基于數據分析的初中數學作業設計

作業設計是指教師結合具體教學目標所展開的設計，進而讓學生在非教學時間內完成其所布置的學習任務。作業應有的價值毋庸置疑。20世紀末開始，互聯網就不斷改變著人類的生活習慣。“大數據”這個新的概念也漸漸步入尋常百姓家，從高端應用逐漸演化為親民的、可掌握的技術。本文主要使用“智學網”平臺，在教學過程中通過“大數據”找出學生的普遍問題和個別問題，設計個性化作業，減輕負擔，實現提質增效。研究發現，教師使用數據分析設計數學作業，任務量小，針對性強，學生成績普遍有所提高，且有利于端正學生的學習態度，提高學習興趣。

一、作業問題在國內外的現狀

國外對作業的研究較早，作業形式多樣，作業內容和要求也因人而異。在美國，被稱為“家庭作業研究領域專家”的哥倫比亞大學教授Harris Cooper認為：“家庭作業對于初中學生的學習成績提高只占高中的一半。作業是否成功和作業布置類型與質量息息相關，同時也和學生對待作業的態度和技能，還有家長的期望與配合存在一定聯系。”

對于我國中小學階段的作業研究來說，更多地側重課堂的教育教學，而隨著課程改革的不斷深入，越來越多的教師關注到作業設計的有效性。“教學建議”里提出：注重信息技術與數學教學相聯系——重視大數據、人工智能等對數學教學改革的推動作用，改進教學方式，促進學生學習方式的轉變。

在新的教育形勢下，很多學校、教師都為此做了諸多嘗試，如“開放性作業”“主體性作業”“分層作業”等，創新了作業設計，激發了學生的學習興趣。目前在中國知網上搜索關鍵詞“作業設計研究”共有22472篇，通過搜索“初中數學作業設計”，共有1359篇相關文章，通過“大數據分析作業”搜索結果有419篇，以“數學作業”進行二次搜索只有3篇，該領域研究還處于初始階段，其中近兩年的主題有90%是在“雙減”政策下如何有效地優化作業設計。在“雙減”政策下，如何在減輕學生負擔的同時又擺脫舊的教學模式，在發展作業改革的同時又提高學生的能力已成為教師新的探究點。

二、人工智能平臺的功能分析

隨著數學專用人工智能技術的發展，面向數學教學與學習的軟件系統近年來也進入了大眾的視野，如“樂學一百”“智學網”“洋蔥數學”等智能學習平臺。本文主要使用“智學網”系統進行數據采集、分析。該平臺系統功能強大，對教學幫助較大，主要有以下兩方面。

一是系統的分析功能。教師通過掃描錄入學生試卷，就可以對班級每位學生的試卷答題情況進行分析、整理，形成年級、班級、個人的一系列學習報告，教師可以清晰地了解年級、班級、某個學生的情況。如該次測試選擇題部分，教師就可以查看學生具體選擇了哪個選項，各個選項具體人數各有多少，哪一道題正確率最高，哪一道題得分率最低，屬于哪一部分的知識點，都一目了然。這有利于教師全面把握班級情況，從而精準分析、處理問題，提高教學效率。

二是其智能組卷功能。智學網系統中自帶題庫，教師可以通過分析班級學情，自行選題組卷發給班級學生。它最大的一個亮點就是“個性化手冊”，能結合學生的解題情況自動生成錯題集（教師也能手動添加或修改題庫題目），學生不用再耗費大量時間整理錯題，可以有更多的精力集中在知識薄弱點上，從而提高學習效率，突破瓶頸，提升成績。

三、利用“智學網”系統數據分析進行數學作業設計

為了使練習題具有針對性與典型性，更好地給每個學生“對癥下藥”，“智學網”系統提供了合適的練習題目。“智學網”系統針對系統題庫、教學參考資料、外部錄入的練習題，在知識點、題型的難度、深度和經驗系數等維度進行智能分析，最終在每道題目前方都會顯示題目對應的難度等級。教師借助平臺系統擇選針對性強的練習題，用少而精的練習幫助學生不斷進階。

（一）分層作業，利用數據分析實現個人發展

大數據分析可以幫助我們更好地發現學生的問題，在此基礎上具體問題具體分析，鍛煉學生的數學能力，提高學生的數學核心素養，結合學生的實際情況生成適合學生學情的個人練習。結合數據積累，動態分析把學生分成A、B、C三個層次：學優生是A層，學生中表現最好的一類，在數據庫中答題的正確率最高，后進生是C層，該類學生的答題正確率最低；良好層學生在B層，處于二者之間。每個層級學生當天的作業主題是一樣的，但是難度會有所區別。分層作業可以結合學生自身能力開展對應的練習，提高學習精準度。教師利用大數據系統可以分析每個學生對知識點的掌握情況。教師可根據學生自身的實際水平，選擇相應類型的作業：C類，是全體學生都需要完成的一類習題；B類適用于大部分學生，基礎比較薄弱的學生可以結合自身情況選擇是否嘗試；A類更適合學優生完成，中等生可以挑戰。這種劃分能夠讓學生在完成作業時產生成就感，同時能讓學優生挑戰更高難度的作業，這種作業設置有利于培養學生的數學思維，增強學生的自信心。

