教育數字化轉型促進高中物理糾錯教學目標實現的實證研究

徐曉東 劉宇虹 吳劍南

摘要：教育數字化轉型是迄今為止推動教學革新最強而有力的范式和有效途徑。傳統的整班教學中的糾錯教學是教師根據經驗和猜測隨機選取有代表性錯誤的學生開展糾錯，這種方法因不能準確選中對象，導致糾錯教學效率低下，借助數字技術則能完全展示所有學生答題結果，這為精準糾錯提供了必要條件。同時，數字技術與教師的教學設計相結合還能夠對所有學生的同類錯誤聚類，減少錯誤數量，提高了糾錯效率，以此，通過數字技術化的教學應用可以做到精準教學，重塑了傳統糾錯教學。該文通過教育數字化轉型在糾錯教學中的實際應用和實證研究，向讀者展示了教育數字化轉型的理論和其“數字技術教學應用”實踐取向，彰顯了教育數字化轉型對教學革新的獨特價值，為研究者開展教育數字化轉型研究和教師開展實踐提供了可資借鑒的范例。

關鍵詞：教育數字化轉型；數字技術；糾錯教學；整班教學法；實證研究

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

一、促進教育數字化轉型的內外部因素

20世紀末和21世紀初，新一波人工智能技術興起，大數據技術快速發展，對教育領域不同業務和教育數字化創造了有力條件。同時，近年來我國數字經濟快速發展，工業領域和商業領域展開的數字化轉型發起一場新工業革命，并對其他領域帶來了深刻的影響，尤其是推動了教育領域數字化轉型的崛起。可以說，工業和商業領域率先實現數字化轉型是推動教育領域數字化轉型的重要原因。另外，從教育領域自身改革的強烈需求角度來看，新冠肺炎疫情期間，我國從高等教育到基礎教育開展的大規模在線直播教學或網上學習是促進教育數字化轉型的直接原因。然而，以往的教育教學決策都是憑借經驗的，它導致了低效率。雖然在教育信息化帶動下引入了信息技術，但教職員并沒有據此系統地收集數據和分析數據、依據數據進行決策，以及開展“循證的教育”。雖有采用新方法，但新瓶裝舊酒方式的改革，并沒有因此而推進教育的創新，而新一代的數字技術則有所不同，它必將帶來一場深刻的教育變革。

“Digital Transformation”簡稱數字化轉型，是2004年由瑞典梅奧大學的埃里克·斯托特曼教授提出的概念，他指出：IT的滲透使人們的生活在各個方面都朝著更好的方向發展[1]。由于準確地描述了數字化高度發展的現代社會，數字化轉型現已在世界上各個領域得到廣泛使用。為此，學者普遍認為，教育數字化轉型是學校利用數字技術，在革新課程和學習方式的同時，革新教職員的業務、組織、流程和學校文化，建構適應時代的教育。也可以認為是，利用數據和數字技術開展教育，對學習方式、教育方法、教職員工的業務等學校教育的所有方面進行變革，教育領域發生數字化變革。基于此，上述概念包含了兩層涵義。

第一層涵義，教育數字化轉型不僅僅是“教育數字化”，兩者有很大的區別。“教育數字化”指的是將教育“格式”轉變為數字化的過程，如將課堂教學轉移到網上的在線授課。教育數字化轉型的意義也并不僅僅是將教育從模擬模式轉換為數字模式。從紙筆轉換為數字終端僅僅是將教育中使用的工具數字化。所以，假如上述情境下的學習與傳統的學習沒有區別，也就不能稱其為教育數字化轉型。教育數字化轉型不僅僅是將模擬的事物轉換為數字模式的“數字化”，更是要讓教育和學校發生變化，變革是不可或缺的要素。

第二層涵義，將教育的格式數字化就是教育信息化。例如，老師將原本用紙張分發給學生的學案等活頁學習材料，用數字格式傳送到平板電腦上，這是教育信息化。需要強調的是，教育數字化轉型的概念不僅包括格式的變革，還包括內容上的變革。教育信息化不應僅僅停留在用數字代替模擬來改善教育教學和提高效率的思維方式上，它更多是實現教育數字化轉型的第一步。

二、教育數字化轉型的階段

在工業領域，工業數字化轉型成功案例卻比比皆是，如出租車業務的流程和電池智能汽車的制造，都是成功的案例。這些案例揭示，對生產方式和業務流程進行變革會創造新的制造和生產經營模式，從而徹底改變這一行業。與工業數字化轉型相比較，教育數字化轉型一直沒有一個具體可操作的目標，這是與以往如教育信息化改革不同之處。要消除概念上的混亂，需要借助具體的過程化表征來理解教育數字化轉型。根據美國高等教育信息化協會（EDUCAUSE）兩位研究者Brooks和McCormack于2020年6月所提出的教育數字化轉型模型[2]，筆者在此基礎上將其分為以下三個階段。

第一階段是教育數字化（Digitization），是指硬件和軟件等教育數字化基礎設施建設。教育數字基礎設施是以數據、軟件、芯片、網絡通信等構建的軟硬件一體的基礎設施。網絡通信技術是數字基礎設施建設的基礎，作為核心設備的第五代移動通信設備，不僅適應人的通信需要，還要適應物聯網的發展需要，最終實現人與人、人與物以及物與物的大連接，有力支撐教育的創新發展。另外，與機房或數據中心等硬件設施相比，由芯片和軟件等構成的軟件部分，在教育數字化基礎設施中更加凸顯其核心價值所在。

