蔣 雷 朱婷婷
(廣東白云學(xué)院大數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)學(xué)院數(shù)據(jù)工程系,廣東 廣州 510450)
隨著移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、移動(dòng)端設(shè)備和應(yīng)用的普及,越來(lái)越多的新型學(xué)習(xí)方式不斷涌現(xiàn)并被人們關(guān)注,如移動(dòng)學(xué)習(xí)、個(gè)性化學(xué)習(xí)和碎片化學(xué)習(xí)。高等學(xué)校走在教書(shū)育人的前沿,因此受到來(lái)自各方面變化的挑戰(zhàn),特別是在教學(xué)理念、教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)方案等方面都受到了前所未有的挑戰(zhàn)。
精準(zhǔn)教學(xué)模式起源于20世紀(jì)90年代的美國(guó),是由林斯利(Lindsley)在斯金納(Skinne)的行為學(xué)理論基礎(chǔ)上總結(jié)歸納出來(lái)的教學(xué)方法。這種教學(xué)方法的主要目的是針對(duì)不同人群設(shè)計(jì)不同目標(biāo)、精選不同教學(xué)內(nèi)容,監(jiān)控并分析學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)和學(xué)習(xí)效果,為后續(xù)教學(xué)提供數(shù)據(jù)參考[1]。
引入新的教學(xué)模式會(huì)對(duì)教師的授課方式產(chǎn)生一定影響,同時(shí)也會(huì)提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和知識(shí)遷移能力,促進(jìn)學(xué)生深入探究學(xué)科內(nèi)涵。本文通過(guò)對(duì)具體教學(xué)案例的分析,總結(jié)了數(shù)據(jù)導(dǎo)入與預(yù)處理課程中精準(zhǔn)教學(xué)的應(yīng)用模式:運(yùn)用新興的人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)分析學(xué)生學(xué)情,教師與學(xué)生線(xiàn)上線(xiàn)下實(shí)時(shí)互動(dòng),培養(yǎng)學(xué)生自主探究能力和創(chuàng)新思維能力,提高學(xué)生綜合素質(zhì)并提升教學(xué)質(zhì)量。
從精準(zhǔn)教學(xué)實(shí)踐方面看,當(dāng)前已有多種教育、教學(xué)類(lèi)平臺(tái)、APP,用以收集、分析和測(cè)評(píng)學(xué)情,進(jìn)而為教學(xué)模式創(chuàng)新提供數(shù)據(jù)支持。如鄭林、羅瑩等人用“智慧學(xué)伴”采集學(xué)習(xí)過(guò)程中各學(xué)科學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、通過(guò)微測(cè)試題和總測(cè)試題對(duì)學(xué)生學(xué)情進(jìn)行全面的測(cè)評(píng)與診斷,還可有針對(duì)性地推送微課資源等[2]。
雖然多種平臺(tái)、系統(tǒng)大量涌現(xiàn),但精準(zhǔn)教學(xué)模式仍未發(fā)展成熟,本質(zhì)上仍是以傳統(tǒng)教學(xué)模式為主。要想真正發(fā)展學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)、培養(yǎng)創(chuàng)新思維和自主探究能力,還是要通過(guò)充分利用大數(shù)據(jù)分析結(jié)果。我院擁有業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的“LMS智能學(xué)情分析系統(tǒng)”(以下簡(jiǎn)稱(chēng)LMS),運(yùn)用科技手段對(duì)學(xué)生學(xué)情進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)化分析。該系統(tǒng)實(shí)時(shí)捕捉并量化學(xué)生學(xué)習(xí)行為,將其轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的信息。教師通過(guò)后臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋清楚掌握學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)學(xué)生沒(méi)有預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、做作業(yè)、線(xiàn)上測(cè)驗(yàn)等異常行為,可向?qū)W生發(fā)起手機(jī)短信、QQ或微信提醒。截至目前,我院教師已累計(jì)發(fā)起2160次提醒,極大提升了線(xiàn)下學(xué)習(xí)的效率和質(zhì)量。學(xué)生完成每課測(cè)驗(yàn)后會(huì)在10秒鐘內(nèi)收到一份個(gè)性化學(xué)習(xí)報(bào)告,清晰掌握自己的在線(xiàn)時(shí)長(zhǎng)、上課進(jìn)度、答題正確率等學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。
