大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)分析下的學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字畫(huà)像實(shí)踐研究初探

1引言

隨著教育數(shù)據(jù)的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，利用大數(shù)據(jù)構(gòu)建學(xué)生學(xué)習(xí)的“數(shù)字畫(huà)像”成為提升教學(xué)質(zhì)量、促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的關(guān)鍵.初中數(shù)學(xué)作為基礎(chǔ)學(xué)科，精準(zhǔn)的教學(xué)干預(yù)關(guān)乎學(xué)生數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng).我校地處城鄉(xiāng)邊緣地帶、片區(qū)生源較差，傳統(tǒng)“一刀切”的教學(xué)效果有限，本研究通過(guò)構(gòu)建精準(zhǔn)數(shù)字畫(huà)像，推動(dòng)因材施教落地，提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率與效果，

2理論基礎(chǔ)與技術(shù)框架

2.1教育大數(shù)據(jù)理論和數(shù)字畫(huà)像

教育大數(shù)據(jù)為個(gè)性化學(xué)習(xí)提供了新的視角.教師可通過(guò)分析學(xué)生行為數(shù)據(jù)識(shí)別學(xué)生個(gè)體差異、定位學(xué)習(xí)難點(diǎn).本文所探討的“數(shù)字畫(huà)像”（DigitalPro-filing），是利用大數(shù)據(jù)收集分析學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)行為與表現(xiàn)數(shù)據(jù)后，形成的多維度、個(gè)性化的可視化綜合評(píng)價(jià)模型.借助堅(jiān)知果、知幾、洋蔥學(xué)園等平臺(tái)，收集學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣、知識(shí)掌握程度、問(wèn)題解決能力、課堂參與度等信息，然后將這些復(fù)雜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直觀、易理解的圖表或描述性標(biāo)簽.這種畫(huà)像不僅包括學(xué)生的成績(jī)統(tǒng)計(jì)，更能深人挖掘?qū)W習(xí)過(guò)程中的細(xì)節(jié)，如學(xué)生對(duì)特定知識(shí)點(diǎn)的理解難點(diǎn)、學(xué)習(xí)效率的波動(dòng)以及對(duì)不同教學(xué)方法的反應(yīng)等.進(jìn)而助力教師調(diào)整教學(xué)策略，同時(shí)學(xué)生也能自我反思，明確自己的強(qiáng)項(xiàng)和待提升之處.簡(jiǎn)而言之，“數(shù)字畫(huà)像”是一種以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)描繪學(xué)生個(gè)體學(xué)習(xí)特征和需求的數(shù)字化表達(dá)方式[1].

2.2人工智能在線學(xué)習(xí)平臺(tái)概述

人工智能在線學(xué)習(xí)平臺(tái)是學(xué)生行為和表現(xiàn)數(shù)據(jù)的來(lái)源，以下幾種平臺(tái)展示了其在不同教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用潛力.

知幾在課后診斷環(huán)節(jié)有著強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力，可迅速分析作業(yè)和測(cè)試數(shù)據(jù)并精準(zhǔn)定位學(xué)生在數(shù)與代數(shù)、平面與幾何、統(tǒng)計(jì)與概率等知識(shí)模塊的知識(shí)盲區(qū)，細(xì)致地呈現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)雷達(dá)圖.

堅(jiān)知果適用于課前預(yù)習(xí)，通過(guò)自然語(yǔ)言處理和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)識(shí)別并解答學(xué)生在閱讀教材或觀看視頻教程時(shí)可能產(chǎn)生的疑惑點(diǎn)，教師可據(jù)此制作微課、PPT推送到教學(xué)平臺(tái)供學(xué)生課前學(xué)習(xí).

