大數(shù)據(jù)支持下的高中化學(xué)精準(zhǔn)教學(xué)探索

陳慧

摘 要：在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”以及大數(shù)據(jù)技術(shù)在教育領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的背景下，大數(shù)據(jù)的有效采集逐漸被人們重視起來。在此，本文就以大數(shù)據(jù)為支撐，通過數(shù)據(jù)采集、分析和應(yīng)用，對高中化學(xué)的精準(zhǔn)教學(xué)進(jìn)行了進(jìn)一步的探索，旨在提升化學(xué)教學(xué)的效率，為最終的教學(xué)效果提供保障。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù);高中化學(xué);精準(zhǔn)教學(xué)

大數(shù)據(jù)，是一種基于現(xiàn)代科學(xué)的智能時(shí)代的產(chǎn)物，其主要通過對海量數(shù)據(jù)的分析，從而實(shí)現(xiàn)提升工作效率和質(zhì)量的目的。從教育教學(xué)的角度來分析，將大數(shù)據(jù)應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)中，可以對學(xué)生各方面表現(xiàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以此改良教學(xué)方法，優(yōu)化教學(xué)策略，為教育教學(xué)水平的提升提供有力保障。那么，為什么要將大數(shù)據(jù)引進(jìn)教學(xué)中來呢？主要原因在于在當(dāng)前提倡個(gè)性化和私人訂制的大背景下，傳統(tǒng)課堂教學(xué)的局限性逐漸凸顯出來，此時(shí)，學(xué)校和教師有必要向現(xiàn)代化信息技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)資源等方面的轉(zhuǎn)變，為教育教學(xué)提供有力支撐。

一、全樣本的數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)的采集在學(xué)情反饋上發(fā)揮著重要作用，是日常教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，更是開展精準(zhǔn)教學(xué)的根基。而全樣本則是所有數(shù)據(jù)采集必須面向全體學(xué)生，只有將所有學(xué)生學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的常態(tài)化數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，才能更好的挖掘?qū)W生發(fā)展的動(dòng)態(tài)化過程，真正了解具體的學(xué)情。

數(shù)據(jù)采集一般可以分為線上和線下數(shù)據(jù)采集兩種方式，其中，線上采集就是利用數(shù)字化在線教學(xué)平臺和相應(yīng)的學(xué)習(xí)終端設(shè)備，由教師推送相應(yīng)學(xué)習(xí)任務(wù)，而學(xué)生只需要在線進(jìn)行選擇、討論、搶答和拍照上傳，就能將自己的學(xué)習(xí)成果提交給老師，平臺也就能對其進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，并及時(shí)反饋學(xué)生在線作業(yè)情況，生成學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。

線下采集中，教師需要記錄學(xué)生每一次的作業(yè)以及考試的解答痕跡來實(shí)現(xiàn)。通常，線下采集主要有兩種形式：一是對于作業(yè)可以通過“先批改后掃描”的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在不改變學(xué)生和教師原有作答和批改習(xí)慣的基礎(chǔ)上，利用高速掃描儀采集學(xué)生的作答情況，并將教師的批改記錄上傳到云端，教師隨時(shí)都可以通過手機(jī)、電腦等終端隨時(shí)查看學(xué)生的各項(xiàng)情況，對學(xué)生作業(yè)完成情況進(jìn)行分析，而學(xué)生及其家長也能及時(shí)通過終端查看作業(yè)的反饋情況，系統(tǒng)能夠自動(dòng)生成錯(cuò)題集，為學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)建議;二是利用網(wǎng)上閱卷系統(tǒng)，同樣不改變學(xué)生原有作答模式為，對期中、期末等大型考試采取“先掃描后批改”的數(shù)據(jù)采集方法，集中網(wǎng)上閱卷，并對考試數(shù)據(jù)的采集分析，這種方法最大的缺點(diǎn)就是改變了教師的工作方式，且學(xué)生試卷上也不會留下任何的批改痕跡[1]。