第二階段是教育數字技術化（Digitalization），也即數字技術的教育應用。利用大數據、人工智能、云計算、5G、物聯網及傳感技術等數字技術和數據，改善和優化教育教學和教育行政及治理，實現數字學習和模擬學習的最佳組合，方便、快捷及無縫地利用數字化學習內容，或者在必要的時候讓有需要的人利用學習記錄等數據，通過數據的分析和有效地運用，共享和利用有用的知識，這些就是數字技術教育應用的目標。

第三階段是教育數字革新化，也即教育數字化轉型（Digital Transformation of Education），它所要實現的是學習模式的結構等發生質變，創造新價值。例如，不受地點和時間限制的學習，或根據個人特性貫穿一生的學習，再或者是連續性地革新的學習。筆者認為，“證據驅動型教育”“數據驅動型教育”是教育數字化轉型的本質與主要特征。如上所述，與這種特征一致的教與學模式有泛在學習、個性化和持續性學習，與這些學習相一致的學習技術是自適應學習系統、智能導學及智能家教系統等。當然，基于證據的、不拘泥于形式的“有使命的學習”，也是成功的教育數字化轉型模式。

從上述三個階段來看，教育數字化轉型既是一個過程，又是結果，必須要經歷第一階段的教育數字化、第二階段的教育數字技術化，最終實現教育的革新這一結果。可以認為，目前所有國家都處在轉型的過程之中。

實現教育數字化轉型，需要在推進教育數字化的基礎上，有效運用數字化技術，構建與以往不同的學習環境，將教育內容進行數字化變革。現如今，世界上一些國家正在著手開展教育數字化轉型，如日本和新加坡。

為配合教育數字化轉型，日本政府實施了GIGA學校。所謂的GIGA學校，是指為所有孩子打開通往世界和革新的大門（Global and Innovation Gateway for All，GIGA）[3]。為了實現這一教育構想，讓所有的學生都能平等地接受ICT教育，日本政府為每個學生配備一臺學習終端，并為利用該終端建設云環境。并且日本的文部科學省還開發的CBT（Computer Based Testing）系統“MEXCBT”來收集在線與離線的各種測驗數據，利用教師和學生的數字終端，借助這個系統工具，校內測試全部在終端上開展，它大大減輕了教師紙質試卷制作和回收等工作負擔。另外，利用CBT系統還可以管理學習狀況、進行學習分析，節省了對每個學生的管理，學生也更容易基于此制定自己的學習計劃。所以，CBT系統對實現教育數字化轉型是不可或缺的一部分。新加坡的實踐是開發了全國學生學習空間e-Learning平臺[4]，該平臺已在所有學校應用，利用各種高質量資源和人工智能技術為學生提供個性化學習。這是加快教育領域數字化轉型的第一步。

所以，筆者建議，我國教育部也應該利用現有的國家智慧教育公共服務平臺[5]，建設一個數據庫，收集學生的各類測試數據、不同錯題和正解等類型的數據，以及提供具有多種功能的e-Learning服務，開發統一的國家教育數據庫，以及與各省市建立的云教育平臺數據庫連接和數據共享，基于這些數據的實踐勢必引發教育或教學的革新。同時，應加快建立教育數字化生態系統。例如，政府和學校與教育信息技術或教育技術企業第三方加強合作，有助于教育生態系統的數字化，這種合作也有助于促進信息技術公司的業務擴展，以幫助教育部門實現數字化。可靠的數字教育生態系統，還可以吸引教育技術領域的投資者來投資教育數字化業務并支持該領域的增長。另外，我國的教育數字化轉型，需要在實現教育數字化轉型過程中完善終端和使用終端的云環境等基礎設施建設。

三、教育數字化轉型的成功模式

過去我們認為教育信息化會帶來教育革命，但30多年過去了，這場革命遲遲沒有到來。然而，今天的教育數字化轉型將徹底改變教育教學方式、流程及內容，它將改變我們的傳統教育教學理念和定勢思維，帶來一場真正的教育革命。長期以來，我們提倡“個性化學習”“因材施教”及“有教無類”等理念和原則，但真正實踐起來困難重重，一直以來這些理念只是一種教育理想。其原因在于教育信息化只是將信息技術應用于教育，沒有因此而改變教育整體的結構，也沒有從信息技術應用這一過程中產生深刻的洞察，也就難于創造新教育模式。教育信息化與教育數字化轉型的區別在于，“教育信息化”其主要的功能是對現有事物進行“替代（Substitution）”和“增強（Augmentation）”，如“把紙筆測驗采用PDF格式傳送到平板電腦上”，這是替代，“在平板電腦上進行測驗，實現評分自動化”，這是增強。但這兩者并未改變教育結構，而“教育數字化轉型”是對現有事物進行“變革”和“重新定義（Redefinition）”，在這一變革過程中，學生將以主體性開展學習，并朝著我們所追求的未來教育應用數字技術，這是教育數字化轉型的明顯標志。