洋蔥學(xué)園作為學(xué)習(xí)資源庫(kù)，提供動(dòng)畫(huà)講解、分層練習(xí)等多樣化的學(xué)習(xí)材料，該平臺(tái)可根據(jù)學(xué)生能力推薦適配資源.另外，我校的多種輔助平臺(tái)憑借特有優(yōu)勢(shì)也可作為補(bǔ)充，如希沃的數(shù)學(xué)畫(huà)板支持課堂實(shí)時(shí)繪制函數(shù)圖象、模擬幾何變換兼具即時(shí)反饋功能;還有GeoGebra5可用于代數(shù)幾何演示，企業(yè)微信等平臺(tái)可用于高效整合數(shù)據(jù)

3 過(guò)程與方法

3.1數(shù)學(xué)教學(xué)中的學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字畫(huà)像構(gòu)建

數(shù)字畫(huà)像的構(gòu)建主要依托于我?！耙恢鞫噍o”的大數(shù)據(jù)平臺(tái)模式（如圖1），其中“主”為智慧未來(lái)教室，而“輔”為各大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)平臺(tái)，主要整合堅(jiān)知果智慧平臺(tái)、知幾、洋蔥學(xué)園、希沃在線畫(huà)板、GeoGebra5等多平臺(tái)數(shù)據(jù)

3.2基于人工智能平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集

人工智能平臺(tái)圍繞課前、課中、課后三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，課前通過(guò)平臺(tái)登錄頻次、學(xué)習(xí)分布時(shí)間、課前測(cè)等采集學(xué)情，有助于教師設(shè)計(jì)分層任務(wù)，滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求；課中人工智能課堂管理系統(tǒng)記錄學(xué)生在課堂上的提問(wèn)、回答問(wèn)題的情況以及小組討論的參與度、在線畫(huà)板的操作情況等，這些數(shù)據(jù)能夠揭示學(xué)生的課堂活躍度和合作學(xué)習(xí)能力、解題思路的演變過(guò)程和空間想象力的發(fā)展[2]，為分析其課堂學(xué)習(xí)提供了依據(jù)；課后通過(guò)精準(zhǔn)化作業(yè)和測(cè)試成績(jī)來(lái)追蹤學(xué)生在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)模塊的進(jìn)步與困難，如班級(jí)的章節(jié)學(xué)情（如圖2）、易提分知識(shí)點(diǎn)（如圖3）、學(xué)生歷次班級(jí)排名（如圖4）等，進(jìn)而構(gòu)建班級(jí)的整體 畫(huà)像，方便教師查看分析.

圖2整體畫(huà)像（班級(jí)的章節(jié)學(xué)情診斷）

3.3基于人工智能平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析

（1）人工智能平臺(tái)通過(guò)聚類分析、情感分析分組學(xué)生，設(shè)定知識(shí)掌握評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)而對(duì)于不同層次的學(xué)生進(jìn)行畫(huà)像分析，這對(duì)于設(shè)計(jì)差異化教學(xué)計(jì)劃至關(guān)重要[3]，例如：

進(jìn)步顯著組的數(shù)字畫(huà)像顯示，該組學(xué)生對(duì)于抽象概念理解迅速，但在幾何證明題上耗時(shí)較長(zhǎng).平臺(tái)對(duì)于他們的學(xué)習(xí)習(xí)慣評(píng)價(jià)高，表明學(xué)生具備良好的自主學(xué)習(xí)能力，然而在線畫(huà)板記錄顯示其空間想象能力有待加強(qiáng).針對(duì)該組情況，教師增加了抽象立體幾何的可視化教學(xué)內(nèi)容，錄制針對(duì)性講解視頻，并推薦他們借助在線畫(huà)板的動(dòng)態(tài)演示來(lái)加強(qiáng)理解，

基礎(chǔ)薄弱組學(xué)生的畫(huà)像揭示了他們?cè)诨靖拍罾斫馍系睦щy，尤其是整式相關(guān)運(yùn)算及乘法公式變形的相關(guān)題型，雖然基礎(chǔ)薄弱組的學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度積極，但是平臺(tái)數(shù)據(jù)顯示成績(jī)較為穩(wěn)定無(wú)明顯提升.因此教師采取分層教學(xué)法，先幫助學(xué)生鞏固基礎(chǔ)知識(shí)，然后讓他們利用知幾推送的定制化習(xí)題來(lái)反復(fù)練習(xí)，并即時(shí)反饋.