此外,LMS通過(guò)知識(shí)圖譜對(duì)學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析后還會(huì)生成階段性學(xué)習(xí)報(bào)告、結(jié)課報(bào)告,精確定位學(xué)生知識(shí)薄弱點(diǎn)。這不僅讓學(xué)生更清晰透明地了解學(xué)習(xí)進(jìn)度,還有利于教師進(jìn)行針對(duì)性輔導(dǎo),也方便教師根據(jù)群體薄弱點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性備課。截至目前,LMS已累計(jì)生成約49000次課堂報(bào)告。
我院通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的AI研發(fā),構(gòu)筑了完整的教學(xué)生態(tài),可為學(xué)生提供網(wǎng)課、智能練習(xí)、難題解析等多元化智能教育服務(wù),輔助學(xué)生系統(tǒng)性、高效率地實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)閉環(huán)。
在現(xiàn)有教學(xué)環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)精準(zhǔn)教學(xué)理論的研究發(fā)現(xiàn),以現(xiàn)有LMS的功能為基礎(chǔ)可總結(jié)出基于人工智能與大數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)教學(xué)流程,如圖1所示。
圖1 大數(shù)據(jù)背景下的精準(zhǔn)教學(xué)流程
在該流程中要關(guān)注以下幾點(diǎn):
首先,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性,對(duì)每一章節(jié)均需根據(jù)學(xué)情設(shè)置符合生活經(jīng)驗(yàn)的情境,在情境中激發(fā)學(xué)生探究的主動(dòng)性。
其次,有效訪(fǎng)問(wèn)。課件和其他教學(xué)資料是師生間的重要交互載體,要保證大多數(shù)師生在校內(nèi)、校外都能順暢、安全地接收、發(fā)送和閱讀資料。
最后,精準(zhǔn)實(shí)施。要達(dá)到教學(xué)目標(biāo),需要在教學(xué)過(guò)程中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案實(shí)施教學(xué)活動(dòng)。
本研究以該流程為依據(jù),探索出精準(zhǔn)教學(xué)模式在授課實(shí)踐中的四條有效途徑。
教學(xué)中應(yīng)把籠統(tǒng)、抽象的目標(biāo)分解為小的、可量化的目標(biāo),教師才可以針對(duì)小目標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)教學(xué),如可按具體任務(wù)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行劃分,使每個(gè)目標(biāo)下出現(xiàn)更多、更具體的子任務(wù)或子目標(biāo),從而使目標(biāo)變得更加精確化、可量化,以促成教學(xué)針對(duì)性強(qiáng)、學(xué)生接受程度高的教學(xué)效果。在數(shù)據(jù)導(dǎo)入與預(yù)處理課程中的“數(shù)據(jù)清洗”章節(jié)中的教學(xué)目標(biāo)可細(xì)化為“15~20分鐘內(nèi)完成‘使用JavaScript代碼組件清理數(shù)據(jù)’的課堂練習(xí),錯(cuò)誤數(shù)不超過(guò)3項(xiàng)”,加上操作速度的要求后,精準(zhǔn)教學(xué)的流暢度也大幅提升。
每個(gè)小目標(biāo)都應(yīng)有具體案例與之相對(duì)應(yīng),讓學(xué)生在某種情境下寫(xiě)代碼,寫(xiě)出的代碼可以解決該情境下的問(wèn)題;還可在目標(biāo)實(shí)現(xiàn)中設(shè)置問(wèn)題和陷阱,使學(xué)生在探索中打破原有的認(rèn)知限制,重新認(rèn)識(shí)問(wèn)題的本質(zhì)。具體分解見(jiàn)表1。
表1 教學(xué)目標(biāo)拆分示例
以上的目標(biāo)精準(zhǔn)化促使學(xué)生對(duì)每個(gè)子目標(biāo)進(jìn)行分析、探究,學(xué)習(xí)效果與教學(xué)目標(biāo)都達(dá)到了令人滿(mǎn)意的效果。
