數(shù)學(xué)教學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的探索

俞志華

摘?要：2012年聯(lián)合國發(fā)布《大數(shù)據(jù)發(fā)展：挑戰(zhàn)與機(jī)遇》白皮書指出，大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)將會(huì)對各個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生深刻影響，當(dāng)然也推動(dòng)著教育系統(tǒng)的創(chuàng)新和變革[1]。在大數(shù)據(jù)背景下，教育專家就教育模式的轉(zhuǎn)變、變革的趨勢與轉(zhuǎn)向、教育研究的新范式、學(xué)習(xí)方式的變革、數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用模式、應(yīng)用價(jià)值以及實(shí)踐方案等方面都作了具體的研究和科學(xué)的論證。本文就建立數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)在數(shù)學(xué)教學(xué)中的特征等一些基礎(chǔ)性問題進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：教育大數(shù)據(jù);大數(shù)據(jù)技術(shù);個(gè)性化教學(xué)

中圖分類號：G633.6??????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ????文章編號：1992-7711（2020）01-033-2

教育大數(shù)據(jù)特指教育領(lǐng)域內(nèi)，整個(gè)教育活動(dòng)過程中所產(chǎn)生，并根據(jù)教育需要采集到的，服務(wù)于教育發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生素養(yǎng)的數(shù)據(jù)集合。其價(jià)值體現(xiàn)在教學(xué)模式更科學(xué)化，能更有效的驅(qū)動(dòng)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)要求，多元化評估，對學(xué)生的終身教育和教師的職業(yè)水平產(chǎn)生積極影響。本文就建立數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)在數(shù)學(xué)教學(xué)中的特征等一些基礎(chǔ)性問題進(jìn)行探討。

一、建立大數(shù)據(jù)應(yīng)用的技術(shù)支持

學(xué)校和教師應(yīng)致力于建立和推廣數(shù)據(jù)收集和分析體系，該體系利用數(shù)據(jù)結(jié)果轉(zhuǎn)化為教育決策和教學(xué)實(shí)踐。[2]大數(shù)據(jù)終端在線收集、分析和釋放，使用不局限于學(xué)校內(nèi)部，推向不同學(xué)生個(gè)體學(xué)習(xí)和教師教學(xué)的整個(gè)過程，多元化收集與學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)有關(guān)的信息因素，形成數(shù)據(jù)。國際學(xué)生評估項(xiàng)目（Programme For International Student Assessment簡稱PISA）的宗旨就是為各國教育決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)，其數(shù)據(jù)分析重點(diǎn)是發(fā)現(xiàn)與學(xué)生學(xué)習(xí)表現(xiàn)相關(guān)的學(xué)生背景和校內(nèi)外學(xué)習(xí)經(jīng)歷，以及優(yōu)秀的學(xué)生，學(xué)校和教育系統(tǒng)的特征。我國2011年在上海試點(diǎn)建立“上海市中小學(xué)生學(xué)業(yè)質(zhì)量綠色指標(biāo)”體系，通過收集學(xué)生學(xué)業(yè)水平數(shù)據(jù)，學(xué)生學(xué)習(xí)過程多元化信息，教學(xué)方式和學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)力等信息，對數(shù)據(jù)分析并向試點(diǎn)學(xué)校及時(shí)反饋，引導(dǎo)教育管理，教學(xué)指導(dǎo)，教學(xué)行為建構(gòu)等進(jìn)行技術(shù)支持。[3]流程簡圖如下：

1.收集學(xué)生個(gè)人教育環(huán)境，過程和結(jié)果的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。收集學(xué)生年齡性別;對數(shù)學(xué)學(xué)科的喜好;家庭背景;學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī);課后作業(yè)環(huán)境;師生關(guān)系;課堂參與程度;獨(dú)立完成各類作業(yè)時(shí)，數(shù)學(xué)作業(yè)的順序位置，時(shí)間分配，精神狀態(tài);急需解決的階段性問題等。

