基于數(shù)據(jù)分析的初中數(shù)學(xué)精準(zhǔn)教學(xué)實踐

摘 要：人工智能和數(shù)據(jù)分析技術(shù)的快速發(fā)展，為初中數(shù)學(xué)精準(zhǔn)教學(xué)提供了必要的數(shù)據(jù)支持。針對當(dāng)前傳統(tǒng)教學(xué)模式所處的瓶頸，借助數(shù)據(jù)分析工具，從學(xué)生學(xué)習(xí)行為反饋的準(zhǔn)確率、高頻錯誤等方面對教學(xué)進(jìn)行分析，并通過即時反饋的數(shù)據(jù)對學(xué)生的學(xué)習(xí)效率、學(xué)習(xí)效果進(jìn)行監(jiān)測，實踐探究基于數(shù)據(jù)分析下的初中數(shù)學(xué)精準(zhǔn)教學(xué)路徑。在數(shù)據(jù)分析工具的輔佐下開展初中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)，有助于提高教師課堂教學(xué)的精準(zhǔn)度，推動學(xué)生個性化的學(xué)習(xí)和成長。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)分析；精準(zhǔn)教學(xué)；初中數(shù)學(xué)；章節(jié)復(fù)習(xí)

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、研究背景

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算等新技術(shù)在教育領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的精準(zhǔn)教學(xué)模式逐漸興起。它推動著傳統(tǒng)教學(xué)模式和學(xué)習(xí)方式的變革，面向未來的教育新生態(tài)正在加速到來。

在國務(wù)院印發(fā)的《中國教育現(xiàn)代化2035》和中央網(wǎng)絡(luò)安全以及信息化委員會發(fā)布的《“十四五”國家信息化規(guī)劃》中明確指出，要積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+教育”，加快推進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，實現(xiàn)教育信息化高質(zhì)量發(fā)展?！读x務(wù)教育課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》也指出，在數(shù)學(xué)課程與教學(xué)的改革中，應(yīng)當(dāng)積極探索利用信息技術(shù)創(chuàng)造更有效的學(xué)習(xí)環(huán)境的教學(xué)方法，使信息技術(shù)與數(shù)學(xué)學(xué)科更好地融合，發(fā)揮信息技術(shù)對數(shù)學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量的提升作用[1]。面對技術(shù)引發(fā)的教學(xué)變革，如何利用現(xiàn)代技術(shù)加快推動人才培養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)變；作為一線教師應(yīng)如何借助人工智能和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對學(xué)情精準(zhǔn)把控，進(jìn)而實現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)，提升教學(xué)質(zhì)量和優(yōu)化課堂管理，成為時下重要的研究議題。

二、初中數(shù)學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)的瓶頸分析

在初中數(shù)學(xué)傳統(tǒng)課堂教學(xué)過程中，教師們常常遇到以下問題：在課堂起始階段，因為對學(xué)生的前置知識了解不足，導(dǎo)致教師無法準(zhǔn)確把握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況；隨著教學(xué)行為的實施，教師未能清晰了解學(xué)生對新知識的掌握程度，導(dǎo)致難以有效引導(dǎo)教學(xué)進(jìn)程和準(zhǔn)確把控教學(xué)方向；至課堂尾聲，由于及時的形成性評價的缺失，使教師未能確保學(xué)生是否達(dá)到基本學(xué)習(xí)目標(biāo)。在課后作業(yè)布置環(huán)節(jié)，教師對不同學(xué)生作業(yè)布置缺乏針對性，導(dǎo)致作業(yè)練習(xí)成效甚微；在階段測驗或隨堂練習(xí)中，教師對學(xué)生的錯題缺乏診斷及統(tǒng)計，導(dǎo)致重復(fù)的訓(xùn)練頻發(fā)[2]。

