基于大數據+AI的初中數學精準教學研究*
——以“一起中學”平臺為例

廣東省廣州市真光中學(510380) 蘇國東

1 前言

精準教學是Lindsley 于20 世紀60年代根據Skinne 的行為主義學習理論提出的一種教學方法.過去受限于技術條件,精準教學的理論研究及傳統教學環境下的實際應用都沒有取得較好的成效.隨著信息技術的發展,特別是大數據等技術的興起,各類新型教學軟件在課堂教學中已得到了越來越廣泛的應用,為精準教學的發展提供了新的機遇[1].

“一起中學”是目前國內初中數學教學中最為常用的智能教育平臺,支持電腦網頁端和手機平板端使用,其利用云計算、大數據、人工智能等信息技術,打造課前、課中、課后的教學閉環場景,借助前測診斷、學情報告、智能評卷、分層作業、錯題修煉等重要功能,為初中數學精準教學的實施提供了可行方案.

2 基于大數據+AI 的初中數學精準教學措施

2.1 精準前測診斷助力教學內容組織[2]

有效的教學活動必須建立在學生的認知發展水平和已有知識經驗的基礎之上,教學前測的精準診斷分析能為教學目標的制定、教學內容的設計與組織提供更嚴謹更科學的依據.

“一起中學”平臺中各知識點都有配套的預習題可供使用,也可以從題庫中自行組卷.學生答題后,教師端能實時生成前測學情報告,從每題的作答正確率到每個選項學生的作答結果都有精準統計顯示,便于教師詳細了解學生的整體預習情況,隨時調整課堂教學的內容與節奏.

例如,在學習“垂徑定理”時,教師提前發布學習任務單及微課視頻供學生自主預習,隨后在“一起中學”教師端選擇教材和年級,點擊“試卷與題庫”,如圖1.進入題庫選擇“垂直于弦的直徑”知識點,題型選“選擇題”,難度選“簡單”,如圖2,題庫會智能推送匹配的習題.教師從中選擇與預習內容相關的6 題,點擊“加入組卷”,再點擊“組卷”即可預覽試卷,在預覽中按習題難易度重新排序,然后發布試卷.

圖1

圖2

圖3

圖4

學生在家利用手機、平板或電腦進行在線答題,借助大數據與人工智能技術在教師端實時生成學情報告.教師發現前5 道常規題目的正確率均達到95%以上,在新課教學中稍作點評即可,而第6 題正確率僅有78%,如圖3,題目如下:

如圖4,將半徑為2cm 的圓形紙片折疊后,圓弧恰好經過圓心O,則折痕AB的長為( )

表明學生在折疊背景下構造垂徑定理的思路有所欠缺,新課教學中應作重點補充.在備課時,教師選中此題,點擊下方“換相似題”按鈕,搜索同類習題,將其加入教學內容中,用于講解后進行變式練習.

2.2 精準學情報告助力教學策略調整

課堂練習與小測是教學活動的重要組成部分,既能讓教師獲得教學效果反饋、及時調整教學側重點,也是學生鞏固所學知識、培養應用能力的不可或缺的環節.

“一起中學”平臺中每個課時都配套了課堂小測卷和課后作業卷,在教師端點擊“試卷與題庫”,進入”課時練習”,如圖5,每套卷下方有顯示之前使用的人數及平均分供參考.課堂小測卷一般包括6 到8 道選擇、填空題,按由淺至深的順序編排,題目精準匹配該課時教學內容.教師根據學生實際情況可選用配套卷或更換個別習題再進行發布,用于當堂練習或檢測.通過大數據反饋的班級練習報告,了解學生新學知識的掌握程度,便于教師及時調整教學策略,有針對性的進行講評.

圖5

圖6

例如.在“中心對稱”一課新知教學結束后,教師發布課堂小測卷進行當堂檢測,學生在平板學生端限時完成,完成后教師引導學生認真重做錯題再次提交,實時查看學情報告了解平均成績及重做人數等,如圖6,精準定位每名學生的作答情況.對于個別出錯的學生在課堂巡視中及時給與指導,而第5 題的正確率只有67%,重做后僅提升至78%,題目如下:

下列說法中: ①線段兩端點關于它的中點對稱; ②菱形一組對邊關于對角線交點對稱; ③成中心對稱的兩個圖形一定全等; ④如果兩個圖形全等,那么這兩個圖形一定關于某點成中心對稱.正確的有( )

A.2 個 B.3 個 C.4 個 D.以上均不正確

本題難點在于學生對全等與中心對稱的關系混淆不清,由于出錯人數多,需要統一講解,教師隨即邀請重做正確的一名學生上臺,畫出“全等但不中心對稱”的反例圖形并講述分析思路,幫助其他學生順利突破難點.

2.3 精準智能評卷助力考試質量分析

測驗與考試是教育的基礎需求之一,大數據+AI 智能評卷,生成精準、全面的學情分析報告,能降低誤差,提升教師工作效率,實現學生學情的智能化管理.

