數據賦能區域教研的新思路
——一項基于高中物理學業數據的實證分析

庫爾班江·杰力力 李曉慶 王徜祥

（1.新疆實驗中學，新疆 烏魯木齊 830049； 2.北京師范大學 未來教育高精尖創新中心，北京 100875； 3.北京市房山區進修學校，北京 100875)

教育部印發的《教育信息化2.0行動計劃》中有10次提到“大數據”，提到各區、各校要開展信息化教學與教研活動，大篇幅強調要大力提升教師信息素養，積極有效開展教育教學[1]。2019年教育部印發相關文件也提到要注重教育數據采集，用以精準測評助學，要采取校本研修、區域教研等多種方式開展教學案例研討[2]。教育部2022年的工作要點中再次提到推動區域教育創新發展，強化數據挖掘和分析，構建基于數據的教育治理新模式，改進課堂教學模式和學生評價方式[3]。可見，國家對數據賦能的教研活動和教學改革越來越重視。

區域層面進行教研活動是提高區域教師的教學能力，從而提高區域學科教學質量的重要途徑。在區域教研活動中，只有充分了解本區域的學生學習情況和各學校各教師教學情況，才能精準幫助教師發現教學中的關鍵問題，有效實施教學活動。然而，面對區域內十幾所高中學校和龐大的教師及學生數量，如何精準了解學生學科核心概念的掌握情況？如何挖掘學科教學中存在的潛在問題？如何有針對性地開展教研活動以提高活動有效性？如何強化薄弱核心概念的理解？這些問題值得我們深入思考和解決。

當前，大數據技術在教育中發揮越來越重要的作用，這為我們通過挖掘學生學業數據背后隱藏的價值來解決以上提到的問題，并開展精準區域教研活動提供了新思路。本文在梳理目前區域教研存在的問題基礎上，基于北京市房山區11所學校4次物理學業數據，通過數據分析診斷發現物理教學中存在的問題，探討區域物理教研轉型思路。

一、區域教研活動存在的問題

我國目前正經歷著前所未有的課程改革，區域教研是提高基礎教育質量的重要一環，然而，目前我國區域教研活動存在一些問題，深入了解目前各區域各學校教研活動現狀有助于我們有效提出解決問題的策略。很多研究者、一線教師對目前我國中小學教研活動現狀闡述了自己的觀點。

（一）教研活動系統性欠佳

目前有的區域教研活動規劃粗糙、組織次數少，而且大多以講座形式進行，講座主題由教研員邀請的講座專家來確定。有的區域教研員在不同學校流動聽課指導，但沒有跟蹤，無法讓教師持續進步[4]。吳立寶等人基于調研與文獻分析也提出了當前存在教研過程形式化、教研內容碎片化、教研制度無序化等問題[5]。教研活動本應該是有目的、有計劃、有組織的教學研究活動，教研活動的隨意性必然會影響其深刻性及有效性。

（二）教研活動針對性欠佳

區域內不同學校的教研需求有共性也有個性，開展教研活動時根據區域教學中共性問題進行探討并且有針對性地滿足不同教研需求才能提高教研活動的質量和水平。然而，教研活動在當前區域的開展存在針對性欠佳、教師需求錯位等問題[6]，有的區域對教研需求分析不深入，憑區教研員經驗和直覺圍繞某一主題進行宣講，使教研活動流于形式，活動有效性得不到保證。教研活動如果不能有效解決教師的真實困惑，就容易導致教師參與意識不強，使教研活動效果事倍功半。

（三）教研活動主題不夠清晰

當前區域教研存在教研需求不夠清晰、教研主題不夠清晰、價值參照系不夠清晰、教師角色分工不夠科學、教研活動設計有效性不足等問題[7][8]。有的區域確定教研主題時根據現有資源來確定主題，教研活動內容側重點不聚焦，教研活動主題不具有連貫性，致使廣大教師收獲甚微。