（2）人工智能平臺(tái)通過(guò)分析教師每一節(jié)課的教學(xué)行為時(shí)序識(shí)別教學(xué)中的盲點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

圖3整體畫(huà)像（易提分知識(shí)點(diǎn)）

圖4整體畫(huà)像（歷次班級(jí)排名變化）

智慧未來(lái)教室不僅是對(duì)課堂互動(dòng)數(shù)據(jù)、學(xué)生反饋和教學(xué)效果的綜合評(píng)估，而且教師能夠根據(jù)評(píng)估反饋及時(shí)識(shí)別教學(xué)中的盲點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，比如發(fā)現(xiàn)講解速度與學(xué)生吸收能力的不匹配，或是某些教學(xué)方法的低效[4].在本案例中，智慧未來(lái)教室統(tǒng)計(jì)分析了教師每一節(jié)課的教學(xué)行為時(shí)序，教師可以對(duì)比不同階段的教學(xué)行為時(shí)序和教學(xué)效果，從中分析得出效果最好的教學(xué)行為時(shí)序，今后可以有意識(shí)地按照這種最優(yōu)的教學(xué)行為時(shí)序來(lái)教學(xué).

3.4基于人工智能平臺(tái)數(shù)據(jù)分析后的教學(xué)策略調(diào)整

（1）針對(duì)性教學(xué)：依據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)字畫(huà)像，教師對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行模塊化重組，針對(duì)進(jìn)步顯著組強(qiáng)化幾何證明的邏輯訓(xùn)練，為中等穩(wěn)定組設(shè)計(jì)提高問(wèn)題解決能力的挑戰(zhàn)性任務(wù)而對(duì)基礎(chǔ)薄弱組則實(shí)施了基礎(chǔ)知識(shí)的鞏固與拓展計(jì)劃.

（2）互動(dòng)模式創(chuàng)新：在課堂教學(xué)中，教師充分利用希沃白板等智能工具并通過(guò)互動(dòng)問(wèn)答和小組合作的虛擬畫(huà)板功能增強(qiáng)課堂互動(dòng)性.

（3）個(gè)性化輔導(dǎo)：借助知幾、堅(jiān)知果等智能平臺(tái)為每位學(xué)生生成個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑和資源推薦，有效彌補(bǔ)學(xué)習(xí)短板.

4 成效與經(jīng)驗(yàn)

4.1從“統(tǒng)一教學(xué)\"到\"精準(zhǔn)育人\"的突破（1）學(xué)生學(xué)習(xí)效能的分層提升，實(shí)現(xiàn)“各美其美”

進(jìn)步顯著組、中等穩(wěn)定組、基礎(chǔ)薄弱組三組學(xué)生的“學(xué)習(xí)難點(diǎn)捕捉準(zhǔn)確率”“興趣點(diǎn)匹配度”以及學(xué)生對(duì)自身學(xué)習(xí)風(fēng)格的認(rèn)知清晰度（通過(guò)自我評(píng)估問(wèn)卷）都得到提升，實(shí)現(xiàn)了“從被動(dòng)接受”到“主動(dòng)規(guī)劃”的轉(zhuǎn)變.

（2）教師教學(xué)能力的迭代升級(jí)，實(shí)現(xiàn)“靶向優(yōu)化

教學(xué)精準(zhǔn)度顯著提升，數(shù)字畫(huà)像將教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)問(wèn)題的“經(jīng)驗(yàn)判斷\"轉(zhuǎn)化為“數(shù)據(jù)佐證”，使教學(xué)難點(diǎn)定位從“模糊感知”細(xì)化為“具體分支問(wèn)題”，針對(duì)性教學(xué)設(shè)計(jì)得以有效性提升；師生互動(dòng)質(zhì)量?jī)?yōu)化，人工智能輔助下的“問(wèn)題設(shè)計(jì)分層化”使課堂互動(dòng)從“少數(shù)學(xué)生回應(yīng)”變?yōu)椤叭珕T適配參與”，課堂師生交流、生生交流頻次顯著提升.

（3）教學(xué)模式的智能化轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)“技術(shù)賦能”

構(gòu)建“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”的閉環(huán)教學(xué)鏈，即“數(shù)據(jù)采集（課堂行為、過(guò)程性作業(yè)、測(cè)試結(jié)果）一畫(huà)像生成（整體/類群/個(gè)體）一策略調(diào)整（個(gè)性化教學(xué)）一效果反饋（數(shù)據(jù)再分析）”的閉環(huán)形成，使教學(xué)從“經(jīng)驗(yàn)主導(dǎo)\"轉(zhuǎn)向“數(shù)據(jù) + 經(jīng)驗(yàn)雙輪驅(qū)動(dòng)”.