2.收集課堂教學(xué)活動(dòng)中直接產(chǎn)生的有價(jià)值數(shù)據(jù)。無論是新授，習(xí)題或者復(fù)習(xí)課，教師在引導(dǎo)過程中關(guān)注知識(shí)點(diǎn)形成及知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系和應(yīng)用。通過預(yù)估和觀察，統(tǒng)計(jì)學(xué)生回答問題的速度，正確率;例如：已知二次函數(shù)y=kx2-7x-7的圖像與x軸有兩個(gè)交點(diǎn)，則k的取值范圍為????。教師備課前先做預(yù)判，并作相應(yīng)的準(zhǔn)備（是否提示，設(shè)問時(shí)間，設(shè)問梯度）。本體中的知識(shí)點(diǎn)有兩個(gè)，根的判別式Δ>0和二次項(xiàng)系數(shù)k≠0，教師應(yīng)快速收集每個(gè)學(xué)生兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)的正確情況，并針對問題，課堂和課后及時(shí)利用數(shù)據(jù)系統(tǒng)推送相關(guān)題型鞏固，并呈現(xiàn)精細(xì)步驟及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)。學(xué)生同步個(gè)人數(shù)據(jù)的完善。

3.收集數(shù)學(xué)練習(xí)或測試反饋數(shù)據(jù)。例如一次測試后，教師利用數(shù)據(jù)系統(tǒng)，對每個(gè)題目的正確率進(jìn)行分析，分析出整個(gè)班集體，整個(gè)年級或者整個(gè)區(qū)域?qū)W生對每個(gè)題目涉及的知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用和不同知識(shí)點(diǎn)整合，掌握題目所蘊(yùn)含的數(shù)學(xué)思想等情況分析，找到班與班，校與校之間的差距，對解決問題作出精確決策。同時(shí)，每個(gè)學(xué)生詳細(xì)分析個(gè)體全面數(shù)據(jù)，精確關(guān)注存在問題，以便進(jìn)行針對性復(fù)習(xí)和有效練習(xí)。

4.收集教師教學(xué)技術(shù)信息。數(shù)學(xué)課堂內(nèi)教師教學(xué)方法的應(yīng)用和教學(xué)實(shí)踐中的變化分析;不同教師同堂異構(gòu)效果;教學(xué)中出現(xiàn)典型錯(cuò)誤的類型，錯(cuò)誤原因的共性問題;個(gè)體學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)缺失與教學(xué)方法的實(shí)際聯(lián)系等。

5.收集學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)在線，自主學(xué)習(xí)過程中的各種信息。

6.收集動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)信息。比如知識(shí)點(diǎn)的遺忘，數(shù)據(jù)肯定是呈動(dòng)態(tài)性的，所以對不同的章節(jié)，不同的時(shí)間階段進(jìn)行跟蹤對比，使得數(shù)據(jù)分析更合理全面。

二、數(shù)據(jù)技術(shù)在數(shù)學(xué)教學(xué)中運(yùn)用特征

1.評價(jià)更細(xì)致，精準(zhǔn)，體現(xiàn)因材施教的個(gè)性化服務(wù)。細(xì)致分析知識(shí)點(diǎn)生成和應(yīng)用技能在教學(xué)中學(xué)生的關(guān)注掌握程度和發(fā)展程度?？茖W(xué)的判斷和預(yù)測學(xué)生個(gè)人學(xué)習(xí)情況，程度和態(tài)度。通過快速識(shí)別和分辨數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的特征，類似案例分析對比，推送合理的資源對學(xué)生提供個(gè)性化輔導(dǎo)，精準(zhǔn)的教學(xué)資源支持和教學(xué)效果干預(yù)，練習(xí)中及時(shí)推送精細(xì)的解題過程。例如動(dòng)點(diǎn)問題，形成的面積最值問題或者存在性問題，學(xué)生在線練習(xí)中數(shù)據(jù)終端提供精細(xì)的解題思路，同時(shí)對學(xué)生存在的錯(cuò)誤進(jìn)行反饋。比如面積的最值可以利用二次函數(shù)模型解決等類似的歸納，系統(tǒng)馬上在線提供類似的典型例題練習(xí)或推送微課輔導(dǎo)等資源為學(xué)生提供有效輔導(dǎo)和難度適當(dāng)?shù)木毩?xí)，提高解決問題的成功率，鞏固關(guān)聯(lián)知識(shí)的熟練運(yùn)用和解題技巧。大數(shù)據(jù)可以針對學(xué)生個(gè)體不同的知識(shí)積累，思考方法因素，了解層面除了群體，更有微觀個(gè)體的研究，避免其他無關(guān)數(shù)據(jù)對個(gè)體的影響，更有效的針對每一個(gè)學(xué)生制定出合適自己的“練習(xí)”。

