基于數(shù)據(jù)分析的初中科學(xué)個性化教學(xué)

詹蔓莉

摘要：教師以傳統(tǒng)方式收集錯題費時費力、分析簡單粗淺，難以快速實時生成分析報告，開展錯題的同類拓展和變式訓(xùn)練。恰當(dāng)應(yīng)用信息技術(shù)，特別是數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以彌補傳統(tǒng)教學(xué)模式下復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)錯題教學(xué)存在的不足。實踐證明，對錯題進行歸因分析有效減少了重復(fù)性機械作業(yè)，兼顧了學(xué)生個性化需求。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)分析;錯題分析;科學(xué)教學(xué);個性化教學(xué)

錯題是一種個性化學(xué)習(xí)資源，真正善于思考與總結(jié)的學(xué)生能從錯題中發(fā)現(xiàn)自身的認(rèn)知沖突，找到錯誤前概念。從發(fā)現(xiàn)問題到分析問題，再到創(chuàng)造性地解決問題，學(xué)生在糾錯過程中不僅能實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，而且能提升科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。為解決學(xué)生對錯題的態(tài)度不一、測評手段簡單低效、錯因分析欠精準(zhǔn)等問題，筆者嘗試?yán)脭?shù)據(jù)分析技術(shù)在有限的時間里滿足學(xué)生的個性化需求，從而提高課堂教學(xué)效率。

一、錯題反芻：基于數(shù)據(jù)分析的初中科學(xué)個性化教學(xué)流程

（一）核心概念

錯題反芻，即師生利用信息技術(shù)進行數(shù)據(jù)分析，對錯題不斷進行歸因分析、反芻消化，發(fā)現(xiàn)隱藏的錯誤前概念，通過“個人定制—錯題重做—變式推送”等方式對半消化的核心概念和問題進行辨析、審視、反思，實現(xiàn)精準(zhǔn)突破，使錯題成為促進學(xué)生理解與思維發(fā)展的學(xué)習(xí)資源。

（二）技術(shù)支持

筆者采用網(wǎng)易有道智云學(xué)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺收集錯題，形成學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)報告以及班級整體學(xué)習(xí)報告，讓學(xué)生閱讀報告了解自身存在的問題，同時智能推送同類核心問題進一步檢查反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

筆者閱讀報告分析學(xué)生存在的個性與共性問題，借助平板電腦等移動終端設(shè)備精選學(xué)習(xí)內(nèi)容，采用定點推送、智能追蹤、小組協(xié)同等多種方式在課堂上進行個性化教學(xué)，通過及時測評、思維可視，讓每個學(xué)生的學(xué)習(xí)在課堂上真正發(fā)生。

（三）操作流程

課堂上，筆者采用“課前根據(jù)錯題情況設(shè)定教學(xué)和評價目標(biāo)，課中通過任務(wù)驅(qū)動開展教學(xué)活動，評價貫穿課前課中課后全程的模式”教學(xué)，根據(jù)錯題的數(shù)據(jù)分析結(jié)果來關(guān)注學(xué)生復(fù)習(xí)的全過程，助力學(xué)生的個性化和差異化學(xué)習(xí)，改變學(xué)生對待錯題的方式，減輕學(xué)生作業(yè)負(fù)擔(dān)并提高科學(xué)思維含量。為實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)分析的精準(zhǔn)指導(dǎo)，筆者實施如下閉環(huán)管理（如圖1）：（1）應(yīng)用有道智慧系統(tǒng)對錯題進行收集、分析與反饋;（2）智能推送個性化學(xué)習(xí)報告和同類核心問題;（3）利用平板電腦開展個性化智慧教學(xué);（4）使用過程積分評價量表促進學(xué)習(xí)與評價無縫銜接與良性互動，從而形成一個動態(tài)循環(huán)系統(tǒng)。

二、教學(xué)案例分析

（一）反芻評價：設(shè)計過程性積分評價量表

筆者堅持教、學(xué)、評一致性的理念教學(xué)，通過評價統(tǒng)整教學(xué)目標(biāo)、指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)過程，促進學(xué)習(xí)真正的發(fā)生。準(zhǔn)確定位教學(xué)目標(biāo)，需要保障學(xué)情分析報告的真實性和可靠性。筆者以積分評價量表為操作指南指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)（見表1）。量表主要包括有道智云學(xué)業(yè)系統(tǒng)的使用、智慧課堂的學(xué)習(xí)表現(xiàn)兩個維度。筆者通過積分獎勵，保障錯題掃描的全面性;加大對一頁錯題和個性化習(xí)題冊的賦分權(quán)重，激發(fā)學(xué)生反芻錯題的積極性;用樂課平臺紅花折算積分的方式打破平臺間的壁壘，實現(xiàn)課前、課中、課后的全環(huán)節(jié)評價。

