戴瑞來 柯長華

高中階段的化學，由于知識較為抽象，在學習過程中許多學生感到吃力，而傳統(tǒng)教學中教師由于缺乏全面了解學生學習狀態(tài)的工具，很難找到學生問題的癥結(jié)所在，指導也很難準確到位，造成教學的低效。大數(shù)據(jù)技術(shù)引入教育領(lǐng)域之后，深刻改變著人們的教育理念和思維方式。研究表明，采取有效的方式挖掘數(shù)據(jù)，有助于學校和教師充分利用教育數(shù)據(jù)的價值^[1]，而基于數(shù)據(jù)開展的精準教學，是一種實現(xiàn)高效減負的個性化教學方法^[2]，能夠在全面、精準、迅速地記錄學習者學習行為數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分析學習者的學習狀態(tài)與學習風格，判定與預測教學活動乃至教學策略的合理性^[3]。那么，隨著智慧教育平臺在學校的全面推進，高中化學教師如何開展基于大數(shù)據(jù)的精準教學呢？下面，筆者從數(shù)據(jù)的收集、分析、應(yīng)用三方面進行探討。

一、全面采集學習數(shù)據(jù)

實施精準教學，學生學習數(shù)據(jù)的收集與整理是基礎(chǔ)和前提。在教學活動中，學生會產(chǎn)生各種各樣的學習數(shù)據(jù)。教師只有及時、全面、準確地收集這些數(shù)據(jù)，才能夠了解到現(xiàn)階段學生學習的真實狀況，并進行真實、客觀、科學的教學評價。在傳統(tǒng)教學環(huán)節(jié)中，學生學習數(shù)據(jù)的采集往往不全面，且對于教師來說工作煩瑣。如課堂提問環(huán)節(jié)，教師僅能通過提問，了解部分學生對新知識點的掌握情況;收發(fā)作業(yè)環(huán)節(jié)，教師除了需要批閱，還要花費精力分析題目正確率，找出重點題型。而借助于大數(shù)據(jù)技術(shù)，教師則能很方便地從課前預習、課堂教學、課后練習以及教學評價多個角度快速全面地收集學生實時的學情數(shù)據(jù)^[4]。

目前，數(shù)據(jù)的采集可從線上和線下兩個途徑完成。線上一般應(yīng)用平臺采集技術(shù)^[5]以兩種方式采集：一是以學校在線平臺的學習資源（如云課件、云視頻、云習題等）為載體收集數(shù)據(jù)，學生使用電腦或智能移動設(shè)備完成學習活動，平臺則實時收集學習數(shù)據(jù)并生成相應(yīng)表格;二是采取校企合作的方式共同構(gòu)建學習平臺，數(shù)據(jù)的采集與整理有統(tǒng)一的模板和格式，便于后期分析和共享。

線下采集一般應(yīng)用圖像采集技術(shù)^[6]。學生和教師可通過照相機、平板電腦、移動電話、掃描儀等設(shè)備采集教學數(shù)據(jù)。線下數(shù)據(jù)采集技術(shù)可應(yīng)用于日常的作業(yè)數(shù)據(jù)收集，如教師批改作業(yè)后，即可將學生的典型問題拍照上傳到平臺;學生亦可將作業(yè)隨時拍照上傳至平臺供教師批閱。例如，“金屬與硝酸反應(yīng)的相關(guān)計算”這一節(jié)課，筆者設(shè)計了一道合金與硝酸反應(yīng)的計算題。從圖1可以看出，這名學生思維嚴謹，書寫有條理，計算結(jié)果準確，但化學方程式書寫過程中未標注氣體符號，可在批改中通過平臺反饋給該學生，避免今后再次犯錯。筆者發(fā)現(xiàn)很多學生書寫時思路不清晰，或者干脆不作答。對于這一問題，筆者進行了教學反思，涉及氧化還原反應(yīng)的計算一直是大部分高中學生的薄弱點。在本節(jié)的練習鞏固中，部分學生出現(xiàn)答題困難，說明現(xiàn)階段練習難度可能過大，不利于學生學習興趣的建立和發(fā)展。今后的練習可考慮分層命題，進一步提高學生的參與度。

在日常的教學中，拍照上傳的方式可實現(xiàn)傳統(tǒng)作業(yè)的共享，有利于教師收集大量真實的教學數(shù)據(jù)，及時調(diào)整教學思路，實現(xiàn)教學效果最大化。

二、多角度分析樣本數(shù)據(jù)