授課前,教師依據(jù)教學(xué)目標(biāo)、學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備和個(gè)性化需求調(diào)查結(jié)果,搜集、制作相關(guān)學(xué)習(xí)資料并在課前通過(guò)LMS平臺(tái)推送給學(xué)生。學(xué)生自主查看資料、完成測(cè)驗(yàn),與同學(xué)和教師交流并解決問(wèn)題,不斷提升發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。教師通過(guò)LMS平臺(tái)全方位掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,包括資料下載人次、已觀看的在線(xiàn)視頻、測(cè)試成績(jī)?nèi)绾?、提出和討論過(guò)哪些問(wèn)題等,這些數(shù)據(jù)對(duì)調(diào)整教學(xué)重難點(diǎn)、優(yōu)化教學(xué)方案等具有重要作用。
具體案例:“Kettle作業(yè)設(shè)計(jì)”這一章的內(nèi)容是完成一項(xiàng)綜合訓(xùn)練,傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)給學(xué)生帶來(lái)了非常大的學(xué)習(xí)困難,本章不僅是對(duì)前面各章節(jié)內(nèi)容的總結(jié)和綜合應(yīng)用,而且還帶有一定的難度升級(jí),如大作業(yè)的步驟多達(dá)十幾步、每個(gè)步驟處理的數(shù)據(jù)量達(dá)到萬(wàn)級(jí),如不經(jīng)事先設(shè)計(jì)和優(yōu)化,會(huì)長(zhǎng)時(shí)間卡在某個(gè)步驟且找不到出錯(cuò)原因。這就需要教師對(duì)預(yù)習(xí)內(nèi)容的設(shè)定進(jìn)行查缺補(bǔ)漏,對(duì)本章內(nèi)容的復(fù)雜性進(jìn)行預(yù)警,提高預(yù)習(xí)難度,才能達(dá)到理想的教學(xué)效果。
建議預(yù)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)如下:
(1)鞏固前面章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)和操作,以其中一個(gè)操作為例,擴(kuò)大數(shù)據(jù)量,觀察出現(xiàn)的問(wèn)題并嘗試解決。
(2)預(yù)習(xí)本章知識(shí)點(diǎn),嘗試大作業(yè)的建立和運(yùn)行,思考為什么會(huì)有“執(zhí)行路徑”這個(gè)概念。
針對(duì)以上兩個(gè)問(wèn)題大部分同學(xué)都參與了討論,如有同學(xué)提出數(shù)量增大后,程序確實(shí)運(yùn)行很長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有結(jié)果,應(yīng)該停止程序并找到出錯(cuò)信息。這一推導(dǎo)又找出了第二個(gè)問(wèn)題的答案,既然某步驟容易出錯(cuò)或運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng),那么在多步驟作業(yè)中,能否在大而長(zhǎng)的步驟執(zhí)行過(guò)程中,在另外一條路徑中執(zhí)行多個(gè)短而小的步驟,從而達(dá)到充分利用系統(tǒng)資源的目的,教師在課堂上只需針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行引導(dǎo)和總結(jié),即可解決本章知識(shí)難點(diǎn)。
總結(jié):這一設(shè)計(jì)的改進(jìn)在于將教學(xué)重點(diǎn)從課中改為了課前。這種學(xué)習(xí)方式是學(xué)生根據(jù)預(yù)習(xí)要求進(jìn)行自我學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)過(guò)程整體上呈現(xiàn)出積極主動(dòng)的狀態(tài),自然提高了學(xué)習(xí)質(zhì)量。
教師可通過(guò)LMS平臺(tái)開(kāi)展知識(shí)點(diǎn)討論、直播授課、錄播授課等多種教學(xué)活動(dòng),授課對(duì)象既可以是整個(gè)班級(jí),也可以具體都某個(gè)學(xué)生或者某個(gè)學(xué)習(xí)小組,學(xué)生遇到問(wèn)題時(shí)可在任何階段向教師提問(wèn)。教師對(duì)學(xué)生存在的共性問(wèn)題以及重點(diǎn)知識(shí)、課外練習(xí)進(jìn)行集中講解和拓展。