（二）反芻分析：基于數(shù)據(jù)分析的錯題歸因

有道智云系統(tǒng)錯題掃描后，實時生成年級、班級、個人等多層面分析報告。教師在系統(tǒng)上可以選擇任意時間段，總覽班級學(xué)情。筆者利用系統(tǒng)對共性錯題進行歸因分析，分析是審題的原因還是時間的限制，是核心概念不清晰還是綜合能力的欠缺，是缺乏遷移應(yīng)用的能力還是科學(xué)建模的能力跟不上，為后續(xù)個性化教學(xué)打基礎(chǔ)。

1.共性問題

教師對錯誤率較高的題目進行歸因分析可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生共有的思維誤區(qū)以及較薄弱的知識點。根據(jù)數(shù)據(jù)分析情況教師可以及時調(diào)整教學(xué)進度，解決班級的共性問題。

以2020年2月28日到3月7日這段時間的光學(xué)復(fù)習(xí)課為例，柱狀圖中透鏡與視覺的正確率只有52.78%（如圖2），明顯低于其他知識點。其中凸透鏡成像規(guī)律及其探究過程、凸透鏡成像的應(yīng)用、光的直線傳播等內(nèi)容的正確率均為50%左右，屬于未掌握的核心知識點。這一塊內(nèi)容是在2020年新冠肺炎疫情發(fā)生后線上教學(xué)期間所學(xué)，學(xué)生沒有親歷探究光學(xué)實驗，只是通過視頻、記憶等方式來理解。筆者初三復(fù)習(xí)中強化學(xué)生對基本概念和基本理論的理解與應(yīng)用。

筆者點擊系統(tǒng)上的共性錯題欄目，按錯誤率排序，查看這段時間段內(nèi)學(xué)生的錯題情況，同時查看每道錯題的學(xué)生名單，點擊學(xué)生名字查看具體答題情況。筆者以兩道錯誤率極高的題目為例（如圖2）進行共性分析：第一題錯因是無法正確選擇小孔成像的光屏，根本原因在于學(xué)生沒有真實驗、真探究，不清楚真實的實驗環(huán)境;第二題的第（2）問是針對擋板是否能擋住平面鏡成像設(shè)問，和第一題的考查點是一致的，如果學(xué)生沒有真正實驗、沒有觀察過身邊的現(xiàn)象就會出現(xiàn)錯誤，本題作答結(jié)果揭示學(xué)生沒有真正理解虛像的成因;第二題的第（3）問答錯原因在于審題不仔細(xì)，學(xué)生可以自行訂正。對于以上兩個問題，教師并不需要專門安排一節(jié)習(xí)題課來講評。筆者布置一項真探究作為家庭作業(yè)，讓學(xué)生理解在真實實驗中如何選擇實驗條件讓實驗現(xiàn)象更為明顯。學(xué)生掌握相關(guān)知識，就可以將其遷移用以解決選擇小孔成像光屏的問題。

家庭探究：夜晚觀察玻璃上成像，請家人配合在玻璃前后進行遮擋，觀察成像情況;與白天進行對比，思考成像的清晰度與周邊光線是否有關(guān)系。

2.個性問題

個性錯誤可以暴露學(xué)生的薄弱知識點以及錯誤思維習(xí)慣。教師給予針對性的個性指導(dǎo)可以為每個學(xué)生搭建個人知識圖譜提供幫助，實現(xiàn)精準(zhǔn)突破。筆者點擊系統(tǒng)上的學(xué)生學(xué)情欄目，查看每個學(xué)生的知識點掌握情況，對比個人掌握率和班級掌握率，快速找到知識短板，尤其是針對正確率低于50%的知識點，重點分析背后的原因，找到知識的漏洞并加以彌補。

筆者通過共性錯題欄目查看錯誤率較低的個性錯題，點擊學(xué)生名字，即可出現(xiàn)原答題情況，了解錯誤選項。

（三）反芻突破：數(shù)據(jù)分析技術(shù)支持下的錯題重做

學(xué)生的錯誤是學(xué)習(xí)進階過程中不斷嘗試而出現(xiàn)的結(jié)果，對錯題進行反芻突破也能成為卓有成效的學(xué)習(xí)方式。在錯題歸因之后，筆者基于數(shù)據(jù)分析情況不斷將錯題回爐淬煉，讓學(xué)生在錯題重做中彌補知識漏洞，在變式的反復(fù)訓(xùn)練中提高思維能力，通過消化、總結(jié)與提煉，提高學(xué)生全面而準(zhǔn)確地分析問題、解決問題的能力。有道智云平臺整理出?？嫉?、典型的錯題，并對錯題按某個或多個知識點進行分類，同時根據(jù)做錯的題目，智能篩選相應(yīng)的變式題，培養(yǎng)學(xué)生的遷移能力。學(xué)生可以利用過程性評價量表，根據(jù)自己的時間安排、不同層次、學(xué)習(xí)需要進行錯題重做。