二、多層面的數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析作為精準(zhǔn)教學(xué)的核心和關(guān)鍵，讓教學(xué)決策更加有據(jù)可依。而多層面數(shù)據(jù)分析就是利用學(xué)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺對學(xué)校、班級以及學(xué)生個(gè)人層面進(jìn)行全面的數(shù)據(jù)分析。在信息采集過程中，對學(xué)生平時(shí)的作業(yè)、練習(xí)以及階段測試卷的所有樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，從而將學(xué)生近階段學(xué)習(xí)中的知識薄弱點(diǎn)以及高頻錯(cuò)題呈現(xiàn)出來，對難度、區(qū)分度、難易題比例、知識點(diǎn)權(quán)重、每題得分率以班級平均分等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，形成校級、班級報(bào)告，歸納學(xué)科和學(xué)生學(xué)情的分析報(bào)告，分檔統(tǒng)計(jì)各科成績，列出進(jìn)步生、退步生、臨界生和波動(dòng)生的名單等。通過這些數(shù)據(jù)，教師在后續(xù)教學(xué)中判斷更加精準(zhǔn)，得知哪些內(nèi)容是學(xué)生已掌握的，哪些還要進(jìn)一步鞏固;對于尚未達(dá)成的教學(xué)目標(biāo)，通過數(shù)據(jù)分析比對，教師也可以明確后續(xù)教學(xué)的重難點(diǎn)所在，需要為學(xué)生提供什么樣的學(xué)習(xí)機(jī)會，從而為精準(zhǔn)教學(xué)的有效實(shí)施提供有力支撐。

三、精準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)應(yīng)用

（一）教學(xué)目標(biāo)精準(zhǔn)

教學(xué)目標(biāo)是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中達(dá)到預(yù)期成果的依據(jù)，也是課時(shí)教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，應(yīng)貫穿在備課、上課以及評價(jià)每一環(huán)節(jié)中，并對教學(xué)結(jié)果的成敗進(jìn)行衡量。就化學(xué)教學(xué)中教學(xué)目標(biāo)的精準(zhǔn)性而言，主要體現(xiàn)在滿足化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)總體要求的基礎(chǔ)上，將化學(xué)學(xué)科的育人價(jià)值充分體現(xiàn)出來，并要求符合學(xué)生的現(xiàn)實(shí)水平和認(rèn)知規(guī)律，將化學(xué)教學(xué)的科學(xué)性、人文性等特征都凸顯出來。實(shí)際上，以大數(shù)據(jù)為支撐的化學(xué)精準(zhǔn)教學(xué)，教學(xué)目標(biāo)更加明確，檢測性更強(qiáng)，精準(zhǔn)度更高，最終呈現(xiàn)出來的教學(xué)效果比較顯著。

以“氣體摩爾體積”這部分內(nèi)容為例，教師設(shè)置如下目標(biāo)：（1）探究相同條件下不同物質(zhì)的體積，微觀角度上要了解決定物質(zhì)體積的內(nèi)在因素，宏觀角度上要分析決定氣體體積的外在因素;（2）掌握氣體摩爾體積的含義，了解標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體摩爾體積;（3）在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，可以準(zhǔn)確換算氣體體積和物質(zhì)的量、粒子的數(shù)目間的關(guān)系。針對以上目標(biāo)，為了進(jìn)一步檢驗(yàn)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的效果，教師編制線上檢測題，并通過學(xué)習(xí)平板智能推送給學(xué)生，讓學(xué)生充分利用課下時(shí)間，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成相應(yīng)測試題并提交，而教師則結(jié)合每個(gè)學(xué)生的答題正確率和答題速度，快速診斷學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，對于學(xué)生認(rèn)知上存在的偏差，教師結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況采取必要的措施進(jìn)行解決，最大程度的保證學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的質(zhì)量。

（二）教學(xué)起點(diǎn)精準(zhǔn)

教學(xué)起點(diǎn)的精準(zhǔn)性是精準(zhǔn)教學(xué)的關(guān)鍵，教學(xué)的起點(diǎn)過高，學(xué)生就會很難接受，從而就很有可能出現(xiàn)“夾生飯”的情況;而若起點(diǎn)過低，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣就會大大降低，最終出現(xiàn)教學(xué)時(shí)間浪費(fèi)的現(xiàn)象。因此，在大數(shù)據(jù)支撐下，教師對教學(xué)起點(diǎn)的規(guī)劃不再局限在多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)上，而是將學(xué)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺充分利用起來，對課前預(yù)習(xí)的反饋和基礎(chǔ)測試情況展開在線數(shù)據(jù)分析，為教學(xué)起點(diǎn)規(guī)劃的科學(xué)性和合理性提供保障[2]。

