數(shù)字賦能學生個性化發(fā)展的實踐研究

摘 要：數(shù)字技術與教育的融合已成為一種重要的發(fā)展趨勢。本文通過分析數(shù)字化教學對學生個性化培養(yǎng)的意義，以“解析幾何”課程為例，研究數(shù)字賦能下的知識圖譜如何促進學生的個性化發(fā)展，包括學習路徑的動態(tài)化設置、AI助教助力個性化學習、智能推送學習內(nèi)容等。當然，數(shù)字技術在“解析幾何”個性化教學中也面臨諸多挑戰(zhàn)，如學生自主學習能力欠缺、教師數(shù)字素養(yǎng)薄弱、平臺資源技術局限及教育資源設備配備不均衡等問題。

關鍵詞：數(shù)字技術 知識圖譜 解析幾何 個性化教育

一、 數(shù)字賦能促進學生個性發(fā)展

（一）數(shù)字化教學技術

近年來，隨著科學技術的快速發(fā)展，教育數(shù)字化轉型已成為各國提高國家競爭力和發(fā)展創(chuàng)新能力的關鍵一步。［1］2022年，黨的二十大首次將“推進教育數(shù)字化”寫入報告，這標志著推進教育數(shù)字化已從教育工作任務上升為黨和國家的戰(zhàn)略部署。［2］數(shù)字化教學技術是指利用數(shù)字技術來支持和改進教學活動的一系列工具和方法。它不僅豐富了教學資源，增強了教學的互動性，還培養(yǎng)了學生適應數(shù)字時代的技能，促進了學生的個性化學習。

（二）個性化教學

個性化教學是一種以學生為中心的教學方法，教師根據(jù)學生的能力、興趣、需求等因素設計和調(diào)整教學內(nèi)容與方法，以滿足不同學生的需求。與傳統(tǒng)教學相比，個性化教學具有以下特點：首先，以學生為中心開展教學活動，關注并挖掘學生的發(fā)展?jié)摿吞熨x，為其提供合適的學習資源；其次，強調(diào)差異性和靈活性，關注學生之間的差異，并根據(jù)學生實際情況靈活調(diào)整和改進；再次，采用多元化的評價方式，更準確全面地了解學生的發(fā)展情況。個性化教學能夠更好地滿足學生的多樣化學習需求，激發(fā)學生的學習興趣和潛能，提高教育的整體效果，促進學生的全面發(fā)展。

（三）數(shù)字化教學對個性化培養(yǎng)的意義

《中國教育現(xiàn)代化2035》中提出：“利用現(xiàn)代技術加快推動人才培養(yǎng)模式改革，實現(xiàn)規(guī)?；逃c個性化培養(yǎng)的有機結合?！保?］將數(shù)字教學引入課堂，對個性化人才的培育起到了極大的推動作用。首先，數(shù)字技術能滿足學生多樣化的學習需求，根據(jù)學生的興趣和能力提供更多的選擇，并結合數(shù)據(jù)分析更好地規(guī)劃學生的學習目標。其次，數(shù)字技術能夠實現(xiàn)學生個性化學習支持，對學生的學習行為進行分析，提供符合學生興趣和能力的學習材料和活動，幫助學生更好地自主學習，并進行個性化的評估與反饋，及時了解學生的學習情況和問題。再次，數(shù)字技術能夠促進教育的包容性，使學生能夠按照自己的興趣選擇學習內(nèi)容，不再受到傳統(tǒng)教育的束縛，幫助學生更好地發(fā)展自己的潛力。

二、 數(shù)字賦能學生個性化發(fā)展的實踐

隨著數(shù)字技術的不斷發(fā)展，各種教育數(shù)字平臺被廣泛使用。“解析幾何”課程作為數(shù)學與應用數(shù)學專業(yè)的學科基礎課程，需要學生具備較好的空間想象能力。教師采用各種數(shù)字技術工具，如幾何畫板、Matlab等軟件繪制圖形，展示動態(tài)過程，幫助學生更好地理解知識。數(shù)字化賦能的知識圖譜以結構化的方式描述知識點之間的關系，使得知識更加清晰、易于理解和利用。它具有大規(guī)模、動態(tài)化、智能化等特點，能更好地幫助教師進行個性化教學。

