數(shù)字賦能學(xué)生個(gè)性化發(fā)展的實(shí)踐研究

摘 要：數(shù)字技術(shù)與教育的融合已成為一種重要的發(fā)展趨勢(shì)。本文通過(guò)分析數(shù)字化教學(xué)對(duì)學(xué)生個(gè)性化培養(yǎng)的意義，以“解析幾何”課程為例，研究數(shù)字賦能下的知識(shí)圖譜如何促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展，包括學(xué)習(xí)路徑的動(dòng)態(tài)化設(shè)置、AI助教助力個(gè)性化學(xué)習(xí)、智能推送學(xué)習(xí)內(nèi)容等。當(dāng)然，數(shù)字技術(shù)在“解析幾何”個(gè)性化教學(xué)中也面臨諸多挑戰(zhàn)，如學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力欠缺、教師數(shù)字素養(yǎng)薄弱、平臺(tái)資源技術(shù)局限及教育資源設(shè)備配備不均衡等問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：數(shù)字技術(shù) 知識(shí)圖譜 解析幾何 個(gè)性化教育

一、 數(shù)字賦能促進(jìn)學(xué)生個(gè)性發(fā)展

（一）數(shù)字化教學(xué)技術(shù)

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成為各國(guó)提高國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展創(chuàng)新能力的關(guān)鍵一步。［1］2022年，黨的二十大首次將“推進(jìn)教育數(shù)字化”寫(xiě)入報(bào)告，這標(biāo)志著推進(jìn)教育數(shù)字化已從教育工作任務(wù)上升為黨和國(guó)家的戰(zhàn)略部署。［2］數(shù)字化教學(xué)技術(shù)是指利用數(shù)字技術(shù)來(lái)支持和改進(jìn)教學(xué)活動(dòng)的一系列工具和方法。它不僅豐富了教學(xué)資源，增強(qiáng)了教學(xué)的互動(dòng)性，還培養(yǎng)了學(xué)生適應(yīng)數(shù)字時(shí)代的技能，促進(jìn)了學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)。

（二）個(gè)性化教學(xué)

個(gè)性化教學(xué)是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，教師根據(jù)學(xué)生的能力、興趣、需求等因素設(shè)計(jì)和調(diào)整教學(xué)內(nèi)容與方法，以滿足不同學(xué)生的需求。與傳統(tǒng)教學(xué)相比，個(gè)性化教學(xué)具有以下特點(diǎn)：首先，以學(xué)生為中心開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，關(guān)注并挖掘?qū)W生的發(fā)展?jié)摿吞熨x，為其提供合適的學(xué)習(xí)資源；其次，強(qiáng)調(diào)差異性和靈活性，關(guān)注學(xué)生之間的差異，并根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況靈活調(diào)整和改進(jìn)；再次，采用多元化的評(píng)價(jià)方式，更準(zhǔn)確全面地了解學(xué)生的發(fā)展情況。個(gè)性化教學(xué)能夠更好地滿足學(xué)生的多樣化學(xué)習(xí)需求，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和潛能，提高教育的整體效果，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

（三）數(shù)字化教學(xué)對(duì)個(gè)性化培養(yǎng)的意義

《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》中提出：“利用現(xiàn)代技術(shù)加快推動(dòng)人才培養(yǎng)模式改革，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化教育與個(gè)性化培養(yǎng)的有機(jī)結(jié)合。”［3］將數(shù)字教學(xué)引入課堂，對(duì)個(gè)性化人才的培育起到了極大的推動(dòng)作用。首先，數(shù)字技術(shù)能滿足學(xué)生多樣化的學(xué)習(xí)需求，根據(jù)學(xué)生的興趣和能力提供更多的選擇，并結(jié)合數(shù)據(jù)分析更好地規(guī)劃學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)。其次，數(shù)字技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)支持，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行分析，提供符合學(xué)生興趣和能力的學(xué)習(xí)材料和活動(dòng)，幫助學(xué)生更好地自主學(xué)習(xí)，并進(jìn)行個(gè)性化的評(píng)估與反饋，及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和問(wèn)題。再次，數(shù)字技術(shù)能夠促進(jìn)教育的包容性，使學(xué)生能夠按照自己的興趣選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，不再受到傳統(tǒng)教育的束縛，幫助學(xué)生更好地發(fā)展自己的潛力。