在精準教學實施過程中，對教育數(shù)據(jù)的分析非常重要。教師只有準確分析收集大數(shù)據(jù)，才能總結(jié)出科學的結(jié)論，并挖掘其中隱含的有價值的學生信息。處理大數(shù)據(jù)，目前應(yīng)用較多的是在線處理法，可做到實時分析數(shù)據(jù)、及時處理數(shù)據(jù)。為了保障這一過程，通常需要專業(yè)技術(shù)人員參與，在后臺負責清洗篩查數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的正確率和有效率，避免重復分析。最后構(gòu)建相應(yīng)數(shù)學模型，結(jié)合教學實際需求，應(yīng)用數(shù)學統(tǒng)計和挖掘、機器學習技術(shù)分析數(shù)據(jù)^[7]，并得出可視化學情分析報告。

（一）分析數(shù)據(jù)，研判結(jié)果

例如，在學校開展階段診斷性評價后，教師會在系統(tǒng)中收到一份學情評價分析報告，其中包括學校、年級、班級的各項診斷性數(shù)據(jù)。以我校分析系統(tǒng)為例，教師可獲取各?？偝煽儗Ρ?、各學科成績對比、臨界生對比、學業(yè)等級分布、優(yōu)劣勢學科對比等統(tǒng)計表。

通過該分析報告，教師可得知各學科總體評價情況及各班數(shù)據(jù)間的對比情況，了解學生的學業(yè)分布等級、優(yōu)劣勢學科，掌握優(yōu)秀生和學困生數(shù)據(jù)。教師也可比對上一階段評價結(jié)果，評價本校各學科階段性的教學成果及質(zhì)量。

（二）比對試卷，精準梳理

通過后臺數(shù)據(jù)分析，在各學科報告中可對比呈現(xiàn)出試卷題組的難度、區(qū)分度、均分、得分率等信息。以高一（6）班為例，對于試卷中難度較低的、學生掌握較好的題目，教師在講解過程中可以點帶面，提高效率;對于難度高、得分率不高的題目，則予以重點講解（見表1）。

（三）評價數(shù)據(jù)，聚焦重點

結(jié)合分析表數(shù)據(jù)，教師在掌握學生各題得分情況后，便可從知識點角度分析出本班的高頻錯題。大數(shù)據(jù)后臺會根據(jù)學生答題情況從四個程度，即困難、較難、一般、較易對每個題進行標注。題目失分越嚴重，難度越大，對應(yīng)題號的顏色就越深。以高一（6）班（45人）為例，后臺分析出第11題需要重點講評（紅色標注）。教師點擊進入后發(fā)現(xiàn)，僅有11人選擇正確，27人錯選D項（如圖2）。

本題側(cè)重考查學生對離子共存知識點，把握物質(zhì)的性質(zhì)、反應(yīng)與現(xiàn)象為解答的關(guān)鍵，能反映出學生宏觀辨識與微觀探析的學科素養(yǎng)。學生較多錯選的D選項，原因在于學生忽視了該溶液中使紫色石蕊試液變紅的溶液顯酸性，??????與氫離子反應(yīng)，且酸性條件下???????能氧化???????等。這啟示教師教學要更細致些，在課堂上應(yīng)側(cè)重完善學生的化學元素知識網(wǎng)絡(luò)，夯實氧化還原反應(yīng)基礎(chǔ)，避免學生在同一類型問題上再次出錯。

在學生個人成績分析報告中，對于每一道錯題，學生都能看到錯誤原因，知道自己的不足。同時，大數(shù)據(jù)后臺還能智能推薦相應(yīng)練習題，精選各學科的學習資源，精準推送給每位學生，達到個性化教學的目的。

三、基于數(shù)據(jù)開展精準教學

（一）精準設(shè)計教學目標

大數(shù)據(jù)分析出來的結(jié)論，是講實話、談實情的。依據(jù)大數(shù)據(jù)分析精準設(shè)計的教學目標，會比傳統(tǒng)教學具有更強的針對性和實效性。對于學生日常學習中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，教學平臺會提供實時全面的學情分析，幫助教師迅速判斷學生的認知特點與學習需求。對于班級每日化學練習而言，學生通過平板電腦在線提交練習之后，系統(tǒng)會根據(jù)批改結(jié)果形成學生個人的診斷報告，包括學生的具體答題情況、錯題以及與易錯題對應(yīng)的知識點等數(shù)據(jù)，教師可以據(jù)此快速定位重點講解的內(nèi)容，并設(shè)計課堂教學目標。

