數(shù)據(jù)驅(qū)動下在線作業(yè)設(shè)計與優(yōu)化的實踐研究

李朝輝　閻文麗

摘要：為提高教師利用數(shù)字工具采集分析數(shù)據(jù)能力，研究團(tuán)隊依據(jù)《教師數(shù)字素養(yǎng)》標(biāo)準(zhǔn)，利用智能技術(shù)及其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對作業(yè)進(jìn)行再設(shè)計與優(yōu)化，課前借助平臺提供學(xué)情支架，診斷學(xué)情并確定目標(biāo)，課上通過多個階梯式任務(wù)，實時監(jiān)測、調(diào)整，課后精準(zhǔn)分層，個性化輔導(dǎo)，在訂正環(huán)節(jié)對學(xué)生進(jìn)行督導(dǎo)，智能助學(xué)。教師應(yīng)用“數(shù)據(jù)驅(qū)動下在線作業(yè)設(shè)計與優(yōu)化模型”，通過在線平臺收集、處理和分析數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)決策閉環(huán)運行，促進(jìn)了教師數(shù)字素養(yǎng)的提升，提高了教、學(xué)、評的一致性和效率。

關(guān)鍵詞：教師數(shù)字素養(yǎng)；在線作業(yè)；數(shù)據(jù)驅(qū)動；設(shè)計與優(yōu)化

2022年12月，教育部發(fā)布了《教師數(shù)字素養(yǎng)》標(biāo)準(zhǔn)，對教師利用數(shù)字化技術(shù)優(yōu)化、創(chuàng)新和變革教育教學(xué)能力提升培訓(xùn)和評價提出了具體要求。《教師數(shù)字素養(yǎng)》標(biāo)準(zhǔn)五個一級維度“數(shù)字化應(yīng)用”中的二級維度“數(shù)字化學(xué)業(yè)評價”，提出教師要利用數(shù)字工具采集多模態(tài)學(xué)業(yè)評價數(shù)據(jù)，應(yīng)用數(shù)據(jù)分析模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化與解釋。這種教師系統(tǒng)地收集、處理多種來源數(shù)據(jù)，并以此為證據(jù)干預(yù)學(xué)習(xí)過程、優(yōu)化學(xué)生學(xué)習(xí)成效的綜合能力，被稱為數(shù)據(jù)驅(qū)動決策能力。這種能力是教師在真實教學(xué)情境中依據(jù)并利用數(shù)據(jù)開展分析與改進(jìn)教學(xué)的綜合素質(zhì)。

在線教學(xué)場景下，教學(xué)與學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)的記錄、收集變得非常便利，基于生成于在線教學(xué)過程中的學(xué)情數(shù)據(jù)流開展“伴隨式評價”成為可能。教育部基礎(chǔ)教育司2022年工作要點提出，要提升教師作業(yè)設(shè)計能力水平，不斷提高作業(yè)的針對性、有效性等要求，這對教師的教育教學(xué)工作提出了更加個性、優(yōu)質(zhì)、精準(zhǔn)的期望。但筆者調(diào)研發(fā)現(xiàn)，教師在線教學(xué)遇到的困難之一就是難以評價教學(xué)效果。無法真實面對面交流，只能隔著冰冷的屏幕遙遙相望。如何檢驗學(xué)生聽課質(zhì)量？提升在線教學(xué)質(zhì)量？教師要做好在線作業(yè)的設(shè)計與反饋工作。為幫助教師提升數(shù)據(jù)素養(yǎng)，筆者經(jīng)過探索，巧妙利用了在線教學(xué)優(yōu)勢，借助智能技術(shù)及其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流對作業(yè)進(jìn)行再設(shè)計與優(yōu)化。筆者基于學(xué)情數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)科學(xué)地作出教學(xué)決策，基于數(shù)據(jù)因材施教，設(shè)計并應(yīng)用“數(shù)據(jù)驅(qū)動下在線作業(yè)設(shè)計與優(yōu)化模型”，取得了一定的成效。

一、模型建構(gòu)

在日常教學(xué)中，教師在設(shè)計單元整體教學(xué)活動時，為避免作業(yè)評價與課堂教學(xué)評價的割裂，注重評價方案的全面性和系統(tǒng)性，將作業(yè)評價與課堂教學(xué)統(tǒng)籌考慮，將評價任務(wù)嵌入學(xué)生學(xué)習(xí)過程中，堅持教、學(xué)、評一致性，構(gòu)建作業(yè)體系，設(shè)計了基于單元整體教學(xué)的3+3層級式化學(xué)作業(yè)體系（如圖1）。