二、大數據為區域教研提供新思路

大數據具有信息聚集、預測與評價等功能，在未來將推動教研范式的轉型與變革[9]。大數據的應用為解決區域教研活動存在的問題帶來了新的思路。

（一）大數據分析為系統性區域教研決策提供新思路

教育大數據是教育活動過程中產生的各類數據，教育大數據背后有潛藏的價值 。區域層面上進行統一測試，長期記錄學生的學業數據，這將成為教育大數據的一部分，并可以為教學決策所用。例如各學校參加評價人數、平均分、及格率、優秀率、最高分、最低分、標準差等數據幫助我們快速宏觀了解整個區域的基本情況，發現區域學科教學的共性問題，為區域教研活動整體規劃、系統性指導、優化服務提供新思路。

（二）大數據分析為針對性區域教研決策提供依據

通過對教育大數據的深度分析，可以挖掘出數據背后反映的教學規律與價值，精準的數據將成為教學的有力武器[10]。這些數據能夠精準識別學校、班級和個體的學科知識與技能的掌握狀態，挖掘存在的教學問題或學習問題，從而精細化管理與幫扶，提出有針對性的學科教學指導，實現區域整體教學質量的提高。

（三）大數據分析為明確區域教研主題提供幫助

利用大數據能精準診斷和定位教研需求，從而確定教研主題。在傳統評價中，只分析學業數據的平均分、及格率和優秀率等最基本數據，忽略了其他顆粒度更小的數據，將無法精準定位區域教學中存在的薄弱點。羅瑩等人以物理學科能力的3×3模型理論為基礎開發了物理課程的“學習過程圖譜”，并將其內嵌于“智慧學伴”平臺進行測試，從而精準分析學生薄弱知識點，為教學提供了精準指導[11]。這為學科教研活動提供精準分析學情與教情，為明確教研主題提供了幫助。

三、數據視角下區域教研轉型研究

本次研究將房山區11所高中學校4次物理學業數據作為研究對象，從區域各校整體情況入手，層層深入分析了各學校及班級的教學情況和學生核心概念及知識點的掌握情況，從而為教研轉型提供建議。這4次評價分別是高一前測（共有34道題），試卷信度為0.68，試卷難度0.67；高一期末評價（共有27道題），試卷信度為0.81，試卷難度0.58；高二上學期期末評價（共有20道題），試卷信度為0.86，試卷難度0.63；高二下學期期末評價（共有20道題），試卷信度為0.84，試卷難度0.59。這4次評價共有8051人次參加，這些數據詳細記錄了區域內每所學校、每個班級、每個學生、每次評價、每一道題的得分數據，每一道題標有對應的物理核心概念，數據顆粒度小，可挖掘信息多。基于此數據不僅可以橫向對比各學校各班級某次考試后的學情及各知識點的掌握情況，還可以縱向對比各學校物理教情變化。

（一）區域學校分兩梯隊，結對互助促教研

為整體了解全區物理學科教學情況，首先需要充分了解各學校平均分、最低分數和最高分數和標準差等描述性統計量。房山區各校4次評價整體情況如圖1所示。

圖1 房山區各校4次評價整體情況

從房山區各校4次評價整體情況來看，整個區域共有11所高中學校，整體平均分62.11。11所學校物理成績大致可以分為兩個梯隊：第一梯隊有學校A、學校B、學校H、學校K，這些學校4次整體平均分高于區域平均分；而第二梯隊有學校C、學校E、學校F、學校G、學校I和學校J，這些學校4次整體平均分低于60.00分。而所有學校4次考試分數的標準差相差不多，說明區域各學校成績離散程度差異不大。在后期教研活動中，第一梯隊學校和第二梯隊學校結對子，可從區域層面采用相互幫扶教研模式，發揮優勢學校的引領作用。

（二）數據定位薄弱班級，幫扶教師助成長

本研究將每次評價分數區域前20%的學生定義為優秀學生，每次評價分數區域排名后30%的學生定義為薄弱學生。對一所學校來說薄弱率定義為該學校薄弱學生人數在本校參加評價全體學生的占比。

