構(gòu)建自適應(yīng)評價系統(tǒng)開展學(xué)生技術(shù)實驗教學(xué)

摘要：本文基于2024年泰山版《信息科技》的研發(fā)與試驗，研究如何通過構(gòu)建自適應(yīng)評價系統(tǒng)，在基于信息系統(tǒng)進行的學(xué)生技術(shù)實驗中，融合計算思維實施大單元教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生探究用評價要素、評價內(nèi)容、難度指標(biāo)等構(gòu)建數(shù)據(jù)模型與設(shè)計算法。學(xué)生通過建立規(guī)范的試題倉庫、按指標(biāo)篩選試題、交互答題和機器自動評判的技術(shù)實驗，最終形成能夠讓評價系統(tǒng)根據(jù)答題成績自動推薦不同級別的評價方案，融通自適應(yīng)評價的原理、數(shù)據(jù)和算法中的計算思維的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：自適應(yīng)評價；信息系統(tǒng)；技術(shù)實驗

中圖分類號：G434 文獻標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）19-0022-05

學(xué)生技術(shù)實驗教學(xué)背景

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提倡基于學(xué)生自適應(yīng)評價的“教-學(xué)-評”一致性的教學(xué)實施。本教學(xué)設(shè)計是以“自適應(yīng)評價信息系統(tǒng)的設(shè)計”為內(nèi)容的技術(shù)實驗。該技術(shù)實驗課程以探究利用數(shù)字技術(shù)進行自適應(yīng)評價為實驗?zāi)康?，以達成讓技術(shù)為評價服務(wù)、以評價促進核心素養(yǎng)發(fā)展的課程目標(biāo)。

該技術(shù)實驗課為大單元實驗教學(xué)，是基于九年級或八年級下學(xué)期學(xué)生已學(xué)習(xí)過信息科技的基本內(nèi)容的學(xué)情，包含建立評價數(shù)據(jù)模型、生成評價算法、迭代自適應(yīng)評價系統(tǒng)功能、泛化自適應(yīng)評價應(yīng)用等環(huán)節(jié)。學(xué)生根據(jù)自己在評價過程中的表現(xiàn)，不斷調(diào)整評價的內(nèi)容和難度，以個性化評價促進核心素養(yǎng)的可持續(xù)發(fā)展。

學(xué)生技術(shù)實驗的單元目標(biāo)

單元名稱：構(gòu)建自適應(yīng)評價系統(tǒng)，賦能成長。

單元目標(biāo)如下：

①認(rèn)識數(shù)據(jù)模型對解決問題的重要性，實驗利用數(shù)據(jù)模型創(chuàng)建規(guī)范的試題倉庫。

②嘗試試題的存儲、檢索、篩選，以及輸出數(shù)據(jù)模型的建立與應(yīng)用，實驗按評價指標(biāo)篩選并輸出試題。

③學(xué)會利用數(shù)字交互技術(shù)進行自適應(yīng)評價答題，讓評價系統(tǒng)自動評判，并給出推薦評價方案。

學(xué)生技術(shù)實驗的問題需求

學(xué)生已學(xué)習(xí)過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等課程內(nèi)容，核心素養(yǎng)得到了一定發(fā)展。如何更快捷地進行自我評價，發(fā)現(xiàn)問題，以更針對性地實現(xiàn)核心素養(yǎng)的可持續(xù)進步呢？

學(xué)生技術(shù)實驗的內(nèi)容規(guī)劃

技術(shù)實驗一：探析自適應(yīng)評價數(shù)據(jù)模型的建設(shè)與應(yīng)用（2課時）。

技術(shù)實驗二：探索自適應(yīng)評價答題與自動評判過程（2課時）。

技術(shù)實驗三：探究自適應(yīng)評價推薦方案的設(shè)計與應(yīng)用（2課時）。

學(xué)生技術(shù)實驗的基本過程

1.技術(shù)實驗一

實驗內(nèi)容：探析自適應(yīng)評價數(shù)據(jù)模型的建設(shè)與應(yīng)用。

實驗?zāi)康模孩偬轿鲈囶}數(shù)據(jù)模型的組成，體驗數(shù)據(jù)倉庫文本文件的應(yīng)用。②通過抽取試題、輸出試題的技術(shù)實驗，驗證試題存儲、檢索和輸出的數(shù)據(jù)模型及相關(guān)算法。③在技術(shù)實驗中，初步培養(yǎng)應(yīng)用試題數(shù)據(jù)倉庫來存儲、檢索、輸出數(shù)據(jù)的數(shù)字素養(yǎng)與技能。