一頁錯題欄目允許教師選擇整個學(xué)期作為時間段，系統(tǒng)隨機生成5道題，按照艾賓浩斯遺忘曲線，檢查落實情況。學(xué)生使用個性化習(xí)題冊可以進行“錯題點單”（如圖3），根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況，選擇錯題重做還是只做變式題，選擇適合自己層次的題目難度，選擇變式題的數(shù)量，滿足個性化學(xué)習(xí)的需要。系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況量身定做習(xí)題，減少學(xué)生重復(fù)機械性刷題。筆者通過對錯題不斷進行反芻，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會自主學(xué)習(xí)，真正找到問題的癥結(jié)所在，減少他們對教師的依賴，使他們的思維層次從接收、記憶、模仿和練習(xí)提升到更高階的分析、綜合、評價和創(chuàng)造。

（四）錯題反芻：數(shù)據(jù)分析技術(shù)支持下的個性化智慧課堂教學(xué)

1. 個性化智慧課堂特征

智慧課堂教學(xué)的核心是學(xué)生的學(xué)習(xí)，與傳統(tǒng)課堂教學(xué)相比，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程是智慧生成的過程，讓學(xué)生在課堂上經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)想、歸納、選擇等過程，通過過程性評價促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)。為了發(fā)揮錯題的最大用處，取得更好的學(xué)習(xí)成效，筆者開展智慧課堂教學(xué)，將焦點放在系統(tǒng)篩選的那些高頻錯題上。同時，筆者根據(jù)個體差異訂制學(xué)習(xí)過程，通過情境展示、定位推送，對學(xué)習(xí)過程與結(jié)果進行及時反饋和智能化跟蹤，不斷對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進行精準(zhǔn)化分析、反饋與訓(xùn)練。課后，筆者通過個性作業(yè)、定向微課等方式讓不同層次的學(xué)生學(xué)有所得，提高全體學(xué)生的素養(yǎng)。

2. 錯題反芻個性化智慧課堂教學(xué)

課前，筆者根據(jù)學(xué)業(yè)數(shù)據(jù)對高頻錯題進行歸因分析，結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)和考試要求，設(shè)計教學(xué)目標(biāo)。課上，筆者以樂課平臺作為技術(shù)支持（見表2），采用小組展示、抽答、發(fā)紅花等激勵措施，通過實驗、討論、思辨等多種方式，使用技術(shù)操作及時作答、及時講評、對比展示等手段使學(xué)習(xí)過程可視化，幫助學(xué)生在問題解決中、思想碰撞中掌握重點并攻克難點。課后，筆者推介定向作業(yè)、語音、微課，為學(xué)生補充個性化學(xué)習(xí)資源。

以“光學(xué)”復(fù)習(xí)為例，筆者查看學(xué)情分析報告，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對凸透鏡的成像規(guī)律和應(yīng)用未真正理解，還停留在簡單的記憶層面，對于凸透鏡成像規(guī)律在生活中還不能準(zhǔn)確應(yīng)用遷移。因此，筆者設(shè)計如下智慧教學(xué)流程。

課前自測：在做“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實驗中，某小組學(xué)生利用圖4（甲）測出透鏡的焦距后，正確安裝并調(diào)節(jié)實驗裝置如圖4（乙）所示，在光屏上得到一個清晰的像。下列說法正確的是（????）。

A. 乙中成的是倒立放大的實像，符合放大鏡的成像原理

B. 乙中成的是倒立放大的實像，符合照相機的成像原理

C. 乙中，如果在燭焰與透鏡之間放置一近視眼鏡的鏡片，則將光屏適當(dāng)左移可得一個清晰的像

D. 在乙中保持凸透鏡的位置不變，將蠟燭與光屏的位置互換，則成像情況符合投影儀的原理

設(shè)計意圖：這是一道綜合光學(xué)重點以及難點的選擇題，隱藏焦距這一科學(xué)概念的應(yīng)用。選項A、B、D考核的是凸透鏡成像規(guī)律的應(yīng)用，選項C是結(jié)合近視、遠(yuǎn)視的矯正綜合考查學(xué)生對透鏡原理的理解。

答題詳情：筆者借助柱狀圖展示學(xué)生答題情況以及名單。平板電腦上的答題數(shù)據(jù)分析結(jié)果清晰地呈現(xiàn)了學(xué)情，使得整堂課的教學(xué)更有針對性。

錯誤歸因：學(xué)生并未理清楚物距、像距與凸透鏡成像規(guī)律特點，不能解釋和應(yīng)用于生活實際，如照相機、投影儀、放大鏡、眼鏡的應(yīng)用。