通過分析房山區各校薄弱率可知，學校J和學校E整體最薄弱，學校C和學校F各校只有一個班，薄弱率也很高，這4所學校重點關注。我們進一步分析學校J，高三（1）班和高三（6）班薄弱率為100%，即這兩個班全體學生都在區域后30%，需要重點關注。

分析數據時，不僅要關注薄弱學校和薄弱班級，還需要關注優秀學校和優秀班級。通過數據分析發現，學校A優秀率最高，其次是學校B和學校H。其中學校A的高三（3）班的優秀率達到100%，即此班全體學生全部處于區域前20%的水平。

在后期區域教研活動中根據以上數據分析確定關鍵關注學校，實地考察該校教學中存在的問題，并給予針對性指導。此外，可以邀請優秀班級的授課教師分享經驗，讓優秀的教學策略和方法發揮更大作用。同時，對于有共同教研需求的教師可開展進一步關注和分析，結合集中培訓、組織說課、講課、評課等活動有針對性地幫助教師解決問題。

（三）縱向分析歷史數據，診斷各校謀進步

對各學校4次評價成績的變化進行分析，可以看到不同學校教學水平的動態變化情況。房山區各校4次評價成績順序變化情況如圖2所示。

圖2 房山區各校4次評價成績順序變化情況

從房山區各校4次評價成績順序變化情況可以看出，學校E的順序越來越靠后，需要重點關注該校物理教學中存在的問題。學校B的順序越來越靠前，也同樣需要研究該校所采用的教學策略。

在后期教研活動中引導退步型學校教研組組長深入分析反思本校學科教研活動中存在的問題，并幫助該校盡快調整教學策略從而提高本校學科教學整體水平，同時可以邀請進步型學校學科教研組組長總結本校所采用的教學策略，且在區域層面分享交流所采取的經驗，以便其他學校教研組學習交流。

（四）數據暴露薄弱核心概念，明確主題補缺漏

每次區域評價結束后，需要深入分析全體學生對各個核心概念的掌握情況。以房山區高二下學期期末評價為例，本次評價涉及電磁能、動量守恒定律、光、機械運動與力、機械振動與機械波、實驗技能等6個核心概念。房山區高二下學期期末評價核心概念得分率情況如圖3所示。

圖3 房山區高二下學期期末評價核心概念得分率情況

從房山區高二下學期期末評價核心概念得分情況來看，整個區域的電磁能和動量守恒定律兩個核心概念的得分表現有待加強（得分率分別為54.50%和32.30%，不足60.00%），光學得分率較高，達到78.50%。從學校層面來看，學校C相較于整個區域，各個核心概念得分表現都較差，其中動量守恒定律得分率最低，僅為14.30%。從班級層面來看，學校J高三(1)班和高三(6)班相較于整個區域，各個核心概念得分表現都較差，其中動量守恒定律得分率最低，僅為5.20%。

在后期教研活動中，數據所反映出來的得分表現較差的核心概念可以作為本區域的教研主題，深入反思核心概念得分率低的原因，共同探討針對得分表現較差的核心概念的教學策略，以此來有針對性地攻破該區域物理教學中的突出問題，使教研活動觸及各學校痛點，從而使教研活動最優化。

（五）細致分析每道題，助力學生提高水平

在了解學情時，需要對本次試卷得分率較低的幾道試題進行更深入的分析，一道題得分率背后反映出學生的知識掌握和能力水平情況，對此深入分析為后期調整教學策略有極其重要的意義。圖4給出了房山區高二下學期期末評價各小題得分率情況。