實驗原理：①建立數(shù)據(jù)模型。依據(jù)計算思維，首先了解如何分解問題，如何抽象特征、建立數(shù)據(jù)模型，達成選擇題、填空題不同的試題存儲數(shù)據(jù)模型。例如，選擇題存儲的數(shù)據(jù)模型為：=['試題編號：n'， '采用次數(shù)：m'， '試題類型：選擇題'， '評價要素：C'，'難度系數(shù)：0.x'， '試題內(nèi)容：text'， 'A.answer1'， 'B.answer2'， 'C.answer3'， 'D.answer4'，'試題答案：D'， '試題分值：x'，……]。該模型應(yīng)用于文本文件存儲為一行一項，應(yīng)用于一維列表存儲為每項一個試題要素。②文本文件讀取及試題輸出技術(shù)。用open（）、readlines（）等數(shù)據(jù)讀取技術(shù)及列表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)分析。③評價指標(biāo)數(shù)據(jù)篩選模型。根據(jù)評價要素、難度系數(shù)等建立試題篩選數(shù)據(jù)模型，應(yīng)用循環(huán)、分支結(jié)構(gòu)程序構(gòu)造枚舉算法，實現(xiàn)試題篩選。

實驗步驟：

（1）建立試題存儲數(shù)據(jù)模型，將試題存儲在文本文件中。

（2）從文本文件的試題數(shù)據(jù)倉庫中讀取數(shù)據(jù)（參考并補充“讀取文本文件數(shù)據(jù)實驗.py”），開展技術(shù)實驗：

①確定試題倉庫文本文件名，標(biāo)識為變量fname。

②建立數(shù)據(jù)讀取自定義函數(shù)data（filename），參數(shù)為文件名。

③定義試題讀取列表d，清洗列表后為td，抽取選擇題列表sd，抽取填空題列表fd等。

④用try嘗試打開并讀取gbk編碼的文本文件，如果失敗用except再試用utf-8編碼文本文件。培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)安全素養(yǎng)：讀取文件中的數(shù)據(jù)之后要關(guān)閉文件，其核心實驗技術(shù)為f=open（filename， "r"， encoding="gbk"）;d = f.readlines（）。

⑤實驗測試，觀察實驗數(shù)據(jù)。

（3）建立輸出試題的數(shù)據(jù)模型，用編號抽取試題并輸出（參考并補充“輸出試題實驗.py”），開展技術(shù)實驗：

①建立試題抽取與顯示自定義函數(shù)choice（c），參數(shù)為題號。

②建立試題檢索數(shù)據(jù)模型，并以x為循環(huán)變量構(gòu)造枚舉算法，在td中檢索試題。

③建立試題輸出數(shù)據(jù)模型，并顯示試題，if td[x+2]=="試題類型：選擇題"： print（td[x+5]）。

④返回-1為未找到相應(yīng)試題。

⑤抽取試題，實驗測試，觀察實驗數(shù)據(jù)。

（4）輸出試題內(nèi)容中的圖片（參考并補充“輸出試題圖片實驗.py”），開展技術(shù)實驗：

①實驗?zāi)K的安裝（略），導(dǎo)入實驗包括：import sys， os;

import matplotlib.pyplot as plt;from PIL import Image。

②判斷當(dāng)前試題內(nèi)容是否有附圖，若有則顯示圖片。重點技術(shù)：if "如圖" in td[x+5][5：] or "下圖" in td[x+5][5：]：img=f."/試題圖庫/試題{int（td[x][5：]）}.jpg"; image=Image.open（img）;plt.imshow（image）;plt.show（）。

