程找到自己在本章學習中的不足.

(5) 學法建議.

① 復習前10份課時講義，訂正錯題，梳理出學習過程中的疑難.

② 課前完成預習，初步明確本章重難點.

③ 按照學歷案的步驟，完成習題分析，回答引申問題，補充完成本章“知識樹”.

(6) 學習過程.

學習過程分為4個板塊，分別是課前準備、課中學習、單元小結和課后思考.課前準備部分主要是對本章學習的牛頓運動定律再一次回顧和解讀，通過本章的分節學習后，學生需要深層次的理解牛頓運動定律的內涵.

圖2 板塊模型例題圖

課中學習部分精選本章學習的5個經典例題，通過習題來對本章學習的重點和難點進一步的梳理.例如：如圖2板塊模型部分，在光滑的水平面上放置著質量為M的木板，在木板的左端有一質量為m的木塊，在木塊上施加一水平向右的恒力F，木塊與木板由靜止開始運動，經過時間t分離.原題中分別改變木塊質量m、木板質量M、恒力F和動摩擦因數μ，對分離時間的影響，問題跨度大、難度高，而且需要不同的方法解題.學習過程中，先讓學生自行解題，然后讓學生進行討論和分享.最后設置這樣幾個問題，讓學生課上討論或者是課后進行思考.“木塊對木板的摩擦力和木板對木塊的摩擦力之間是什么關系？”、“木塊和木板之間為什么會發生相對滑動，力F的臨界值為多少？”、“試用牛頓運動定律列出表達式和v-t圖像法兩種方法解釋此題.”通過問題的層層設置，可以幫助學生分解問題的理解和提醒他們使用多種方法解題，在解題中鞏固方法的應用.

圖3 牛頓運動定律單元知識樹

單元復習課中，學生對單元的知識體系必須有更加清晰的認識，根據幾道例題的學習，讓學生更加能明確本章的重難點，“知識樹”的建立讓學生更加直觀.課后思考的內容，不再以習題訓練為主，而是讓學生能多點時間對本章學習有所回顧和討論，針對學生自身的掌握情況，在“知識樹”的幫助下，查漏補缺，自主學習(圖3).

4 學歷案使用后的反思

新課程標準實施后，教師不僅要關注學生學會什么內容，還需要關注學生學習的途徑、方法和效果，學歷案的使用可以了解學生“學會了什么”、“如何學會”、“怎樣才算是學會”.在教育大數據的配合使用下，可以精準定位問題所在，同時可以針對性的檢測學歷案使用的效果，有效的提升教學效能.利用學歷案可以更清晰讓學生知道自己學習的過程，讓學生真正成為學習的主人，幫助學生自己梳理學習重點和難點.

在“牛頓運動定律”單元復習學歷案后進行了測試，經過比對相同知識點學生的得分率有較為明顯的提升.筆者認為學歷案使用后優點主要體現在： (1) 較難考題學生也可以初步下手，并能進行適當的推理，說明學生自信的提升，有了一定的解決問題的辦法.(2) 做題速度有了明顯提升，說明解題思路更加明確.(3) 部分經典習題錯誤率下降，說明學生對于典型例題的解題方法更加熟練.單元測試后隨機訪談了一些學生，他們反饋經過單元復習的梳理，他們對本章的知識脈絡更加清晰，更深入地了解掌握本章的重點和難點.學歷案的使用不能解決所有問題，也存在一些不足之處：(1) 使用學歷案前，需要教師花較多時間利用教育大數據對學生掌握知識進行梳理，增加了教師的工作強度.(2) 學生學習時要有較強的學習能力.