數據科學視角下初中數學差異性教學探索

【摘要】現代信息化教育是當代課堂教學中的重要研究方向之一.合理運用現代化信息技術，是新課程標準的要求所在，更是教育資源優化的必經之路.初中數學學習階段是學生數學思維發展、提升的關鍵階段，提高課堂教學質量、滿足個性化學習需求、培養自主學習能力，是當下初中數學教育的核心目標.結合信息技術的差異性教學模式創新，正是應對初中數學教學挑戰的良策.教師需要從數據科學的視角對學生的學習數據進行整理、分析，依托分析結果設計差異性的教學內容和學習任務，讓不同基礎的學生都能在適合自己的學習節奏中取得進步，從而提高學生學習效果，增強學習興趣和自信心.

【關鍵詞】初中數學；數據科學；差異化教學

近年來，數據科學的興起為初中數學教學帶來了創新性的方案選擇.通過運用數據分析技術，教師可以深入了解學生的學習模式、偏好和表現.這種數據驅動的方法使得個性化學習和精確評估成為可能，從而將教育路徑量身定制給每位學生.探索數據科學方法的融合，目標是賦予教師以基于證據的策略，優化教學方法，及早發現有困難的學生并提供及時干預.本文根據筆者教學實踐案例，提出基于數據科學的現代差異化教學探索.

1 數據科學視角下學生學習數據的運用

1.1 做好數據摸底

在數學教學中，教師可以通過收集學生的學習數據來做好數據摸底工作.如圖1所示，筆者收集了某一學生A的十次日常測驗、作業練習、課堂互動、錯題筆記、小組討論、數學競賽等多方面的數據.

具體來看，學生A在10次日常小測中存在成績波動，第3次和第7次出現大幅下滑，說明其對知識的掌握不夠及時和鞏固.在10份作業完成質量方面，學生A存在完成不規范的情況，顯示出學習自覺性不足.在10次課堂互動中，學生A的發言和提問次數較少，反映出其課堂積極性有待提高.學生A的錯題本記錄不夠完整和規范，無法很好地體現對知識點的系統理解.但從3次小組作業情況看，學生A能發揮積極作用，具備團隊合作精神.而從2次數學競賽中的得分率顯示，學生A運用所學知識解決問題的能力仍需繼續提高.學習數據可以全面反映出學生A的數學學習狀態、學習效果以及存在的問題.

收集學生學習數據可以更充分地了解每個學生的學習特點，發現他們存在的學習需求，以便教師針對性地采取有效的教學方法.舉例來說，通過對學生A數據的分析，可以看出月考成績存在較大的波動，完成作業的情況不穩定.教師需要采取具體的幫助措施，例如增加錯題練習的次數，加強對作業完成情況的檢查，以減輕學生A的學習短板.充分利用各種維度的學習數據來發現每個學生的學習狀態，對教師實施精準的差異化教學策略非常重要.學生學習數據為我們提供了定制適合每個學生小范圍的教學方案的依據.深入分析了解每一位學生的學習特點和需求，教師才能在后續的教學中有針對性地采取差異化大范圍的教學方式，讓每一位學生都取得最大化的學習效果和進步.

1.2 依托數據科學分析

在獲取學生學習數據后，教師需要對數據進行處理，以便更好地指導教學.數據處理的重點是根據不同的教學內容難度系數、作業難度系數等指標來分析學生成績.如前文所說，學生A在不同教學和作業難度下呈現出成績波動情況.學生A在教學難度較大、作業難度較高時，綜合成績較好.結合前文收集到的學生A的多方面學習數據（圖1），可以看出，學生A在教學難度和作業難度較高的情況下，學習效果和表現較好.

這與圖1中的學生A的錯題筆記記錄情況等數據呈現出的學習狀態是一致的.學生A的錯題本記錄不夠完整和規范，無法很好地體現對知識點的系統理解.這說明學生A對一般難度的知識掌握不夠系統和鞏固.而當教學難度和作業難度較高時，學生A的成績較好，說明其對較難知識的掌握效果較好.因此，處理學習數據后我們可以看出，教師需要針對性地調整教學內容和作業難度，使其符合學生A的實際水平.例如對于較難的知識點，教師可以采取歸納總結、逐步遞進的教學方法，并提供大量例題練習.在作業設計上，教師也要注意控制難度系數，給學生A布置一定量的簡單練習，逐步過渡到稍難的題目.只有做好數據處理，分析學生與教學內容的匹配程度，教師才能有針對性地采取差異化教學策略，真正提高教學質量.

依托數據科學分析，教師可以依托學生學習數據精準分層，設計現代化差異教學方法，對不同學習狀態的學生設計差異性的教學目標、教學內容以及教學練習.

2 數據科學視角下差異化教學的展開

2.1 差異化教學的實施原理

優秀的教育需要傳承并持續創新，初中數學教學中的差異化教學，繼承了“因材施教”的優良傳統，通過學習數據分析結果，針對每位學生的學習需求進行匹配，為他們提供適合其水平和興趣的學習內容.這些內容包括個性化課程、視頻教學、電子書籍等多樣化學習資源，從而幫助學生更好地進行個性化學習，提高學習效率和成績.

2.2 差異化教學具體方法

2.2.1 教學目標差異性

教師應始終以學生為中心，以促進他們的共同發展為目標，結合課程標準和教學內容來確定教學目標.在教學過程中，教師需要充分考慮學生的個體差異，并根據分層結果來劃分差異化的學習目標，以滿足不同層次學生的學習需求.