③抽取試題，實驗測試，觀察實驗數(shù)據(jù)。#可用技術(shù)迭代實現(xiàn)泛化系統(tǒng)的適應(yīng)能力：使用try/except進行嘗試容錯。

（5）拓展實驗：篩選試題，生成評價方案（參考“選擇試題指標(biāo).py”和“輸出生成試卷”），開展技術(shù)實驗：

①剖析并運行程序，感受指標(biāo)選擇過程及其算法，即形成評價指標(biāo)：zb=[評價要素，選擇題數(shù)，填空題數(shù)，最高難度系數(shù)值，最低難度系數(shù)值]。

②剖析并運行程序，觀察根據(jù)指標(biāo)生成的試卷實驗數(shù)據(jù)及實驗結(jié)果。其重點技術(shù)為：構(gòu)造靈活地字符串式難度系數(shù)篩選數(shù)據(jù)模型，記作ndxs；建立評價要素篩選數(shù)據(jù)判斷模型，記作mk。形成整體評價指標(biāo)篩選數(shù)據(jù)模型，用枚舉算法抽取選擇題，代碼如下頁圖1所示。

③進行多次實驗測試，觀察實驗數(shù)據(jù)的變化。

實驗評價：

①實驗過程評價：各小組或個人在技術(shù)實驗等活動中的表現(xiàn)優(yōu)點與問題進行過程自評記錄。每項按星級劃分等次，不設(shè)比例（如表1）。

②實驗結(jié)果評價：各小組在班內(nèi)展示實驗作品，分析實驗原理，交流實驗收獲。由各小組代表組成評委團進行評價。按星級評價，不設(shè)比例（如表2）。

2.技術(shù)實驗二

實驗內(nèi)容：探索自適應(yīng)評價答題與自動評判過程。

實驗?zāi)康模孩偬骄窟x擇題的答題與評判過程，針對知識要點進行自我評價。②探究填空題的答題與評判過程，針對分析能力進行自我評價。③初步樹立使用交互技術(shù)進行自我評價的數(shù)字素養(yǎng)與技能。

實驗原理：①答題輸入的內(nèi)容校驗，包括大小寫容錯、避免空內(nèi)容輸入等。②對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)答案的提取數(shù)據(jù)模型，建立答題的評判算法。③記錄答題情況，并建立答對率計算的數(shù)據(jù)模型，分析試卷答題成績。

實驗步驟：

（1）對選擇題進行答題、評判、計分實驗（參考并補充“選擇答題與評判.py”），開展算法驗證的技術(shù)實驗：

①實驗用paper（zb）生成試卷p，以選擇題p[0]為參數(shù)傳入選擇題答題模塊test1（sd），顯示試題，并以srw記錄當(dāng)前題評價要素。

②對每一道選擇題進行答題，輸入選擇項字母，并進行規(guī)范校驗，如對.strip（）和.upper（）方法的用途進行試驗數(shù)據(jù)觀察。

③利用答案提取數(shù)據(jù)篩選模型來提取答案。

④驗證算法，觀察答案如何進行評判答題對錯，計算總分，并在srw中記錄對錯情況。

⑤實驗測試，觀察實驗數(shù)據(jù)。

（2）對填空題進行答題、評判、計分實驗（參考并補充“填空答題與評判.py”），開展技術(shù)實驗：

①實驗利用paper（zb）生成的試卷p，以填空題p[1]為參數(shù)傳入填空題評價函數(shù)test2（fd），顯示試題，以frw記錄試題評價要素。

②對每一道填空題進行答題。重點算法：對每道題一空一空地輸答案，并進行規(guī)范校驗。提取前當(dāng)題所有空答案的數(shù)據(jù)模型后，按空回答（如圖2）。

③對每空進行評判、計分算法實驗，如下頁圖3所示。

④實驗測試，觀察實驗數(shù)據(jù)。

（3）拓展實驗：自動分析答題情況（參考并補充“答題分析.py”），開展技術(shù)實驗：

①剖析并運行程序，分析理解答對率的計算數(shù)據(jù)模型，如選擇題答對率計算模型： sr=round（len（[i for i in srw if "答對！" in i]）/（len（srw）/2） *100，1）。