傳統(tǒng)教學(xué)模式的考評(píng)是將課程總分按一定比例分配在簽到簽退、課堂表現(xiàn)、階段測(cè)試和期末考試成績(jī)四個(gè)方面,綜合得出最后分?jǐn)?shù)來(lái)進(jìn)行評(píng)定?;谌斯ぶ悄芘c大數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)教學(xué)模式從學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和總結(jié)性評(píng)價(jià)三個(gè)方面客觀考查學(xué)生的學(xué)情和成果,最終生成可視化報(bào)告,與前述精準(zhǔn)化教學(xué)目標(biāo)、預(yù)習(xí)內(nèi)容的精準(zhǔn)挖掘、開(kāi)展多樣化教學(xué)活動(dòng)形成完整閉環(huán)??己藬?shù)據(jù)中,學(xué)習(xí)進(jìn)度數(shù)據(jù)考查學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過(guò)程中相應(yīng)知識(shí)單元的完成情況;學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)通過(guò)平均簽到率和任務(wù)平均完成率評(píng)價(jià)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意愿強(qiáng)弱;總結(jié)性評(píng)價(jià)考核全體學(xué)生平均成績(jī)與成績(jī)分布、教學(xué)質(zhì)量與學(xué)習(xí)效果、教學(xué)目標(biāo)完成情況等。教師依據(jù)以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行客觀分析,調(diào)整和優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)。
為檢測(cè)精準(zhǔn)教學(xué)模式在教學(xué)中的實(shí)際效果,筆者以數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專(zhuān)業(yè)的兩個(gè)班級(jí)的學(xué)生為研究對(duì)象,進(jìn)行了數(shù)字化分析和對(duì)比。每個(gè)班有效人數(shù)為49和51,由同一名教師授課。正式授課前,首先對(duì)學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)測(cè)試,接著對(duì)實(shí)驗(yàn)班采用精準(zhǔn)教學(xué)模式授課,對(duì)傳統(tǒng)班則依然按照傳統(tǒng)教學(xué)模式上課。課程結(jié)束后的成績(jī)測(cè)驗(yàn)證實(shí)了精準(zhǔn)教學(xué)模式在實(shí)際應(yīng)用中確實(shí)有比較好的效果:
首先,檢驗(yàn)兩個(gè)被試班級(jí)的課前基礎(chǔ),授課前兩個(gè)班的基礎(chǔ)水平接近。
其次,檢驗(yàn)兩個(gè)被試班級(jí)被授課后成績(jī)的差異性,兩種授課模式的教學(xué)效果有顯著差異。實(shí)施精準(zhǔn)教學(xué)后,實(shí)驗(yàn)班平均成績(jī)達(dá)到93.35分,較授課前提升了8分,而傳統(tǒng)班平均成績(jī)變化不大,仍然在85分左右。此外,實(shí)驗(yàn)班有44位同學(xué)取得了優(yōu)異的成績(jī)(95分),全班最低分85分(傳統(tǒng)班的平均成績(jī)),在總?cè)藬?shù)只有49人的情況下,出現(xiàn)了成績(jī)差1分排名相差40多位的激烈競(jìng)爭(zhēng)局面,這更加說(shuō)明精準(zhǔn)教學(xué)模式對(duì)課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果具有顯著促進(jìn)作用,證明了精準(zhǔn)教學(xué)的可行性及可操作性。
本研究的結(jié)論和效果與應(yīng)用“智慧學(xué)伴”系統(tǒng)等傳統(tǒng)精準(zhǔn)教學(xué)方式有一定的區(qū)別:
(1)教學(xué)目標(biāo)量化程度不同。本研究中的教學(xué)目標(biāo)對(duì)實(shí)踐教學(xué)、理論教學(xué)及學(xué)習(xí)效果等均有詳細(xì)(可分解)、可量化的明確規(guī)定,以滿(mǎn)足人才培養(yǎng)方案和學(xué)生就業(yè)要求。無(wú)法量化的教學(xué)目標(biāo)會(huì)影響考核準(zhǔn)確性,進(jìn)而影響畢業(yè)率和就業(yè)率。而傳統(tǒng)精準(zhǔn)教學(xué)模式的目標(biāo)量化存在松弛因子,即允許在一定程度上調(diào)節(jié)達(dá)成度,且多數(shù)目標(biāo)只體現(xiàn)考試成績(jī)。