（一）知識圖譜的構建

知識圖譜是一種結構化語義網(wǎng)絡，用于描述物理世界中的概念、實體及其之間的關系。它是人工智能領域發(fā)展的重要組成部分，具有非常高效的語義處理功能，能夠清晰直觀地揭示知識之間的復雜聯(lián)系，呈現(xiàn)出知識之間的結構關系。［4］課程知識圖譜聚焦某一學科課程領域，促進學生個性化學習，為學生提供學習路徑和資源推薦，方便學生對知識進行檢索和拓展，構建出完整的知識體系。

以高教版《解析幾何》第一章中“向量代數(shù)”為例，教師依據(jù)課程大綱要求細化知識點，構建邏輯清晰的知識結構，將知識點間的關聯(lián)可視化，形成清晰直觀的知識圖譜（見圖1）。

（二）學生學習路徑動態(tài)化設置

學習路徑設置是根據(jù)學習者的知識特征和學習資源等信息，為學習者定制最佳的學習序列。［5］知識圖譜通過詳細剖析學生的學習行為數(shù)據(jù)，精準地了解到學生的學習情況，為學生制定個性化的學習路徑（見圖2）。

課前，教師在學習通平臺發(fā)布本節(jié)課的學習任務，學生自主學習并完成對應任務。教師根據(jù)知識圖譜所提供的數(shù)據(jù)：若整體情況視為良好（知識點掌握率超過85%），教師在課堂教學中可以發(fā)布更為高階的學習任務。學生在完成高階學習任務后，可自主學習感興趣的內(nèi)容，如閱讀與課程內(nèi)容相關的文獻等，實現(xiàn)個性化學習與提升。

對于掌握率較低（掌握率低于65%）的學生，教師可以對其進行個別輔導，解決其困惑，并布置相應的課中測試題。課后，教師通過課中測試題的得分情況，確定課后作業(yè)。學生按知識點從題庫或錯題本抽題，在“練—學—測”的循環(huán)中掌握知識，完成“課后鞏固”，發(fā)揮學生的主體性和主動性，進而達到高階水平。

整個教學過程中，知識圖譜的數(shù)據(jù)反饋決定了課中的教學活動，課中測試決定了課后作業(yè)的布置，環(huán)環(huán)相扣。教師將學習通數(shù)字平臺引入教學中，并采取“線上＋線下”相結合的教學模式，促進了個性化教學的實施。

（三）人工智能（AI）助教助力個性化教學

人工智能（AI）助教在學生的個性化學習過程中發(fā)揮著極為重要的作用。它能夠為學生提供高度精準的實時輔導。在學生自主學習過程中，會遇到各種疑難問題，AI助教就如同一位隨時待命的智慧導師，能迅速且準確地為學生答疑解惑。每個學生的學習進度、知識基礎和學習風格都有所不同，AI助教能根據(jù)學生的具體情況進行針對性輔導，幫助學生高效地完成知識儲備，為未來的學習奠定基礎。

學生也可以基于知識圖譜所聯(lián)系的知識點，從眾多內(nèi)容中選擇自己感興趣的部分。當學生對某個特定的知識點產(chǎn)生疑問或想要深入了解時，他們可以詢問AI助教。AI助教結合知識圖譜后，能夠充分利用其中豐富的知識關聯(lián)和資源，為學生精準地推送其所需要的內(nèi)容。例如，學生對“向量的概念”這個知識點相關聯(lián)的“支持向量機”產(chǎn)生疑惑時，可以詢問AI助教。通過這種系統(tǒng)的學習，學生能逐步建構新的認知結構，拓寬思維視野，提升學習能力和綜合素質(zhì)。