2.教師在教學(xué)中能更好的提升教學(xué)效果。教師利用數(shù)據(jù)反饋，判斷是否達(dá)到教學(xué)預(yù)期，哪些學(xué)生存在的問題，存在問題的主客觀原因或者非結(jié)構(gòu)性原因，選取系統(tǒng)推送的相關(guān)資源，建立數(shù)據(jù)模型（成功經(jīng)驗(yàn)）作為提高自身教學(xué)能力的技術(shù)支持。

3.大數(shù)據(jù)對改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)方法的積極影響。大數(shù)據(jù)在傳統(tǒng)講授法的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生更容易獲取到有效設(shè)問，情境和激發(fā)興趣。利用多元化途徑教學(xué)，使學(xué)生多層面，多角度，多方式獲取知識(shí)。教師的更多精力放在教材的組織和擬定預(yù)設(shè)數(shù)學(xué)問題，系統(tǒng)能快速反應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)過程或者教師教學(xué)中產(chǎn)生的困惑，及時(shí)調(diào)整解題思路和教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)，融會(huì)貫通。

4.大數(shù)據(jù)對學(xué)生終身學(xué)習(xí)的積極影響。數(shù)據(jù)為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了更多指導(dǎo)，讓學(xué)生自己更多去發(fā)現(xiàn)問題，教會(huì)學(xué)生挖掘，管理和利用好個(gè)人數(shù)據(jù)，規(guī)劃學(xué)習(xí)過程更科學(xué)合理，有效提高學(xué)習(xí)效率。

“這是一場革命，龐大的數(shù)據(jù)資源使得各個(gè)領(lǐng)域開始了量化進(jìn)程”[4]鑒于此，教師應(yīng)該樹立大數(shù)據(jù)意識(shí)，利用這些客觀真實(shí)的數(shù)據(jù)，借助網(wǎng)絡(luò)、多媒體技術(shù)，學(xué)會(huì)挖掘、收集、分析和整理數(shù)據(jù)，讓大數(shù)據(jù)服務(wù)于教育教學(xué)，充分利用每個(gè)學(xué)生的數(shù)據(jù)信息，全面了解和評價(jià)每一位學(xué)生，與時(shí)俱進(jìn)，積極學(xué)習(xí)，把教學(xué)決策建立在教學(xué)實(shí)踐和大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，讓大數(shù)據(jù)更好地為教育教學(xué)服務(wù)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]楊現(xiàn)民，唐斯斯，李冀紅.發(fā)展教育大數(shù)據(jù)：內(nèi)涵、價(jià)值和 挑戰(zhàn)[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究， 2016（01） .

[2]上海市教育委員會(huì).《2012年綠色指標(biāo)推進(jìn)情況》[EB/OL].

[3]沈?qū)W珺.大數(shù)據(jù)對教育意味著什么[J].上海教育科研，2013（09）.

[4]秦磊.大數(shù)據(jù)視域下教育方法改革的挑戰(zhàn)和策略[J].白城師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2015（1）.

（作者單位：蘇州市相城區(qū)北橋中學(xué)，江蘇 蘇州215000）