大數(shù)據(jù)背景下精準(zhǔn)教學(xué)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

盧星

（山西經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院 山西省太原市 030024）

1 精準(zhǔn)教學(xué)的環(huán)境

精準(zhǔn)教學(xué)的首次出現(xiàn)是由美國(guó)著名的心理學(xué)家林斯利的操作性條件反射原理創(chuàng)立的。早期的精準(zhǔn)教學(xué)通常被看做是對(duì)特定的教學(xué)方法是否有效而進(jìn)行評(píng)估的框架。與傳統(tǒng)教學(xué)相比精準(zhǔn)教學(xué)能夠提升學(xué)生的學(xué)習(xí)績(jī)效和成就感。但是繁瑣的記錄以及標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一等原因，精準(zhǔn)教學(xué)并沒(méi)有大面積的普及與應(yīng)用。但如今，信息技術(shù)的發(fā)展特別是大數(shù)據(jù)的興起，為精準(zhǔn)教學(xué)的發(fā)展提供了機(jī)遇。

2 大數(shù)據(jù)技術(shù)教學(xué)應(yīng)用

國(guó)外非常重視精準(zhǔn)教學(xué)中，教育數(shù)據(jù)在技術(shù)研發(fā)方面的研究。在美國(guó)《通過(guò)教育數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析促進(jìn)教與學(xué)》報(bào)告《Enhancing teaching and learning through educational data mining and learning》中的研究指出:大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展助力于教育的兩個(gè)方面：教育數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析技術(shù)。從國(guó)際研究情況看，B hardwajAL -Radadeh.等人曾分別針對(duì)印度、巴基斯坦等國(guó)家的在校學(xué)生課堂表現(xiàn),課堂測(cè)試、期中考試、期末考試等階段性成績(jī),借助計(jì)算機(jī)分析并預(yù)測(cè)其學(xué)習(xí)成績(jī)。

對(duì)于學(xué)生而言，大數(shù)據(jù)技術(shù)以科學(xué)分析為基礎(chǔ)，培養(yǎng)每位同學(xué)的獨(dú)立自主學(xué)習(xí)能力、自我分析能力和競(jìng)爭(zhēng)合作意識(shí)，提供給學(xué)員更多的交流合作機(jī)會(huì)。基于大數(shù)據(jù)智能處理的精準(zhǔn)教學(xué)，關(guān)注不同學(xué)生的單獨(dú)的需要，指向具有針對(duì)性的有質(zhì)量的教育。

3 大數(shù)據(jù)學(xué)情教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建

利用大數(shù)據(jù)全面診斷學(xué)員學(xué)情，有針對(duì)性地評(píng)價(jià)學(xué)員的學(xué)習(xí)情況，從傳統(tǒng)的教學(xué)，走向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的精準(zhǔn)教學(xué)，已經(jīng)成為信息通信技術(shù)條件下教育改革和課堂革命的世界潮流。通過(guò)分析總體的樣本，來(lái)診斷學(xué)生的學(xué)情，從而可以提出更加優(yōu)化的教學(xué)方案。便于學(xué)生學(xué)習(xí)，也更加便于老師的管理。認(rèn)真研究這些數(shù)據(jù)我們不難發(fā)現(xiàn)，我們所提出的這些技術(shù)（人工智能，大數(shù)據(jù)等）都提供了學(xué)生是否達(dá)成預(yù)期目標(biāo)的數(shù)據(jù)、提供了教師診斷學(xué)生學(xué)情和學(xué)習(xí)效果以及教師自己的教學(xué)能力的證據(jù)。

大數(shù)據(jù)技術(shù)衍生的產(chǎn)品能夠幫助教員全方面、多角度了解學(xué)員的理解能力水平、知識(shí)掌握水平。在極短的時(shí)間內(nèi)生成各類教學(xué)輔助數(shù)據(jù)，如成績(jī)報(bào)表、年級(jí)排名、做題記錄、錯(cuò)題分布等，便于分層教學(xué)、因材施教，改善傳統(tǒng)的教育方式，走向更加精準(zhǔn)，個(gè)性化的教學(xué)方式。大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)教學(xué)總體概況如圖1。