圖4 房山區高二下學期期末評價各小題得分率情況

從房山區高二下學期期末評價各小題得分情況可以看出，q42003和q42002得分率最低，深入分析本道題有助于了解學生最為薄弱點。這道題原文如下：

在物理學的研究過程中，對變速運動的研究是從最簡單的變速直線運動開始的。最簡單的變速直線運動，速度應該是均勻變化的。速度隨時間均勻變化的直線運動叫作勻變速直線運動，加速度為一定值。若某種變速運動的速度v是隨位移x均勻變化的，請解答以下問題：

（1）類比勻變速直線運動中加速度a的定義式，給出速度隨位移均勻變化的運動中加速度a′的定義式；寫出a′的單位；若a′為定值，在圖5甲中畫出初速度為v0，末速度為v1的v-x圖像。

圖5 房山區高二下學期期末評價q42002和q42003題配圖

（2）如圖5乙所示，質量為m的金屬棒放在寬度為L的光滑導軌上，整個裝置處于磁感應強度大小為B的勻強磁場中，回路的電阻可等效為R，且在金屬棒運動過程中保持不變。給金屬棒一個初速度v0，證明金屬棒運動的速度v隨位移x均勻變化。

（3）給金屬棒一個初速度v0，求金屬棒由開始運動到停止過程中在導軌上滑動位移x的大小。

從題目可以看出，本題考查的是用動量定理解決電磁感應問題，要求學生能綜合使用電磁感應、動量等知識解決問題，綜合性較強，難度較大。學生一般解物理問題從動力學角度思考，若從動力學角度來分析，單桿有初速度，沒有外力，因初速度單桿切割磁感線運動，單桿水平方向只受向左的安培力，與速度方向相反，因此，安培力對桿的運動起到阻礙作用，導體棒速度減小。

其中，導體棒所受到的安培力為：

由此可知，速度的減小導致加速度的減小，因此桿做加速度減小的減速運動。因此，如果用動力學的角度去證明速度隨位移均勻變化，按高中生的物理基礎是無法證明的。

因此，這道題學生需要從能量角度或動量角度思考問題。但由于問題中沒有給出有關能量的相關條件，可以從動量角度分析。即在導體棒的速度從v0變為v的過程中，取一段極小的時間Δt，在這一段時間內，導體棒的速度從vi變為vit，因為時間極短，可以認為這一段時間內安培力為定值，根據動量定理可得：

由此道題的解題思路可以看出，學生對導體在磁場中切割運動情況的分析能力欠缺，對比較陌生的情境下如何從牛頓運動力學、能量、動量角度中選取合適的視角解決問題能力有待提高。在區域教研活動中應專門針對學生的薄弱點進行研討，從而研究提高學生分析問題能力和應用實踐能力的教學策略。

四、數據視角下區域教研轉型建議

（一）數據充分挖掘教師教研需求，明確教研主題，提高教師參與度

教師在教學過程中會有較多困惑，例如針對某個知識點如何進行教學活動，采取何種教學策略，如何提高學生學習興趣，如何培養學生解決問題能力等。通過數據分析，學生暴露較多的問題就是區域眾多教師想要解決的問題，通過對試卷薄弱核心概念的分析以及得分率最低的試題分析，可以精準定位區域教師教研需求，從而確定教研主題，提高教師參與度。通過對高二下學期期末評價的試卷分析可知，本區學生電磁能和動量守恒定律兩個核心概念得分率最低，具體表現在q42003和q42002兩道題中，因此建議后期該區將“用動量守恒解決電磁問題”確定為教研主題，充分發揮區域的集體智慧，從而解決教研主題不明確、教師參與度不高等問題。

（二）數據精準識別薄弱學校和教師，有針對性地提供幫助，提升區域教學水平

區域不同學校教情和學情不同，通過數據分析精準識別薄弱學校和教師，充分運用區域校際聯動模式，互幫互助，發揮群體智慧，既能發揮優秀學校和教師的引領作用，又能有針對性地解決薄弱學校和教師在教學過程中存在的問題。通過以上的數據分析建議區域可以采取結對子教研模式，例如將第一梯隊的學校A、學校B、學校H、學校K和第二梯隊的學校C、學校E、學校F、學校G、學校I、學校J 進行結對子，在后期進行教研活動中以結對子為單位協同教研，優秀學校帶動薄弱學校，相互學習相互交流。