二、 數(shù)字賦能學(xué)生個(gè)性化發(fā)展的實(shí)踐

隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，各種教育數(shù)字平臺(tái)被廣泛使用。“解析幾何”課程作為數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課程，需要學(xué)生具備較好的空間想象能力。教師采用各種數(shù)字技術(shù)工具，如幾何畫(huà)板、Matlab等軟件繪制圖形，展示動(dòng)態(tài)過(guò)程，幫助學(xué)生更好地理解知識(shí)。數(shù)字化賦能的知識(shí)圖譜以結(jié)構(gòu)化的方式描述知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系，使得知識(shí)更加清晰、易于理解和利用。它具有大規(guī)模、動(dòng)態(tài)化、智能化等特點(diǎn)，能更好地幫助教師進(jìn)行個(gè)性化教學(xué)。

（一）知識(shí)圖譜的構(gòu)建

知識(shí)圖譜是一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)，用于描述物理世界中的概念、實(shí)體及其之間的關(guān)系。它是人工智能領(lǐng)域發(fā)展的重要組成部分，具有非常高效的語(yǔ)義處理功能，能夠清晰直觀地揭示知識(shí)之間的復(fù)雜聯(lián)系，呈現(xiàn)出知識(shí)之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。［4］課程知識(shí)圖譜聚焦某一學(xué)科課程領(lǐng)域，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)路徑和資源推薦，方便學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行檢索和拓展，構(gòu)建出完整的知識(shí)體系。

以高教版《解析幾何》第一章中“向量代數(shù)”為例，教師依據(jù)課程大綱要求細(xì)化知識(shí)點(diǎn)，構(gòu)建邏輯清晰的知識(shí)結(jié)構(gòu)，將知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)可視化，形成清晰直觀的知識(shí)圖譜（見(jiàn)圖1）。

（二）學(xué)生學(xué)習(xí)路徑動(dòng)態(tài)化設(shè)置

學(xué)習(xí)路徑設(shè)置是根據(jù)學(xué)習(xí)者的知識(shí)特征和學(xué)習(xí)資源等信息，為學(xué)習(xí)者定制最佳的學(xué)習(xí)序列。［5］知識(shí)圖譜通過(guò)詳細(xì)剖析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)地了解到學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，為學(xué)生制定個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑（見(jiàn)圖2）。

課前，教師在學(xué)習(xí)通平臺(tái)發(fā)布本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)并完成對(duì)應(yīng)任務(wù)。教師根據(jù)知識(shí)圖譜所提供的數(shù)據(jù)：若整體情況視為良好（知識(shí)點(diǎn)掌握率超過(guò)85%），教師在課堂教學(xué)中可以發(fā)布更為高階的學(xué)習(xí)任務(wù)。學(xué)生在完成高階學(xué)習(xí)任務(wù)后，可自主學(xué)習(xí)感興趣的內(nèi)容，如閱讀與課程內(nèi)容相關(guān)的文獻(xiàn)等，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)與提升。

對(duì)于掌握率較低（掌握率低于65%）的學(xué)生，教師可以對(duì)其進(jìn)行個(gè)別輔導(dǎo)，解決其困惑，并布置相應(yīng)的課中測(cè)試題。課后，教師通過(guò)課中測(cè)試題的得分情況，確定課后作業(yè)。學(xué)生按知識(shí)點(diǎn)從題庫(kù)或錯(cuò)題本抽題，在“練—學(xué)—測(cè)”的循環(huán)中掌握知識(shí)，完成“課后鞏固”，發(fā)揮學(xué)生的主體性和主動(dòng)性，進(jìn)而達(dá)到高階水平。

整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，知識(shí)圖譜的數(shù)據(jù)反饋決定了課中的教學(xué)活動(dòng)，課中測(cè)試決定了課后作業(yè)的布置，環(huán)環(huán)相扣。教師將學(xué)習(xí)通數(shù)字平臺(tái)引入教學(xué)中，并采取“線上＋線下”相結(jié)合的教學(xué)模式，促進(jìn)了個(gè)性化教學(xué)的實(shí)施。

