基于數(shù)據(jù)分析的初中科學(xué)精準(zhǔn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)

劉子陽

摘要： “1-343”精準(zhǔn)教學(xué)法是一套教師在精準(zhǔn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中探索形成的教學(xué)方法，它倡導(dǎo)基于數(shù)據(jù)分析和學(xué)生自主學(xué)習(xí)的教學(xué)理念，讓學(xué)生用一節(jié)課預(yù)習(xí)一個(gè)單元，并在大數(shù)據(jù)平臺的支持下，通過預(yù)習(xí)指導(dǎo)、預(yù)習(xí)檢測、教學(xué)設(shè)計(jì)、創(chuàng)設(shè)情境、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、課堂檢測、鞏固提升、分層作業(yè)、個(gè)性輔導(dǎo)、錯(cuò)題反饋十個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)課前以學(xué)定教、課中精準(zhǔn)施教、課后差異輔導(dǎo)。這不僅解決了以往精準(zhǔn)教學(xué)中出現(xiàn)的學(xué)生預(yù)習(xí)時(shí)間不夠、課業(yè)負(fù)擔(dān)加重等問題，還讓學(xué)生的自主學(xué)習(xí)變得更主動(dòng)、更有成效。

關(guān)鍵詞：初中科學(xué);精準(zhǔn)教學(xué);大數(shù)據(jù); 自主學(xué)習(xí);單元學(xué)習(xí)

自2018年9月起，筆者所在學(xué)校對七年級的四個(gè)班開展了基于平板電腦的精準(zhǔn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，探索以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的精準(zhǔn)教學(xué)。實(shí)驗(yàn)初期，由于大部分學(xué)科都既有預(yù)習(xí)作業(yè)又有課后作業(yè)，出現(xiàn)了學(xué)生預(yù)習(xí)時(shí)間不夠、課業(yè)負(fù)擔(dān)加重、學(xué)習(xí)深度不足、預(yù)習(xí)缺乏指導(dǎo)等問題。針對這些問題，我們優(yōu)化了精準(zhǔn)教學(xué)的部分環(huán)節(jié)，將預(yù)習(xí)時(shí)間從課外改為課內(nèi)，即每個(gè)小單元（三課時(shí)左右）用晚托管的一節(jié)課（45分鐘）專門預(yù)習(xí)，從而解決預(yù)習(xí)時(shí)間不夠、學(xué)生課業(yè)負(fù)擔(dān)加重和預(yù)習(xí)缺乏指導(dǎo)等問題。在此基礎(chǔ)上，我們又采用大數(shù)據(jù)分析平臺收集和分析數(shù)據(jù)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的精準(zhǔn)性和時(shí)效性，并設(shè)計(jì)了任務(wù)單，解決學(xué)生忙于應(yīng)付和學(xué)習(xí)深度不足等問題。在為期三年的實(shí)踐與探索中，我們總結(jié)出了初中科學(xué)“1-343”精準(zhǔn)教學(xué)法，使學(xué)生的學(xué)習(xí)更主動(dòng)、更有意義，也更有成效。

一、方法與實(shí)施

所謂“1-343”精準(zhǔn)教學(xué)法，即每個(gè)小單元用一節(jié)課的時(shí)間專門預(yù)習(xí);課前由預(yù)習(xí)指導(dǎo)、預(yù)習(xí)檢測、教學(xué)設(shè)計(jì)三個(gè)環(huán)節(jié)組成;課中由創(chuàng)設(shè)情境、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、課堂檢測、鞏固提升四個(gè)環(huán)節(jié)組成;課后由分層作業(yè)、個(gè)性輔導(dǎo)、錯(cuò)題反饋三個(gè)環(huán)節(jié)組成。整個(gè)過程體現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的自主學(xué)習(xí)與精準(zhǔn)教學(xué)，其中，課前主要體現(xiàn)的是“以學(xué)定教”，課中體現(xiàn)“精準(zhǔn)施教”，課后體現(xiàn)“差異輔導(dǎo)”（如圖1）。

（一）課前：把脈學(xué)情，以學(xué)定教

1.預(yù)習(xí)指導(dǎo)