3.1 大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)教學(xué)關(guān)鍵點(diǎn)

大數(shù)據(jù)技術(shù)中，數(shù)據(jù)的六個(gè)維度技術(shù)為主要重難點(diǎn)：數(shù)據(jù)收集提取技術(shù)、數(shù)據(jù)管理存儲(chǔ)技術(shù)、數(shù)據(jù)清洗篩選技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘關(guān)系技術(shù)、數(shù)據(jù)建模分析技術(shù),數(shù)據(jù)的可視化，這六個(gè)技術(shù)維度的研究探索。本課題主要側(cè)重單個(gè)校學(xué)生教學(xué)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)建模分析技術(shù)，數(shù)據(jù)的可視化等技術(shù)研究。

（1）初中知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)性復(fù)雜，需要匹配關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)難點(diǎn)，從而用于更好的圖表來(lái)展示知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系。

（2）知識(shí)點(diǎn)界定模糊。現(xiàn)有的知識(shí)節(jié)點(diǎn)多用于表示概念、知識(shí)點(diǎn)，考點(diǎn)等，其概念大小模糊，尚未深入到知識(shí)的最小獨(dú)立單元。不同專家對(duì)同一知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)知偏差使得科學(xué)性與一致性難以保證。

圖1

圖2

（3）數(shù)據(jù)分析建模難點(diǎn)，根據(jù)精準(zhǔn)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)科特點(diǎn)所需，建立適配的函數(shù)模型，選取合適的數(shù)據(jù)分析編程軟件，例如Python，進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)代碼，形成報(bào)告。

（4）數(shù)據(jù)可視化展現(xiàn)重點(diǎn)，將技術(shù)結(jié)果真正的應(yīng)用于非技術(shù)教學(xué)過(guò)程中，需要將可視化做到適合于教學(xué)老師、校長(zhǎng)、區(qū)管部門(mén)的實(shí)際工作應(yīng)用中去，實(shí)現(xiàn)真正技術(shù)研究?jī)r(jià)值。

3.2 大數(shù)據(jù)學(xué)情系統(tǒng)題庫(kù)設(shè)計(jì)

想要構(gòu)建題庫(kù)圖譜，數(shù)據(jù)是基本的元素。題庫(kù)要從最小單元入手：題目。需要從網(wǎng)絡(luò)，各學(xué)校，獲取大量題目作題庫(kù)構(gòu)建的基礎(chǔ)。需要對(duì)收集的題目進(jìn)行初步的篩選，評(píng)估。實(shí)施大數(shù)據(jù)教學(xué)軟件應(yīng)用，針對(duì)某個(gè)年級(jí)數(shù)學(xué)學(xué)科，收集作業(yè)數(shù)據(jù)，月考測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)，期中期末數(shù)據(jù)。進(jìn)行教學(xué)研討、評(píng)估，探索實(shí)施因材施教、精準(zhǔn)教學(xué)模式。如圖2 所示。

建立題庫(kù)，知識(shí)點(diǎn)完成標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)一道數(shù)學(xué)題，都可以直接展示考點(diǎn)之間的知識(shí)關(guān)系。讓學(xué)生了解自己的薄弱知識(shí)點(diǎn)和復(fù)習(xí)重點(diǎn)，在階段性復(fù)習(xí)時(shí)，側(cè)重的學(xué)生錯(cuò)題知識(shí)點(diǎn)，及時(shí)補(bǔ)足短板，提高“蓄水量”。

3.3 大數(shù)據(jù)學(xué)情系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集設(shè)計(jì)

以大數(shù)據(jù)技術(shù)優(yōu)化過(guò)度依賴經(jīng)驗(yàn)、題海戰(zhàn)術(shù)的教學(xué)方法，幫助教師更準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問(wèn)題所在，有的放矢。而通過(guò)數(shù)據(jù)展示出的各項(xiàng)學(xué)情，使教學(xué)成果更加精細(xì)、個(gè)性、直觀，同樣為家長(zhǎng)呈現(xiàn)出更加具象化的學(xué)生學(xué)情。