在線教學(xué)場景下，生成并流動于各環(huán)節(jié)中的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)流一般以原始狀態(tài)存在，教師如何使用這些數(shù)據(jù)改進(jìn)教學(xué)？筆者借鑒數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策模型，基于實踐，建構(gòu)了“數(shù)據(jù)驅(qū)動下在線作業(yè)設(shè)計與優(yōu)化模型”（如圖2）。

此模型表征了教師在智能技術(shù)工具支持下，依托學(xué)生在線學(xué)習(xí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流，將伴隨式評價作用于課前作業(yè)、課中作業(yè)、課后作業(yè)及作業(yè)訂正等節(jié)點，而每個節(jié)點的數(shù)據(jù)決策作用和目的各不相同。

課前作業(yè)：從教師收集數(shù)據(jù)開始，借助平臺提供的學(xué)情支架，診斷學(xué)情并確定目標(biāo)。

課中作業(yè)：通過多個階梯式任務(wù)，將數(shù)據(jù)變成信息，即通過實時數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)，監(jiān)測學(xué)生狀態(tài)并對教學(xué)進(jìn)行調(diào)整。

課后作業(yè)：分析結(jié)果與目標(biāo)之間的差距，針對性布置作業(yè)并分層推送，加強錯題復(fù)練，利用在線工具進(jìn)行個性輔導(dǎo)。

作業(yè)訂正：教師利用平臺智能數(shù)據(jù)的圖形化表達(dá)，督導(dǎo)學(xué)生訂正作業(yè)，結(jié)合互評和數(shù)字勛章進(jìn)行多元評價，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。

教師基于以上模型，在各節(jié)點通過數(shù)據(jù)作出決策—實施決策—檢驗影響的微循環(huán)，將結(jié)果反饋至相應(yīng)節(jié)點，通過連續(xù)、多輪微循環(huán)，不斷迭代完善決策。下面以初中化學(xué)“鹽的化學(xué)性質(zhì)”為例，分別從課前、課中、課后、訂正四個階段，介紹數(shù)據(jù)驅(qū)動下在線作業(yè)設(shè)計與優(yōu)化模型的應(yīng)用方法。

二、實踐應(yīng)用

（一）課前作業(yè)——學(xué)情支架

“鹽的化學(xué)性質(zhì)”教學(xué)目標(biāo)之一是讓學(xué)生理解常見鹽的性質(zhì)并掌握碳酸鹽、鹽酸鹽、硫酸鹽的檢驗方法。在前一階段的教學(xué)中，教師通過平臺數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)學(xué)生對酸的5種通性和堿的4種通性已經(jīng)掌握得很好，這期間已經(jīng)涉及多種與鹽有關(guān)的性質(zhì)。于是，教師構(gòu)建課前微課學(xué)習(xí)支架，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，幫助其理解一類物質(zhì)的通性，完成知識的遷移應(yīng)用。

“空中課堂”是教師幫助學(xué)生自主學(xué)習(xí)的重要資源，跟教師辛苦制作的微課一樣，經(jīng)常被教師“丟”在學(xué)生群里，要求學(xué)生“自主學(xué)習(xí)”。學(xué)生學(xué)沒學(xué)？學(xué)得怎么樣？教師不得而知。為了解決上述問題，教師利用優(yōu)幕（UMU）平臺的智能數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，可以設(shè)置“空中課堂”或自制微課類學(xué)習(xí)支架，對學(xué)生觀看視頻的進(jìn)度、完成度等學(xué)習(xí)情況了如指掌。為進(jìn)一步提高和檢驗用于學(xué)情分析的微課支架的應(yīng)用效果，教師在視頻后面設(shè)計了一兩道練習(xí)題、問答題或討論型作業(yè)，來了解學(xué)生對于微課內(nèi)容的掌握情況，為學(xué)生精準(zhǔn)畫像，更為精準(zhǔn)地分析學(xué)情。例如，學(xué)生在觀看完鹽的性質(zhì)的相關(guān)視頻后，設(shè)置了“氯化鈣用途廣泛，請在方框內(nèi)填入合適的物質(zhì)用于制備氯化鈣”的問答題（如圖3），用來了解學(xué)生的知識遷移情況。學(xué)生自主學(xué)習(xí)效果良好，他們從酸的通性和堿的通性中完美遷移得出了鹽的有關(guān)性質(zhì)。