但問題是，各國學者在闡述教育數字化轉型后的教育和教學改革形式時，都不約而同的提到了在線教學和在線直播教學，以及MOOC和翻轉課堂等模式。我們認為，這不是教育數字化轉型的成功模式。大學MOOC退課率高而飽受詬病這是眾所周知的，疫情期間雖然世界各國中小學生也開展了線上教學，但很少有大規模研究和數據報告其學習效果。以美國政府支持下提供個別教育計劃的特許學校為例，一些特許學校開設了網上學校項目，所有課程都在網上進行。最近的一項關于這些學生在線學習效果的研究備受關注。針對在這個網絡學校上課的20萬名學生的學習成果，項目組發表了一項研究結果，接受在線課程并完成學習過程的學生學習成果，與實際在學校教室上課學生相比有很大的差距。最大的問題是在線授課很難讓學生們集中注意力。在網絡學校的學生中，只有2%的學生在閱讀方面比在教室里上課的學生成績好。特別是在數學

上，88%的在線學生得到了“明顯較弱（Significantly Weaker）”的評價[6]。

根據這一結果，教育者認識到了在線學習的風險，在改革學習方法的同時，教師在課堂教學中的作用也受到了廣泛關注。要想讓學生能夠專注于學習，有學習的欲望和動機，就必須要有能成為他們榜樣的人，自己做不到的事情能讓他們看到別人能夠做到，自己做起來有難度的事情能和同伴一起來解決，這些都能提高學生的學習能力和產生學習熱情。

產生學習熱情還需要受到鼓舞和感動。日本的一位中學教師做過一項調查，她將學生分為三組：對讀了文章后覺得感動的地方畫線組、覺得重要的地方畫線組、什么都不畫線組，并對三組學生進行了閱讀能力測驗。結果顯示，在感動的地方畫線的小組學習能力最好[7]，因為，人類的大腦會牢牢記住感動的事情。

人不會被機器激發，如果自己的榜樣不是人，學生的學習能力就會受到很大制約。培養學生熱情的是與學生共享相同心情，產生共鳴的能力。這種共情能力是和學生一起在教室里度過，聽學生說話，通過非語言交流來創造教室世界而形成的，教師必須是人。

為什么目前的在線授課不是教育數字化轉型的模式？因為它缺少了教學的基本要素。我們知道，同樣是在線授課可分為同步型和異步型兩種，兩者是完全不同的。同步型的在線課程如直播課，教師和學生之間雖然不共享空間，但是他們共享時間；異步型在線課程如MOOC，教師和學生既不共享空間又不共享時間，課堂上傳達給學生的只有信息，這兩者都缺少離線、面對面教學的主要因素。教學這一行為的基礎至少是共享時間。也就是說，如果不是生活在同樣的時間里，那根本就無法開展教育。

大學教育的根本是不但要教師和學生共享時間和空間，還要共享學術問題。為此在線授課也應該是同時、雙向型的。大學的課堂授課不同于“YouTube”“MOOC”和校外培訓機構的視頻課程。因為授課教授會點名讓上課時注意力不集中的學生回答，學生在上課時總是帶著“不知道什么時候被點名”的緊張感而學習。為此，真正教學至少要共享時間，所以至少是在線直播課堂才可以稱得上“教學”。共享時間和空間及學術問題是大學數字化轉型成功模式的要素，如果在虛擬空間里如基于虛擬現實技術、元宇宙技術所開發的環境，又適應了個性化需求的授課，并且是精心制作適合點播的教學內容，再讓最擅長授課的人來教，配置多數的助教來幫助學生。只有滿足了這些條件的未來型在線教學才是教育數字化轉型成功模式。在這種情況下，聽課人數眾多，還能夠收集到教育大數據，這是一舉雙得的事情。總之，具備了教學要素的在線授課，消除了空間和時間的障礙，可以稱其為重構的教學，是一種成功的教育數字化轉型模式；而在線下課堂中，增加學習分析技術和人工智能技術，隨時分析數據并向教師提供分析結果的可視化數據，基于這些證據所開展的教學才可以稱其為重構的教學，這也是教育數字化轉型的成功模式。

因此，教育數字化轉型成功的教育應該是“數據驅動型的教育”或“證據型的教育”，統稱為“循證的教育”。所謂循證的教育是指：“通過分析教育數據獲得證據，通過教師共享證據，來改善教育”。雖然與數據驅動型有細微差別，但目標方向相同。然而，目前的教育是基于經驗的，而不是基于證據的。如果不是基于證據，即使是引入數字化技術，只不過是將教學轉移到電腦上而已。相反，大數據技術和人工智能技術的教育應用，其結果將發現潛在的有價值的教育教學模式，產生數字化洞察力，它將徹底改變傳統教育。

四、實施數字技術支持的教學改革的基礎

學生獨自一個人對著電腦，利用技術高度發達的自適應學習系統或智能導學系統學習，這種情況并不能稱為教育數字化轉型成功的模式。因為采用適應性學習技術、開展個別化學習方法，在解決“因材施教”這個問題時，隨之而來的出現了一個社會性問題——教育公平問題。

適應性學習技術，將學生置于獨立的個別化學習狀態，系統根據上述操作日志、計算過程、回答等數據，提供與學生能力水平相適應問題，幫助學生越過障礙完成學習任務，這種策略背后的基本邏輯是：系統判斷學習者能力水平，向低水平的學習者提供較低水平的內容，向高水平學習者提供較高水平的內容開展學習。