另外，教研活動可以在薄弱學校進行，例如本次數據分析發現，學校J和學校E最為薄弱，那么教研地點可以選擇在這兩所學校，從而現場診斷本校物理學科教學中存在的問題，從而有針對性地幫助薄弱學校教學水平的提升。

（三）數據支持下系統規劃教研流程，建立教研體系，增加區域教研深度

針對教研活動系統性欠佳的問題，區域層面需要整體規劃，確定教研主題、教研模式和教研地點后，還需確定教研流程，形成教研體系，使教研活動內容推向深層次，提高教研活動的效益。

1.經驗分享

通過數據分析識別優秀學校和優秀教師后，邀請教學效果出色的教師分享教學方法。如本次數據分析中發現，學校A的（3）班和學校A的（18）班優秀率較高，教研活動時，可邀請這兩個班的任課教師梳理在教學中所采取的策略，尤其針對所確定的教研主題提出自己的教學建議，供其他教師參考。

2.教法研討

組織區域教師針對薄弱核心概念所制定的主題探討教學策略，突破難點，攻克薄弱點，以發展學生核心素養。如本次研究所建議的教研主題為“用動量守恒解決電磁問題”，則組織區域教師圍繞本教研主題充分討論和思考收集什么資源，采用什么方法，設計什么活動才能讓學生充分了解動量守恒和電磁能的本質，讓學生樹立從動力學、能量、動量三個角度解決問題意識，從而提高學生的科學思維能力。

3.說課評課

邀請各層次教師對同一薄弱主題根據教法研討設計教學方案，并進行說課。根據各層次教師的教學設計進行評述，匯總教學優點，討論教學活動中的缺點，使其完善。

4.講課評課

在區域教師的協同討論后，修改教學設計，進行講課，其余教師觀摩課堂。觀摩課堂后，結合數據，對授課教師的課堂教學進行評價，充分討論。

5.成果形成

根據前期環節組織區域教師撰寫教研活動報告、教學反思、論文等，形成教研成果，供區域教師交流與參考。

五、總結與展望

區域教研活動是教育改革的推動器，通過區域教研可以促進區域教師專業發展，提高區域教學質量提升。但在傳統的區域教研活動中，很多區縣存在隨意確定教研主題、教研形式、教研時間、教研地點，只注重教研活動的數量而不注重教研活動的質量等問題，使參加區域教研活動成為廣大教師的任務，無法滿足教師的需求，從而降低教師參加教研活動的熱情。

“互聯網+教育”背景下，大數據分析技術的發展為我們有效進行教研活動提供了很好的思路，運用大數據的力量，可以透視教學中存在的問題，并立足教育教學真問題，解決學科教育中的具體困難。通過充分分析數據，可以精準識別優秀學校和薄弱學校、優秀教師和薄弱教師。從區域層面精心設計相對應的教研環節來發揮優秀教師和學校的引領作用及精準幫扶薄弱教師提高教育教學技能，從而提高區域教師隊伍的綜合素質。同時，大數據分析可以發現區域教學中存在的問題，精準找出學科教學中的薄弱知識點，從而精準識別教研需求，確定教研主題，并對教研主題開展深入的教研活動，滿足教師的共同需求。

本文所提到的數據賦能區域教研新思路僅是基于學生的學業數據提出來的。然而，大數據還需采集學生的過程性數據、教師教研活動過程中產生的數據，如果將這些數據也納入分析范圍，并對這些數據進行更深入分析，動態調整教學環節和教研環節，引導教師總結教學經驗，實現成果共享效果會更好。此外，引導教師用數據的思維方式方法解決學科教學的關鍵問題，發展學生學科核心素養，提升大數據時代教學質量是我們將來共同努力的方向。