所有這些問題，原因在于教師對學(xué)生學(xué)習(xí)行為的評價不及時、評價結(jié)果呈現(xiàn)滯后。教師無法準(zhǔn)確把握和明確定位學(xué)生在學(xué)習(xí)活動開始前的知識基礎(chǔ)，難以對學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行把控，同時也未能對作業(yè)、練習(xí)或測驗中學(xué)生典型錯誤進(jìn)行統(tǒng)計分析[3]。目前，運用人工智能和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以及時、準(zhǔn)確地了解學(xué)生的學(xué)情，診斷學(xué)生存在的問題或困難，評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，為解決初中數(shù)學(xué)傳統(tǒng)課堂教學(xué)問題提供有效的解決路徑。

三、教學(xué)路徑建構(gòu)

（一）教學(xué)內(nèi)容確定

研究以人教版七年級上冊數(shù)學(xué)第三章“一元一次方程”的復(fù)習(xí)課為教學(xué)內(nèi)容，旨在呈現(xiàn)基于數(shù)據(jù)分析的初中數(shù)學(xué)精準(zhǔn)教學(xué)課堂與傳統(tǒng)教學(xué)模式下的課堂相比的優(yōu)勢，重點在于如何通過數(shù)據(jù)分析來準(zhǔn)確識別學(xué)生的學(xué)習(xí)“起點”和“痛點”，為教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”提供方向和內(nèi)容支持，使教師開展教學(xué)更具針對性，使學(xué)生的學(xué)習(xí)更有成效。

（二）技術(shù)應(yīng)用

為實現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)的實時收集和統(tǒng)計，綜合使用智能筆盒、點陣學(xué)案、點陣本以及智慧紙筆系統(tǒng)。采集教師和學(xué)生之間學(xué)習(xí)互動和書寫數(shù)據(jù)，從知識點掌握情況、學(xué)生學(xué)習(xí)難點、學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成等方面進(jìn)行實時數(shù)據(jù)分析與診斷。

（三）教學(xué)路徑建構(gòu)（見圖1）

復(fù)習(xí)課重在引導(dǎo)學(xué)生主動對知識點進(jìn)行系統(tǒng)的復(fù)習(xí)整理，實現(xiàn)對所學(xué)知識的結(jié)構(gòu)化認(rèn)知和融會貫通能力的提升，實現(xiàn)對所學(xué)知識個性化和創(chuàng)造性的內(nèi)化和占有[4]。課堂借助智慧紙筆實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集與反饋，通過“測-評-測”的方式，實現(xiàn)教師對學(xué)生學(xué)習(xí)行為的精準(zhǔn)干預(yù)與教學(xué)效果的精準(zhǔn)評價，具體操作步驟如下：課堂起始階段，學(xué)生與教師共同進(jìn)行知識要點回顧與框架梳理；接著，教師發(fā)布前測卷，學(xué)生借助智慧紙筆完成自測題，以此確定本節(jié)課的教學(xué)生長點。課中，教師根據(jù)前測數(shù)據(jù)情況有選擇性地開展教學(xué)，學(xué)生跟隨課程進(jìn)行針對性訓(xùn)練；教師借助智慧紙筆收集學(xué)生答題數(shù)據(jù)，進(jìn)行精準(zhǔn)講授及答疑。為落實學(xué)生基本學(xué)習(xí)目標(biāo)，教師在課堂尾聲對學(xué)生進(jìn)行后測，實現(xiàn)精準(zhǔn)評價。課后，教師可根據(jù)學(xué)生前測數(shù)據(jù)和隨堂數(shù)據(jù)，整理并推送錯題變式訓(xùn)練或布置個性化作業(yè)，學(xué)生通過完成作業(yè)和查看錯題反饋，實現(xiàn)個性化提升。

（四）課堂教學(xué)策略預(yù)設(shè)

教師依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)確定本節(jié)復(fù)習(xí)課的教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)重難點，并基于平時新課教學(xué)及作業(yè)情況，依據(jù)整體學(xué)情進(jìn)行全面?zhèn)湔n。再基于課堂前測數(shù)據(jù)反饋出來的答題情況，分析學(xué)生已掌握的與未掌握的知識，抓住學(xué)生掌握知識的疑點、難點、痛點，對教學(xué)內(nèi)容動態(tài)調(diào)整，選擇不同的課堂教學(xué)活動，提高課堂實效性。