以“鐵銅及其化合物的應(yīng)用”這部分知識為例，課前，教師先讓學(xué)生根據(jù)實(shí)物和鐵、銅在生活中的應(yīng)用，歸納鐵、銅的物理及化學(xué)性質(zhì)，并書寫它們相應(yīng)的化學(xué)方程式，學(xué)生在線提交，教師則通過對學(xué)生在線反饋情況的分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題所在，課堂上教師只要引導(dǎo)學(xué)生去分析鐵和銅與其他物質(zhì)反應(yīng)的化學(xué)方程式、產(chǎn)物以及讓學(xué)生從氧化還原反應(yīng)的角度去思考：鐵反應(yīng)產(chǎn)物的化合價(jià)與什么因素有關(guān)？以此為教學(xué)起點(diǎn)，不僅在很大程度上節(jié)約了教學(xué)的時(shí)間，也可以促進(jìn)學(xué)生的思維發(fā)展。在討論后，學(xué)生就能得出“Fe、Cu一定條件下可以與某些酸、非金屬單質(zhì)、某些鹽溶液、某些還原劑等反應(yīng)，作還原劑。銅在反應(yīng)中一般轉(zhuǎn)化為+2價(jià)的銅的化合物，鐵與弱氧化劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化為亞鐵的化合物，鐵與強(qiáng)氧化劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化為鐵的化合物?！睂W(xué)生的思路被打開后，課堂重點(diǎn)就集中于Fe2+和Fe3+間的相互轉(zhuǎn)化的問題上，教師就可以在后續(xù)采用活動(dòng)探究的形式，讓學(xué)生通過聯(lián)想質(zhì)疑、活動(dòng)探究、觀察思考、交流研討等學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行建構(gòu)。在進(jìn)行Fe2+和Fe3+之間相互轉(zhuǎn)化規(guī)律的探究時(shí)，注重引導(dǎo)利用氧化還原反應(yīng)的原理進(jìn)行分析，并發(fā)展學(xué)生提出假說、設(shè)計(jì)探究方案、獲取探究結(jié)論等能力，從而為良好的教學(xué)效果提供保障。

（三）教學(xué)方法精準(zhǔn)

在化學(xué)的精準(zhǔn)教學(xué)中，教師不僅要考慮學(xué)生應(yīng)該學(xué)什么、應(yīng)該從哪學(xué)以及學(xué)到什么程度的問題，還要在遵循“概率預(yù)測”原則的基礎(chǔ)上，對教學(xué)方法展開進(jìn)一步的設(shè)計(jì)，解決好“學(xué)生應(yīng)該怎樣學(xué)”的問題。在設(shè)計(jì)教學(xué)方法的過程中，要想到什么方法能夠突破教學(xué)中的重難點(diǎn)知識？什么方法可以改變學(xué)生的學(xué)習(xí)認(rèn)知偏差？什么方法可以促進(jìn)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展？等等。從根本上來看，精準(zhǔn)教學(xué)方法就可以很好的回答上述問題，將以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心充分體現(xiàn)出來。

例如：“苯分子的結(jié)構(gòu)”的教學(xué)中，教師就可以采用問題鏈的教學(xué)方式，以問題鏈對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，促使學(xué)生思考、觀察苯分子的結(jié)構(gòu)模型，然后通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)對苯分子結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。如：從分子的組成上來看，碳原子屬于一種高度不飽和的原子結(jié)構(gòu)，那么，苯分子中的碳原子是以雙鍵和三鍵進(jìn)行連接的嗎？碳原子怎樣連接才能滿足碳的化合價(jià)？哪些證據(jù)可以證實(shí)苯分子的結(jié)構(gòu)？（1HMR共振譜和苯在一定條件下可以和H2產(chǎn)生加成反應(yīng)，生成環(huán)己烷）

在問題鏈的引導(dǎo)下展開學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅能對苯分子結(jié)構(gòu)的概念形成一定的理解，在學(xué)習(xí)過程中也能掌握相應(yīng)的學(xué)習(xí)方法和思維形式，更好的領(lǐng)會學(xué)習(xí)目標(biāo)。相反，如果教學(xué)這一部分內(nèi)容時(shí)直接向?qū)W生說明苯分子結(jié)構(gòu)要從實(shí)驗(yàn)中得知，在想象、模型分析以及推理的過程中，學(xué)生很難對知識點(diǎn)形成感性的認(rèn)識，自然也就無法理解了。