我們?yōu)槊總€(gè)教學(xué)單元都安排了專門預(yù)習(xí)時(shí)間，并給予學(xué)生充分的指導(dǎo)。如浙教版科學(xué)九年級上冊第三章第三節(jié)“能量轉(zhuǎn)化的量度”共三個(gè)課時(shí)，我們就將其作為一個(gè)小單元。每節(jié)預(yù)習(xí)課，教師都以興趣性、啟發(fā)性、指導(dǎo)性為原則設(shè)計(jì)單元微課預(yù)習(xí)指導(dǎo)，教師可自行制作微課，也可以從智慧教學(xué)平臺的資源庫中選取微課。本節(jié)預(yù)習(xí)課，我們選取平臺上名師課堂的微課，引導(dǎo)學(xué)生從不同角度預(yù)習(xí)和思考問題。

與單課預(yù)習(xí)相比，單元預(yù)習(xí)指導(dǎo)優(yōu)勢明顯：一是學(xué)生所學(xué)知識更具系統(tǒng)性和整體性。通過預(yù)習(xí)本單元的微課，學(xué)生不僅可以通過學(xué)習(xí)“做功的兩個(gè)必要因素”，將判斷物體是否做功、什么力做功、做多少功（功的公式、單位、計(jì)算）關(guān)聯(lián)起來，還可以通過表示物體做功的快慢，將與功率相關(guān)的內(nèi)容關(guān)聯(lián)起來，從而讓碎片知識結(jié)構(gòu)化，對“功”的概念形成整體認(rèn)識。二是學(xué)生的學(xué)習(xí)更多指向?qū)W科大概念^[1]，有利于他們掌握科學(xué)核心概念。盡管本單元學(xué)習(xí)的是機(jī)械功，但學(xué)生知道了功本質(zhì)上是能量轉(zhuǎn)化的量度，不僅為他們后續(xù)學(xué)習(xí)中判斷電流是否做功奠定基礎(chǔ)，還有利于理解“能量的轉(zhuǎn)化與守恒”這一科學(xué)概念。三是單元預(yù)習(xí)是基于理解的學(xué)習(xí)，學(xué)生思維更活躍，有利于他們分析、評價(jià)、創(chuàng)造等高階思維能力的培養(yǎng)，也利于將學(xué)科核心素養(yǎng)落到實(shí)處。

2.預(yù)習(xí)檢測

預(yù)習(xí)檢測單的編寫遵循目標(biāo)性、層次性^[2]、揭錯(cuò)性原則。教師安排在預(yù)習(xí)課的最后5～10分鐘完成第一課時(shí)的預(yù)習(xí)檢測，其他兩課時(shí)的預(yù)習(xí)檢測在上課前一天花5～8分鐘完成。利用平臺大數(shù)據(jù)分析，教師能及時(shí)知曉學(xué)生對各部分內(nèi)容的掌握情況（如圖2），以及有哪些學(xué)生已經(jīng)掌握了所學(xué)內(nèi)容、哪些學(xué)生仍存在困惑，從而精準(zhǔn)把脈學(xué)情。

從圖2各道題的得分情況分析，學(xué)生對“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”的理解相對薄弱;對“做功的兩個(gè)必要因素”的學(xué)習(xí)停留在“識記”水平;對力和距離的“同物、同向、同時(shí)”，大部分學(xué)生并不理解。

3.教學(xué)設(shè)計(jì)

針對預(yù)習(xí)檢測中學(xué)生出現(xiàn)的思維障礙，我們對預(yù)設(shè)的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)重難點(diǎn)等進(jìn)行了調(diào)整，以更好地實(shí)現(xiàn)以學(xué)定教。一是將教學(xué)目標(biāo)中的“知道功的單位”調(diào)整為“能感受1焦耳的大小”，并將教學(xué)的難點(diǎn)由“功的計(jì)算”調(diào)整為對“做功的兩個(gè)必要因素”的理解。二是調(diào)整課堂任務(wù)單。在任務(wù)一的記錄單中增加“施力物體”和“受力物體”欄目，這有利于學(xué)生理解功是力做的，分析功之前先要明確哪個(gè)物體受到的什么力做功。任務(wù)單二中增加“人對皮箱有沒有做功”的快速問題，讓學(xué)生深入理解“做功的兩個(gè)必要因素”是判斷物體是否做功、什么力做功的關(guān)鍵。三是調(diào)整課堂檢測內(nèi)容，將原來的“功的計(jì)算”調(diào)整為“做功大小的判斷”，檢測單最后一題增加“能量轉(zhuǎn)化的判斷”，以加深學(xué)生對“功本質(zhì)上是能量轉(zhuǎn)化的量度”的理解。四是在鞏固提升環(huán)節(jié)，教師板書強(qiáng)調(diào)“同物、同向、同時(shí)”，以幫助學(xué)生抓住問題關(guān)鍵。