(2)解決的學(xué)習(xí)需求不同。本研究中教學(xué)以啟發(fā)為主,對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的寬度和深度只做底線(xiàn)要求,不做上限要求。學(xué)生以自學(xué)為主,LMS平臺(tái)線(xiàn)上收集的學(xué)情價(jià)值遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)精準(zhǔn)模式,教師教學(xué)針對(duì)性更強(qiáng)、教學(xué)質(zhì)量更高、學(xué)生學(xué)習(xí)效率更高、學(xué)習(xí)效果更好。而傳統(tǒng)精準(zhǔn)教學(xué)模式的線(xiàn)上學(xué)習(xí)往往只作為線(xiàn)下學(xué)習(xí)的補(bǔ)充和拓展,授課方式仍以單向傳輸為主,學(xué)生多數(shù)情況下被動(dòng)接受知識(shí),雖有一定的方式方法支持精準(zhǔn)定位學(xué)生需求、學(xué)習(xí)痛點(diǎn)與難點(diǎn),但由于精準(zhǔn)度不高,只對(duì)解決大多數(shù)同學(xué)的薄弱點(diǎn)有較好效果,無(wú)法解決學(xué)生學(xué)習(xí)個(gè)性化需求,在激發(fā)學(xué)習(xí)興趣方面不及本文的研究成果。
(3)教學(xué)活動(dòng)多樣性不同。本研究開(kāi)展并實(shí)施了多樣化教學(xué),包括但不限于第二課堂、翻轉(zhuǎn)課堂、頭腦風(fēng)暴、課堂辯論、問(wèn)卷調(diào)查、工廠式教學(xué)、各種比賽競(jìng)賽等,讓學(xué)生在多場(chǎng)景下找到興趣點(diǎn)、切入點(diǎn),激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力,以更多方式獲得知識(shí)而不僅僅是課堂學(xué)習(xí),充分滿(mǎn)足其個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。而傳統(tǒng)精準(zhǔn)教學(xué)模式中,學(xué)生大部分時(shí)間在課堂上,無(wú)論怎樣改良教學(xué)設(shè)計(jì),都無(wú)法突破課堂時(shí)間限制讓他們充分地相互間討論、與老師辯論,即便應(yīng)用了人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)對(duì)學(xué)情進(jìn)行分析、產(chǎn)生了同樣類(lèi)型的報(bào)告,其結(jié)果也不夠全面和精準(zhǔn),解決問(wèn)題的能力只能說(shuō)相對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)有所改進(jìn)。
(4)考核方式不同。本研究采用形成性考核方式,既包括最終的考試成績(jī)與作品設(shè)計(jì),也注重平時(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程,如對(duì)于偏理論的課程,考試成績(jī)完全相同的兩名學(xué)生的平時(shí)成績(jī)可能相差很大,一名同學(xué)是為了考試而只學(xué)習(xí)課本知識(shí),另一名同學(xué)則平時(shí)就注重基礎(chǔ)理論研究,期末除了考試成績(jī)與上一名同學(xué)一樣之外,還在教師的指導(dǎo)下發(fā)表了學(xué)術(shù)論文。因此對(duì)學(xué)生的考核方式應(yīng)該是彈性的,能夠全面體現(xiàn)學(xué)習(xí)成績(jī)的。而傳統(tǒng)精準(zhǔn)教學(xué)模式中的考核是硬性的,達(dá)成難度本來(lái)就高,再增設(shè)多樣化、個(gè)性化的指標(biāo)會(huì)給學(xué)生增加負(fù)擔(dān),就考核本身而言是很難提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和發(fā)揮學(xué)習(xí)潛力的,即便某科目考試成績(jī)可通過(guò)比賽成績(jī)或證書(shū)替換,那也只是少數(shù)特長(zhǎng)生能做到的。
綜上所述,精準(zhǔn)教學(xué)模式的實(shí)際效果不僅僅依賴(lài)于理論本身,它與教學(xué)管理模式、授課對(duì)象、學(xué)習(xí)需求、考核方式及考核目標(biāo)等都有千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。在人工智能和大數(shù)據(jù)背景下,人工智能技術(shù)好比是精準(zhǔn)教學(xué)模式的“血液循環(huán)系統(tǒng)”和教育教學(xué)創(chuàng)新的“試驗(yàn)田”,它將助推教育的變革創(chuàng)新,加快教育精準(zhǔn)化的進(jìn)程。
本文的教學(xué)創(chuàng)新研究,既可為精準(zhǔn)教學(xué)研究提供理論參考,也可為滿(mǎn)足大數(shù)據(jù)時(shí)代教學(xué)需求的教育界同行提供實(shí)踐數(shù)據(jù)。
LMS平臺(tái)目前還不支持授課時(shí)“實(shí)時(shí)課件推送”和“多次課件推送”,只具備基礎(chǔ)的“資料上傳”和“定向發(fā)送”(如發(fā)送給指定班級(jí))功能,因此阻礙了精準(zhǔn)教學(xué)的路徑實(shí)施。為更好地支持學(xué)院精準(zhǔn)教學(xué)的教研教改工作,計(jì)劃在平臺(tái)內(nèi)推出“課件推送”模塊,將更好地為精準(zhǔn)教學(xué)實(shí)踐提供支撐,推動(dòng)高質(zhì)量教學(xué)工作的可持續(xù)發(fā)展。