大數(shù)據(jù)可視化診斷在小學(xué)語文教學(xué)中的運(yùn)用

【摘要】大數(shù)據(jù)平臺為語文教育教學(xué)改革提供了技術(shù)支持和科學(xué)保障。近三年來，筆者先后借助智能課堂分析系統(tǒng)和智慧校園平臺，開展了以大數(shù)據(jù)可視化診斷為核心的語文教育教學(xué)改革研究。對師生課堂行為、學(xué)生日常作業(yè)和學(xué)生期末成績等方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，實現(xiàn)了教學(xué)的精準(zhǔn)反饋、分層教學(xué)和個性化指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】大數(shù)據(jù)；可視化診斷；小學(xué)語文教學(xué)

精準(zhǔn)的質(zhì)量診斷是教育教學(xué)水平提升的關(guān)鍵，只有科學(xué)、全面地了解教師教與學(xué)生學(xué)的情況才能及時發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而通過評價與反饋，幫助教師調(diào)整教學(xué)內(nèi)容與策略，促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。傳統(tǒng)的語文教育教學(xué)診斷主要依賴教師的經(jīng)驗和直覺，缺乏客觀性、準(zhǔn)確性。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)平臺為教育教學(xué)的可視化診斷提供了技術(shù)支持和科學(xué)保障。大數(shù)據(jù)平臺通過收集和分析多維度的教育活動數(shù)據(jù)，能夠呈現(xiàn)出相對全面、客觀的學(xué)生學(xué)習(xí)畫像和教師教學(xué)效果的評估，這為語文教師準(zhǔn)確地識別學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，精準(zhǔn)地進(jìn)行分層教學(xué)和個性化指導(dǎo)提供了可能。

近三年來，筆者所在學(xué)校先后借助智能課堂分析系統(tǒng)和智慧校園平臺，開展了以大數(shù)據(jù)可視化診斷為核心的語文教育教學(xué)改革研究。我們借助以視頻為核心的大數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，全景采集課堂上教師和學(xué)生的六種行為數(shù)據(jù)、五種表情數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)分析，生成教師和學(xué)生課堂行為的“個人畫像”，并由此進(jìn)行精準(zhǔn)的教學(xué)診斷。我們先后在智慧校園平臺設(shè)置了過程評估評價、評估評價分析、學(xué)生成長報告三個板塊。任課教師、班主任、家長隨時可以登錄平臺，上傳和瀏覽記錄學(xué)生學(xué)業(yè)水平的文字、數(shù)據(jù)、圖片等素材。教師可以通過平臺生成可視化學(xué)情數(shù)據(jù)，用于學(xué)業(yè)質(zhì)量分析、分層作業(yè)推送、改進(jìn)教學(xué)等，有效提升了實驗班級的語文教育教學(xué)質(zhì)量。

一、凝視課堂：大數(shù)據(jù)輔助的師生課堂行為觀察

課堂觀察是研究者或觀察者通過感官或借助科學(xué)儀器，有目的、有計劃地直接或間接對課堂情境中的教育現(xiàn)象進(jìn)行感知、記錄、分析，從而獲得事實資料的一種研究方法。它不僅能提升課堂教學(xué)效果、改善學(xué)生課堂學(xué)習(xí)，還能促進(jìn)教師專業(yè)發(fā)展。［1］

征得實驗班級師生和家長同意后，筆者所在學(xué)校運(yùn)用智能課堂分析系統(tǒng)對實驗班級的小學(xué)語文課堂教學(xué)進(jìn)行了實時的視頻采集與數(shù)據(jù)分析。安裝該智能系統(tǒng)后，實驗班級課堂中教師與學(xué)生的動作、行為、表情都可以被該系統(tǒng)捕捉到，并自動形成數(shù)據(jù)。對照數(shù)據(jù)，教師就能進(jìn)行教學(xué)診斷和學(xué)情分析。

1.運(yùn)用教師行為數(shù)據(jù)分析調(diào)整“教”

本實驗以視頻為核心，采集的教師行為類型包括發(fā)問、講授、演示、指導(dǎo)、巡視、注視、傾聽等。采集數(shù)據(jù)后，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行整體分析，也可以對某一項進(jìn)行分析。例如，W 教師某一節(jié)課行為數(shù)據(jù)分析如下：板書（演示）36次，占比15.86%；走動（指導(dǎo)、巡視、傾聽）67 次，占比29.52%；講授40 次，占比17.62%。分析結(jié)果：W教師板書、走動的課堂行為占比均略高于校平均值，講解行為占比略低于校平均值。