（二）課中：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，精準(zhǔn)施教

1.創(chuàng)設(shè)情境

創(chuàng)設(shè)情境是促進(jìn)學(xué)生有意義學(xué)習(xí)和實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)的重要手段。情境之于知識，?猶如湯之于鹽^[3]。新知融合在情境中，才更容易被學(xué)生理解吸收。還以“能量轉(zhuǎn)化的量度”第一課時(shí)為例，教師使用“龍清泉奧運(yùn)賽場舉重奪冠”的視頻創(chuàng)設(shè)情境。教師在播放視頻的同時(shí)，啟發(fā)學(xué)生思考：運(yùn)動(dòng)員在舉起杠鈴的過程中，誰消耗了能量？誰獲得了能量？能量發(fā)生了怎樣的轉(zhuǎn)化？龍清泉將137 kg的杠鈴舉高了2 m，他體內(nèi)有多少化學(xué)能轉(zhuǎn)化為杠鈴的勢能？從而巧妙地將舉重與能量轉(zhuǎn)化的量度、做功的兩個(gè)必要因素有機(jī)融合，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2.任務(wù)驅(qū)動(dòng)

教師通過設(shè)計(jì)有效的任務(wù)，能讓學(xué)生在完成特定任務(wù)的過程中獲得知識與技能。對于任務(wù)單的設(shè)計(jì)，教師應(yīng)遵循層次性、探究性、可操作性^[4]原則。如，對于“能量轉(zhuǎn)化的量度”的第一課時(shí)，我們在任務(wù)單中設(shè)計(jì)了四個(gè)任務(wù)。

在任務(wù)一中，教師讓學(xué)生通過對多個(gè)案例的觀察、對比和分析，歸納出“做功的兩個(gè)必要因素”和“不做功的三種情形”，在頭腦中建構(gòu)起對于“功”的概念及其內(nèi)涵的認(rèn)知，體驗(yàn)從歸納到演繹的科學(xué)方法。該任務(wù)中，“做功的兩個(gè)必要因素”是判斷物體是否做功、什么力做功、做多少功的關(guān)鍵，也是后續(xù)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。教師采取讓學(xué)生“獨(dú)立思考→小組討論→交流匯報(bào)”的形式組織教學(xué)，并從學(xué)生的討論與交流中掌握他們的認(rèn)知狀態(tài)。

任務(wù)二“判斷物體是否做功”是對任務(wù)一中“做功的兩個(gè)必要因素”掌握情況的檢驗(yàn)。教師運(yùn)用平臺的“隨機(jī)抽答”和“快速問答”功能，將所有學(xué)生的判斷同屏展示。學(xué)生開展互評，他們在相互評價(jià)中引發(fā)認(rèn)知沖突，并在解決認(rèn)知沖突的過程中內(nèi)化概念和發(fā)展思維。

任務(wù)三“分析功的大小與哪些因素有關(guān)”是對任務(wù)一的鞏固與深化，也是完成任務(wù)四的基礎(chǔ)。教師通過平臺授權(quán)“舉手”的學(xué)生展示答案。學(xué)生在展示講解中總結(jié)出，在“做功的兩個(gè)必要因素”中，當(dāng)“力的大小”相同時(shí)，要比較“物體在力的方向上通過的距離”;而當(dāng)“物體在力的方向上通過的距離”相同時(shí)，要比較“力的大小”，體現(xiàn)了控制變量的思想。教師再讓學(xué)生歸納得出功的計(jì)算公式“功=力×距離”，功的單位就是力單位和距離單位的乘積，培養(yǎng)學(xué)生的分析、概括能力。學(xué)生通過估算“將科學(xué)課本從地面撿起放回桌面”做多少功，感受“1焦耳”的大小，體驗(yàn)到科學(xué)與生活息息相關(guān)。

