淺析數據驅動視角下中職汽修精準教學支持系統的構建及應用

杭州市交通職業高級中學 祁長偉

隨著信息技術的發展和在教學領域的深度應用，以數據驅動和量化研究為核心的精準教學使教學過程變得更為直觀、智能和精準。精準教學的實施依賴于精準教學支持系統的有效設計與開發，依賴于精準教學支持系統提供的數據采集、數據分析、教學支持、學習支持等。本文以數據驅動為視角，以中職學校汽修專業的底盤常見項目檢修課程為例，系統構建和開發了包含汽車虛擬實訓平臺和實訓助手APP的精準教學支持系統，深化了精準教學支持系統的內涵，實現了學生理論學習和實踐學習全過程學習數據的有效采集，可以支持學生自主學習和教師精準教學。

1 研究背景

教育部下發的《教育信息化2.0行動計劃》中強調，要根據新環境下人才培養需要，突出以學習者為中心的教育理念，構建全新教育生態環境。在教學領域中開展精準教學、因材施教、分層教學等教學理念往往因教學資源、環境及技術的限制而無法開展。如今隨著教育信息化浪潮的不斷疊起和世界信息技術的發展，精準教學得到不斷的研究與發展，以量化研究為核心的精準教學通過借助大數據，能更加精準識別每位學生的學習狀態，便于實現精準教學、分層教學。因此，開發精準教學支持系統，對實現教學目標、提高教學水平及教育質量具有重大意義。

2 數據驅動視角下精準教學支持系統設計思路及構建原則

2.1 精準教學支持系統設計思路

圍繞精準確定教學目標、精準組織教學過程和精準實施教學評價3個方面，數據驅動視角下精準教學支持系統整體設計思路如圖1所示，即依托互聯網、大數據、圖像識別等信息技術，建設汽車虛擬實訓平臺和實訓助手APP。汽車虛擬實訓平臺包括實訓項目的理論和實踐類學習資源、汽車虛擬實訓車間和數據采集與應用系統等。在精準教學支持系統下，教師通過智能交互備課，精準把握學情、精準設定教學內容和教學重難點，并根據數據反饋適時向學生推送個性化學習資源；學生依托精準教學支持系統開展課前、課中、課后全過程交互式學習，根據自身學習意愿或精準教學支持系統分析得到的數據建議，自主選擇適合的學習路徑，完成學習任務。精準教學支持系統的建立，可以有效地將學生和教師、學生和資源、學生和環境互聯互通起來，通過數據實現交流、反饋、學習、提升。

圖1 數據驅動視角下精準教學支持系統整體設計思路

2.2 精準教學支持系統構建原則

在精準教學支持系統的構建設計中，需遵循以下原則。

（1）學習資源專業化、數字化、多樣化原則。精準教學實施的關鍵在于教學資源本身，教學資源要滿足教師所授課程的需要，更重要的是要滿足學生自主學習、合作學習、創新能力和職業能力提升的需要，因此教學資源建設應充分應用信息技術和企業資源，使其滿足專業化、數字化、多樣化等要求，從而實現教學資源的企業化協作開發、數字化整合呈現及多樣化自主選擇。如教學項目本身應具備顯著的企業屬性，它應該既是企業常見工作任務又包含專業核心技能；如各類教學資源需將知識技能融入到一個個簡單有趣的動畫、游戲、視頻之中，讓學生在學習過程中更具趣味性和沉浸感；如教學資源本身應考慮不同學生的學習特點、興趣，呈現的形式應兼顧文字類、圖片類、視頻類甚至VR類、AR類等多樣化資源類型，滿足學生自主學習過程中的教學資源選擇和精準教學支持系統的精準推送等。

（2）學習過程自主化原則。精準教學支持系統下的專業教學，學生從單純的知識接收者變成知識探索者，并根據自身不同階段的學習興趣或學習數據，自主選擇合適的學習路徑，自由選擇精準教學支持系統推送的學習資料；精準教學支持系統始終記錄分析學習數據，精準提供學習資源，引導學生開展自主學習，實現線上和線下、課前和課后、虛擬和現實的有效翻轉；教師能一如既往地引導學生在“做”的過程中完成知識、經驗的積累，并逐步完善基礎知識、核心技能及綜合能力的構建，讓學生得到個性化學習機會，為最終形成良好的職業素養打下扎實基礎。

（3）學習評價多元化、即時化、精準化原則。精準教學支持系統在基于數據的精準教學模式下，構建“自主+同伴+教師+平臺”等多元主體、“課前+課中+課后”等多個階段、“師評與生評、主觀和客觀、過程與結果、技能與素養”等多維度的精準化評價體系，重點對學生在自主學習能力、資源獲取能力、知識構建能力、問題分析判斷能力、技能操作能力和團隊協作能力等6個方面的綜合能力進行精準評估。

