大數據下基于核心素養培養的精準預習實施策略

沈旭東 祝令健

(吳興高級中學 浙江 湖州 313000)

《普通高中物理課程標準(2017年版)》將物理學科核心素養中的“物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任”作為教師開展教學的重要目標，并在附錄中將每一條核心素養劃分為5個水平，作為教師評價學生核心素養的依據.

1 精準預習及其必要性

作為教學過程的一部分，課前預習在促進學生掌握物理知識、培養學生自主解決問題的思維和方法、幫助學生建立科學態度與責任方面都有著重要的作用.本文借助現今較為流行的平板電腦教學技術手段，探討如何依托平板電腦系統開展“精準預習”，以促進學生核心素養的發展.

“精準預習”，顧名思義，就是借助平板電腦教學系統發布預習作業，即時收集學生的預習結果，利用大數據平臺精準評估學生預習中暴露的問題，并做出針對性教學策略的預習模式.

筆者學校使用的平板電腦，內置由科大訊飛公司開發的“暢言智慧課堂”大數據系統.該平臺主要由班級空間、課件與資源中心、授課平臺、作業平臺、大數據精準學情庫、微課中心等軟件組成.依托該平臺，可實現從課前精準預習、課中精準教學、課后精準追蹤一體化教學.通過大數據精準學情庫，可以對一堂課課內、課外學生的參與度、班級整體的掌握情況、學生個體的理解情況等進行分析，進而提出針對性的教學策略.另外，通過對平臺內長期積累的學習大數據進行分析，可以掌握班級每一位學生的學習興趣和狀態，時刻調整自己的教學方式和方法，因材施教，促進學生物理核心素養的個性化發展.學生則人手一臺平板電腦，可通過提問、查看微課、查看評價等方式，了解自己近階段的學習狀況.

在“精準預習”下，教師全面有效地掌握班級整體和個別學生的學情，對學生核心素養水平進行精準評價，有效確定該堂課的重難點.針對學生所欠缺的核心素養目標，進行精準教學.對于學生而言，預習過程是一個自我發現、自我實現的過程，擺脫傳統教學“上課聽講下課做題”的枯燥模式，在預習中提升自主學習能力.

2 基于平板電腦教學的精準預習實施步驟

精準預習的實施步驟，主要由以下6步組成：

(1)根據教材和學情，制定基于學生核心素養的學習目標，初步確定重難點.該步驟簡稱“目標制定”.

(2)選擇適合學生難度水平的習題，編制預習方案，對課堂的重難點錄制微課，通過平板電腦作業系統進行推送，引導學生查找資料進行自主學習.該步驟簡稱“預習推送”.

(3)對預習方案內的習題進行核心素養水平“解構”.對于如何“解構”，將在下文進行說明.該步驟簡稱“習題解構”.

(4)通過作業平臺和大數據精準學情庫快速收集學生預習反饋，得到預習作業的數據分析，包括選擇題錯誤率、計算題主要錯誤及對應的知識點等.該步驟簡稱“預習反饋”.

(5)將收集的數據與“解構”得出的核心素養水平進行對比，得出學生對該堂課核心素養目標的缺失程度及具體內容.該步驟簡稱“素養評價”.

(6)修正步驟1中制定的基于核心素養的學習目標，剔除學生已經掌握的目標，厘清課堂教學重難點，并制定相對應的課堂教學策略.該步驟簡稱“策略制定”.

如圖1所示，依據6個步驟，制定步驟實施的時間表，根據“預習推送”的時間點不同，“精準預習”又分為“課前精準預習”和“課堂精準預習”兩種模式.

圖1 精準預習實施步驟圖

“課前精準預習”，其預習推送的時間為上課前一天，學生有足夠的時間自主學習，發現問題.教師則有足夠的時間對學生反饋的結果進行分析評價，制定詳細的針對性策略.其缺點顯而易見，就是對學生自覺性要求很高，并且會占用學生課余時間.為了平衡這些缺陷，在該模式實施過程中，借助“翻轉課堂”的思路，課堂目標盡量在課堂內完成，課后少布置甚至不布置作業.

對于目標落實不到位的情況，通過平板電腦教學系統的“微課中心”制作發布微課進行補充.通過統籌安排課前、課中、課后教學流程，擠出時間給學生進行預習.

“課堂精準預習”，其預習推送時間為當堂課上課開始之時.利用課堂的前10 min，讓學生進行預習.該模式的優勢是不占用學生課余時間，減輕學生負擔，時間效率上比“課前精準預習”要高.同時該模式由教師在課堂內統一主導，學生參與度有保障，同時教師可以直觀地感受學生的預習過程，觀察學生的表現.缺點是由于課堂時間有限，“課堂精準預習”在全面性和預習效果方面不如“課前精準預習”.并且教師只有極少時間對學生反饋的問題進行分析評價，可能出現遺漏的情況.該模式對教師能力要求極高，適合經驗豐富、教學能力強的教師.