由于是獨立學習，大家分別在各自水平內學習與之相適應學習內容，與不同水平學習內容之間沒有交互，并且與不同水平同學間也沒有交涉；在此過程中，失去了較低水平學生挑戰較高水平內容學習的同時，也失去了較高水平學生幫助較低學習水平學生完成問題解決過程的機會，高水平學生也就失去了教授同伴的機會，與精致化加工失之交臂，較高水平學生失去了借此提高自己機會。從三類不同水平學生間學習來看，該學習過程缺失了相互學習、相互借鑒的互惠學習機會，達不到相互助長之目的。

所謂的精致化加工理論是指，與伙伴的語言溝通能促進個人內在的主動信息加工，以利于知識連結形成適當的知識網絡，伙伴間的相互提醒，也能使個人辨識使用某一知識的適當情境脈絡，使所儲存的知識具有使用的價值。上述方法也稱為“主動學習”，能保存住90%的學習內容[8]。眾多的學習科學理論闡釋了：與單獨一個人學習相比，大家一起學會學到更多。如社會心理學的“社會促進現象”，維果茨基的“文化中介”“社會動機”理論，我國古代學者的“獨學而無友，則孤陋而寡聞”（《禮記·學記》）等，特別是在以“競爭為特征”的我國學校文化背景下，大家在一起學習的效率會更高。因此，開發基于“群體智能技術”的自適應學習系統，可能是未來解決這一問題的方向。

五、教育數字化轉型促進高中物理糾錯教學目標的實現

那么利用數字技術開展教育數字化轉型的教學如何開展？其效果為何？以下筆者將以物理糾錯教學實證研究為例，闡釋數字技術支持的教學改革，這一改革的目標是讓每一名學生都能夠達成學習的目標。

（一）研究的背景與問題

我國基礎教育的教與學目標是每一位學生都達成學業目標、每一堂課都實現教學目標。與言簡意賅的陳述目標相比，實現這一目標并不容易。因為，與國外分層教育、均一編組開展教學相對照的是，我國基礎教育實際情況是依據教育公平原則而均衡編班，也就是“好中弱”在一個班級共同學習。在人數眾多的整班教學條件和照顧到個體差異情況下，按照“因材施教”和“有教無類”原則實施教學，需要設計“績優生”“臨界生（中等生）”及“薄弱生”都達成教學目標的教學方法。

傳統的整班教學在某些情況下也可以使一些臨界和薄弱學生達成教學目標，就是開展教師糾錯教學，但糾錯教學卻很難滿足績優生的學習。為此，本研究中，筆者改革傳統教師糾錯教學法，增加“同伴教學”環節，績優生通過合作學習在“教薄弱生”過程中提高自己使自己達成目標。因此，針對每位學生設置能夠達成一定理解程度的基礎目標，即教材目標，針對薄弱生設置能夠解決疑惑的糾錯目標，針對績優生設置能夠運用知識挑戰發展性問題的提高目標，在教學中，教師對基礎目標開展全班的集中講授，對糾錯目標和提高目標則組織小組合作學習，實施同伴教學等互惠學習，最后教師面向全班或個人進行查缺補漏式指導，在此過程中，教師既解決了薄弱生的疑惑，同時激發了績優生的成就感并引導他們挑戰更高的學習目標，不僅解決了三類學生應達成的學業目標，也大大降低了教師教學負擔，提高了教學效率，重構了傳統全班教學流程[9]。

“糾錯教學（Error Correction）”是徐曉東及研究室自2000年開始的“概念轉變（Conception Change）”研究的繼承，以及最近幾年發展起來新主題和新領域。近些年，隨著人工智能技術再度興起與大數據技術的發展，自適應學習系統也獲得了新生，取得了巨大進展，“學習錯誤（Learning Errors）”研究又開始受到了研究者的重視，重新回到研究的視野。學習錯誤研究不僅僅是各種個性化學習系統，如“自適應學習系統”“智能導學系統”等技術的基礎，也是教師有效教學的基石。另一方面，這些技術的教學應用，使得教學全過程數據的采集和分析，以及對學習錯誤進行建模和快速識別成為可能，為教師在教學過程中有效開展糾錯帶來契機。

但目前，在數字化課堂環境中的糾錯教學依然存在問題。教師認為，教授了正確做法，錯誤的做法自然就會被正確解題方法所取代。根據概念轉變研究的結果，錯誤的方法依舊存在[10]，并在線索充分的情況下，錯誤規則或迷思概念會被學生重新采用。另外，如上所述，教學中雖然采用了信息技術改革教學，但它并未在糾錯教學中發揮其關鍵的作用。

截至目前，有關糾錯教學研究已經從20世紀70年代早期的行為主義范式發展到20世紀80年代的認知主義范式，再到現如今的建構主義范式，發生了三個轉變，其對學生錯誤的認知也發生了明顯的變化，錯誤不再被視為不允許（Permission）出現錯誤，而是通過促進（Promotion）錯誤來發展學生的學習和促進知識的發展[11]。然而，在具體教學過程中，基于學生錯誤特征或錯誤模式，能夠向教師提供實時教學建議的工具還相對較少，大部分工具僅提供學生答案的正確率或錯誤率[12]。