預(yù)設(shè)1：課堂前測卷知識點準(zhǔn)確率全部大于80%，在教學(xué)進(jìn)程中則可選擇高階任務(wù)開展教學(xué)。

預(yù)設(shè)2：課堂前測卷知識點準(zhǔn)確率在60%-80%，首先采取小組協(xié)作的教學(xué)活動，組內(nèi)釋疑幫扶，教師針對個別學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)；然后再針對學(xué)生知識漏洞進(jìn)行針對性變式訓(xùn)練和知識點延伸。

預(yù)設(shè)3：課堂前測卷知識點得分率低于60%，在教學(xué)進(jìn)程中則采取班級集中講授的教學(xué)活動，進(jìn)行精準(zhǔn)講解及針對性訓(xùn)練。

四、基于數(shù)據(jù)分析的初中數(shù)學(xué)精準(zhǔn)教學(xué)實踐

數(shù)據(jù)分析技術(shù)為初中數(shù)學(xué)精準(zhǔn)教學(xué)的開展提供了更多的實踐途徑，有助于教師和學(xué)生更有效地應(yīng)用數(shù)據(jù)分析結(jié)果來提升課堂效率及學(xué)習(xí)效果。

（一）分析智能前測數(shù)據(jù)，把脈學(xué)情

為了充分、精準(zhǔn)地把握學(xué)情，首先通過教學(xué)檢測或課堂前測等形式，借助智慧紙筆實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集，然后根據(jù)智能實時呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)，快速定位學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展及薄弱點，進(jìn)行課堂內(nèi)容的動態(tài)調(diào)整，以學(xué)定教。

（1）課堂前測

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，涵蓋復(fù)習(xí)內(nèi)容，編制了一份“一元一次方程”章節(jié)復(fù)習(xí)的前測卷，目的是了解學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握情況或當(dāng)前存在的知識漏洞。

（2）數(shù)據(jù)采集與分析

利用智慧紙筆實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集與處理，從學(xué)生的小題答題情況、準(zhǔn)確率、答錯人數(shù)、錯誤選項等維度，了解學(xué)生各類題型的掌握情況（如圖2所示），快速精準(zhǔn)地定位課中需要重點講授的高頻錯題及涉及的知識點。

通過數(shù)據(jù)反饋，前測卷第3題和第5題的準(zhǔn)確率分別為47. 06%和61. 77%，比較不理想。由此快速定位到學(xué)生知識掌握的薄弱點——方程的解及一元一次方程的實際應(yīng)用（配套問題）（見表1），并進(jìn)行精準(zhǔn)講評。通過即時反饋的前測數(shù)據(jù)，學(xué)生也可以清晰地認(rèn)識到當(dāng)前學(xué)習(xí)的不足之處，觸發(fā)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)行為的產(chǎn)生，從而提高他們的自我認(rèn)知能力及主觀能動性。

（二）基于數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)課堂精準(zhǔn)教學(xué)

基于數(shù)據(jù)分析的課堂精準(zhǔn)教學(xué)，可以幫助教師根據(jù)學(xué)生學(xué)情的反饋以及學(xué)生的學(xué)習(xí)行為做出不同的教學(xué)策略調(diào)整，及時進(jìn)行精準(zhǔn)的教學(xué)干預(yù)，不斷優(yōu)化教學(xué)方法，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。針對前測數(shù)據(jù)的反饋，學(xué)生對于“一元一次方程解的數(shù)量關(guān)系”這一知識點的掌握仍比較薄弱，因此在教學(xué)進(jìn)程中將此知識點作為課中訓(xùn)練的重點。