②實驗輸出答題分析與答題記錄情況：for i in range（0，len（srw），2）：print（srw[i]，srw[i+1]）。

③進行多次實驗測試，觀察實驗數(shù)據(jù)的變化。

3.技術(shù)實驗三

實驗內(nèi)容：探究自適應(yīng)評價推薦方案的設(shè)計與應(yīng)用。

實驗?zāi)康模孩倮脭?shù)據(jù)來優(yōu)化評價系統(tǒng)的反饋功能，提高自適應(yīng)評價的質(zhì)量。②利用不同的答題分析數(shù)據(jù)，進行不同級別指標(biāo)的自適應(yīng)評價，持續(xù)提升核心素養(yǎng)。③借助自動化技術(shù)來推薦新的評價方案，培養(yǎng)技術(shù)賦能成長的數(shù)字素養(yǎng)與技能。

實驗原理：①根據(jù)試卷答題情況，形成不同的自適應(yīng)推薦方案。

②利用難度系數(shù)自動調(diào)整進行相應(yīng)評價要素的自適應(yīng)評價方案推薦。

實驗步驟：

（1）標(biāo)記試題采用次數(shù)，避免重復(fù)做題（參考“在選擇題答對后標(biāo)記采用次數(shù)實驗.py）”開展技術(shù)實驗：

①在一道選擇題答對之后，在原試題列表td中定位當(dāng)前題的索引位置，然后對應(yīng)到該題的“采用次數(shù)：”項的位置；取出原來的采用次數(shù)（加上1后）。

②參考選擇題采用次數(shù)，為填空題答對時增加采用次數(shù)。注意，一題多空時，如果錯可以設(shè)置采用次數(shù)為0。

③為試題篩選數(shù)據(jù)模型增加采用次數(shù)限制，應(yīng)用采用次數(shù)篩選試題（如圖4）。

④實驗測試，觀察實驗數(shù)據(jù)。

（2）推薦評價方案，進行自適應(yīng)評價（參考“在程序中使用循環(huán)多次抽題評價”），開展技術(shù)實驗：

①根據(jù)已經(jīng)計算出的答題成績，以對答率來判斷不同的水平，分出各類試題的同級評價和進階評價方案設(shè)置。

②同級評價實驗。即水平不達優(yōu)秀的評價難度系數(shù)指標(biāo)不變，其他指標(biāo)也可以根據(jù)需要進行調(diào)整。如果選擇題達標(biāo)可以只設(shè)置選擇題試題量為0。

③進階評價實驗。即對全部答題優(yōu)異的，可以通過提高難度系數(shù)的方式進行進階評價（如圖5）。

④實驗測試，觀察實驗數(shù)據(jù)。

（3）拓展實驗：存儲采用次數(shù)，記錄學(xué)習(xí)進程（參考“推薦方案自適應(yīng)評價采用次數(shù).py”），開展技術(shù)實驗的主要步驟為：

①試題倉庫文件更新實驗。先剖析程序，再運行程序，分析試題重寫為文本文件的方法。實驗數(shù)據(jù)寫入文件的算法，是用循環(huán)結(jié)構(gòu)對已經(jīng)更新過采用次數(shù)的試題列表td，逐項用.write（i+"＼n"），其中涉及數(shù)據(jù)安全意識：寫入前進行再次確認(rèn)，以防錯誤寫入，或先換名存儲，或把原來文件先進行更換名稱備份。

②清空采用次數(shù)技術(shù)實驗。先剖析程序，再運行程序，同意清空，觀察以前答對過的試題是否重新出現(xiàn)。

③進行多次實驗測試，觀察實驗數(shù)據(jù)的變化。

單元技術(shù)實驗結(jié)果的交流

通過實驗結(jié)果的展示交流，進行學(xué)習(xí)反思。過程主要包括：

①小組展示，針對技術(shù)實驗中的計算思維自評表進行實驗成果的介紹與反思。

②設(shè)置學(xué)生點評團，提出問題進行微答辯。

③教師點評，指導(dǎo)如何提高。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[2]王愛勝.讓實驗教學(xué)更貼近“科與技”[J].中國信息科技教育，2024（05）：1.