以“化學能與電能”這一節(jié)的教學為例。課前，教師在平臺編寫了線上預習題推送到學生端（如圖3）。根據(jù)大數(shù)據(jù)平臺反饋的學生預習概況，教師依據(jù)普通高中化學課程標準，對學生預習情況進行分析。對于該題，主要考查原電池概念、形成條件及工作原理。參與練習的37位學生中，有8位學生出現(xiàn)了錯誤。分析原因發(fā)現(xiàn)，問題在于學生對于原電池電極判斷、電解質(zhì)溶液作用理解不清。所以在新課教學中，筆者設(shè)計了以下教學目標：（1）設(shè)計水果電池實驗，認識構(gòu)成原電池的條件;（2）理解原電池的概念及工作原理，能正確判斷原電池的正負極。在課堂教學完成后，教師還可立足于該教學目標，對學生學習情況再檢查，及時發(fā)現(xiàn)問題，改進教學方式。

（二）精準選擇教學起點

教學起點的精準選擇是精準教學的關(guān)鍵。對于化學課堂，一旦起點過高，學生學習信心必然會受到打擊，課堂教學效果勢必大打折扣;若起點過低，學生的學習興趣會大大降低，出現(xiàn)師生精力的浪費。那么，教師應(yīng)該如何選擇教學起點呢？在大數(shù)據(jù)的支持下，教師將課前練習及基礎(chǔ)測試的數(shù)據(jù)結(jié)合起來分析，根據(jù)化學核心素養(yǎng)能力指標（如圖4）評價學生的測試結(jié)果，確定教學起點，從而確保教學起點的合理性與科學性。

以“氮及其化合物”這一節(jié)教學為例。上課前，教師可在平臺設(shè)置相關(guān)預習問題，如氮氣、氮氧化物的物理性質(zhì)，嘗試引導學生從化合價的角度了解氮的固定及生活中的氮循環(huán)過程，認識氮氣、氮氧化物的反應(yīng)條件。學生完成后在線提交對預習問題的回答，教師則根據(jù)學生提交的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)學生能得出氮氣的穩(wěn)定性源于氮氮三鍵的穩(wěn)定、氮的固定有兩種途徑，并能了解常見氮氧化物的物理性質(zhì)等，即達到了化學技能中的A1辨識分類和化學思維中的B1分析假設(shè)的要求，那么課堂重點就集中在氮氣及氮氧化物的轉(zhuǎn)化上，即從A2化學語言、B2推理論證角度進行講解和引申。比如，教師可繼續(xù)設(shè)置討論環(huán)節(jié)，引導學生從氧化還原角度聯(lián)想、分析、思考“雷雨發(fā)莊稼”的原因，學生提出假設(shè)、設(shè)計方案、探究，從氧化還原反應(yīng)角度書寫化學方程式，最終達到解決實際問題的要求，具備化學創(chuàng)新探究意識。在這個過程中，教師通過精準選擇教學起點，不僅促進了學生“證據(jù)推理與模型認知”素養(yǎng)的發(fā)展，也節(jié)約了教學時間。

（三）精準選擇教學方法

在化學課堂教學中，教師除了考慮學生學些什么內(nèi)容外，更重要的是怎么學、學到什么程度。教師作為智慧課堂的設(shè)計者和精準教學的引領(lǐng)者，應(yīng)以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采取共性教學和個性教學相結(jié)合的方式，即普遍存在的問題，通過課堂集中講解學習，課后檢測反饋，共同提升;個別學生暴露出的問題，則通過小組合作探究及教師單獨輔導的方式解決。在大數(shù)據(jù)支持的化學課堂教學中，教師可以“堂堂清”為目標，以學生為主體、教師為主導，形成完整高效的教學閉環(huán)（如圖5）。

針對我校高一年級期末診斷性評價中所暴露的共性問題，如離子方程式的正誤判斷、電子式、氧化還原反應(yīng)的規(guī)律等，教師在課堂上進行了集中講評。通過學業(yè)等級分布圖，掌握大部分學生處在薄弱區(qū)間，教師隨即利用平臺推送相似知識點的針對性練習，在線收集學生答題數(shù)據(jù)，并針對反饋數(shù)據(jù)和共性問題，在課堂上開展小組合作探究、教師個性化輔導。以上教學方法，克服了傳統(tǒng)教學中的“齊步走”弊端，真正實現(xiàn)了高效課堂和因材施教的目的。