“一起中學”平臺的“試卷與題庫”中配套了各類試卷,章測卷中每一章節都分為基礎、提高、培優卷,可根據學生實際選用;期中卷、期末卷中收集了全國各地的考試真題卷,可用于考試或模擬考,平臺可以智能批改試卷的選擇題與填空題.在大型的測驗與考試中不宜讓學生使用平板、平臺可以直接打印紙質答題卡,供考生作答使用.

例如,在期中考試前,數學備課組在“期中卷”中設置地區和年份,篩選出一份某地期中考卷,經研討后更換部分試題,以符合考查要求.點擊“打印”按鈕,將其中的試卷與答題卡部分打印出來,全年級印發進行考試,學生在答題卡上填寫選擇與填空題答案.收卷后,教師利用手機教師端掃一掃功能掃描每一份答題卡, 即可進行精準的文字與圖像識別,自動批改并將數據錄入到平臺中.解答題部分由教師手動批改錄入.

平臺通過人工智能閱卷與大數據分析, 即時生成成績分布對比圖,如圖7,并配有文字報告“本次考試的初次平均分是95,最低分是73 分,最高分是100 分,不同分數段的情況是: [60 分-79 分]—1 人,[80 分-89 分]—5 人,[90 分-100分]—39 人”.便于教師進行考試質量分析及精準講評.

圖7

圖8

2.4 精準分層作業助力薄弱知識攻克

不同學生對知識模塊的掌握程度不同,利用大數據分析學情,追蹤薄弱知識點,精準科學的布置分層作業,更能滿足不同層次學生的學習需求,減少課后作業投入的時間,提升課后作業的有效性.

如圖5,“一起中學”平臺中每個課時都配套了基礎、提高、培優等難度不同的課后作業卷,可根據學生實際情況布置分層作業.

在平臺上方有“查漏補缺”功能,進入后有兩大板塊,一是“班級錯題”,右側選擇不同章節即可查看本班該章節錯誤率較高的題,教師可將一些易錯題,或更換相似題后再次“加入組卷”,布置到作業當中循環練習;二是“薄弱知識點”,平臺在大數據和人工智能支持下,分析本班所有學生錯題、精準測繪學生表現、智能分層推送查缺補漏的習題卷,選擇一個章節后,即可精準組合出與每名學生各自匹配的試卷,分簡單、中等、困難卷,一鍵推送給相應學生,攻克薄弱知識點.

例如,在設計“反比例函數復習課”課后作業時,教師首先查看班級本章節錯題,如圖8.發現“實際問題與反比例函數”較為薄弱,習題錯誤率最高達26%,其次是“反比例函數的圖象與性質”,教師將這部分易錯題加入組卷,命名為“反比例函數高頻錯題”發布給學生課后完成.此外,教師再進入“薄弱知識點”,選擇本章節,一鍵智能推送分層練習給學生完成.如此發布的試題匹配度及精準度均較高.

2.5 精準錯題修煉助力個性化學習定制

大數據+AI 不僅能為每名學生分層推送優質學習資源,還能實現錯題的舉一反三,讓學生對未熟練的知識點及時進行鞏固,促進學生更高效地掌握知識,為學生的個性化學習定制提供可能.

學生在“一起中學”平臺學生端不僅可以定期收到教師端發送的作業卷以及針對個人學情精準定制的查漏補缺題,還可以進行自主修煉提升.點擊學生端的“數學學習”即可進入,如圖9.學生可根據自己的需要在此處分章節進行答題修煉,平臺根據學生作答情況、耗時等因素利用人工智能分析學情、計算掌握度,推送符合學情的新習題,不斷鞏固提升章節知識.點擊“查看我的能力”可了解修煉進度,以及用雷達圖顯示的“比較能力圖譜”,如圖10,便于學生了解自身優勢與不足,更精準定制個性化學習計劃.

圖9

圖10

圖11

點擊“我的”-“錯題本”,如圖11,里面收集了自主修煉以及教師發布試卷中答錯的所有題目,錯題可標注錯因,方便錯題本日后的分類與整理.進入后可選擇某道錯題再次重做,也可點擊“復習所有錯題”生成一份易錯題試卷,重做后該題可“標為已掌握”,在“已掌握錯題”中可以精準篩選出該題的數道相似題,進行有效的變式訓練,進一步熟悉解決該類問題的方法.

3 結語

隨著信息技術的日益普及,各類基于大數據+AI 的教學軟件與教學已實現了有機融合,基于大數據+AI 的精準教學,能精確把握課程標準和學生實際,精準設計教學目標,精選教學內容與形式、精準測繪學生表現并精準應用,使整個教學過程達到可度量、可調控的精準要求,對于摸清學情、尊重差異、分層教學、個性化學習定制有著重大貢獻.

基于大數據+AI 的初中數學精準教學研究具有積極而深遠的實踐意義.教師要適應新時代發展,提升教學水平與科研水平, 利用各類智能教學軟件提升初中數學教學效果,讓學生得到良好的發展;探究大數據+AI 背景下進行精準教學的方法與措施,豐富成果,提煉模式,進一步推進信息技術在精準教學領域的有效應用[1].