摘 要：信息化和大數(shù)據(jù)已經(jīng)改變了人類獲取知識的方式。在基礎(chǔ)教育界，“慕課”與“翻轉(zhuǎn)課堂”的有機結(jié)合給班級授課制帶來了巨大挑戰(zhàn)。如何在信息化環(huán)境下，基于大數(shù)據(jù)理念，破解班級授課制課堂教學中的個性化學習、因材施教、提高學習效率等難題是一個很現(xiàn)實的問題。對此，研究了信息化與大數(shù)據(jù)支持下的教學模式訴求，闡述了移動自主學堂的模式構(gòu)建，根據(jù)不同角色對課堂教學支撐平臺進行了設(shè)計，并對應用情況進行簡單論述。
關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù) 移動自主學堂 教學模式 翻轉(zhuǎn)課堂
信息化和大數(shù)據(jù)已經(jīng)改變了人類獲取知識的方式。如何充分利用信息化和大數(shù)據(jù)的技術(shù)優(yōu)勢，滿足學生個性化學習需求，提升學校教育與管理水平，已成為教育改革的必然趨勢。在基礎(chǔ)教育界，以“翻轉(zhuǎn)課堂”為手段的變革正迅速襲來，“慕課”與“翻轉(zhuǎn)課堂”的有機結(jié)合，給班級授課制度帶來了巨大挑戰(zhàn)。[1]如何在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，基于大數(shù)據(jù)理念，破解班級授課制中的個性化學習、因材施教、提高學習效率等難題是一個很現(xiàn)實的問題。文章針對上述問題，分別從課堂教學模式、課堂支撐平臺需求及設(shè)計等方面進行研究。
一、信息化與大數(shù)據(jù)支持下的教學模式訴求
無線網(wǎng)絡(luò)為我們提供了移動學習的基礎(chǔ)設(shè)施，移動學習可解決傳統(tǒng)教學時空受限問題，可實現(xiàn)教與學隨時隨地進行，開展“Anyone”“Anytime”“Anywhere”“Anystyle”的4A學習模式。大數(shù)據(jù)為客觀評價學習效果及教學質(zhì)量科學實施因材施教等指出了方向?！澳秸n”與“翻轉(zhuǎn)課堂”已成為信息化環(huán)境下“教”與“學”模式研究的熱點。但如何構(gòu)建基于無線網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)、吸收“慕課”和“翻轉(zhuǎn)課堂”優(yōu)點，又結(jié)合我國基礎(chǔ)教育班級授課制實際的課堂教學支撐平臺呢?為此，我們設(shè)計并構(gòu)建了“移動自主學堂”[2]教學模式。
(一)移動自主學堂教學模式的設(shè)計
移動自主學堂包含的角色有學生、教師和管理員，他們都可通過Web或者iPad(或其他平板電腦)與服務器交互，實現(xiàn)所需的功能，如出題、出卷、布置作業(yè)、考試、做題、批改作業(yè)等。教學模式如圖1所示。
圖1 教學模式
Web瀏覽器方式主要給管理員和教師提供圖形用戶接口，以方便使用電腦進行系統(tǒng)的管理工作，主要包括系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、用戶管理、題庫管理、試卷管理、.考試管理和教學質(zhì)量分析等相關(guān)功能。
平板電腦方式可為所有角色服務：管理員可以了解指定教師和班級情況;教師可以實現(xiàn)實時出題、出卷、布置作業(yè)、批改作業(yè)、改卷，查詢學生學習情況等;學生可以實現(xiàn)實時學習、考試、練習等功能。
以“移動自主學堂”為核心，我們還設(shè)計了“四課型”漸進式自主學習方式，如圖2所示。其基本模式是：先學、精講、后測、再學，即教師提前通過學生學習支持服務系統(tǒng)向每個學生發(fā)送資源包，包括導學案、課件、測試題及有關(guān)學習資源(包括微視頻等)→學生參考資源包，依據(jù)課本進行預習自學，并記錄問題或疑問→學生通過平板電腦或其他媒介展示反饋學習成果，或通過學生學習支持服務系統(tǒng)進行前測，通過測試展示學習成果或問題→對重難點內(nèi)容由學生或教師進行點撥，在充分質(zhì)疑交流的基礎(chǔ)上進行歸納總結(jié)(老師與學生互動)→最后通過學習平臺進行練習評價課，系統(tǒng)自動統(tǒng)計測試成績并進行分析，之后由學生、教師或系統(tǒng)進行講評、評價。