（四）作業(yè)設(shè)計(jì)精準(zhǔn)

在作業(yè)設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性上主要包括兩點(diǎn)：一種是精準(zhǔn)到“知識點(diǎn)”;一種是精準(zhǔn)到“人”。因此，在作業(yè)的設(shè)計(jì)上，教師有必要將其重視起來，紙質(zhì)作業(yè)應(yīng)以低中檔題型為重點(diǎn)，讓學(xué)生通過紙質(zhì)作業(yè)鞏固課堂重點(diǎn)，解決學(xué)習(xí)中的難題，強(qiáng)化化學(xué)學(xué)科的特質(zhì)思維，這樣，才能有效達(dá)成課堂目標(biāo)，將“教—學(xué)—評”的一致性充分體現(xiàn)出來;而在電子作業(yè)上，應(yīng)提前在平臺上進(jìn)行預(yù)設(shè)，結(jié)合不同學(xué)生的實(shí)際情況，定時(shí)推送相應(yīng)知識和題型，因材施教。在此過程中，對于基礎(chǔ)較好的學(xué)生，可以向其推送一些高水平的題目;對于基礎(chǔ)差的學(xué)生，重點(diǎn)推送一些概念性、基礎(chǔ)性的習(xí)題，鞏固課堂所學(xué)。做完習(xí)題后，學(xué)生需要在線提交給老師，教師在線批改，并反饋給學(xué)生。

（五）補(bǔ)救措施精準(zhǔn)

教學(xué)中的“補(bǔ)救”，其實(shí)就是對學(xué)生學(xué)習(xí)、解題過程中出現(xiàn)的思維缺陷進(jìn)行補(bǔ)救，在此基礎(chǔ)上展開再次教學(xué)，對學(xué)生的學(xué)習(xí)和練習(xí)進(jìn)行輔導(dǎo)，以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，找到學(xué)生問題的“癥結(jié)”，從而展開“對癥”教學(xué)。

筆者在教學(xué)中遇到了這樣的題目，如：“某混合酸中含有HNO3和H2SO4，其中，100mL的混合酸含有的HNO3量的濃度為0.4mol·L-1，H2SO4量的的濃度為0.2mol·L-1。此時(shí)，向其中加入2.56g的銅粉，進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后溶液中Cu2+物質(zhì)量的濃度為多少？”基于數(shù)據(jù)反饋，全班只有10名學(xué)生回答出Cu2+物質(zhì)量的濃度為0.3mol·L-1，多數(shù)學(xué)生都選擇了錯(cuò)誤的答案。對于這種情況，教師不能簡單地按照題目的順序進(jìn)行教學(xué)，可以先帶領(lǐng)學(xué)生理解這個(gè)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，再去引導(dǎo)學(xué)生計(jì)算混合酸溶液中的H+和NO3-物質(zhì)的量濃度，然后通過Cu和稀HNO3反應(yīng)的離子方程式，學(xué)生就可以順利得出Cu2+物質(zhì)的量濃度。同時(shí)，針對學(xué)生的個(gè)性化錯(cuò)誤，教師可以通過個(gè)別輔導(dǎo)的方式進(jìn)行解決，也可以利用學(xué)習(xí)平板錄制微課推送給學(xué)生，確保補(bǔ)救教學(xué)有效性和針對性。

結(jié)束語

總之，以大數(shù)據(jù)為支撐的精準(zhǔn)教學(xué)達(dá)到了人機(jī)合理分工的效果，化學(xué)教學(xué)的質(zhì)量有了明顯的提升。所以，在高中階段的化學(xué)教學(xué)中，教師有必要將這種教學(xué)方法利用起來，以大數(shù)據(jù)為支撐，促進(jìn)學(xué)習(xí)平板、學(xué)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺以及課堂教學(xué)的融合，確保教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、作業(yè)設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)化，提升化學(xué)教學(xué)的質(zhì)量，為學(xué)生今后的全面發(fā)展提供支撐。

參考文獻(xiàn)

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福建省電化教育館教育信息技術(shù)研究2018年度課題《基于學(xué)業(yè)數(shù)據(jù)的學(xué)情診斷和教學(xué)干預(yù)研究》（立項(xiàng)號：FJDJ1804）研究成果。