教師也可以借助AI助教建立試題庫，根據(jù)不同學生的學習情況和需求，為學生提供個性化的練習內(nèi)容，幫助他們鞏固所學知識。通過反饋的數(shù)據(jù)及時調(diào)整教學內(nèi)容，提高教學效果。同時，教師還可以根據(jù)AI助教提供的豐富拓展資源來設計教案，這些拓展資源涵蓋了各個學科領域的最新研究成果、教學案例和教學方法等，能夠為教師的教學提供更多的靈感和參考。通過利用AI助教，教師可以更好地完善“線上＋線下”的個性化教學模式。

（四）智能推送學習內(nèi)容

1. 基于學生學習興趣智能推送學習內(nèi)容

知識圖譜以其卓越的全面性和廣泛的覆蓋性，將眾多相關知識點緊密結合，為學生學習提供了強大的支撐。在“解析幾何”課程教學中，教師運用繪圖軟件（如幾何畫板、Matlab）以生動直觀的方式向學生展示復雜的幾何圖形和關系。學生目睹這些強大軟件工具在課堂上的精彩呈現(xiàn)時，往往會萌生出親自嘗試的強烈愿望。教師在構建知識圖譜時，可以巧妙地將這些技術類學習軟件納入其中，實現(xiàn)有機聯(lián)通。如此一來，學生在學習過程中，能夠依據(jù)知識網(wǎng)絡，精準地選擇自己感興趣的內(nèi)容并進行深入探索。

2. 基于學生學習經(jīng)驗智能推送學習內(nèi)容

數(shù)字平臺可以通過記錄和分析學生在學習通平臺上的各種學習行為軌跡，如課程視頻的觀看時長、暫停次數(shù)、回放頻率，課件的瀏覽順序和停留時間，以及作業(yè)和測試的提交情況等，了解學生已有的學習經(jīng)驗。同時，密切關注學生在學習過程中的互動行為，根據(jù)互動的活躍度和內(nèi)容，判斷學生對知識的理解程度和興趣點；并對學生完成的作業(yè)和測試進行詳細分析，分析不僅限于最終成績，也包括答題情況，例如每道題的錯誤類型、錯誤原因等，更加精確地掌握學生對各個知識點的學習情況，同時確定學生的知識薄弱點。依據(jù)知識圖譜中知識點之間的關聯(lián)，分析學生對某一知識點的掌握情況及對其他相關知識點的影響。如果學生在某一關鍵知識點上存在理解困難，系統(tǒng)會推送與之密切相關的基礎知識點或拓展知識點，幫助學生建立完整的知識體系。

除此之外，數(shù)字平臺亦能根據(jù)學生的學習行為、知識掌握情況、興趣偏好等多維度數(shù)據(jù)，為每個學生繪制詳細的用戶畫像。用戶畫像包含學生的學習風格、學習目標等信息。知識圖譜基于用戶畫像，從海量的學習資源中篩選出最適合該學生的內(nèi)容進行推送，并尋找與目標學生學習行為和興趣偏好相似的其他學生群體，分析這一群體的學習路徑和資源使用情況。根據(jù)這些相似學生的學習經(jīng)驗，為目標學生推薦可能感興趣的學習內(nèi)容。

3. 基于學生的提問智能推送學習內(nèi)容

當學生在學習平臺提出問題時，平臺利用自然語言處理技術對學生的問題進行詞法與句法分析，識別出問題的關鍵詞。例如，學生在學習高教版《解析幾何》第三章第七節(jié)有關“兩異面直線間的距離與公垂線方程”內(nèi)容時，可能會詢問“如何求出兩條異面直線的距離”。系統(tǒng)能夠快速回答學生的問題，并通過知識圖譜查找與問題相關的知識點，進而為學生推薦相關資源。學生依據(jù)知識圖譜中知識點之間的關系進行推理和拓展。系統(tǒng)通過判斷問題與相關知識點的關聯(lián)程度，為學生呈現(xiàn)最為相關的學習內(nèi)容。如果問題僅涉及兩條異面直線的距離，系統(tǒng)將為學生推送包含異面直線距離公式推導過程的視頻教程、詳細講解的課件等；如果問題涉及異面直線距離與向量的關系，系統(tǒng)不僅能基于知識圖譜檢索出與異面直線距離相關的知識，還能通過知識圖譜中所呈現(xiàn)的關聯(lián)，推送向量等相關內(nèi)容。