重點突破——任務(wù)驅(qū)動：任務(wù)驅(qū)動以完成一個個具體的任務(wù)為子目標(biāo)。筆者將教學(xué)內(nèi)容隱含在每個任務(wù)之中，任務(wù)難度呈螺旋式上升，讓不同層次的學(xué)生都能獲得成就感，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，從而培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、自主探索、勇于開拓進取的精神。科學(xué)探究離不開實驗，筆者給學(xué)生充分的實驗器材，讓學(xué)生在動手中體驗，在任務(wù)解決的同時促進思維能力提升。

任務(wù)1：乙中，若成清晰的像，成像的性質(zhì)？——照相機。

任務(wù)2：若蠟燭光屏位置互換，成像的性質(zhì)？——投影儀。

任務(wù)3：若蠟燭和光屏位置不動，只移動透鏡如何再次成像？——光路可逆。

任務(wù)4：若蠟燭燒短了，像會如何移動，如何操作讓像仍成在光屏中央？——光路作圖。

任務(wù)5：向右移動乙中光屏，如何操作能再次在光屏上出現(xiàn)清晰的像？——近視模擬與矯正。

難點突破——光路作圖：教師用平板電腦授課，隨堂檢測的覆蓋率可達100%。傳統(tǒng)授課模式下教師對學(xué)生的關(guān)注十分有限。在新模式下，筆者利用平板電腦中的隨機抽答與課件題、問答題等功能，讓全員參與其中，實時關(guān)注學(xué)生光路作圖的完成時長與完成質(zhì)量。筆者將光路圖簡化為圖5，讓學(xué)生把握經(jīng)過光心的光線不改變方向，通過相似三角形對比，解決任務(wù)1、2、4，突破難點。

遷移應(yīng)用：從凸透鏡的成像原理遷移到照相機、視覺形成、近視與遠(yuǎn)視。學(xué)生積極主動參與分析、綜合、抽象、概括等思維活動，提高在真實情境中抽象建模和解決問題的能力。

拓展提升：筆者展示宇航員王亞平太空講授光學(xué)實驗原理分析的視頻，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維以及愛國主義情感。

歸納總結(jié)：筆者利用思維導(dǎo)圖構(gòu)建個性化的知識體系，并在班級展示，通過學(xué)生互評、自評不斷完善，讓每個學(xué)生在自己學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上學(xué)有所得。

檢查落實——分層作業(yè)：筆者將作業(yè)分為基礎(chǔ)和拓展提升兩部分，同時開啟錯題重做，通過語音、視頻推送，讓學(xué)生在應(yīng)用、反思中落實。

三、成效及建議

（一）提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力

過程積分評價量表關(guān)注學(xué)生課堂表現(xiàn)以及課后學(xué)習(xí)。教師利用過程積分評價量表可以促進學(xué)生保持熱情投入學(xué)習(xí)，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力?；谄脚_的統(tǒng)計和分析，學(xué)生可以每周閱讀自己的學(xué)習(xí)分析報告，并且通過一頁錯題和個性化習(xí)題冊，改變“多做題”“反復(fù)練”等低效的學(xué)習(xí)方式，真正提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

（二）實現(xiàn)多元評價促進發(fā)展

學(xué)習(xí)過程是評價的過程，評價過程也是學(xué)習(xí)的過程。信息技術(shù)的使用不僅使學(xué)生的學(xué)習(xí)過程顯性化，而且促進了學(xué)習(xí)評價的多元化，讓教師關(guān)注學(xué)生的情感態(tài)度、學(xué)業(yè)進步、個性技能、成長體驗等情況。筆者進行過程積分評價，既重視學(xué)習(xí)結(jié)果，又重視學(xué)習(xí)過程，對學(xué)生的學(xué)習(xí)評價從關(guān)注分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)向?qū)W習(xí)診斷、問題解決等高階思維能力培養(yǎng)，通過智慧教育助力科學(xué)教學(xué)，使得科學(xué)素養(yǎng)“可見、可評、可教”。

（三）助力教師精準(zhǔn)個性化教學(xué)

人工智能對典型錯題的收集和統(tǒng)計便于教師對學(xué)生個別錯題個性指導(dǎo)。對于共性錯題，筆者在智慧課堂上帶領(lǐng)學(xué)生深度體驗、反思、拓展和遷移，利用信息技術(shù)實時關(guān)注、展示、對比、評價，從而實現(xiàn)精準(zhǔn)定位、個性教學(xué)。智慧課堂教學(xué)模式下，筆者使用課件題、快速問答、分組討論、隨堂測試等實時互動工具使課堂變得更加生動、高效，采用紅花激勵等手段使評價變得精準(zhǔn)、個性、靈活，也使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣更加濃厚。

（作者系浙江大學(xué)教育學(xué)院附屬學(xué)校教師）

責(zé)任編輯：祝元志