（三）人工智能（AI）助教助力個(gè)性化教學(xué)

人工智能（AI）助教在學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)過(guò)程中發(fā)揮著極為重要的作用。它能夠?yàn)閷W(xué)生提供高度精準(zhǔn)的實(shí)時(shí)輔導(dǎo)。在學(xué)生自主學(xué)習(xí)過(guò)程中，會(huì)遇到各種疑難問(wèn)題，AI助教就如同一位隨時(shí)待命的智慧導(dǎo)師，能迅速且準(zhǔn)確地為學(xué)生答疑解惑。每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度、知識(shí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)風(fēng)格都有所不同，AI助教能根據(jù)學(xué)生的具體情況進(jìn)行針對(duì)性輔導(dǎo)，幫助學(xué)生高效地完成知識(shí)儲(chǔ)備，為未來(lái)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

學(xué)生也可以基于知識(shí)圖譜所聯(lián)系的知識(shí)點(diǎn)，從眾多內(nèi)容中選擇自己感興趣的部分。當(dāng)學(xué)生對(duì)某個(gè)特定的知識(shí)點(diǎn)產(chǎn)生疑問(wèn)或想要深入了解時(shí)，他們可以詢問(wèn)AI助教。AI助教結(jié)合知識(shí)圖譜后，能夠充分利用其中豐富的知識(shí)關(guān)聯(lián)和資源，為學(xué)生精準(zhǔn)地推送其所需要的內(nèi)容。例如，學(xué)生對(duì)“向量的概念”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的“支持向量機(jī)”產(chǎn)生疑惑時(shí)，可以詢問(wèn)AI助教。通過(guò)這種系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，學(xué)生能逐步建構(gòu)新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，拓寬思維視野，提升學(xué)習(xí)能力和綜合素質(zhì)。

教師也可以借助AI助教建立試題庫(kù)，根據(jù)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和需求，為學(xué)生提供個(gè)性化的練習(xí)內(nèi)容，幫助他們鞏固所學(xué)知識(shí)。通過(guò)反饋的數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效果。同時(shí)，教師還可以根據(jù)AI助教提供的豐富拓展資源來(lái)設(shè)計(jì)教案，這些拓展資源涵蓋了各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的最新研究成果、教學(xué)案例和教學(xué)方法等，能夠?yàn)榻處煹慕虒W(xué)提供更多的靈感和參考。通過(guò)利用AI助教，教師可以更好地完善“線上＋線下”的個(gè)性化教學(xué)模式。

（四）智能推送學(xué)習(xí)內(nèi)容

1. 基于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣智能推送學(xué)習(xí)內(nèi)容

知識(shí)圖譜以其卓越的全面性和廣泛的覆蓋性，將眾多相關(guān)知識(shí)點(diǎn)緊密結(jié)合，為學(xué)生學(xué)習(xí)提供了強(qiáng)大的支撐。在“解析幾何”課程教學(xué)中，教師運(yùn)用繪圖軟件（如幾何畫(huà)板、Matlab）以生動(dòng)直觀的方式向?qū)W生展示復(fù)雜的幾何圖形和關(guān)系。學(xué)生目睹這些強(qiáng)大軟件工具在課堂上的精彩呈現(xiàn)時(shí)，往往會(huì)萌生出親自嘗試的強(qiáng)烈愿望。教師在構(gòu)建知識(shí)圖譜時(shí)，可以巧妙地將這些技術(shù)類學(xué)習(xí)軟件納入其中，實(shí)現(xiàn)有機(jī)聯(lián)通。如此一來(lái)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，能夠依據(jù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，精準(zhǔn)地選擇自己感興趣的內(nèi)容并進(jìn)行深入探索。

2. 基于學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)智能推送學(xué)習(xí)內(nèi)容