圖2 “四課型”漸進式學習方式
(二)移動教學的課堂改革突破
移動自主學堂是基于無線網(wǎng)構(gòu)建的課堂教學支撐平臺，充分吸收了無線互聯(lián)的優(yōu)勢，教師可根據(jù)教學目標、教學內(nèi)容、教學方法等，利用資源支持備課、上課等教學環(huán)節(jié)，并建立知識點之間的內(nèi)在聯(lián)系。這種課堂教學支撐平臺支持下的課堂教學可滿足如下要求。
第一，滿足課堂教學的要求。慕課和翻轉(zhuǎn)課堂無法支持課堂教學的各方面要求，而移動自主學堂支持課堂教學的各個環(huán)節(jié)，包括備課、上課、提問、課堂練習、單元測驗、考試、學生評價等，并具有可操作性和方便性。
第二，可隨時隨地組織課堂教學。慕課授課形式具有局限性，翻轉(zhuǎn)課堂不能實時進行課堂教學，移動自主學堂則在無線網(wǎng)絡(luò)的支持下，可以不限時間和地點地組織課堂教學。
第三，支持各種形式的教學模式，其中包括慕課模式和翻轉(zhuǎn)課堂模式。慕課是典型的先教模式，翻轉(zhuǎn)課堂是先學模式。
第四，支持因材施教?；诖髷?shù)據(jù)，自動或人工獲取教學行為、學習行為等數(shù)據(jù)，建立評價體系和數(shù)據(jù)挖掘模型，客觀評價學習效果、教學效果、學生分析等。根據(jù)這些數(shù)據(jù)和評價信息，實施因材施教。
第五，支持教學資源開放、共享。原則上，移動自主學堂支持各種形式的教學模式和學習方式。
二、移動自主學堂的模式構(gòu)建
(一)師生進入移動自主學習角色
1.“學生”角色
學生進入移動自主學堂后會看到自己未完成的任務，其中包括老師發(fā)布的考試、作業(yè)和學習資源;自己制定的學習任務，如查看學習資源和錯題練習等;系統(tǒng)根據(jù)學習曲線算法在適當?shù)臅r間布置給學生的相應學習任務，如學生長時間沒有復習和練習某個知識點時，系統(tǒng)會將相應的學習資源和練習推送給學生進行復習和練習。學生可以查看自己最近一段時間的學習記錄，及時了解自己的學習情況。學習記錄中包括最近學習了哪些資源以及學習每一種資源所用的時間、測試情況的反饋，包括每一個知識點測試題目的數(shù)量、正確率等信息。平時考試、做作業(yè)會產(chǎn)生錯題，利用好這些錯題可以有效提高學習效率。學生可以利用移動自主課堂的“錯題本”功能，根據(jù)時間順序(倒序)、試題錯誤次數(shù)(倒序)、知識點歸類和隨機這幾種方式查詢最近的錯題，每一道錯題都可以進行即時練習，每一次練習都自動存入系統(tǒng)，并根據(jù)結(jié)果的對錯調(diào)整該錯題的權(quán)重。同時，系統(tǒng)可以自動推送與某道錯題相關(guān)的知識點和學習資源，以方便學生進行針對性的學習(因材施教)。移動自主課堂考試、作業(yè)功能可以根據(jù)學生的學習記錄自動剔除學生已經(jīng)牢牢掌握的試題，從而縮短學習時間，提高效率。學生可自主在題庫中隨機(由系統(tǒng)根據(jù)算法進行預篩選)或指定篩選條件等多種方式抽取試題學習，以及根據(jù)學生的特點推送與學生掌握不好的知識點相關(guān)的試題供學生進行練習(縮短學習時間)。同時，系統(tǒng)根據(jù)高分學生的學習記錄，推送這部分學生的學習資源和練習題供當前登錄的學生進行練習，并根據(jù)練習題的測試情況調(diào)整推送參數(shù)，以探索最適合該學生的學習模式。針對每個學生的不同學習特點，系統(tǒng)對學習資源進行有效分類。系統(tǒng)將知識點和學習資源建立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并根據(jù)教師指定的難度和實際測試過程中形成的難度數(shù)據(jù)建立分層結(jié)構(gòu)(海量資源分類)。學生可選取知識點的學習資源，系統(tǒng)自動記錄學生學習每個資源所用的時間，以t表示。每個學習資源在入庫時由系統(tǒng)自動根據(jù)資源內(nèi)容設(shè)置學習時間，以t0表示。當t>t0×1.5時，t取1.5倍的t0，其意義是如果學生學習某個資源耗時過長，可以認為僅學習了1.5倍的標準時間。這樣可以排除一些人為的操作，避免產(chǎn)生影響統(tǒng)計分析的結(jié)果。針對每個學習資源，學生可在學完資源后進行即時練習，趁熱打鐵。
