大数据背景下“因材施练”提高小学生口算能力的研究

张乾

摘要：以信息化推进教育现代化，其首要因素在于推动教育组织形式和管理模式的变革创新。深圳市蛇口育才教育集团的教师依据因材施教的思想，设计出因材施练的具体操作方案，秉持“数据优化与处理”的原则制作了因材施练的计算练习软件——“因材施练口算宝典”App。

关键词：因材施练;小学数学口算;口算策略;口算App

一、问题提出的背景

长期以来，口算是学生在数学学习过程中必须掌握的一项基本技能，它直接影响着学生的数学成绩。因此，去年年中，我们计划基于大数据背景，设计个性化的“因材施练口算宝典”App，借此进行提高小学生口算能力的实验研究。本课题有极高的理论价值和实践意义。

二、国内外的相关研究

从目前已经收集的文献资料中，我们发现，数学教师对计算优化的研究几乎为零。怎么办呢？我们学校的一位数学教师借鉴购物网站依据购物数据进行“喜好推送”算法的原理，利用大数据分析的五个基本要素构建口算App的基本框架。这五个要素分别是：

（一）Analytic Visualizations（可视化分析）

不管是对数据分析专家还是普通用户，数据可视化是数据分析工具最基本的要求。可视化可以直观地展示数据，让数据自己说话，让观众听到结果。

（二）Data Mining Algorithms（数据挖掘算法）

如果说可视化是给人看的，数据挖掘就是给机器看的。我们可以借助集群、分割、孤立点分析等算法深入数据内部，挖掘价值。这些算法不仅要确保处理大数据的量，也要兼顾处理大数据的速度。

（三）Predictive Analytic Capabilities（预测性分析能力）

数据挖掘可以让分析员更好地理解数据，而预测性分析可以让分析员根据可视化分析和数据挖掘的结果做出一些有意义的预测性判断。

（四）Semantic Engines（语义引擎）

由于非结构化数据的多样性带来了数据分析的新的挑战，我们需要一系列的工具去解析、提取、分析数据。语义引擎需要被设计成能够从“文档”中智能提取信息的模式。

（五）Data Quality and Master Data Management（数据质量和数据管理）

数据质量和数据管理是现代化机构管理方面的重要因素。通过标准化的流程和工具对数据进行处理可以保证一个预先定义好的高质量分析结果。

三、问题的研究思路

本问题的研究思路是：文献研究→调查分析研究→计算分类分析研究→“因材施练口算宝典”大纲成型→“因材施练口算宝典”计算策略微课制作→“因材施练口算宝典”App制作。

四、问题研究的发现与结论

（一）“因材施练口算宝典”App框架设计

依据不同对象，我们设计了“因材施练口算宝典”App框架，其核心点在于数據库。四个不同的窗口分别与其发生作用，通过数据的输入与处理、优化与输出、再输入再处理，针对不同的用户群体提供不同的数据信息。

1.学生窗口。这是整个系统的服务对象，更是整个数据库的主要窗口。我们只有让学生对数据库产生影响，才能建立起数据的传输与记录，才能依据大数据进行分析、综合，从而推送给最适合该学生的计算练习题目。

2.家长窗口。App将学生计算过程及结果的数据准确进行分析，把分析结果实时提供给系统及家长。家长可及时关注学生的学习情况，了解学生的学习进度和水平，做到心中有数，育之有法。

3.教师窗口。教师登录到此页面，可以及时了解某个学生的计算情况，也可以了解全班学生的计算情况及水平，甚至可以清晰地得出所带班级学生与整个数据库中的学生进行对比分析后的情况。

4.后台窗口。对数据进行添加、升级和处理，即时、有效地优化系统，更新知识。

（二）“因材施练口算宝典”App学生界面设计

依据因材施教理念，我们根据学生实际和知识特点，特别设计了“因材施练口算宝典”App的界面。此界面非常直观，直接反映了该App的架构：三大块、四小点。三大块分别是：顺序练习、模拟练习和计算策略，四小点分别为：我的收获，我的错题，考试记录、统计。这是对学生计算过程反映（及反馈）的信息进行分类且汇编成表的过程。

（三）“因材施练口算宝典”App架构设计

在初步完成架构设计后，我们选取了50名学生进行试用，依据反馈信息，对于每一单元的设计进行细化。在对架构设计进行细化的过程中，对于“三大块”内容的改动可谓“翻天覆地”。下面，笔者简要阐述一下“三大块”最终版本的内容。

1.顺序练习。它指的是依据北师大版本教材、按照年级和知识点顺序逐一排列的一系列习题。学生可以在这个题库中进行共性练习和同步练习。

2.模拟练习。它是本口算宝典的核心内容。我们依据App试运行时学生的表现，将历年真题中的高频考点、近年模拟卷中学生的高频错点、一线教师根据最新考纲命制的特色习题进行汇编，让学生进行针对性练习，真正做到因材施练。

3.计算策略。这是对本宝典的一个升华。这块内容是一些学习计算策略的微课或文本策略。学生可以根据教师及模范学生提供的经验自学，提升自己的口算能力。

（四）评价如何做？

行使评价功能的功能块名称为“我的收获”：系统、家长、老师可以根据学生做题情况进行点赞，并积分。同时，系统依据学生的练习情况进行点评，并通过积分提供定量评价。我们根据积分设置虚拟性奖励物品——装饰房子、娃娃、饰品、家具、车、枪等。此外，我们还实行等级激励。我们的App针对学生的表现将其划分成6个等级。当某位学生的做题量及正确率这2个指标都达到一定标准时，他就会level up。Level up之后，他可以获得一段时间的免费使用权，且有机会参与抽奖活动。

（五）收益从哪里来？

“因材施练口算宝典”App要想得到更好的发展，必须良性运营下去。我们主要从三个方面筹集资金，以供维护系统优化及运营。（1）提供单元试卷付费下载，主要客户是学生;（2）流量、广告等收入，主要客户是运营商;（3）名师计算策略讲解视频的观看、下载，主要客户是学生和（青年）教师。

五、研究存在的主要问题及今后的设想

经过项目组团队的深入研究，本课题基本取得了预期目标，达到了预期成果，每位教师都收获满满。大家都能对小学的计算知识进行系统的整理与加工，并深入思考，且能结合自己的教育教学实践经验进行多角度多层次的研究。教师思考了，研究了，课堂实践了，学生受益了，我们设计这款“因材施练口算宝典”App的目的也算达到了。高兴之余，我们反复操作、检查了一下，也发现其中存在的一些问题：（1）个别板块的练习题目的质量存在瑕疵，主要表现为个别题目超纲;（2）微课类的讲解视频数量比较少，且部分用户反映播放时很卡，我们必须在这方面做更多的改进;（3）系统必须进行再优化，界面的友好性也需要再提升。

参考文献：

[1]HEACOX D.差异教学：帮助每个学生获得成功[M].杨希洁，译.北京：中国轻工业出版社，2004.

[2]刘兼，孙晓天.数学课程标准解读[M].北京：北京师范大学出版社，2011.

[3]江翠琴.对“培优防差”课堂教学结构的实验研究.小学数学教育[J]，1998（6）.

（责任编辑：吴延甲）