對于基礎層次的學生，他們的學習目標應集中在掌握基礎知識上.教師應在教學中注重講解基礎概念、公式和定理，并要求學生能夠運用這些核心知識解決一些簡單的數學問題.通過反復練習和強化，幫助他們建立扎實的基礎，提高他們的學習自信心和興趣.對于提高層次的學生，他們的學習目標應該是提升學習能力.教師需要引導他們掌握更高級的思維技巧和方法，如分析、綜合和推理等.此外，還應要求他們能夠靈活應用所學知識解決各種數學問題，提高他們的解題能力和應變能力.對于深入層次的學生，他們的學習目標應強調培養數學素養.教師需要引導他們深入理解數學概念、思想和方法，并要求他們完全掌握核心知識以及相關的拓展知識.同時，應鼓勵他們運用所學知識解決實際問題，培養他們的創新能力和解決問題的能力.

例如 針對滬教版數學七年級上冊“平行線與相交線性質”內容，筆者設計了差異化學習目標：基礎層次學生要求理解平行線、相交線性質，識別平行線和相交線的特征，理解平行線內角、同位角等性質，并運用這些性質解決簡單的數學問題.提高層次學生要求掌握平行線、相交線性質，靈活運用這些性質解決數學問題，同時梳理解決問題的思路和方法.深入層次學生要求通過自主觀察、操作、猜想、歸納、驗證和推理，深刻體會平行線與相交線性質的數形結合思想，能靈活運用這些性質解決較復雜的數學問題.

2.2.2 教學內容差異性

為了確保教學內容的精準性和適宜性，教師需要結合學習數據深入分析學生的學習情況，了解他們的學習需求和興趣，并精準把握問題解決方法的難易程度.

對于基礎薄弱的學生，教師需要關注他們的學習特點和需求，選擇簡單易懂的知識和方法進行講解，幫助他們建立扎實的基礎.同時，教師還可以采用直接引導與合作學習相結合的方式，關注學生的表現，及時糾正他們在學習中遇到的問題.這樣可以有效地幫助基礎薄弱的學生提高學習效果，激發他們的學習興趣和自信心.

對于基礎適中和基礎扎實的學生，教師需要采取啟發誘導和自主探究相結合的教學方法.通過引導學生深入思考和探究問題，讓他們親身經歷知識的生成過程，培養良好的思維習慣和方法.同時，教師還可以通過增加學習內容的深度和廣度，提高學習要求，鼓勵學生在學習中進行深入思考和自主探究.這樣能有效地滿足基礎適中和基礎扎實學生的學習需求，促進他們的學習效果和數學核心素養的提升.

例如 在教學滬教版數學六年級下冊“二元一次方程組”內容時，筆者通過簡單的例題引導學生掌握線性方程組的解法（消元法、代入法、加減法）及其特點.對基礎適中和基礎扎實的學生，引導他們學會運用多種方法解線性方程組，分析實際問題中的數量關系，建立方程模型，并靈活運用方程思想解決實際問題；對基礎薄弱的學生，則重點引導他們掌握基本的解法，筑牢解方程的基礎.通過差異化教學的方式，學生更好地理解了數學概念，掌握了解方程的方法，為他們的未來學習奠定了堅實的基礎.

2.2.3 作業練習差異性

作業是教學過程中至關重要的環節，是實現差異化教學的重要途徑.通過獨立完成作業，學生可以鍛煉自己的思維能力，同時培養學習的自律性.

在作業的布置上，教師應根據學生的學習情況和需求進行因材施教，量身定制作業.對于基礎薄弱的學生，應注重布置基礎性的練習作業，幫助他們掌握核心知識和方法；對于基礎扎實的學生，則應注重布置具有深度和拓展性的作業，培養他們的思維能力和解決問題的能力.同時，教師還應關注學生的興趣和特長，設計多樣化的作業形式，激發學生的學習興趣和動力.教師對于學生的作業要及時批改和反饋，幫助學生發現問題并及時改進學習方法.在批改作業時，教師不僅要注意學生的答案是否正確，更要關注學生的解題思路和方法是否合理、是否具有創新性.同時，教師還可以通過作業的批改了解學生的學習情況和需求，以便更好地指導學生的學習.

例如 針對滬教版數學七年級上冊“因式分解”內容，筆者設計了差異化作業，包括基礎、進階和挑戰三個層次.

分解因式 2a2n－5n，6a3－2a2+a，－4ax2+8axy－16ay2，4mx2－16my作為基礎作業，著重培養基礎層次學生的基本因式分解技能.進階作業聚焦應用，由提高層次和深入層次學生完成，涵蓋以下題目：

（1）分解因式：－3a3+9a2－18a;6ab（3x－y）+3b（2y－x）;4x2－25；

（2）若9x2+kxy+y2是一個完全平方式，求k的值；

（3）利用因式分解計算：20232－2022×2023;592+59×82－412；

（4）已知x－y=3，x2+y2=13，求x，y的值以及代數式x+y的值.

3 結語

數據科學在初中數學教學中具有巨大的潛力，其與差異化教學策略的結合為教育帶來了創新和變革.充分利用數據科學技術，教師能夠更好地發現和發掘學生的潛力，優化教學效果，實現個性化教學的目標.然而，數據科學在教育中的應用仍面臨一些挑戰，如數據隱私保護和數據分析的精確性等，需要持續探索和改進.因此，在未來的教學實踐中，筆者將繼續深入研究數據科學技術的應用，不斷探索更加有效的教學策略，推動學生學業進步和個性化發展.

參考文獻：

［1］張芳.核心素養培養理念下初中數學教學策略［J］.數理天地（初中版），2023，（07）：87-89.

［2］夏笛文.信息技術在初中數學教學中的應用創新與思考［J］.考試周刊，2023，（25）：100-103.

［3］孫雅敏.淺析信息技術與初中數學課堂的有效融合［J］.數理天地（初中版），2022，（15）：75-77.