2.“教師”角色
教師可利用iPad或其他方式出題，同時指定試題的屬性，如關(guān)聯(lián)的知識點、體現(xiàn)的能力和難度系數(shù)等。對于試題的難度系數(shù)，系統(tǒng)可以根據(jù)學生答題的情況計算出來，自動將錯誤率較高的題目推送給教師并給出建議，如題目太難、講解不夠等，從而優(yōu)化題庫。為了提高教學效率及資源利用率，系統(tǒng)可以統(tǒng)計每個資源的使用情況，包括學習次數(shù)和時間等，并針對使用過于頻繁或者過少的資源推送通知。同時，系統(tǒng)還監(jiān)控學生學習指定資源的情況，包括近期學了哪些資源，投入時間如何，與這些資源相關(guān)的試題成績?nèi)绾蔚?，從而更準確地了解學生的學習情況，提高課堂教學效率。教師可以通過考試系統(tǒng)發(fā)布隨堂練習，及時查看學生學習掌握程度，以便當堂解決學生本節(jié)課學習中存在的問題?？荚囅到y(tǒng)根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，對試題庫中的試題進行預篩選，剔除正確率非常高、近期出現(xiàn)頻率過高的試題，同時將錯誤率過高、近期很少出現(xiàn)的試題前置顯示，為教師提供更多的建議，從而提高出題質(zhì)量，實現(xiàn)因材施教。在體現(xiàn)個性化教學方面，系統(tǒng)中的學生學習情況查詢功能可以使教師了解學生的整體情況，包括錯誤率較高的知識點和題目。同時，將查詢到的數(shù)據(jù)與相應學生學習資源的時間投入情況進行對應，以協(xié)助教師分析學生失分的原因。還可以針對指定學生，了解其最近的學習檔案和考試、練習情況，包括其薄弱知識點、資源學習的盲區(qū)等，以便針對個體給出個性化的學習建議。
(二)營造師生及生生互動的學習空間
1.師生、生生互動
移動自主學堂采用先學、精講、后測、再學，并有教師參與的教學模式。在移動自主學堂中，教師根據(jù)學科類型、知識點特點、學生特點、教學目標與教學內(nèi)容等，可采用靈活多樣的教學方式，并且系統(tǒng)可自動記錄學生行為和教師行為數(shù)據(jù)。教師根據(jù)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)可以了解每一個學生的學習情況，學生也可以通過“點贊”或“不贊成”、“笑臉”或“哭臉”等方式對某知識點的學習心情、學習效果、教師講解等情況作出回應。學生之間可以針對某知識點的學習進行競爭學習，教師和學生之間可針對某知識點發(fā)起話題討論等，在課堂教學中實現(xiàn)師生、生生互動。更重要的是，這樣可采集到用于學生分析和管理的真實數(shù)據(jù)。
2.個性化學習
在課堂教學中，雖然學生是在教師的安排下有序?qū)W習，但課上時間主要集中在教師對疑難問題的解答或教學內(nèi)容精講上。而那些課上沒學會或缺課的學生，則可以在課外登錄“移動自主學堂”，自主學習課堂教學中的相同內(nèi)容。在課外，系統(tǒng)根據(jù)每位學生的學習路徑和近期學習情況，針對教學過程中的重難點和每位學生的錯誤點進行個性化推薦。根據(jù)系統(tǒng)記錄的學生錯誤試題的數(shù)據(jù)，教師也可以進行個性化指導。
3.學習軌跡與成長記錄
移動自主學堂可以詳細記錄學員的學習過程和學習習慣等相關(guān)數(shù)據(jù)，再加上教師的指導，更能充分發(fā)揮這些數(shù)據(jù)的作用。
(三)通過移動自主學堂改變傳統(tǒng)教學
自2012年起，移動自主學堂在鄭州市第二中學高中3個年級10個創(chuàng)新班進行應用，3年的時間里取得了顯著效果。新的教學模式在成長空間、時間、思想自由度上，將高中生從高考制度的模式中解放出來，學生的學習變得輕松，成績顯著提高。2014年高中畢業(yè)班的高考情況顯示，一本上線率達27.45%，較上一年翻了一番。許多媒體對此應用進行了報道，如2014年3月20日，《中國教育報》刊發(fā)長篇報道《“移動學堂”改變課堂》。移動自主學堂的應用也引起了教育部的關(guān)注，教育部領(lǐng)導曾親臨課堂觀摩并給予高度評價。