3 基于核心素養水平劃分的精準預習習題“解構”及評價

浙江省教研室教研員梁旭老師指出，教師要擁有“解構”素養及水平的能力，即具有分析問題解決相關的素養及水平的能力.精準預習的實施，同樣需要遵循物理學科核心素養的水平劃分，進行“解構”.再將教師“解構”問題對應的水平與學生預習結果進行對比分析，診斷學生核心素養的缺失.

下面以物理習題中常見的選擇題和計算題作為案例進行解構.

【例1】如圖2所示，一根粗糙的水平橫桿上套有A和B兩個輕環，系在兩環上的等長細繩拴住的書本處于靜止狀態，現將兩環距離變小后書本仍處于靜止狀態，則( )

A.桿對A環的支持力變大

B.環對桿的摩擦力變小

C.桿對A環的力不變

D.與B環相連的細繩對書本的拉力變大

圖2 例1題圖

對題目每個選項，從素養要素、素養類型及學業質量幾個維度對其進行解構如表1所示.這種解構，使其與物理核心素養的要求進行了對應.通過這樣的解構，教師可以很直觀和透徹地了解學生的問題及錯誤.

通過大數據分析，評價如圖3所示，發現有較少學生對選項A和選項D存在問題.對照表1分析歸納，發現學生對整體法受力分析、三力平衡方面存在問題.

表1 對例1習題的解構

圖3 例1解題情況的數據反饋

【例2】如圖4(a)所示的陀螺可在圓軌道外側旋轉而不脫落，好像軌道對它施加了魔法一樣，被稱為“魔力陀螺”.它可等效為圖4(b)所示模型：豎直固定的磁性圓軌道半徑為R，質量為m的質點沿軌道外側做完整的圓周運動，A,B兩點分別為軌道的最高點與最低點.質點受軌道的磁性引力始終指向圓心O且大小恒為F，不計摩擦和空氣阻力，重力加速度為g.

(1)判斷質點運動過程中機械能是否守恒，并說明理由；

圖4 例2題圖

圖5為例2中某學生解題情況及教師的批注截圖.

圖5 例2習題某學生解題情況及教師的批注截圖

通過與水平劃分表進行對比，即可快速確定學生缺失的核心素養如表2所示.

表2 對例2習題的解構

下面對這個學生的解題情況進行分析.

(1)研究對象不明確，忽視牛頓第三定律的重要性

在解題過程中若涉及到受力對象的轉換，必須用到牛頓第三定律.然而相比于牛頓第二定律，牛頓第三定律很少涉及計算，常常容易被學生忽視.該題解答時應選取質點(陀螺)作為研究對象，題目要求質點對軌道的壓力，涉及到受力對象的轉換.

如圖5所示，該學生沒有用牛頓第三定律把軌道對質點的彈力FN轉化為題目要求的質點對軌道的彈力F′N.

(2)建模錯誤，與“繩模型”混淆

在分析得到該題是一道“桿模型”的情況下，還需進一步分析解決第(3)問的臨界問題.在考慮“桿”強度的情況下，“桿模型”的臨界條件可認為有兩個.

1)當“桿模型”恰好過最高點時有：力學條件mg+FN=0，運動學條件v=0.基于學生反饋的學習目標調整策略.

2)滿足“桿模型”恰好過最高點的條件下，要使質點過最低點時不脫離軌道，需滿足FB-FN≥5mg.

圖6 例2中另一學生解題情況及教師的批注截圖

4 基于精準預習的教學策略調整及反思

通過對預習作業的批改，對比核心素養水平劃分表，將學生核心素養缺失部分進行羅列，對步驟1中制定的學習目標進行改進，并提出針對性的教學策略.

針對例1反映出來的問題，可以重點強化學生分析生活中常見的物理現象，并把整體隔離的思想貫徹其中，幫助學生理解生活中的平衡現象本質.同時對一些經典的三力平衡問題進行強化，引導學生學會分析此類現象的方法.

針對例2反映出來的問題，主要對圓周運動的3種模型進行回顧，并結合生活中常見的現象加強學生的理解，引導學生理解3種模型的區別.同時要重點對圓周運動“合外力提供向心力”的觀念進行鋪開，引導學生自行尋找3種模型完成圓周運動的臨界條件，掌握最高點、最低點等特殊點的受力特征.

“精準預習”的實施，全面體現了以學生為主體的教學理念，把課前、課堂時間還給學生，有力地提升了學生學習的積極性.對教師而言，在開展精準預習過程中加深了對教材的理解，對學生的理解，強化了自己的教學水平以適應新時代發展帶來的挑戰.