數(shù)字平臺(tái)可以通過(guò)記錄和分析學(xué)生在學(xué)習(xí)通平臺(tái)上的各種學(xué)習(xí)行為軌跡，如課程視頻的觀看時(shí)長(zhǎng)、暫停次數(shù)、回放頻率，課件的瀏覽順序和停留時(shí)間，以及作業(yè)和測(cè)試的提交情況等，了解學(xué)生已有的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，密切關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的互動(dòng)行為，根據(jù)互動(dòng)的活躍度和內(nèi)容，判斷學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解程度和興趣點(diǎn)；并對(duì)學(xué)生完成的作業(yè)和測(cè)試進(jìn)行詳細(xì)分析，分析不僅限于最終成績(jī)，也包括答題情況，例如每道題的錯(cuò)誤類型、錯(cuò)誤原因等，更加精確地掌握學(xué)生對(duì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)情況，同時(shí)確定學(xué)生的知識(shí)薄弱點(diǎn)。依據(jù)知識(shí)圖譜中知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)，分析學(xué)生對(duì)某一知識(shí)點(diǎn)的掌握情況及對(duì)其他相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的影響。如果學(xué)生在某一關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)上存在理解困難，系統(tǒng)會(huì)推送與之密切相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)或拓展知識(shí)點(diǎn)，幫助學(xué)生建立完整的知識(shí)體系。

除此之外，數(shù)字平臺(tái)亦能根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、知識(shí)掌握情況、興趣偏好等多維度數(shù)據(jù)，為每個(gè)學(xué)生繪制詳細(xì)的用戶畫(huà)像。用戶畫(huà)像包含學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)目標(biāo)等信息。知識(shí)圖譜基于用戶畫(huà)像，從海量的學(xué)習(xí)資源中篩選出最適合該學(xué)生的內(nèi)容進(jìn)行推送，并尋找與目標(biāo)學(xué)生學(xué)習(xí)行為和興趣偏好相似的其他學(xué)生群體，分析這一群體的學(xué)習(xí)路徑和資源使用情況。根據(jù)這些相似學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，為目標(biāo)學(xué)生推薦可能感興趣的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

3. 基于學(xué)生的提問(wèn)智能推送學(xué)習(xí)內(nèi)容

當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)平臺(tái)提出問(wèn)題時(shí)，平臺(tái)利用自然語(yǔ)言處理技術(shù)對(duì)學(xué)生的問(wèn)題進(jìn)行詞法與句法分析，識(shí)別出問(wèn)題的關(guān)鍵詞。例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)高教版《解析幾何》第三章第七節(jié)有關(guān)“兩異面直線間的距離與公垂線方程”內(nèi)容時(shí)，可能會(huì)詢問(wèn)“如何求出兩條異面直線的距離”。系統(tǒng)能夠快速回答學(xué)生的問(wèn)題，并通過(guò)知識(shí)圖譜查找與問(wèn)題相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)而為學(xué)生推薦相關(guān)資源。學(xué)生依據(jù)知識(shí)圖譜中知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系進(jìn)行推理和拓展。系統(tǒng)通過(guò)判斷問(wèn)題與相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)程度，為學(xué)生呈現(xiàn)最為相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容。如果問(wèn)題僅涉及兩條異面直線的距離，系統(tǒng)將為學(xué)生推送包含異面直線距離公式推導(dǎo)過(guò)程的視頻教程、詳細(xì)講解的課件等；如果問(wèn)題涉及異面直線距離與向量的關(guān)系，系統(tǒng)不僅能基于知識(shí)圖譜檢索出與異面直線距離相關(guān)的知識(shí)，還能通過(guò)知識(shí)圖譜中所呈現(xiàn)的關(guān)聯(lián)，推送向量等相關(guān)內(nèi)容。

三、 數(shù)字技術(shù)在“解析幾何”個(gè)性化教學(xué)中存在的挑戰(zhàn)

（一）學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力欠缺

數(shù)字技術(shù)在個(gè)性化教學(xué)過(guò)程中對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的要求較高。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)字技術(shù)的功能發(fā)揮與學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力呈正相關(guān)。這意味著，當(dāng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力較弱時(shí)，數(shù)字技術(shù)難以發(fā)揮較好的功效。“解析幾何”課程通常安排在大一階段，該階段學(xué)生剛剛經(jīng)歷完高考，學(xué)習(xí)可能會(huì)有所松懈，對(duì)自身的要求有所降低。即便平臺(tái)推送了學(xué)生感興趣的內(nèi)容，學(xué)生也可能會(huì)因外界其他事物而分散注意力。此外，高中階段學(xué)生的學(xué)習(xí)方式大多是教師講授，很少通過(guò)自己主動(dòng)學(xué)習(xí)獲取知識(shí)，這就導(dǎo)致學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力較欠缺，學(xué)習(xí)效果不佳。