大數據技術與機器學習算法的發展，可實現即時地獲取、分析和預測學習錯誤，可支持教師快速獲得學生錯誤類型和錯誤模式，減輕教師的認知和教學負荷，以此幫助教師在學情分析或在教學前做出適應性的調整。

本研究中，所采用的智學系統是一種“借助大數據和人工智能挖掘學生學業數據，分析學生常態化學情，幫助教師設計課堂教學重點，聚焦共性薄弱知識點，有效提升教學效果”的數字技術和工具。簡單來講，它包含網絡平臺系統和教學與管理展示前端，以及通過無線網絡連接的教師與學生Pad終端。

本研究中作為數字技術支持糾錯教學其作用體現在兩個方面：一是，利用眾多學校的學習者使用該平臺的數據，可以利用數據挖掘技術對學生錯誤模式進行分類；二是，對使用平臺進行作答的學生答案自動進行統計，及時計算并表示學生答案的分布和比率。

（二）實驗研究過程和方法

1.被試

本研究的被試來自廣州市某公立高中一年級三個自然班的學生，總共有110人參與，均由本論文第二著者劉老師負責授課。實驗開始前，劉教師將每一個班級分為8個小組，小組人數為4至6人。由教師事先按照學生物理學習成績和能力編排成異質小組，小組設置組長，并要求在討論問題時按照順序，由組內薄弱生先發言，中等生做補充。最后由績優生講解或總結。

2.實驗工具

研究使用的前后測由劉老師統一編寫，測試內容是“機械能守恒”的知識點，考察學生對概念的理解、原理運用及公式推導和運算。筆者按照滿分為100分的標準對學生前后測成績進行了處理。

3.實驗環境

本研究的實驗環境為智慧教室環境，所使用的工具是上述的智學系統，在糾錯過程中，教師可以利用教師端Pad向學生推送預設的習題，并及時查看測試的正確率和錯誤率，以及對應學生的具體答題情況。

4.教學設計

本研究的新授課于2022年5月開展，糾錯教學內容是高中一年級物理，采用的教材是粵教版物理必修第二冊第四章第七節《生產和生活中的機械能守恒》，教學的核心內容是“機械能守恒的判斷方法”，這一判斷方法以“做功條件分析法”和“能量轉換分析法”來判斷，而在一個物理系統中機械能是否守恒，其“機械能守恒應用的基本思路”可以分別從“守恒觀點”“轉化觀點”及“轉移觀點”三個基本觀點來分析。基于上述教學內容，課上，學生利用機械能守恒應用基本思路來判斷、回答教師所設計的三個練習題，這三個練習題答案正誤判定分別對應上述三個基本觀點，即第一道題答案的判斷依據是守恒觀點，第二道題答案的判斷依據是轉化觀點，第三道題答案的判斷是轉移觀點。每一道題中一般有1—2個問題，每一個問題有2—4個（如A、B，或A、B、C、D）選項，這些選項中除少部分正確答案外，大部分是錯誤答案，這些錯誤答案是根據大數據分析和統計得出的學生代表性錯答，或者是教師從歷年于各班教學和考試中收集的學生代表性錯答，每一個錯誤答案代表了學生常出現的一類錯誤，這些錯誤類型包括了學生的系統性錯誤（Systematic Errors）。如果按此進行糾錯教學，可以轉變學生的所有系統性錯誤，這一教學設計的思想所依據的是上述建構主義倡導的促進錯誤的教學方法。當然，一些學生可能會有因答題速度慢、來不及提交答案，粗心大意以及選錯選項等非系統性錯誤情況，這些個別錯誤要靠老師通過提問逐一確認并進行教學糾正。

5.實驗計劃

（1）準實驗設計

本研究采用單一因素的實驗組、對照組和控制組三組對比前后測準實驗設計。其中8班為對照組（35人）、9班為實驗組（42人）、10班為控制組（33人）。實驗組（9班）和對照組（8班）在智慧教室采用智學系統，開展基于數字技術支持的糾錯教學，控制組（10班）在普通教室采用電子白板和傳統的糾錯教學方法開展教學。

數字技術支持下實驗組“機械能守恒應用”糾錯教學的過程如下：第一步，教學開始前首先對學生進行了實驗的前測，然后在教師分別采用細致的講和解的技巧完成教授后，學生開始回答教師所推送的問題；第二步，學生按照老師布置問題進行個人獨立思考，然后提交答案；第三步，包括兩個環節。一是，教師在自己終端上看到答案統計后，老師不公布小組答案，而是立即布置小組討論并在組間進行指導。二是，小組討論過程中，教師迅速對個人提交答案和特異錯誤類型進行截圖，以備第六步糾錯環節時使用；第四步，組長帶領小組同學開展討論和同伴教學，討論中各小組按照教師要求依次發言，如果不需要講解則直接做小組總結；第五步，小組討論后，組長提醒各位同學重新提交討論結果的答案，教師在智慧黑板大屏幕上展示經小組討論后的個人答案；第六步，同樣包括兩個環節。首先，教師瀏覽大屏幕呈現的答題記錄，針對學生第二次提交答案中的錯誤答案，叫起組代表回答解題思路，并一一進行解題和糾錯的指導。其次，老師對照著第二、三步中的學生答案截圖，將當初獨立提交解答時出現錯誤的同學一一叫起，學生回答錯誤原因，教師詢問是否在小組合作中有所收獲，然后再一一指導，直至所有同學的錯誤都得到糾正。最后，教師才講解正確答案的解題過程。這樣，對“好中弱”都一一進行了指導。下課后，教師對全體學生進行相應知識點的后測。