任務(wù)四“功的簡單計(jì)算”是對任務(wù)一和任務(wù)三的應(yīng)用與深化。教師用智慧教學(xué)平臺的“快速問答”功能同屏展示學(xué)生的計(jì)算過程，學(xué)生在此基礎(chǔ)上開展自評、互評。這既鍛煉了學(xué)生運(yùn)用科學(xué)知識解決問題和規(guī)范答題的能力，又提升了學(xué)生分析和評價(jià)等高階思維能力。

3.課堂檢測

課堂檢測一般在下課前10分鐘左右進(jìn)行。學(xué)生作答課堂檢測單中的問題后，智慧教學(xué)平臺會自動(dòng)批改客觀題，并能快速自動(dòng)分析得出結(jié)果?！澳芰哭D(zhuǎn)化的量度”第一課時(shí)的檢測情況如圖3所示。

從檢測數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對第1和第4題所涉及的知識掌握得較好，對第3題和第5題所涉及的知識掌握得還不夠理想。這些檢測數(shù)據(jù)便成為確定鞏固提升階段要重點(diǎn)分析內(nèi)容的依據(jù)。

4.鞏固提升

對于出錯(cuò)率較高的題目，教師調(diào)出答題詳情界面（如圖4），并讓選錯(cuò)的學(xué)生描述自己的解題思路，其他學(xué)生幫其分析錯(cuò)誤原因，教師在必要的時(shí)候給予指導(dǎo)。這種學(xué)生幫學(xué)生的方式，既鍛煉了學(xué)生的思考與表達(dá)能力，也有助于他們在互動(dòng)交流中增強(qiáng)思維的縝密性。通過與同學(xué)的交流探討，選錯(cuò)的學(xué)生逐漸領(lǐng)悟到“力和距離不僅要同物、同向，還要同時(shí)”。

最后，教師結(jié)合板書，回顧本節(jié)課知識要點(diǎn)，總結(jié)分析問題的基本方法和注意事項(xiàng)，并強(qiáng)調(diào)“同物、同向、同時(shí)”，讓學(xué)生加深對“做功的兩個(gè)必要因素”的理解。

（三）課后：分層要求，差異輔導(dǎo)

1.分層作業(yè)

課后作業(yè)分為A、B、C三個(gè)層次：A組題是對基礎(chǔ)知識的簡單應(yīng)用;B組題中等難度;C組題是對知識的拓展，激勵(lì)優(yōu)秀學(xué)生“跳一跳摘到桃子”^[5]。教師可根據(jù)課堂檢測中學(xué)生的學(xué)習(xí)程度分層布置作業(yè)。如根據(jù)“能量轉(zhuǎn)化的量度”第一課時(shí)的課堂檢測（如圖3a），優(yōu)秀學(xué)生做B、C層作業(yè)，良好和及格的學(xué)生做A、B層作業(yè)，不及格的學(xué)生只做A層作業(yè)。

2.個(gè)性輔導(dǎo)

對于平臺推送的作業(yè)，教師的個(gè)性化輔導(dǎo)可以通過智慧教學(xué)平臺的語音、寫字板、微課等形式進(jìn)行。教師既可以一對一推送，也可以對犯共性錯(cuò)誤的學(xué)生一同推送。不在平臺統(tǒng)一推送范圍中的問題，學(xué)生可以通過“樂答”板塊與教師進(jìn)行問答互動(dòng)。

3.錯(cuò)題反饋

平臺的錯(cuò)題本有學(xué)生個(gè)人錯(cuò)題本、班級錯(cuò)題本和周錯(cuò)題測驗(yàn)報(bào)告。學(xué)生在平板電腦上做過的題目，平臺會自動(dòng)收集錯(cuò)題，學(xué)生紙質(zhì)試卷或紙質(zhì)作業(yè)上的典型錯(cuò)題，則可以通過拍照上傳到平臺中的方式形成“拍照錯(cuò)題本”。

平臺每周六上午八點(diǎn)會自動(dòng)推送給學(xué)生適量的典型錯(cuò)題。這些錯(cuò)題與學(xué)生在課堂檢測中出現(xiàn)的錯(cuò)題屬于同一知識點(diǎn)、同一難度。學(xué)生也可以查看自己的錯(cuò)題本，進(jìn)行自主復(fù)習(xí)鞏固。教師可從班級錯(cuò)題本中選擇一些典型錯(cuò)題對學(xué)生進(jìn)行再次檢測，促進(jìn)對特定問題的解決。