蒼山點題

在信息科技新課程中，大單元、邏輯主線、自適應(yīng)評價、核心素養(yǎng)、學(xué)生實驗等新事物層出不窮，但它們往往又各自只反映出一個角度、代表一個方面。若要讓它們?nèi)谕?、協(xié)調(diào)地為課程實施服務(wù)，還需要具體的教學(xué)設(shè)計作為載體，才能實現(xiàn)數(shù)字素養(yǎng)與技能的培養(yǎng)具有可操作性并可持續(xù)發(fā)展。本期解碼，基于此想法選擇了兩個最新的教學(xué)設(shè)計，它們都基于信息系統(tǒng)開展項目、探究、實驗等活動，都以核心素養(yǎng)為培養(yǎng)目標(biāo)，都以學(xué)習(xí)評價為主體內(nèi)容等，具有很強的可操作性。但兩篇文章的技術(shù)與應(yīng)用側(cè)重點不同。第一篇文章注重的是信息科技課程的學(xué)生作業(yè)設(shè)計，作業(yè)是內(nèi)容，信息系統(tǒng)是作業(yè)評價的選題；第二篇文章注重的是信息科技課程的學(xué)生技術(shù)實驗設(shè)計，信息系統(tǒng)是內(nèi)容，自適應(yīng)評價是信息系統(tǒng)的選題。

第一篇文章，作者從信息科技作業(yè)設(shè)計的原則、形態(tài)、類型三個方面，緊扣新課程理念，讓作業(yè)設(shè)計方向更加明確清晰，融入分層探究、實驗等多種靈活的學(xué)習(xí)策略，充分挖掘信息科技的算法、系統(tǒng)豐富內(nèi)涵。文章結(jié)合具體的作業(yè)設(shè)計實例，讓落實培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)變得具象化和可操作性，有利于提高學(xué)生的高階思維。作業(yè)設(shè)計是教師教育教學(xué)基本功的重要組成部分，從一個側(cè)面體現(xiàn)了教師的認(rèn)知水平、生活態(tài)度、人生閱歷、專業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)。在注重學(xué)習(xí)評價和素養(yǎng)養(yǎng)成的當(dāng)下，大家要對其引起足夠的重視，踐行“備-教-學(xué)-評”一致性的教學(xué)實施。

第二篇文章，作者以義務(wù)教育階段后期自適應(yīng)評價為選題，以自適應(yīng)評價信息系統(tǒng)為技術(shù)實驗內(nèi)容，在實驗中創(chuàng)新性地應(yīng)用計算思維進行問題分解、建立數(shù)據(jù)模型、算法設(shè)計、技術(shù)迭代及功能泛化，通過技術(shù)實驗逐步建立并完善自適應(yīng)評價系統(tǒng)，借助補充完善半成品程序提高實驗效率，達成建立數(shù)據(jù)模型、驗證算法等原理認(rèn)知，最終實現(xiàn)以數(shù)字技術(shù)進行自適應(yīng)評價的數(shù)字素養(yǎng)與技能發(fā)展。文章主要分學(xué)生技術(shù)實驗分析、學(xué)生技術(shù)實驗設(shè)計兩大部分，設(shè)計的實驗內(nèi)容、目的、原理、步驟與實驗評價具體可行。限于篇幅，作者沒有全面地分析具體的自適應(yīng)評價機制，如答題分析、難度系數(shù)調(diào)整算法等，讀者可以借助相關(guān)資源來體驗與完善。

信息科技課程的定位是倡導(dǎo)核心素養(yǎng)發(fā)展與思維創(chuàng)新，因此，一線教師就更應(yīng)保持開放與創(chuàng)新的視角與態(tài)度，從各方面引導(dǎo)，幫助學(xué)生探索自我發(fā)展的多種新路徑，發(fā)揮技術(shù)的力量賦能學(xué)生的自我成長，進而體現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)與技能的功能、價值與意義。