而對于對照組，在上述教學各環節中缺少了兩個環節。一是上述實驗組的第二步和第三步的部分內容，即教師推送完練習題后，立即組織學生開展小組討論解決問題，教師沒有要求所有同學提交獨立解題答案；二是，缺少了實驗組第六步中第二個環節，即沒有一一比對獨立解題結果和小組討論后個人解題結果，以及找出仍然出錯的同學進行個別化指導。所以對照組的教學步驟是實驗組的第一、三（第一環節）、四、五、六（第一環節）的步驟。實際上，實驗組和對照組采取的不同教學環節代表著糾錯指導過程中的不同策略。

最后，控制組是在常規的傳統教學模式下開展的糾錯教學，也即教師在學生答題過程中，進行桌間巡視，通過短暫幾分鐘的觀察發現哪些同學出現了錯誤，再通過猜測和直覺隨機選定一些可能具有代表性錯誤的同學，讓其在教室前面黑板上寫出答案，并據此開展糾錯教學。

（2）自變量和因變量設計

在準實驗研究中，自變量是教師所采取教學決策類型和糾錯指導策略類型，因變量是學生與本課內容相關的物理測驗成績。決策類型，包括基于數據的決策和基于經驗的決策兩種類型。在實驗組和對照組條件下，教師主要通過智學系統獲取學生的答題數據。在控制組條件下，教師通過課堂桌間巡視，隨機和憑借直覺或猜測獲取學生的答題信息（非數據）。而糾錯指導策略是指，教師在糾錯過程中所實施的不同步驟，包括基于數據一一核對、對出錯所有同學進行指導，以及僅對隨機或猜測選中的部分出錯同學進行指導。

具體而言，在實驗組條件下，教師通過截取所有同學的答案作為依據，在教學環節的第六步時，對第二步初答中出錯的同學與第五步再答比較中依舊出錯同學依次提問、進行當堂指導，對于初答錯誤而再答正確的同學詢問是否在小組合作中得到同伴的幫助，對于初答和再答均錯誤的同學詢問原因，或讓其上講臺在黑板上演示解答過程并予以糾正。對照組條件下，雖然也是在相同的智慧教室環境下，教師沒有利用初答和再答之間比較結果對出錯同學一一確認，僅在第六步驟隨機、通過猜測指名同學起來回答解題思路并予以糾正，指導出現錯誤的同學。控制組條件下，由于沒有所有答題答案的展示結果，教師主要通過猜測、隨機選取同學詢問答案，有錯誤者予以糾錯，沒有錯誤者讓其坐下，并以繼續點名的方式進行指導。

（三）數據統計檢驗與結果

在數據分析方法上，本研究選取配對樣本t檢驗方法和非參數檢驗方法。t檢驗主要應用于三個班級與三類學生學科成績的前后比較。非參數檢驗主要比較三個班級與三類學生之間的學科成績比較。由于三個班級的學科成績不符合正態分布，因此使用Kruskal-Wallis秩檢驗各班和各類學生學科成績的秩均值是否存在差異。數據分析結果如下。

1.不同班級內的前后測成績分析

表1展示了各組內的前后測成績比較結果。通過對三個班級學生前后測成績進行配對樣本t檢驗，實驗組后測與前測之間存在著顯著差異（t=-2.838，p=0.007），對照組和控制組前后差異并不顯著（p>0.05）。三個班級的后測成績一定程度上有所提升。這一結果符合研究者預期。

2.不同班級間的后測成績比較

對三個班級學生前后測成績進行非參數檢驗，結果如表2所示。三個班級的前測成績之間差異并不顯著（p>0.05），三個班級的后測成績之間存在顯著差異（H=11.257，p=0.004）。其中，實驗組與對照組存在著統計差異（p=0.003），實驗組與控制組和控制組與對照組間的差異不顯著（p>0.05）。但從秩均值來看，實驗組>對照組>控制組。秩和檢驗的目的就是為了排序，所以這一結果也符合研究者的預期。

3.各組不同學生類型的前后測成績比較

將各班三類學生的后測和前測的成績相減，通過比較前后測成績差值可以發現，如表3所示，實驗組三類學生成績均有所提升，其中，中等生提升效果相對其他兩類學生較為明顯，其次為薄弱生。對照組三類學生績優生體現最為明顯，其次為薄弱生，中等生體現不明顯。控制組三類學生僅有中等生體現明顯。可以看出，實驗組條件下，各類學生的學科成績提升效果為均衡，而對照組和控制組有所區別，前者績優生獲益效果相對明顯，后者中等生獲益效果相對明顯。

