基于數據驅動的教學策略動態生成體系結構研究

摘 要：教學策略設計與實施是課程教學順利開展的關鍵，是教學目標達成的有效保障。客觀、豐富、及時的教學數據則為教學策略真實、全面、快速調整提供了方法和有效支撐，本文分析了智慧教學對教學策略動態調整的要求，總結了教學數據驅動的作用，從教師教學的角度提出了基于數據驅動的教學策略動態生成方法及其基本結構和關鍵要素，運用功能視圖、組織視圖、過程視圖從不同視角闡述了該方法運用的特征，為有效實施基于數據驅動的教學策略動態系統調整提供了方法和支撐。

關鍵詞：數據驅動；教學策略；動態生成

中圖分類號：G642.0

1 概述

教學策略是指在教學過程中教師為達成教學目標而采用的教學方法、教學手段、教學資源、教學活動等要素的綜合，是教師順利開展教學進程的關鍵和決定性因素。特別是隨著高等教育學生多元化特征越來越明顯，教師在設計教學策略時必須根據學情的變化動態調整教學策略。信息技術特別是人工智能技術的飛速發展，使得人們面臨的問題越來越復雜，知識的需求和更新的速度也越來越快，進而導致現代社會對人才培養的要求也發生了革命性變化［12］。因此教學不再是單純知識的傳遞，更多強調的是思維的生成，是學生面臨未來不確定問題解決能力的智慧生成［35］。然而，不同的學生在知識基礎、學習方法和思維模式等存在差異，其接受程度也不同，因此如何強化學生的智慧發展，如何根據學生的個體化需求，運用現代信息技術，實現教學策略動態調整和教學過程的精準化指導，進而構建一個科學、高效、客觀的智慧教學體系，是當前智慧教學域亟待解決的問題。利用信息化設備采集教學全過程數據、運用數據分析和評估的方法，使各階段教學策略實施構成閉環系統，實現動態調整則是改善智慧教學策略、提高目標達成度的有效方法。

2 基于數據驅動的教學策略生成方法

在學為主體教學理念的影響下，目前很多智慧課程的改革倡導采用建構主義，通過學生探究、問題研討等方法提升學生的自主性知識獲取特別是知識的內化能力。然而在教學實踐中，由于對學生信息獲取完整性的限制導致建構主義在實施過程中教學策略的選擇、知識生成效率提升度、思維的系統性、社會性培養等高階目標難以達成、無法評測。

基于數據驅動的教學策略動態生成方法的內在驅動力來自數據，它從教師教學的視角不僅關注課程教學前的教學策略設計，還關注于教學進程中和教學完成后教學策略的動態調整和生成，數據是整個系統的核心［67］。教學過程中教學目標、學情分析、教學策略、學習效果與評價等各結構均需要進行數據化、標準化描述，然后再對所有的綜合數據運用數據處理技術、數據挖掘技術進行處理，之后經過語義系統轉化為指導教學策略調整的教學語言。在該方法中的各結構關系的建立需要數據驅動。從學情分析來看，不僅僅包括專業知識的識別還包括心理狀態、思維結構等隱性學情分析；從教學階段來看，無論是教學策略，還是學情分析甚至是教學目標、學習效果等，不僅僅需要在課程教學前、后進行分析，而是貫穿在整個教學過程中、課堂進行中。利用課程全過程的教學數據客觀準確地評估學生的學習效果、學習習慣和思維方式，實時動態驅動課程教學策略的有效調整和教學過程的有效管理，為學生提供精準化的指導是關鍵。

3 數據驅動教學策略動態生成體系結構描述方法

體系結構用于描述一個復雜系統的整體結構、各組成單元、各單元之間的關系以及系統運行過程中的演變規則和指導。數據驅動的教學策略動態生成系統的體系結構是對該系統的功能、組成、運行流程等的高度抽象和概括，可以為系統開發者提供清晰的開發框架和指導，幫助教師能夠更好地理解系統并開展教學數字化工作，同時可以確保系統具有良好的性能和可實施性。復雜系統一般是從多個角度對問題進行描述，其中Kruchten模型強調從組織視圖、功能視圖、信息視圖等多個方面和角度對復雜系統進行描述［8］。

3.1 功能視圖

基于數據驅動的智慧課程教學策略動態生成系統要實現對教學策略的驅動、學習策略的驅動，其關鍵在于如何將教學過程中的各類描述性的非結構化語言進行結構化的數據描述，從而采用數據分析的方法對教學效果進行評估。功能視圖主要描述數據驅動教學體系中各單元實體的基本服務功能，如圖1所示。

該系統可實現教學目標數據化、教學內容數據化、教學策略數據化、教學響應數據化和教學數據分析處理、評估決策。

數據化方法要求教學目標具有可測量性，即目標需要被轉化為具體的、可量化的指標。目前常用的是直接將教學目標直接轉化為學習成績，這種數據化盡管將教學目標進行了數據化和清晰化描述，但是其對教學目標中知識、能力、情感目標缺乏劃分，而簡單等同為學習成績。為了全面描述教學目標必須對各類目標分別進行數據化特征的提取。教學目標數據化的功能主要實現將目標的描述性語言轉化為數據語言，其數據的結構包括目標的類型、目標的名稱、目標的層次、目標的重要程度和目標的可累積性。