圖3

圖4

通過(guò)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析與挖掘、數(shù)據(jù)展現(xiàn)等，我們可以發(fā)現(xiàn)很多有用的或有意思的規(guī)律和結(jié)論。并將數(shù)據(jù)情況及時(shí)準(zhǔn)確的傳遞給老師、教研室等。應(yīng)用于教學(xué)教研過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管理和有效干預(yù)。

學(xué)生數(shù)據(jù)收集方式比較多樣，期中期末的聯(lián)考試卷、每日作業(yè)掃描上傳等等、但數(shù)據(jù)都不具有實(shí)時(shí)性，操作起來(lái)有各種的不便性，經(jīng)過(guò)應(yīng)用研究實(shí)踐，提出課堂反饋數(shù)據(jù)模式。本文設(shè)計(jì)采用統(tǒng)考數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、課堂數(shù)據(jù)采集、教師錄入信息等四維設(shè)計(jì)理念，增加了數(shù)據(jù)采集的維度和廣度，為學(xué)生學(xué)情分析的做了充足的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，可以進(jìn)行接下來(lái)的大數(shù)處理工作。如圖3。

3.4 大數(shù)據(jù)學(xué)情系統(tǒng)AI報(bào)告設(shè)計(jì)

為了保證學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的連續(xù)性、完整性，技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)在考試時(shí)使用，更可以運(yùn)用在每一次的作業(yè)中。這樣，就可以在系統(tǒng)中保存每個(gè)學(xué)生完整的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，對(duì)學(xué)生各階段、各知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)情況的記錄、分析就比較完整系統(tǒng)，可以生成完整的直觀學(xué)生發(fā)展曲線，實(shí)現(xiàn)學(xué)生成績(jī)發(fā)展檔案化、可視化、系統(tǒng)化。

數(shù)據(jù)關(guān)于數(shù)的科學(xué)技術(shù)研究。它是一個(gè)處于不斷演變之中的概念，其邊界在不斷地?cái)U(kuò)大。這些技術(shù)方法允許利用圖形、圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)以及用戶界面，對(duì)數(shù)據(jù)加以可視化解釋。

建立科學(xué)評(píng)估體系，也可以作為教學(xué)質(zhì)量的“標(biāo)尺”，幫助教師提高教學(xué)質(zhì)量。更精準(zhǔn)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題。如圖4。

4 結(jié)語(yǔ)

大數(shù)據(jù)學(xué)情教學(xué)系統(tǒng)通過(guò)技術(shù)讓“育”的分量更重，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)從教書(shū)到育人的轉(zhuǎn)變。可以技術(shù)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的“特長(zhǎng)”從而對(duì)該學(xué)生的“特長(zhǎng)”進(jìn)行個(gè)性化，專業(yè)化的培養(yǎng)。我們之前傳統(tǒng)的教育方式只能實(shí)現(xiàn)一些單點(diǎn)的定性分析，無(wú)法做出定量研究，更無(wú)法做出一些多個(gè)數(shù)據(jù)的整體研究，引入人工智能（AI）、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，利用精準(zhǔn)全面的數(shù)據(jù)分析，為教師決策提供更加可靠的參考。

精準(zhǔn)教學(xué)自誕生以來(lái)，就離不開(kāi)程序和數(shù)據(jù)。在傳統(tǒng)的教學(xué)環(huán)境下，受技術(shù)條件的限制，精確教學(xué)的理論研究和實(shí)際應(yīng)用不容樂(lè)觀。而在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，學(xué)生學(xué)習(xí)行為的自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)記錄、高效分析和準(zhǔn)確預(yù)測(cè)已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，這使得精確教學(xué)突破了傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境下的操作困境，為下一步的應(yīng)用提供了有力的支持。

總而言之，基于大數(shù)據(jù)的學(xué)情分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),能夠?yàn)閷W(xué)員分析成績(jī)、知識(shí)點(diǎn)掌握，為老師提供教學(xué)方向，為教研提供素材等情況提供數(shù)據(jù)支持。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的處理與可視化，開(kāi)展了新型的教學(xué)模式理論和實(shí)踐研究，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)統(tǒng)計(jì)開(kāi)展啟發(fā)式、探究式、討論式教學(xué)，是可視化成果助力教育信息化進(jìn)程中。