（二）教師數(shù)字素養(yǎng)薄弱

部分教師缺少系統(tǒng)的數(shù)字技術(shù)培訓(xùn)，導(dǎo)致他們對(duì)相關(guān)知識(shí)與技能的學(xué)習(xí)積極性不高、掌握程度不夠深入。例如，一些教師對(duì)在線教學(xué)平臺(tái)的諸多功能不夠了解，無(wú)法充分利用它進(jìn)行課程設(shè)計(jì)、作業(yè)布置和學(xué)生評(píng)估等工作。這使得個(gè)性化教學(xué)舉步維艱，導(dǎo)致教育資源處于“多而無(wú)用”的困境，大量數(shù)字資源閑置，無(wú)法真正服務(wù)于學(xué)生的學(xué)習(xí)。此外，教師陳舊的教學(xué)觀念也是一大問(wèn)題。許多習(xí)慣傳統(tǒng)教學(xué)模式的教師對(duì)數(shù)字技術(shù)教學(xué)存在抵觸情緒或難以適應(yīng)，他們認(rèn)為傳統(tǒng)的教學(xué)方法更加可靠，對(duì)數(shù)字技術(shù)的教學(xué)效果持懷疑態(tài)度。因此，這些教師很難發(fā)揮數(shù)字技術(shù)在個(gè)性化教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)，無(wú)法為學(xué)生提供更加個(gè)性化、高效的教學(xué)服務(wù)。

（三）平臺(tái)資源技術(shù)仍需提升

盡管數(shù)字技術(shù)發(fā)展迅速，但為了更好地促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展，我們?nèi)孕铇?gòu)建更加準(zhǔn)確可靠的個(gè)性化教育算法模型。學(xué)生之間個(gè)體差異大，學(xué)習(xí)行為和需求各不相同，因此平臺(tái)應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)充和豐富網(wǎng)絡(luò)資源，以滿足不同學(xué)生的需求。

（四）教育資源設(shè)備配備不均衡

不同地區(qū)及不同學(xué)校在硬件設(shè)施水平上存在顯著差異，這也是目前面臨的挑戰(zhàn)之一。在一些經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)或偏遠(yuǎn)地區(qū)的學(xué)校，可能面臨設(shè)備陳舊的困境，教學(xué)所使用的計(jì)算機(jī)、投影儀等設(shè)備已老化陳舊，難以流暢運(yùn)行一些對(duì)硬件要求較高的“解析幾何”教學(xué)軟件。這在很大程度上限制了數(shù)字技術(shù)在“解析幾何”教學(xué)中的廣泛應(yīng)用，給高質(zhì)量教學(xué)的開(kāi)展造成了重重阻礙。

四、 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字賦能下的知識(shí)圖譜通過(guò)設(shè)置動(dòng)態(tài)化的學(xué)習(xí)路徑、智能推送學(xué)習(xí)內(nèi)容，為“解析幾何”課程的個(gè)性化教學(xué)提供了創(chuàng)新方案，促進(jìn)了學(xué)生個(gè)性化發(fā)展，也為數(shù)字時(shí)代的個(gè)性化教學(xué)提供了更多實(shí)踐路徑。然而，數(shù)字技術(shù)在“解析幾何”個(gè)性化教學(xué)中仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力不足、教師數(shù)字素養(yǎng)薄弱、平臺(tái)資源技術(shù)局限及教育設(shè)備配備不均衡等。針對(duì)這些挑戰(zhàn)，各方需要共同努力，推動(dòng)更高效的個(gè)性化教學(xué)，助力學(xué)生發(fā)展。同時(shí)，這些挑戰(zhàn)也為后續(xù)研究提供了新的思路和方向。

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