3 數據驅動視角下精準教學支持系統的具體構建

3.1 汽車虛擬實訓平臺的設計與開發

汽車虛擬實訓平臺開發內容為網絡平臺框架構建、可持續發展設計、資源標準規范建設和平臺工具建設等。能夠滿足在校學生學習、每日多人訪問的需求，并提供優質共享教學資源與服務，建設集教學資源共享、平臺資源個性化管理、成果推廣與利用、信息采集與發布等功能為一體并能隨著技術進步而可持續更新發展的服務體系。

汽車虛擬實訓平臺包括汽車資源庫、汽車虛擬實訓車間和數據采集與應用系統，如圖2所示。汽車資源庫是涵蓋汽車虛擬實訓車間中所有教學項目的多類型教學資源，包括文字類、圖片類、視頻類、動畫類、VR類、AR類等資源類型，能夠滿足不同學習特點、不同學習程度學生的自主學習；汽車虛擬實訓車間是對真實企業場景的仿真建模，學生在汽車虛擬實訓車間可以自主選擇工具及項目進行拆裝訓練或考核；數據采集與應用系統收集學生在線學習和虛擬實踐的過程性和結果性數據，并對照標準程序及時給出分析、判斷、建議。汽車虛擬實訓平臺需要實現以下4個功能。

圖2 汽車虛擬實訓平臺框架

（1）開發汽車虛擬實訓車間，實現實訓項目的虛擬化功能。確保線上虛擬實訓練習及虛擬實訓考試能夠全過程數據留痕，教師以此數據初步判斷實訓項目重難點及實訓前學生知識及技能的掌握程度，學生以此數據及時發現問題，強化薄弱環節，調整學習路線。

（2）有效整合各類教學資源，實現教學資源的手動或自動推送功能。根據教學資源的點擊率、學習時長等數據，判斷學生學習內容和感興趣的資源類型等內容，實現教師和精準教學支持系統對教學資源的精準化推送及學生對教學資源的差異化、個性化選取。

（3）實時收集學生學習過程性和結果性數據，實現評價功能。即通過學習記錄留痕和各類線上調研、交流、考核等數據統計，確保實現對學生的多元化評價。

（4）對學生的各類學習數據進行量化分析并作可視化呈現。即對系統采集到的各類數據進行匯總、篩選、分析，形成對學生知識、技能、情感態度、價值觀等方面的可視化評價量表。

3.2 實訓助手APP的設計與開發

實訓助手APP是一款和汽車虛擬實訓平臺配套開發的手機端APP，實訓助手APP賬戶與汽車虛擬實訓平臺實現賬戶數據共享，是精準教學支持系統的另一個重要組成部分。中職汽修專業的精準教學的關鍵點都在理實一體化課程，汽車虛擬實訓平臺較好地解決了該類課程的理論學習和虛擬實訓問題，并能夠通過汽車虛擬實訓平臺本身的資源整合和數據采集分析功能及時了解學生學習情況，實現學生自主學習和教師基于動態學情的精準指導，但該平臺仍然局限在理論學習和虛擬實訓層面，對實訓課精準教學的支持作用仍然有限，特別是無法解決實訓過程難以留痕、實訓操作無法有效評價、實訓評價效率低下等問題。而實訓助手APP則通過數據庫共享技術、視頻拍攝和智能壓縮技術、圖像識別技術及簡明的界面設計解決了實訓操作的互助管理問題。實訓助手APP主要有實訓留痕、 實訓管理、 實訓評價、個人中心4大功能模塊。

（1）實訓留痕模塊。實訓留痕模塊主要包含視頻拍攝、視頻上傳及視頻查看等功能。學生登錄實訓助手APP后，選擇學生角色，學生角色可為操作者、記錄者、評價者，操作者角色負責實訓操作，記錄者角色負責拍攝實訓過程并上傳，評價者角色負責對實訓操作進行即時評價。

學生通過使用實訓助手APP登陸后，選擇記錄者角色，即可進行實訓操作拍攝（也可直接選用手機內現有的視頻）。在拍攝過程中，學生可使用實訓助手APP自主選擇拍攝角度和拍攝時長，整個實訓項目拍攝完成后點擊上傳，實訓操作視頻即被上傳至資源庫及被拍攝者的個人中心。上傳視頻前記錄者需填寫視頻相關資料信息，上傳過程中記錄者可以進行取消操作。在精準教學支持系統中，實訓助手APP端和汽車虛擬實訓平臺（PC端）都可以進行視頻的查看及評價。操作者完成操作后，即可登錄實訓助手APP查看個人實訓操作視頻，對個人操作復看后進行自評，同時也可查看評價者對自已操作的評價。