課堂教學(xué)行為的數(shù)據(jù)采集、分析、解釋，如同觀察課堂的“鏡子”。對教師個體而言，既可以通過數(shù)據(jù)診斷，反思自己的課堂行為，及時優(yōu)化、調(diào)整教學(xué)策略，又可以通過長期的數(shù)據(jù)比較，發(fā)現(xiàn)自己教學(xué)的特點，尋找專業(yè)發(fā)展的突破口，從而調(diào)整專業(yè)發(fā)展的規(guī)劃。例如，通過分析課堂提問的數(shù)據(jù)，教師可以反思問題設(shè)計的難易度、開放性、思辨性等，并據(jù)此調(diào)整課堂提問的設(shè)計策略。對語文教研組而言，在集體教研討論時，可以通過觀察同一位教師在不同班級的同課同構(gòu)的不同數(shù)據(jù)，分析如何以學(xué)定教、因材施教，也可以對比不同教師的同課異構(gòu)數(shù)據(jù)，通過觀察分析教師的教學(xué)行為、策略，促進(jìn)教師的專業(yè)成長和教學(xué)技能的提升。

2.運(yùn)用學(xué)生行為數(shù)據(jù)分析指導(dǎo)“學(xué)”

本實驗借助智能課堂分析系統(tǒng)，對學(xué)生的課堂行為和課堂表情進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析。學(xué)生課堂行為類型分為聽、讀、看、演、議、踐、教七類。該智能課堂分析系統(tǒng)對課堂表情的識別分為面部表情和心理表情兩個層面。系統(tǒng)可以從給定的動態(tài)視頻中分離出學(xué)生特定的面部表情狀態(tài)，進(jìn)而確定被識別對象的心理表情。其中，學(xué)生的面部表情分為專注、興奮、思考、吃驚、厭惡、呆滯等六種，心理表情分為生氣、平靜、高興、悲傷、驚訝等五種。

該系統(tǒng)支持班級全體學(xué)生行為數(shù)據(jù)的統(tǒng)計及趨勢查看。例如，實驗班學(xué)生2022 年12 月7 日到9日正面行為數(shù)據(jù)報告為：聽講3082 人次，占全部正面行為比例的13.29% ；舉手5559 人次，占比23.97%；讀寫5851 人次，占比25.27%；站立3700 人次，占比15.96%。舉手、讀寫、聽講、站立等行為均值高于校平均值，聽講行為均值略低于校平均值。學(xué)生負(fù)面行為數(shù)據(jù)報告為：趴桌子2620 人次，占全部負(fù)面行為比例的11.30%；玩電話手表1428 人次，占比6.15%等。

采集、跟蹤、分析學(xué)生課堂行為和課堂表情，可以幫助教師全面、準(zhǔn)確地掌握學(xué)情，從而指導(dǎo)學(xué)生更好地學(xué)。觀察學(xué)生個體一個周期的課堂行為和課堂表情，教師可以全面了解學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)態(tài)度、習(xí)慣和學(xué)習(xí)效果。教師采集行為表情數(shù)據(jù)，還可以對學(xué)情進(jìn)行形成性反饋，根據(jù)學(xué)情報告，預(yù)測學(xué)生的行為模式和學(xué)業(yè)成績。教師可以據(jù)此提前采取干預(yù)措施，并及時與家長溝通，制定學(xué)生個人成長激勵方案。對于班級整體而言，通過單項分析或橫向、縱向?qū)Ρ劝嗉壵n堂數(shù)據(jù)，可以幫助教師了解學(xué)生的整體學(xué)習(xí)狀態(tài)，及時調(diào)整教學(xué)策略。例如，從課堂發(fā)言次數(shù)和學(xué)生人次，可以觀測班級語文課堂上學(xué)生的活躍度和參與度，為班級整體教學(xué)指導(dǎo)策略的優(yōu)化提供參考。