移動自主學堂支持慕課和翻轉(zhuǎn)課堂模式，可實現(xiàn)“一對一”數(shù)字化學習，改變了以往單調(diào)的教學模式，讓課堂煥發(fā)出創(chuàng)新活力，實現(xiàn)高效教與學。[3]移動自主學堂除具有統(tǒng)計分析、結(jié)果呈現(xiàn)等功能外，也基于大數(shù)據(jù)理念建立了多個數(shù)據(jù)挖掘模型，如學生偏好挖掘模型、積分激勵模型、評價模型等。其中，特別值得一提的是知識點關(guān)聯(lián)度模型。
實踐表明，針對同一學科不同知識點之間的關(guān)聯(lián)度進行分析，并反饋給老師和同學，有助于有效學習。筆者從高二有機化學數(shù)據(jù)庫中，選取“有機化合物的命名”“烷烴及其性質(zhì)”“烯烴、炔烴及其性質(zhì)”“苯和同系物及其性質(zhì)”“酯及其性質(zhì)”這五個知識點，分別以A、B、C、D、E表示，并分析其關(guān)聯(lián)度，部分分析數(shù)據(jù)見表1。
表1 知識點試題學生關(guān)聯(lián)表
其中A知識點答對得5分，B知識點試題答對得4分，C知識點試題答對得10分，D知識點試題答對得10分，E知識點答對得10分。為了方便統(tǒng)計，把知識點對應得滿分的表示為1，答錯的表示為0。
依據(jù)表1中數(shù)據(jù)，并利用C4.5算法(決策樹構(gòu)成算法①)中節(jié)點進行強關(guān)聯(lián)，構(gòu)建出改進后的C4.5決策樹，如圖3所示。根據(jù)決策樹發(fā)現(xiàn)，基于改進后的C4.5算法，如果D(苯和同系物及其性質(zhì))答對，那么A(有機化合物的命名)也答對，概率為96.29%;如果D(苯和同系物及其性質(zhì))答錯而且C(烯烴、炔烴及其性質(zhì))也答錯，那么A(有機化合物的命名)答對的概率為85.7%;如果D(苯和同系物及其性質(zhì))答錯而且C(烯烴、炔烴及其性質(zhì))也答錯，那么A(有機化合物的命名)也答錯的概率為83.3%。由此可知，“苯和同系物及其性質(zhì)”的掌握情況影響“有機化合物的命名”的學習，教師和學生可根據(jù)此結(jié)果來合理安排教與學的計劃。
圖3 知識點關(guān)聯(lián)度決策樹
三、結(jié)語
在吸收“慕課”與“翻轉(zhuǎn)課堂”模式營養(yǎng)基礎(chǔ)上，本文探討了移動自主學堂設(shè)計與教學模式等問題，并設(shè)計開發(fā)出針對課堂教學、基于無線網(wǎng)絡(luò)的支撐平臺——移動自主學堂。學堂之上，教師利用平板電腦可進行備課、上課、布置作業(yè)、測試、考試、評價等，學生利用平板電腦可進行學習、測試、考試、完成作業(yè)、提問、自主學習等。從教學模式、學習方式等方面來說，移動自主學堂是“慕課”和“翻轉(zhuǎn)課堂”模式在我國班級授課制課堂教學中的應用，突出了課堂教學，兼顧了課外學習。經(jīng)過在高中創(chuàng)新班3年應用實踐，取得了顯著效果，學生創(chuàng)新能力和教師專業(yè)水平顯著提升。下一步的工作，是評價體系的完善和針對不同要求，建立不同的數(shù)據(jù)挖掘模型，豐富分析模型庫，目的就是更有效地支持課堂教學。
注釋：
①決策樹算法是一種逼近離散函數(shù)值的方法。它是一種典型的分類方法，首先對數(shù)據(jù)進行處理，利用歸納算法生成可讀的規(guī)則和決策樹，然后利用其對新數(shù)據(jù)進行分析。決策樹的典型算法有ID3、C4.5、CART等。
參考文獻：
[1]陳育琨，田愛麗.慕課與翻轉(zhuǎn)課堂導論[M].上海：華東師范大學出版社，2014：56-72.
[2]王瑞，李永波，王曉東，等.移動自主學堂及其應用[J].河南師范大學學報：自然科學版，2014(6)：168-172.
[3]劉紅雨.鄭州二中“一對一”數(shù)字化“移動學堂”實現(xiàn)高效教與學[EB/OL].(2014-06-27)[2015-08-27]. http://www.haedu.gov.cn/1403831985606.html.
(作者系鄭州市第二中學校長/河南師范大學碩士生導師、博士生、高級教師)