（四）討論

1.作為糾錯教學干預的效果

首先，從各組內的前后測成績比較統計的結果來看，實驗組的成績與對照組和控制組的成績都存在著統計上的顯著差異，這個差異反映的是自變量的效果，表明了本實驗的自變量或教學干預起到了主要作用。再從各組間的后測結果比較來看，三個班級的后測成績之間存在顯著差異，并且從秩均值結果來看，實驗組>對照組>控制組，這進一步證明自變量或教學干預的有效性。這個自變量就是三個班在教師所采取教學決策類型和糾錯指導策略類型上的差異，也就是實驗組糾錯教學步驟中的第三步的第二環節和第六步的第二環節，即“教師對出現錯誤的學生回答進行截圖，先不向全班公布答案”“教師對照該截圖一一叫起出錯同學，回答錯誤原因，并詢問是否在小組合作中有所收獲，然后一一指導”所起到的作用。

我們看到這兩個步驟是相互關聯的，這一聯系反映的是實驗設計者的設計意圖，彰顯出了數字技術的功用。即，利用小組合作學習在同伴教學、互惠學習之后，同學們雖然糾正了一些錯誤，但不一定能夠糾正所有錯誤，從最后班級數據看板上顯示出，雖然大部分組的答案比較集中于正確答案，但還是有少數組出現了錯誤答案，這表現出學生存在不同錯誤模式的證據。

本研究在智慧教室環境設置了兩個實驗組，就是為了細致地比較雖然在相同智慧教學條件下，決策和指導策略不同，會造成整班教學情況下產生不同的學習效果。借此強調的一點是，不僅智慧教學環境對學習效果具有影響，教師的決策和指導策略更加具有影響。有了智慧教學環境和學習條件不一定就能提高教學效果，還需要教學決策和指導策略在此發揮作用，“僅僅引入新技術永遠是不夠的，只有先進的技術與新的運用方法相結合時才能產生巨大的作用”[13]。相反，采用了先進的技術，而教學方法依舊如新瓶裝舊酒，教學效果和學習績效就不會有所改變。

另外，是否所有同學錯誤都得到了糾正、并接納了同伴的意見而轉變了錯誤？只憑借小組討論后再次作答的結果，還不能充分反映出個人上述實際情況，需要教師對初答出錯同學的理解和轉變情況予以確認，也就是實驗組的第六步，“教師利用事前的截圖與再次提交的結果比較、一一進行提問、確認出錯同學的思路，并回答是否接納了同伴的意見、轉變了錯誤”。教師之所以能夠如此操作，能夠完成這一步的指導，完全是因為數字技術能夠展示所有學生的個人解答結果，并留有記錄使然，才能夠實踐個別化糾錯，完成“完全轉變式教學”。可以說，沒有數字技術“完全展示所有結果”是不可能完成這一環節指導或教學的，它彌補了傳統糾錯教學所缺失的部分，做到了傳統糾錯教學無法做到的環節，這一功能和教師的“完全轉變式教學”技術，是傳統糾錯教學是無法實施的。這就是數字技術和教學技術提高教學效果、實現完全掌握教學以及促進教學目標實現功能所在。

最后，從對表3結果來看，實驗組三類學生在實驗中的學習效果都有不同程度的提高，但臨界生（中等學生）和薄弱生提高幅度較大，這表明這種基于“數據決策”和“一一核實、全部指導”及教學步驟嵌套式的干預比較適合中等生和薄弱生，也許是因為同伴教學時間不夠充分，或者是留給績優生指導同伴的機會不多的緣故，績優生從中獲得收益沒有對照組中績優生獲得收益多。從對照組的教學步驟上看，教師向學生推送問題后就布置學生答題，之后便開展小組合作學習，這樣省略了讓學生先獨立思考、并完全解答、再提交答案這一步，因此為后續討論環節節省了大量時間，績優生就有了更多時間在小組討論中指導另兩類同學。這一解釋是一種推論，還需要結合錄像統計小組討論話語分析和通過學生的事后訪談來進行推論和證實，這是今后的課題。最后，在控制組中只有中等學生成績有所提高，這再一次驗證了傳統教學中的正態分布理論。

2.傳統糾錯教學法的問題和付諸數字化過程的解決策略

傳統的糾錯教學大致過程是，教師“出一道題”然后桌間巡視，利用學生作答時的有限時間盡量多地觀察不同學生解題過程，發現持有各種不同類型錯誤的同學，讓學生上臺去板書展示答案。這種傳統糾錯教學流程中，老師利用隨機觀察，憑經驗猜測某個學生是否具有代表性的錯誤并展示錯誤，再讓有相同思路和結果的同學舉手，教師加以確認，這實際上是由“人工”聚類將學生劃定一個錯誤群（Cluster），是一種低效的做法。第一，如果觀察不準確，或選擇的學生不具有代表性，就失去了識別某類特定錯誤的機會；第二，由于時間緊、觀察不全面，教師難以發現所有具代表性的錯誤特征“標簽”，極有可能忽略了一些重要的錯誤類型，這就導致應該糾正的錯誤沒有被發現，不能對所有錯誤進行糾正，因此一些學生就不一定達成學習目標。