二、優(yōu)化作業(yè)：大數(shù)據(jù)輔助的學(xué)生日常作業(yè)設(shè)計

作業(yè)是教師為了鞏固學(xué)生所學(xué)知識、培養(yǎng)學(xué)生能力和習(xí)慣而布置的任務(wù)。《義務(wù)教育語文課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》（以下簡稱“義教新課標(biāo)”）要求教師“用少量、優(yōu)質(zhì)的作業(yè)幫助學(xué)生獲得典型而深刻的學(xué)習(xí)體驗”［2］。筆者基于學(xué)校智慧校園平臺，以義教新課標(biāo)中學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為參照，立足學(xué)生日常作業(yè)數(shù)據(jù)的采集與分析，開展個性化分層作業(yè)設(shè)計，進(jìn)而培育學(xué)生的核心素養(yǎng)。

1.根據(jù)整體情況分析，設(shè)計班級分層作業(yè)

我們以年級為單位，基于整體質(zhì)量優(yōu)化，完成符合本年級學(xué)生學(xué)情的單元整組作業(yè)設(shè)計，建立校本電子作業(yè)題庫。在日常教學(xué)中，教師將學(xué)生作業(yè)及時掃描上傳至智慧校園平臺，生成學(xué)生作業(yè)數(shù)據(jù)。對照采集的相關(guān)數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)雖然本學(xué)段學(xué)生的整體語文水平較高，但是班級之間的差異比較明顯，需要實行班級分層作業(yè)。

根據(jù)表1 的數(shù)據(jù)，我們可以對五年級第一學(xué)期不同班級的作業(yè)質(zhì)量進(jìn)行分析，從而進(jìn)行專項突破：A、F、K 三個班整體水平偏弱，識字與寫字、閱讀與鑒賞部分良好及以上的學(xué)生相對偏少，需要加強(qiáng)這兩部分作業(yè)的專項訓(xùn)練，適當(dāng)減小作業(yè)難度，應(yīng)適當(dāng)增加基礎(chǔ)型作業(yè)，以夯實基礎(chǔ)為主；K 班整體得分率低于年級平均水平，班級學(xué)業(yè)水平后三分之一的學(xué)生也偏多，因此教師要重點關(guān)注這一部分學(xué)生作業(yè)的即時數(shù)據(jù)，及時調(diào)整作業(yè)量和作業(yè)難度。不過，相比而言，K 班在表達(dá)與交流這一部分的得分率較高，教師可對這批學(xué)生的習(xí)作作業(yè)多一些“曝光”，讓學(xué)生互幫互助；B、C、G 三個班中，中等學(xué)業(yè)水平的學(xué)生占比較多，可以有針對地設(shè)計作業(yè)；D、E、H、I、J 五個班整體學(xué)業(yè)水平較高，學(xué)生之間水平也接近，可以適當(dāng)加大這幾個班的作業(yè)難度。

對同一班級，我們可以根據(jù)學(xué)生作業(yè)數(shù)據(jù)分析進(jìn)行作業(yè)分層推送。我們將校本電子作業(yè)題庫分為基礎(chǔ)型、發(fā)展型、拓展型三個板塊，內(nèi)容分別對應(yīng)識字與寫字、閱讀與鑒賞、表達(dá)與交流三個類別。教師將三個板塊的內(nèi)容進(jìn)行二次組合，按照學(xué)情分層推送難易適度的作業(yè)，從而提高作業(yè)的適用性和針對性。

2.根據(jù)個體數(shù)據(jù)診斷，設(shè)計個性化作業(yè)

學(xué)生的個性化需求是作業(yè)設(shè)計的重要依據(jù)。在實際教學(xué)過程中，教師可以根據(jù)大數(shù)據(jù)提供的可視化診斷和學(xué)生的水平差異、學(xué)習(xí)特點，精準(zhǔn)設(shè)計作業(yè)內(nèi)容和作業(yè)推送形式。

首先，教師可以基于數(shù)據(jù)診斷出的學(xué)生個體水平差異，優(yōu)化作業(yè)推送。例如，L 同學(xué)，單元作業(yè)的雷達(dá)圖顯示，他的識字與寫字部分得分率為97.1%，閱讀與鑒賞部分為83.6% ，表達(dá)與交流部分為94.1%，顯然他的閱讀與鑒賞能力需要重點提升。教師可以將閱讀理解類作業(yè)設(shè)定為他的必選作業(yè)，識字與寫字、表達(dá)與交流兩部分的作業(yè)則可以設(shè)定為選做。