實訓留痕模塊的設計解決了專業學習中實訓操作的全過程留痕，并且通過手持式設計保證了拍攝角度能夠隨操作視角即時變化，通過實時上傳保證了資源存儲和后續查看的便捷性，同時為自評、他評、師評等多元化評價的有效實施提供了保障。

（2）實訓管理模塊。實訓管理模塊主要面向操作者角色。實訓助手APP對操作者的管理主要依據圖像識別技術、數據比對、后臺監控及計時管理等實現對操作者的安全規范管理。操作者登錄實訓助手APP后選擇操作者角色，即進入實訓管理模塊，該模塊主要通過圖像識別技術識別不同的工量具類型、工量具開始使用時間和結束使用時間來判定工量具的選擇是否正確、實訓操作的熟練程度及對實訓步驟和技術要求的掌握程度。

實訓管理模塊通過信息化設備和軟件加強了對專業實訓課程的過程性管理，有效記錄了傳統手段無法記錄的學生實訓工具使用情況、各步驟操作時間等客觀數據，這些數據也成為教師判斷學生工量具使用、操作熟練度掌握情況的依據。

（3）實訓評價模塊。實訓評價模塊主要面向評價者角色，評價者登錄實訓助手APP后選擇評價者角色，即可進入實訓評價模塊。在該模塊中，評價者按實訓步驟觀察操作者實訓操作過程，實訓助手APP界面中呈現操作步驟名稱、參考時長、所需工量具、技術要點等信息，評價者以此為依據對操作者實訓質量進行快速有效的評價，并可在備注處指出扣分原因，幫助操作者發現問題。

實訓評價模塊保證了評價的即時性和準確性。評價的過程簡單易行，評價的結果即時反饋，學生操作結束，實訓記錄和操作評價也同步完成，所有的機評、互評數據均上傳至處理中心，經分析處理后發布于個人中心，評價數據作為學生本階段學習的小結和下一階段學習的依據。

（4）個人中心模塊。實訓助手APP中設置個人中心，主要包括學習進度、當前學習、學習成績、歷次學習等內容。學習進度版塊，展示給學生的是一門課程所有教學項目的學習進度，幫助學生時刻了解課程學習整體情況；當前學習版塊，重點呈現的是當前正在學習的項目和學習情況；學習成績版塊，以整車虛擬的形式，向學生展示各教學項目在整車中的位置和各已學項目取得的成績，點擊成績可以查看每個項目的具體得失分，以非常具象的方式向學生展示了學習的內容和學習的質量；歷次學習版塊，給學生提供查詢歷次課程及項目的學習情況。

4 數據驅動視角下精準教學支持系統的應用及成效

精準教學支持系統可以生成大量學習數據，精準教學支持系統下的數據反饋見表1所列。

表1 精準教學支持系統下的數據反饋

在精準教學支持系統的應用下，師生運用汽車虛擬實訓平臺和實訓助手APP可以有效地將學生理論學習、虛擬操作與技能實訓過程中的學習環境、學習內容、學習評價反饋、學習數據等進行融通。通過課前學習數據分析，精準確定教學重難點等教學內容，精準定位真實學情、動態優化教學目標，并向學生推送個性化學習資源；課中利用精準教學資源和汽車虛擬實訓車間，組織學生開展自主學習、線上線下混合式學習、虛擬實訓、交互式學習，借助實訓助手APP，開展小組合作學習，實訓助手APP智能監測學生實訓操作全過程，實時采集、分析學生全過程學習數據，教師依據學情數據動態調整教學活動，精準開展教學組織和教學評價；課后精準教學支持系統會進一步根據學生全過程學習中的成績、表現、行為等數據，為學生推薦個性化的學習資源和學習建議，從而幫助學生開展后續的深化和拓展學習，以幫助學生鞏固課中的知識與技能要點，同時深化該項目知識，為后續的學習與技能養成奠定基礎。

利用開發的精準教學支持系統在開展精準教學的過程中，精準教學支持系統有效地幫助了學生自主學習，開展了基于實訓助手APP的實訓及考核；同時，利用學生不同階段的學習數據，有效地幫助了教師對學生學習過程開展精準設計、精準指導、精準評價。整個課堂非常有序、高效，師生職責明確、任務明確、分工明確，教學內容及教學目標圓滿達成。

5 結語

隨著云計算、大數據、人工智能等新一代信息技術的不斷發展，精準教學支持系統也應隨著智慧教育的不斷發展迭代升級。未來，精準教學支持系統將融入更多的人工智能和大數據技術，以更好地適應未來教育的需求。