教學內容的數據化需要將體系化、整體化的全課程教學內容離散為具體的知識點和知識點之間的關聯關系，并給予唯一的標識。因此教學內容數據化的功能就是實現對教學內容中的知識點進行顆粒度的分割，并對該知識點的基本特征進行描述，主要包括類型、難度、重要度、繼承性、傳遞性、擴展性。教學內容的繼承性與傳遞性主要是描述知識點在整個知識體系中的縱向性、教學內容的擴展性主要描述知識點與其他知識點之間的橫向聯系特性。

教學策略數據化用于完成教學過程中各階段采用的教學策略特征描述，主要包括實施的階段、采用的行為主體、在該主體下采用的教學策略類型、實施中對信息化設備的要求等。教學響應數據化用于完成對課前、課中、課后主要階段中針對學情采用各類策略時，學生對教學活動的響應，主要包括教學策略的實施階段、針對的知識點、教學策略類型、學生的響應類型、響應結果的正確性、學生在全部活動中的參與次數、對結果的貢獻率、創新性等特征。數據支持中心主要根據教學策略和教學響應等數據化的要求設計數據采集設備和方法，對數據進行初步處理、統計分析和評估決策，生成不同知識點、不同教學策略的教學目標達成度，為教學策略的動態調整提供數據支撐。教學效果的評估與決策是根據上述教學過程的各類數據，采用統計分析方法、相關性分析方法對學員的知識獲取程度、思維提升度、情感強化度進行分析，進而數據化教學效果。

3.2 組織視圖

組織視圖描述了基于數據驅動的教學體系中各單元的主體構成和關系，如圖2所示。

組織視圖中的單元是指實施數據驅動智慧教學中需要的相關要素，主要包括教學分析系統、信息保障系統、數據分析系統。教學分析系統主要由人才培養分析單元、課程體系分析單元、專業知識分析單元、教學知識分析單元等主體構成。一般情況下專業知識分析單元和教學知識分析單元通常情況下是由課程教學團隊獨立完成的，用于根據人才培養目標和課程體系要求，完成教學課程目標和課堂目標的細化，對課程教學內容知識點的離散化、標識化設計學情分析信息結構及設計教學策略和教學效果評估方法；信息保障系統主要由信息傳輸單元和信息采集單元構成，用于完成教學全過程數據的采集，一般包括教學信息網絡系統設計、課堂教學狀態采集系統設計。數據分析系統主要包括數據清洗處理模型、數據統計分析模型和數據推理決策模型。

3.3 過程視圖

為了完成系統的功能，各組織單元之間必須進行信息、可顯式的數據交互。過程視圖則以信息流的方式描述了數據驅動的教學動態生成系統中信息在各單元之間的執行過程、運行過程和交互過程，如圖3所示。

圖3 數據驅動的教學體系過程視圖

教師依據教學目標數據，對教學內容進行離散化和顆粒度劃分；然后結合課程歷史數據、現有的信息保障數據，初步形成教學策略。在此形成的教學策略要與教學目標、教學內容、信息保障等單元進行一致性、可行性檢驗。接著教師根據一次教學策略中對學生知識、思維、習慣、技能、興趣、經歷等方面的要求設計學情數據模型，采集學情數據，通過統計分析學情數據對學生進行全面的刻畫，評估其知識特征、能力特征、思維特征、情感特性等，依據此數據對課前教學策略以及教學內容進行修正，進而形成課堂教學策略。課堂教學策略作為課堂教學實施的輸入信息，形成針對各離散化教學目標的教學活動，利用課堂活動的采集設備采集各活動中教師行為、學生行為數據。一般情況下，針對教學內容中的非重復、具有傳遞特性的知識，課堂中可直接采用測評的方法檢測教學目標的達成度，直接反饋進行課堂教學策略的實時調整。課堂教學結束后，對課堂的全部教學目標達成度進行綜合分析與評估，根據評估結果，教師修正課后輔導策略、作業布置策略、信息資源增強策略和緩變目標增強策略。在過程視圖中描述的各階段工作進程的實施需要通過組織視圖、功能視圖中的各單元共同支撐、交互實現，授課教師不僅要掌握學科專業知識，還必須有教育學知識、信息化教學技術知識和數據處理知識，從而對教師提出了更高的要求。

結語

本文針對信息技術支持下的學生多元化特征和教學要求，研究了基于數據驅動的教學策略動態調整方法，然后從功能視圖、組織視圖和過程視圖不同角度描述了該系統的特征，全面刻畫了數據驅動的教學策略動態生成方法在教學設計、教學實施和教學反思等教學全過程、全要素的實施過程和方法，為有效開展客觀、精準、快速高效的教學策略調整提供方法。

參考文獻：

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作者簡介：姜會霞（1975— ），女，漢族，河北石家莊人，博士研究生，副教授，研究方向：裝備運用與保障。