教育數字化轉型模式下，教師事先利用平臺的大數據分析結果知識，劃分學生的常見錯誤類型，再針對類型進行指導就能最大程度解決所有問題。

我們看到新舊糾錯教學流程截然不同。舊教學流程需要以一個學生為“標簽”以人工方式靠猜測來歸納錯誤類型，顯然，僅憑教師一己之力短時間內找到所有標簽化的錯誤群是很困難事情，所以整個教學流程顯然不夠精準。而新流程借助系統自動對學生答題結果判別和統計，精準地識別錯誤群，進一步點名沒有落入錯誤群的學生進行個別化再指導，最終達成人人達標。數字技術改變了原有流程，為原有課堂教學創造了新的糾錯教學模式。這是數字化轉型的典型案例。

六、未來研究問題

作為未來的研究，隨著更加復雜算法的運用，可以實現對自由回答結果（非結構化領域的數據）進行識別、聚類、推斷，并可視化學生不同問題解決過程，這無疑是對教學決策提供了更加完善、精準的輔助關鍵數據或信息，這些條件構成了更為細致的精準教學基礎，也更加符合當前對教育教學評價的改革要求，是未來研究與實踐的重點突破方向。

未來我們還應該關注教育數字化轉型如何促進我國基礎教育目的的實現。培養學生的創造性是教育終極目的，數字技術教育應用不僅創造了教學新模式，也要為學生的創造性提供發展的土壤。這就要求軟件系統能夠進行復雜算法運用，對非結構化數據進行整理并挖掘，自動化分類和分析學生自由回答問題，增進學生的創意解題思路，培養其創造性，這樣，就能向著實現我國基礎教育的目的邁出堅實的一大步。

參考文獻：

[1] Stolterman E，Fors A C.Information Technology and the Good Life [A]. Kaplan B，Truex D P，et al.Information Systems Research [C]. Boston：Springer，2004.687-692.

[2] Brooks C，McCormack M.Driving digital transformation in higher education [EB/OL].https：//library.educause.edu/resources/2020/6/ driving-digital-transformation-in-higher-education，2022-12-17.

[3] 文部科學省.GIGA スクール構想の下で整備された 1人1臺端末の積極的な利活用等について [EB/OL].https：//www.mext.go.jp/ content/20210713-mxt_jogai01-000011648_1.pdf，2022-12-06.

[4] Singapore Ministry of Education.Educational Technology Plan [EB/OL].https：//www.moe.gov.sg/education-in-sg/educationaltechnology-journey/edtech-plan，2022-11-14.

[5] 中華人民共和國教育部.國家中小學智慧教育平臺[EB/OL].https：// www.zxx.edu.cn/，2022-11-14.

[6] Woodworth J L，Raymond M E，et al.Online charter school study 2015 [R].Palo Alto：Center for Research on Education Outcomes，2015.

[7] どうなる教育の未來.テクノロジーや人工知能により學校と社會はどうなっていくのか― 第10回 EDIXレポート | Think IT（シンクイット） [EB/OL].https：//thinkit.co.jp/article/16454，2022-11-02.

[8] 成小娟，張文蘭等.電子書包在小學語文閱讀教學中的應用模式及成效研究——基于學習成效金字塔理論的視角[J].中國遠程教育，2017，（4）：57-64+78.

[9] 徐曉東.“雙減”政策下全班教學法的改革[J].中國電化教育，2022，（4）： 26-33.

[10] [美]索耶.徐曉東等譯.劍橋學習科學手冊（第2版）[M].北京：教育科學出版社，2021.98.

[11] Wong S S H，Lim S W H.Prevention-Permission-Promotion： A Review of Approaches to Errors in Learning [J].Educational Psychologist，2019，54（1）：1-19.

[12] Mandinach E B，Schildkamp K.Misconceptions about data-based decision making in education：An exploration of the literature [J]. Studies in Educational Evaluation，2021，69（2）：100842.

[13] Freidman T.The World is Flat [M].London：Penguin Books，2006.

作者簡介：

徐曉東：教授，博士，博士生導師，研究方向為教育技術和學習科學。

劉宇虹：中學一級教師，研究方向為高中物理教學。

吳劍南：在讀博士，研究方向為教育技術和技術支持的教與學。

An Empirical Study of Educational Digital Transformation to Promote the Achievement of Error Correction Teaching Goals in Senior Physics

Xu Xiaodong1， Liu Yuhong2， Wu Jiannan1

（1.School of Information Technology in Education， South China Normal University， Guangzhou 510631， Guangdong； 2.Zheng Zhongjun High School in Zengcheng District， Guangzhou 510631， Guangdong）

Abstract： Digital transformation of education is by far the most powerful paradigm and effective way to drive innovation in teaching and learning. In traditional whole-class teaching， teachers randomly select students with representative errors based on their experience and guesses to correct errors， which is inefficient due to the inability to accurately select the target students. However， digital technology can fully display the results of all students answers， which provides the necessary conditions for accurate error correction. At the same time， the combination of digital technology and the teachers teaching design can also reduce the number of errors and improve the efficiency of error correction by clustering similar errors of all students. Based on this， the application of digital technology in teaching can achieve precise teaching and reshape the traditional error correction teaching. Through the practical application and empirical study of digital transformation in error correction teaching， this paper shows the theory of digital transformation in education and its practical orientation of “teaching applications of digital technology”， which highlights the unique value of digital transformation in education for teaching and learning innovation and provides a model for researchers to carry out research and teachers to practice digital transformation in education.

Keywords： digital transformation in education； digital technology； error correction； whole-class teaching； empirical study

責任編輯：宋靈青