同時對于“解一元一次方程——去分母”及“實際問題與一元一次方程”這兩個薄弱點，選擇一道解答題，引導(dǎo)學(xué)生提交書寫痕跡的圖片數(shù)據(jù)。通過分析和對比不同學(xué)生提交的內(nèi)容本身，由學(xué)生經(jīng)歷觀察、思考、糾錯、改錯、方法總結(jié)等學(xué)習(xí)過程，實現(xiàn)精準(zhǔn)講評，助力學(xué)生規(guī)避典型錯誤。

下面僅以課中一個題例進(jìn)行說明：

（1）試題呈現(xiàn)

例已知關(guān)于x的方程3x+2a-1 = 0的解與方程x - 2a = 0的解互為相反數(shù)，則a的值為（ ）

（2）數(shù)據(jù)反饋

從圖3數(shù)據(jù)反饋上看，本題準(zhǔn)確率為70.59%，相較前測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率有了提升。究其做錯的原因，主要集中在符號問題上，說明學(xué)生對于兩個方程的解呈現(xiàn)互為相反數(shù)的關(guān)系轉(zhuǎn)換有困難，對于方程的解的表達(dá)不熟練。

（3）精準(zhǔn)講析

根據(jù)課中數(shù)據(jù)的即時反饋，就學(xué)生的答題數(shù)據(jù)，對錯誤原因進(jìn)行細(xì)化分析，實現(xiàn)精準(zhǔn)講解，有效提升。首先進(jìn)行常規(guī)解法講解，引導(dǎo)學(xué)生嘗試一題多解，多角度思考。然后做適當(dāng)?shù)淖兪?，通過一題多解及變式訓(xùn)練，達(dá)到鍛煉學(xué)生的數(shù)學(xué)思維、創(chuàng)新意識及鞏固提升的目標(biāo)。

變式1：已知關(guān)于x的方程3x+2a-1 = 0的解與方程x-2a= 0的解相同，求a的值。

變式2：已知關(guān)于x的方程3x+2a-1 = 0的解比方程x-2a= 0的解小3，求a的值。

（4）課堂后測

為精準(zhǔn)評價教師“教”的效果和學(xué)生“學(xué)”的效果，進(jìn)行一次課堂后測。評價題型依據(jù)教學(xué)目標(biāo)和課中數(shù)據(jù)，在預(yù)設(shè)后測卷的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇。通過后測數(shù)據(jù)分析，涉及知識點“一元一次方程解的數(shù)量關(guān)系”“解一元一次方程——去分母”及“實際問題與一元一次方程”的題型，準(zhǔn)確率分別為91. 78%和88. 23%，學(xué)生基本達(dá)成本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

（三）利用錯題數(shù)據(jù)，促進(jìn)教學(xué)相長

傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式中的學(xué)生整理錯題常常需要耗費大量時間和精力。對于學(xué)困生來說，錯題數(shù)量眾多且整理難度大，耗費時間長。再加上有些錯誤是偶發(fā)的，有些是超出能力范圍的，因此整理效果非常有限。相比之下，智慧紙筆生成的錯題本會更為便捷高效且節(jié)省時間。系統(tǒng)可以自動生成錯題集，對于學(xué)生而言，能夠減輕學(xué)生制作錯題本的負(fù)擔(dān)，助力學(xué)生進(jìn)行錯因分析及學(xué)習(xí)策略調(diào)整。對于教師而言，一方面有助于教師管理錯題資源，高效利用錯題提高教學(xué)的針對性；另一方面，教師也可通過分析錯題，評估教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成程度及反思在教學(xué)實施中存在的問題，從而不斷提高教學(xué)質(zhì)量。

當(dāng)然，在這個過程中，可以根據(jù)學(xué)生的個人情況定制個性化輔導(dǎo)方案，選擇性地推送訓(xùn)練題，精準(zhǔn)地為學(xué)生指明學(xué)科知識點薄弱環(huán)節(jié)及后續(xù)努力方向。