其次，學(xué)生可以根據(jù)數(shù)據(jù)診斷出的具體問題整理出錯題集。學(xué)生通過橫向比較一個周期的作業(yè)數(shù)據(jù)，能較清晰地發(fā)現(xiàn)自己的易錯之處和薄弱項。以X 同學(xué)為例，表2 是他4 次單元練習(xí)的扣分情況。由數(shù)據(jù)可知：識字與寫字部分第1 和第7 題失分率較高，閱讀與鑒賞部分第8 題失分率高，表達(dá)與交流部分整體失分率不高。基于以上分析，X 同學(xué)可以整理出個人錯題集，并根據(jù)作業(yè)診斷數(shù)據(jù)的變化，不斷調(diào)整題庫內(nèi)容，從而促進(jìn)內(nèi)驅(qū)力的提升。

三、診斷質(zhì)量：大數(shù)據(jù)輔助的學(xué)生期末測試評價

考試作為課程評價的手段，是檢測學(xué)生學(xué)業(yè)質(zhì)量水平、了解教學(xué)效果的重要方式。期末測試評價屬于在教學(xué)關(guān)鍵點開展的階段性評價，“旨在考察班級整體學(xué)習(xí)情況和學(xué)生階段性學(xué)習(xí)質(zhì)量，是回顧、反思和改進(jìn)教學(xué)的重要依據(jù)”［3］。筆者依托智慧校園平臺，對本校五、六年級學(xué)生期末測試試卷進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從整體和個體兩個方面分析學(xué)生學(xué)業(yè)水平。

1.分析數(shù)據(jù)，診斷學(xué)生整體學(xué)業(yè)水平

本研究通過智慧校園平臺采集了22 個班級共964 名學(xué)生期末測試的數(shù)據(jù)。通過分析數(shù)據(jù)，我們可以獲取年級、班級以及學(xué)生個體的考試情況，包括各項得分率、各等級呈現(xiàn)率、分布率、錯誤數(shù)熱力圖、高頻錯題、典型錯題等。據(jù)此，我們可以對學(xué)生整體素養(yǎng)水平做出診斷。例如，筆者所在學(xué)校六年級第一學(xué)期期末素養(yǎng)測試試卷考查內(nèi)容分為積累與運(yùn)用、閱讀與鑒賞、表達(dá)與交流三個部分，對三部分內(nèi)容得分率分析如圖1 所示。六年級學(xué)生在積累與運(yùn)用部分得分率為91.24%，屬于整體得分率最高的一項，說明學(xué)生基礎(chǔ)知識掌握得較為扎實；閱讀與鑒賞部分得分率為85.75%，得分率最低，說明學(xué)生的閱讀與鑒賞水平還需要進(jìn)一步提升；表達(dá)與交流部分得分率為92.27%（得分率在90%及以上為優(yōu)秀），說明學(xué)生習(xí)作水平較高。分析個人得分率情況，大部分習(xí)作能達(dá)到文從字順、具體生動的要求。

本數(shù)據(jù)分析主要包括對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析、關(guān)聯(lián)分析、趨勢分析等。

通過分析數(shù)據(jù)，我們還可以進(jìn)一步聚焦學(xué)生學(xué)習(xí)的關(guān)鍵問題。以圖2為例，橫軸為測試試卷分項題數(shù)，共17題；縱軸從下至上為六年級A至K班。對應(yīng)模塊顏色越深，表示出現(xiàn)錯誤的人數(shù)越多。從圖2可以看出，第17 題顏色最深，出現(xiàn)錯誤的人數(shù)最多；第1、2、5、6、11、13、14題為錯誤人數(shù)較多的7個小題。

根據(jù)學(xué)生錯誤數(shù)熱力圖，可進(jìn)行如下分析：（1）積累與運(yùn)用：教師重認(rèn)字輕識詞，導(dǎo)致符號和語言建立聯(lián)系的能力不足，學(xué)生在真實語境中運(yùn)用語言的能力尚需提高；（2）閱讀與鑒賞：學(xué)生推論、綜合解釋、拓展能力不足，閱讀策略的運(yùn)用不夠熟練；（3）表達(dá)與交流：部分學(xué)生選材能力不足，無法用較為準(zhǔn)確和流暢的語言表達(dá)。教師在第二學(xué)期的課堂教學(xué)、作業(yè)設(shè)計中要關(guān)注上述問題，調(diào)整教學(xué)策略，提升學(xué)生解決關(guān)鍵問題的能力。