三、 數(shù)字技術在“解析幾何”個性化教學中存在的挑戰(zhàn)

（一）學生自主學習能力欠缺

數(shù)字技術在個性化教學過程中對學生自主學習能力的要求較高。一般來說，數(shù)字技術的功能發(fā)揮與學生的自主學習能力呈正相關。這意味著，當學生的自主學習能力較弱時，數(shù)字技術難以發(fā)揮較好的功效?！敖馕鰩缀巍闭n程通常安排在大一階段，該階段學生剛剛經(jīng)歷完高考，學習可能會有所松懈，對自身的要求有所降低。即便平臺推送了學生感興趣的內(nèi)容，學生也可能會因外界其他事物而分散注意力。此外，高中階段學生的學習方式大多是教師講授，很少通過自己主動學習獲取知識，這就導致學生的自主學習能力較欠缺，學習效果不佳。

（二）教師數(shù)字素養(yǎng)薄弱

部分教師缺少系統(tǒng)的數(shù)字技術培訓，導致他們對相關知識與技能的學習積極性不高、掌握程度不夠深入。例如，一些教師對在線教學平臺的諸多功能不夠了解，無法充分利用它進行課程設計、作業(yè)布置和學生評估等工作。這使得個性化教學舉步維艱，導致教育資源處于“多而無用”的困境，大量數(shù)字資源閑置，無法真正服務于學生的學習。此外，教師陳舊的教學觀念也是一大問題。許多習慣傳統(tǒng)教學模式的教師對數(shù)字技術教學存在抵觸情緒或難以適應，他們認為傳統(tǒng)的教學方法更加可靠，對數(shù)字技術的教學效果持懷疑態(tài)度。因此，這些教師很難發(fā)揮數(shù)字技術在個性化教學中的優(yōu)勢，無法為學生提供更加個性化、高效的教學服務。

（三）平臺資源技術仍需提升

盡管數(shù)字技術發(fā)展迅速，但為了更好地促進學生的個性化發(fā)展，我們?nèi)孕铇嫿ǜ訙蚀_可靠的個性化教育算法模型。學生之間個體差異大，學習行為和需求各不相同，因此平臺應進一步擴充和豐富網(wǎng)絡資源，以滿足不同學生的需求。

（四）教育資源設備配備不均衡

不同地區(qū)及不同學校在硬件設施水平上存在顯著差異，這也是目前面臨的挑戰(zhàn)之一。在一些經(jīng)濟欠發(fā)達或偏遠地區(qū)的學校，可能面臨設備陳舊的困境，教學所使用的計算機、投影儀等設備已老化陳舊，難以流暢運行一些對硬件要求較高的“解析幾何”教學軟件。這在很大程度上限制了數(shù)字技術在“解析幾何”教學中的廣泛應用，給高質(zhì)量教學的開展造成了重重阻礙。

四、 結語

數(shù)字賦能下的知識圖譜通過設置動態(tài)化的學習路徑、智能推送學習內(nèi)容，為“解析幾何”課程的個性化教學提供了創(chuàng)新方案，促進了學生個性化發(fā)展，也為數(shù)字時代的個性化教學提供了更多實踐路徑。然而，數(shù)字技術在“解析幾何”個性化教學中仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如學生自主學習能力不足、教師數(shù)字素養(yǎng)薄弱、平臺資源技術局限及教育設備配備不均衡等。針對這些挑戰(zhàn)，各方需要共同努力，推動更高效的個性化教學，助力學生發(fā)展。同時，這些挑戰(zhàn)也為后續(xù)研究提供了新的思路和方向。

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