五、實踐反思

在初中數(shù)學(xué)教學(xué)實踐中，基于數(shù)據(jù)分析的精準(zhǔn)教學(xué)能使教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，針對性地調(diào)整教學(xué)策略，但在實踐過程中，這一教學(xué)路徑和策略既有它的優(yōu)勢，也存在一定的問題。

（一）基于數(shù)據(jù)分析的精準(zhǔn)教學(xué)的優(yōu)勢

在教育數(shù)字化改革浪潮下，利用數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)教學(xué)是未來教育教學(xué)發(fā)展的趨勢和方向。經(jīng)過實踐探究，基于數(shù)據(jù)分析的精準(zhǔn)教學(xué)其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率

基于數(shù)據(jù)分析的精準(zhǔn)教學(xué)可以通過對數(shù)據(jù)的測量、分析和比較，根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果對學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行評價和指導(dǎo)，為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容和教學(xué)方式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

（2）提高教學(xué)效果

大數(shù)據(jù)能夠分析出來的不單是平均分、準(zhǔn)確率，更重要的是考查知識點比重、考卷難易程度、得分情況分布等，通過這類數(shù)據(jù)準(zhǔn)確迅速的定位到學(xué)生的學(xué)習(xí)短板?；跀?shù)據(jù)分析的精準(zhǔn)教學(xué)將更加注重數(shù)據(jù)的應(yīng)用和分析，通過對學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的深度分析和挖掘，為教師和學(xué)生提供更加精準(zhǔn)的教學(xué)反饋和指導(dǎo)，從而提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量[5]。

（3）提高教育公平性

基于數(shù)據(jù)分析的精準(zhǔn)教學(xué)可以通過對每個學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行全面、精準(zhǔn)的分析和評估，為每個學(xué)生提供公平、公正的教育機會和資源。

（二）存在的問題

當(dāng)然，在進(jìn)行基于數(shù)據(jù)分析的精準(zhǔn)教學(xué)實踐過程中，也存在一定的問題。

（1）容易走入重數(shù)據(jù)輕教學(xué)的誤區(qū)

目前基于數(shù)據(jù)分析的精準(zhǔn)教學(xué)模式尚未完全成熟，其科學(xué)性和有效性仍需進(jìn)一步探討。作為教師，應(yīng)遵循“以生為本”的原則，注重學(xué)生的主觀參與，適度應(yīng)用數(shù)據(jù)分析技術(shù)，避免過分依賴數(shù)據(jù)而忽略教學(xué)本身。數(shù)據(jù)只是教學(xué)的輔助工具，不能替代有“生命力”課堂生成和教師的教育機智。因此，在使用數(shù)據(jù)分析技術(shù)時，我們應(yīng)該將其作為教學(xué)的參考依據(jù)，而不是唯一的決策依據(jù)。

（2）個性化教學(xué)的實現(xiàn)仍需探索

在教學(xué)的實際操作過程中，真正做到關(guān)注每一位學(xué)生，做到因材施教還是存在困難的。有了數(shù)據(jù)分析工具的支撐，學(xué)情可視化、教學(xué)個性化、評價即時化成為我們可實現(xiàn)的目標(biāo)。但如何利用學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，切實實現(xiàn)個性化教學(xué)，給學(xué)生提供個性化的指導(dǎo)，還缺乏更多的實踐探索和智能硬件支撐。

綜上，數(shù)據(jù)分析技術(shù)在教學(xué)實踐中的應(yīng)用，一定程度上彌補了傳統(tǒng)教學(xué)模式下反饋不及時、學(xué)習(xí)評價不充分等問題，也為初中數(shù)學(xué)的精準(zhǔn)教學(xué)研究提供了新的思路和可行路徑。作為一名智能時代下的初中數(shù)學(xué)教師，今后將不斷與時俱進(jìn)、不斷創(chuàng)新，繼續(xù)投身人工智能賦能的教育之路，為實現(xiàn)人工智能、數(shù)據(jù)分析技術(shù)與學(xué)科教學(xué)的深度融合繼續(xù)探索。

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（責(zé)任編輯：加順花）