2.跟蹤數(shù)據(jù)，生成學(xué)生個體學(xué)業(yè)評估報告

智慧校園平臺會根據(jù)每個學(xué)生的期末試卷得分率，生成三級學(xué)業(yè)評估表。學(xué)生可以通過分析評估表，比對自己在班級、年級中的水平位置，尋找不足，分析原因。教師也能從個體的失分率中找到原因。例如，筆者從班級期末測試數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，有一道4 分的口語交際題，全班只有H 同學(xué)一分未得。此題涉及課外閱讀題的讀后交流，可知H 同學(xué)未完成本學(xué)期必讀書的閱讀任務(wù)，進(jìn)而影響了他的閱讀理解。筆者通過比對最高分S 同學(xué)一學(xué)年的數(shù)據(jù)，見證了一個內(nèi)驅(qū)力快速提升的學(xué)生的蛻變：第一學(xué)期得分率為90%左右，第二學(xué)期的得分率為98%左右，從第一學(xué)期閱讀部分的失分率為12.5%，到第二學(xué)期的不到1%，這不僅是閱讀技巧的提升，更是學(xué)生大量閱讀經(jīng)典書籍的成果顯現(xiàn)。

圖3 是筆者班級中兩個學(xué)生的個人期末學(xué)業(yè)水平分析圖。C同學(xué)（左圖）的整體水平較低，其中閱讀與鑒賞能力弱是分?jǐn)?shù)低的主要原因，但是表達(dá)與交流是他的長項。Z 同學(xué)（右圖）的整體水平處于班級中等，她的閱讀與交流部分得分率很高，而其他兩部分得分率都低于班級水平，尤其是表達(dá)與交流部分。比對分析Z 同學(xué)平時的數(shù)據(jù)，會發(fā)現(xiàn)這次期末測試是她本學(xué)期得分率最低的一次。由此可知，期末學(xué)生學(xué)業(yè)水平分析表，僅是本次測試水平的體現(xiàn)，存在一定的偶然性，不能作為評價學(xué)生的唯一依據(jù)。數(shù)據(jù)診斷既是為了讓學(xué)生對現(xiàn)階段的自己進(jìn)行客觀評價，也是為下一階段的學(xué)習(xí)明確方向。因此，根據(jù)學(xué)生學(xué)年數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析，制定個性化的學(xué)習(xí)方案，促進(jìn)個體成長，才是數(shù)據(jù)診斷更為重要的意義。

通過三年的實踐，筆者認(rèn)為大數(shù)據(jù)可視化診斷對語文教師精準(zhǔn)把握學(xué)情、促進(jìn)個性化教學(xué)具有明顯的幫助。當(dāng)然，在實踐過程中也發(fā)現(xiàn)了許多問題，例如，在課堂教學(xué)行為觀察中，分析系統(tǒng)對師生行為識別的準(zhǔn)確性尚不足85%，有待進(jìn)一步提升；在運(yùn)用現(xiàn)有的平臺診斷學(xué)生學(xué)業(yè)水平時，部分?jǐn)?shù)據(jù)仍需要教師手動輸入，費時耗力、工作量較大，等等。教育部2022 年發(fā)布的《教師數(shù)字化素養(yǎng)》對教師提出了“選擇和運(yùn)用評價數(shù)據(jù)采集工具，應(yīng)用數(shù)據(jù)分析模型進(jìn)行學(xué)業(yè)數(shù)據(jù)分析，以實現(xiàn)學(xué)業(yè)數(shù)據(jù)可視化與解釋”［4］的要求。我們期待隨著新技術(shù)的發(fā)展與教師數(shù)字素養(yǎng)的不斷提升，大數(shù)據(jù)可視化診斷在小學(xué)語文教學(xué)中的運(yùn)用能更加便捷和有效，能夠為語文教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供強(qiáng)有力的支撐。

參考文獻(xiàn)

［1］郁曉華，彭源，胡婷玉.數(shù)字化課堂觀察與反饋：現(xiàn)狀、評述與實現(xiàn)路徑［J］.開放教育研究，2024（3）.

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［4］中華人民共和國教育部. 教師數(shù)字素養(yǎng)［EB/OL］.https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2023-02/21/content_5742422.htm.