二、經(jīng)驗(yàn)與成效

該實(shí)驗(yàn)歷時(shí)三年，已于2021年結(jié)題，參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生也已從初中畢業(yè)。回顧這三年的實(shí)驗(yàn)研究歷程，我們認(rèn)為主要有以下經(jīng)驗(yàn)與成效。

（一）發(fā)揮了單元整體預(yù)習(xí)的優(yōu)勢

“1-343”精準(zhǔn)教學(xué)法既解決了翻轉(zhuǎn)課堂、智慧課堂等新型教學(xué)實(shí)踐模式面臨的學(xué)生預(yù)習(xí)時(shí)間不夠、學(xué)生課業(yè)負(fù)擔(dān)加重等實(shí)操問題，又有利于將碎片化知識結(jié)構(gòu)化，形成學(xué)科知識圖譜，指向科學(xué)本質(zhì)的理解和高階思維能力的培養(yǎng)。

（二）數(shù)據(jù)的運(yùn)用解決了傳統(tǒng)教學(xué)“僅憑經(jīng)驗(yàn)”和“師生錯(cuò)時(shí)”問題

課前的預(yù)習(xí)檢測數(shù)據(jù)，能幫助教師及時(shí)精準(zhǔn)地調(diào)整教學(xué)設(shè)計(jì)，開展二次備課;課中的課堂檢測數(shù)據(jù)，為課堂鞏固提升和課后個(gè)性化作業(yè)的布置提供了依據(jù);課后的作業(yè)數(shù)據(jù)，又會成為教師個(gè)性化輔導(dǎo)的依據(jù)，并解決了個(gè)別輔導(dǎo)中師生時(shí)間不同步等問題。

（三）學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力與科學(xué)素養(yǎng)明顯增強(qiáng)

經(jīng)過三年的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，在“1-343”精準(zhǔn)教學(xué)法的引導(dǎo)下，通過課前預(yù)習(xí)、完成任務(wù)、小組合作和自評互評等，學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性、主動(dòng)性明顯增強(qiáng)，分析、評價(jià)、創(chuàng)新等高階思維能力顯著提升。2021年中考，四個(gè)精準(zhǔn)班學(xué)生的科學(xué)成績平均分為123.58分，比非精準(zhǔn)班的平均分高出25.9分。此外，精準(zhǔn)班的十多個(gè)學(xué)生在衢州市青少年科技系列活動(dòng)、初中生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)大賽和實(shí)驗(yàn)視頻評比中頻頻獲獎(jiǎng)。

由于實(shí)驗(yàn)效果良好，“1-343”精準(zhǔn)教學(xué)法目前除了在本校科學(xué)組得到應(yīng)用和推廣之外，還在江山市初中科學(xué)教師暑期培訓(xùn)活動(dòng)上得到全市推廣。當(dāng)然，在運(yùn)用該方法的過程中，我們發(fā)現(xiàn)并不是所有的課型都適用于單元預(yù)習(xí)，特別是探究類的課和需要由實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論或規(guī)律的課，一般不適用于單元預(yù)習(xí)，但若將單元預(yù)習(xí)改成“方案設(shè)計(jì)”“家庭實(shí)驗(yàn)”等形式，該方法也是可行的?？傊瑢τ诓煌n型、同一課型的不同內(nèi)容，教師在使用該方法的過程中可能需要作一些微調(diào)，或有所側(cè)重。對于“1-343”精準(zhǔn)教學(xué)法，我們會做進(jìn)一步的研究和探索，我們相信“以學(xué)為中心”“因材施教”“以學(xué)定教”“差異輔導(dǎo)”這些理念是符合基礎(chǔ)教育課程改革方向的。

注：本文系浙江省基礎(chǔ)教育課程改革重點(diǎn)研究課題“大數(shù)據(jù)背景下的精準(zhǔn)教學(xué)”子課題“基于大數(shù)據(jù)平臺的初中科學(xué)單元自主學(xué)習(xí)的策略研究”（課題序號：20，課題類別：精準(zhǔn)學(xué)習(xí)）的研究成果之一。

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（作者系浙江省江山市第二中學(xué)科學(xué)教師，高級教師）