4.2技術(shù)服務(wù)教學(xué)的可復(fù)制路徑

技術(shù)工具的價(jià)值是“減負(fù)增效”，需服務(wù)于“教學(xué)目標(biāo)”.

“一主多輔”平臺(tái)的整合要“做減法”：以智慧未來(lái)教室為核心載體，聚焦“課堂互動(dòng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集”“教學(xué)行為時(shí)序分析”等核心功能，輔助平臺(tái)需明確分工，避免教師陷入“多平臺(tái)數(shù)據(jù)割裂”的低效勞動(dòng).

人工智能與教師的角色需“互補(bǔ)協(xié)同”：人工智能承擔(dān)“數(shù)據(jù)采集、規(guī)律識(shí)別、基礎(chǔ)反饋”等重復(fù)性工作，教師聚焦“教學(xué)設(shè)計(jì)、情感互動(dòng)、思維引導(dǎo)”等創(chuàng)造性工作，形成“技術(shù)提效 + 人文賦能”的合力，

4.3 閉環(huán)迭代——形成螺旋上升的教研生態(tài)

通過(guò)“數(shù)據(jù)采集 $$ 畫(huà)像診斷 $$ 策略優(yōu)化 $$ 實(shí)踐反饋 $$ 數(shù)據(jù)維度更新”的數(shù)學(xué)教研迭代升級(jí)循環(huán)，每輪閉環(huán)后，根據(jù)反饋補(bǔ)充數(shù)據(jù)采集維度.

優(yōu)化畫(huà)像模型，沉淀學(xué)科專屬策略庫(kù)（如初中數(shù)學(xué)“代數(shù)運(yùn)算薄弱組”的分層訓(xùn)練模板、“幾何探究組”的合作任務(wù)設(shè)計(jì)指南），最終實(shí)現(xiàn)“數(shù)字畫(huà)像驅(qū)動(dòng)精準(zhǔn)教學(xué)，教學(xué)實(shí)踐反哺畫(huà)像迭代”的良性循環(huán)，推動(dòng)初中數(shù)學(xué)教研從“經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)\"向“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)\"轉(zhuǎn)型.

5 反思與未來(lái)展望

本次研究雖取得顯著成效，但也暴露出在技術(shù)融合、數(shù)據(jù)倫理、師資培訓(xùn)等方面的待解決問(wèn)題.未來(lái)研究應(yīng)進(jìn)一步深化對(duì)大數(shù)據(jù)算法的優(yōu)化以確保學(xué)習(xí)畫(huà)像的精準(zhǔn)性；探索更多智能化工具來(lái)減輕教師負(fù)擔(dān)的同時(shí)提升教學(xué)效率；在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)跨學(xué)科合作，促進(jìn)教育心理學(xué)、信息技術(shù)與教育實(shí)踐的深度融合，為構(gòu)建更加公平、高效、個(gè)性化的智能教育生態(tài)系統(tǒng)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).

6 結(jié)束語(yǔ)

本研究通過(guò)實(shí)施大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)分析下的學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字畫(huà)像實(shí)踐，不僅驗(yàn)證了其在初中數(shù)學(xué)教學(xué)中的有效性和實(shí)用性，還深刻揭示了個(gè)性化教學(xué)的巨大潛力.研究發(fā)現(xiàn)，教師利用學(xué)生數(shù)字畫(huà)像能夠精確識(shí)別學(xué)生的學(xué)習(xí)需求與障礙，通過(guò)定制化教學(xué)策略顯著提升了學(xué)生的學(xué)業(yè)成績(jī)、激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣并增強(qiáng)了他們的自主學(xué)習(xí)的能力.這種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式促進(jìn)了教育資源的高效配置有望實(shí)現(xiàn)教育公平性的實(shí)質(zhì)性進(jìn)步，為每位學(xué)生提供了適合其特點(diǎn)的成長(zhǎng)路徑.

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介賈雪偉（1987—），女，山東濟(jì)寧人，中學(xué)二級(jí)教師；主要從事初中數(shù)學(xué)教學(xué)研究工作，參與的教研組案例“基于精準(zhǔn)教學(xué)的作業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)融合創(chuàng)新應(yīng)用模式”在煙臺(tái)市基于信息化的新型教與學(xué)模式探索教育案例評(píng)選中被評(píng)為一等獎(jiǎng).