（二）課上作業(yè)——階梯驅(qū)動

很多學(xué)生學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)體驗并不理想：在線課程內(nèi)容完成率低、在線活動交流參與度低，在線學(xué)習(xí)過程特別是同伴交流容易被眾多因素干擾，甚至進(jìn)入無序狀態(tài)。為此，教師組織開展課前小游戲、階梯性在線測試、學(xué)習(xí)考核等教學(xué)活動，防止學(xué)生走神，讓每個學(xué)生有參與感。

例如，教師分析課前學(xué)情數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生對酸、堿、鹽的分類仍不清楚，存在迷思概念，這會影響學(xué)生學(xué)習(xí)鹽的性質(zhì)。于是在課程之初，教師設(shè)計了一個低階問題“下列關(guān)于酸、堿、鹽的敘述中正確的是（????）”，通過澄清迷思概念，幫學(xué)生輕松跨過障礙點。在學(xué)生學(xué)習(xí)了高階的“檢驗與鑒別”后，教師提出“能將三種無色溶液區(qū)分開來的是……”這一富有挑戰(zhàn)性的題目（如圖4），以此幫助學(xué)生提升“證據(jù)推理”思維模型遷移應(yīng)用能力。

我校目前使用的是Classin平臺，該平臺的“答題器”可以對單個問題進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和反饋，但在面對課堂教學(xué)中的有層次的“問題串”或多問題時，就顯得比較煩瑣。教師嘗試使用授權(quán)資源中的“多題答題器”，完美解決了上述問題。

教師設(shè)置階梯式問題，利用實時反饋數(shù)據(jù)，檢測學(xué)生在線聽課效果，及時調(diào)整教學(xué)策略和進(jìn)度。

（三）課后作業(yè)——精準(zhǔn)分層

線下教學(xué)時，作業(yè)內(nèi)容與作業(yè)目標(biāo)的匹配度是判斷作業(yè)質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，而線上教學(xué)過程中教師利用課前學(xué)習(xí)支架和課上學(xué)生學(xué)習(xí)的反饋數(shù)據(jù)，更有利于分層精準(zhǔn)作業(yè)。

例如，教師根據(jù)課堂上“能將三種無色溶液區(qū)分開來的是（????）”這一挑戰(zhàn)性題目的正確率情況，針對性精選符合“雙減”要求的題目進(jìn)行分層作業(yè)。

我校資源庫中共有三類作業(yè)：A類即歸納總結(jié)類作業(yè)，旨在讓學(xué)生完成知識系統(tǒng)建構(gòu)；B類即基礎(chǔ)落實類作業(yè)，重在基礎(chǔ)知識的簡單應(yīng)用和查漏補缺，是為基礎(chǔ)較弱的學(xué)生設(shè)計的；C類即能力提升類作業(yè)，助力基礎(chǔ)較好的學(xué)生實現(xiàn)能力提升和思維拓展以及知識的遷移應(yīng)用。教師借助平臺結(jié)合數(shù)據(jù)反饋情況，將A類（歸納總結(jié)類）作業(yè)、?B類（基礎(chǔ)落實類）作業(yè)、C類（能力提升類）作業(yè)分層分級推送給相應(yīng)學(xué)生進(jìn)行“復(fù)練”，實現(xiàn)課后作業(yè)的精準(zhǔn)化、個性化（如圖4）。教師利用平臺可以實現(xiàn)高效批量添加自編“變式”訓(xùn)練題、設(shè)置防作弊模式等功能。學(xué)生在線作答后，平臺自動批改，大大減輕了教師在線教學(xué)批改作業(yè)的負(fù)擔(dān)。教師可以根據(jù)作業(yè)數(shù)據(jù)了解學(xué)生的作業(yè)完成率、正確率等，精準(zhǔn)了解每個知識點掌握的情況。學(xué)生可以實時了解自己知識方面的薄弱點，通過答案中的（微課）解析進(jìn)行鞏固，對某些疑、難點或其他不懂的問題可以在線提出。例如，有學(xué)生對答案說明中“氧化鐵的式量112”不甚明了，為此教師借助智能手機，直接用“語音+圈畫”的形式進(jìn)行解析。有針對性的微課呈現(xiàn)在作業(yè)題目的下方，學(xué)生討論、觀看十分方便。這樣就實現(xiàn)了精準(zhǔn)輔導(dǎo)。