（二）高頻錯題，抓住共性設計講評作業

教師在平時的測試批閱中可以大概感知到班級的失分點，但統計起來工作量較大。如果借用平臺的數據系統對學生測試情況進行分析，可以大大降低教師的工作量，同時得到精確、詳盡的信息。教師利用這些數據了解每個班級的學情，找出班級學生掌握知識的薄弱點，以及學生在學習中可能出現的問題，能更直觀地進行作業設計。

平臺的分析系統中非常具有參考意義的有三項：薄弱知識點；共性錯題；重點、熱點。分析這幾項，教師可以直觀看出班級學生的學習情況和薄弱知識點，直接找出測試中的得分率最低的知識點。如某次測試分析：絕對值、零指數冪、全等三角形的判定與性質得分都在30%以下（見表1）。這些問題客觀地體現了本階段的真實學情。

根據錯題情況，教師可以根據其知識點在課后作業中選擇與此類似的題目進行變式練習。以下為根據測試錯題設計一次作業：

一、填空題

1.已知三角形的三邊長分別為3，5，x，則化簡式子x-2+x-9．

2.已知△ABC的三邊長分別為a，b，c，化簡：a-（b+c）=_____．

3.計算：（）0-1=_____．

4.當（2x-1）0=1時，則x=______．

二、計算題

1.（3x-2）（2x+3）-（x-1）2

2.（x+2y）（x-2y）-2y（x-2y）+2xy

三、解答題

1.如圖，在△ABC中，點D為BC上一點，E、F兩點分別在邊AB、AC上，若BE=CD，BD=CF，∠B＝∠C，∠A=50°，求∠EDF的度數．

2.如圖，已知PA=PB，∠1+∠2=180°，求證：OP平分∠AOB．

（三）私人訂制，利用數據分析設計個性化作業

學生的學習特點有所不同，有的學生計算能力較好，但幾何圖形理解較弱；有的學生邏輯推理較好，但計算能力較弱。“私人定制”作業根據每個學生的學習能力、知識薄弱點，尋找適合學生的作業，把作業難度控制在能夠讓學生“跳起摸高”的范圍。對于傳統教學來說，數據收集困難，作業素材少，“私人定制”作業本很難實現全覆蓋。而利用平臺數據的分析及題庫，教師能很好地解決上述問題。“智學網”可以對學生的錯誤進行剖析，教師馬上就可以知道學生存在的問題。以下是某學生的數學知識測試得分率（見表2）：

根據系統數據的搜集分析，學生能得到一本個性化手冊。該手冊專門針對近期學生的學習薄弱知識點，生成對應習題及相關變式題，達到糾正、鞏固、提升的作用。該手冊減少了一些無謂的重復性作業，真正做到個性化的設計，符合學生的實際需求，實現了新課標的要求，即“人人學有價值的數學；人人都能獲得必需的數學；不同的人在數學上得到不同的發展”。

（四）提升動力、利用數據分析編寫實踐作業

傳統的作業在形式、內容上都過于單一、枯燥，不利于激發學生的學習興趣。教師利用電腦系統的數據分析功能，能夠了解學生青睞什么樣的作業形式。教師可以根據學生的心理和年齡特征，設計出有趣的實踐作業，從而激發學生學習數學的興趣。如在教學“軸對稱”這一章節時，教師可以布置學生設計地磚圖案、徽章等趣味型作業，將數學文化融入課堂，增加數學課堂的文化內涵。又如，在教學“相似三角形”一章時，教師布置學生利用相似性質，完成學校旗桿測量的實踐作業，該學生以小組為單位把實踐結果上傳到網上，相互點評，分享彼此的方法、結果。學生寓教于樂，掌握知識的同時，提升個人的技能；優化學生的學習體驗，減少學生的厭學情緒。

四、總結

作業設計容易受到各種不同因素的影響，作業設計質量與學生作業效果存在直接聯系。現在信息技術推動了各行各業的持續發展，大數據技術也可以為教育行業服務。教師用大數據進行分析，減輕學生負擔，同時更加精準地了解學生的學習情況。進行數據分析后，教師設計形式多樣、內容豐富的數學作業來幫助學生實現能力的提高和思維的發展。通過數據分析，教師為學生提供個性化作業方案，調動了學生學習數學的積極性，增強了學生的學習自信。這樣的作業內容具備了獨立性和協作性的特征，增強了學生的數學核心素養，使數學作業的價值真正體現出來。教師更容易實現減負提質的教學目標，實現增值教學。

（作者單位：廣州市南海中學）

編輯：陳鮮艷

注：本文系廣州市荔灣區教育科學“十四五”規劃2022年度課題“基于數據分析的作業設計研究”（課題編號：ZX2022-16）的研究成果。

作者簡介：劉志堅（1976—），男，漢族，廣東廣州人，本科，中學一級教師，研究方向：中學數學教育。