（四）精準命制課后練習

想要獲得良好的教學效果，就有必要布置合理的課后練習。在傳統(tǒng)課堂結(jié)束后，教師往往采取“一刀切”的方式布置課后練習，即所有學生作業(yè)內(nèi)容、難度的要求一致。但實際上，每位學生當下對新知識點的理解程度是不同的，也就是說學生的能力是不同的，一刀切地布置作業(yè)，容易導致學生學習信心不足，甚至厭學棄學。這也是教師在改作業(yè)過程中，容易發(fā)現(xiàn)部分學生嚴重抄襲的原因。因此，課后作業(yè)的命制應(yīng)“因人而異”。

在大數(shù)據(jù)的支持下，筆者認為作業(yè)的命制應(yīng)做到兩個精準：一是精準到知識點，學生在課堂上暴露出的問題，應(yīng)在課后再次強化練習。二是精準到“人”，即依據(jù)每一次考試成績，對能力較強的學生，可單獨推送進階題，以強化其思維能力;對中等生推送難度系數(shù)中等、知識點全面的中檔題;對后進生，則主要推送基礎(chǔ)題和概念題，以鞏固基礎(chǔ)。作業(yè)方式上，對于傳統(tǒng)的紙質(zhì)作業(yè)，難度不宜過大，可作為解決共性問題的載體，強化基礎(chǔ)學科知識。網(wǎng)絡(luò)平臺作業(yè)（如圖6）是課后精準教學的重點實踐方向，通過平臺大數(shù)據(jù)智能分析以及教師批改，實現(xiàn)有針對性的教學評價，達到檢測和鼓勵學生的目的。教師通過設(shè)置合適的練習內(nèi)容，使每位學生明白自己應(yīng)在學習中達到的高度，通過化學學習獲得成就感，增強自身學習的自信心，從而實現(xiàn)可持續(xù)學習，為終身學習打下基礎(chǔ)。

總之，在大數(shù)據(jù)時代背景下，教學不再過多依賴教師以往的感性經(jīng)驗，而是更多依據(jù)數(shù)據(jù)的理性分析。數(shù)據(jù)驅(qū)動下的化學精準教學，實現(xiàn)了教師與智能終端的分工協(xié)同，顯著提高了化學教學質(zhì)量。但在數(shù)據(jù)驅(qū)動精準教學的過程中，我們發(fā)現(xiàn)，教師群體對大數(shù)據(jù)平臺的使用呈現(xiàn)出兩極分化的特征。數(shù)據(jù)素養(yǎng)較高的年輕教師認為，基于大數(shù)據(jù)平臺開展教學可以幫助他們及時發(fā)現(xiàn)教學活動中存在的問題，以數(shù)據(jù)驅(qū)動的教學方式已成為他們?nèi)粘９ぷ鞯囊徊糠?。而年齡較大或數(shù)據(jù)素養(yǎng)不高的教師，在使用大數(shù)據(jù)平臺初期就遇到較大的困難，如無法理解一些專業(yè)數(shù)據(jù)指標的含義，對大數(shù)據(jù)平臺操作較為生疏，無法在本就繁忙的教學工作中抽時間學習等?？梢?，教師自身的數(shù)據(jù)素養(yǎng)高低是制約精準教學成效的關(guān)鍵。當然，年輕教師在教學中若過于依賴數(shù)據(jù)，則會忽視對教學理念、教學方法等的深入探究，進而影響其教學經(jīng)驗的積淀。對此，學校進行了相關(guān)培訓，以提升教師的數(shù)據(jù)素養(yǎng)與教學能力，使教師學會適當恰切地應(yīng)用數(shù)據(jù)，讓經(jīng)分析與提煉的數(shù)據(jù)真正轉(zhuǎn)化為教師的教學智慧，從而對教學產(chǎn)生更大的價值。相信隨著教師信息技術(shù)應(yīng)用能力的快速提升、各級各類智慧平臺的建設(shè)推進與教學資源的不斷優(yōu)化，化學教學將會進一步減負提質(zhì)，為全面深化教育改革打下堅實的基礎(chǔ)。

注：本文系2021年度武漢市教育科學規(guī)劃一般課題“基于AI智慧課堂的高中學段精準教學研究”（項目編號：138）的階段性研究成果。

參考文獻

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（作者戴瑞來系湖北省武漢市漢南第一中學化學教師;柯長華系武漢市漢南第一中學教學校長，高級教師）

責任編輯：牟艷娜