（四）作業(yè)訂正——智能助學(xué)

錯題是重要的教學(xué)資源。線下教學(xué)環(huán)境下，教師對作業(yè)的訂正非常重視。但在線上教學(xué)過程中稍有督促不到位，學(xué)生作業(yè)就會出現(xiàn)“不訂正、淺訂正、訂而不正”等情況。為避免這些問題，教師發(fā)揮“在線”的優(yōu)勢，利用平臺的“人工智能作業(yè)”功能優(yōu)化作業(yè)訂正的反饋、互動和呈現(xiàn)方式。教師在在線課程中設(shè)置“人工智能視頻（語音）作業(yè)”小節(jié)，作為“必修”，讓學(xué)生自主根據(jù)作業(yè)情況，選擇作業(yè)中最有收獲的一題錄制視頻（露臉），進(jìn)行“表述式訂正”。例如，針對酸、堿、鹽的鑒別和檢驗要考慮相互“干擾”的教學(xué)難點問題，教師做一些專門的設(shè)置，在學(xué)生開始講解時，將“干擾”“排除干擾”“避開干擾”等添加到“AI關(guān)鍵詞評分—智能匹配”項中。這樣，學(xué)生提交視頻（語音）后，平臺會根據(jù)教師設(shè)置的“AI表現(xiàn)力評分”標(biāo)準(zhǔn)和關(guān)鍵詞自動評分。學(xué)生根據(jù)AI評分反饋情況進(jìn)行多次錄制，直到滿意為止，大大提高了訂正的積極性、主動性。相較線下抄寫式、重復(fù)式訂正方式，學(xué)生互評打分進(jìn)行作業(yè)訂正，更能促進(jìn)他們的深度學(xué)習(xí)。教師對學(xué)生視頻講解中的問題，以時間軸的形式，邊看邊評，針對不同時刻內(nèi)容，給出不同評價，并錄制語音，使作業(yè)點評更全面精準(zhǔn)。

三、教學(xué)反思

目前線上線下混合式教學(xué)模式快速發(fā)展并被廣泛應(yīng)用。教師利用在線教學(xué)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)提升教學(xué)效果至關(guān)重要，而在線教學(xué)的各種數(shù)據(jù)是以原始狀態(tài)存在，它們本身沒有任何意義。數(shù)據(jù)是否成為信息取決于人們對數(shù)據(jù)的理解和后續(xù)的行動?！皵?shù)據(jù)驅(qū)動下在線作業(yè)設(shè)計與優(yōu)化模型”就是教師在探究如何使用數(shù)據(jù)來改進(jìn)、優(yōu)化教學(xué)的實踐中總結(jié)提煉出來的。它能快速幫助教師理解數(shù)據(jù)，揭示數(shù)據(jù)和教學(xué)之間的關(guān)系，進(jìn)而指導(dǎo)、優(yōu)化其教學(xué)行為。上述“鹽的化學(xué)性質(zhì)”案例中，教師將學(xué)習(xí)支架、課堂評價、課后輔導(dǎo)、作業(yè)訂正、數(shù)據(jù)分析等集為一體，成功應(yīng)用了該模型，避免盲目依據(jù)主觀經(jīng)驗評價，使教學(xué)的診斷、調(diào)節(jié)、分層和評價定位更加精準(zhǔn)，改進(jìn)措施更有效。實踐證明，應(yīng)用新模式教學(xué)，學(xué)生高效完成酸、堿、鹽的性質(zhì)、應(yīng)用和轉(zhuǎn)化規(guī)律的歸納類任務(wù)，相關(guān)能力得到了明顯提升。筆者期待能與更多教師一起實踐、驗證和完善新模型，在教學(xué)中充分發(fā)揮技術(shù)和人的優(yōu)勢。教師借助智能技術(shù)工具教學(xué)，使數(shù)據(jù)決策形成閉環(huán)，基于數(shù)據(jù)因材施教，必將推動并促進(jìn)學(xué)生高層次思維品質(zhì)、化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

注：本文系2023年度上海市教育科學(xué)研究項目“基于CDIO的初中工程教育實踐研究”（編號：C2023248）的階段性研究成果。

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（作者李朝輝系上海市松江區(qū)民樂學(xué)校特級教師；閻文麗系上海工程技術(shù)大學(xué)附屬松江泗涇實驗學(xué)校高級教師）

責(zé)任編輯：祝元志