基于教育大数据的高中物理学历案的设计——以“牛顿运动定律”单元复习课为例

章 强 戴加成 卞望来

(江苏省南菁高级中学，江苏 江阴 214437)

传统的高中教学中，学生学习情况的反馈基本是凭教学感觉或者靠人工统计作业的错误率.互联网、云计算技术的发展给这种教学方式带来了变革，教育大数据的使用让高中物理精准教学带来了可能.新时代的高中物理教学的关注点也发生了变化，从关注“教师教”到关注“学生学”，最终变成了关注“学生如何学”.教师要针对学生的学情，制定关注学生学习过程、关注学生构建知识体系和框架的学历案.利用教育大数据可以精准的了解学生的学情，及时反馈学生在单元学习中的缺失和困难，教师量身定做单元复习学历案，可以查漏补缺，提升教学的效度.

1 教育大数据和高中物理复习课学历案

1.1 教育大数据

教育大数据是指一切可用于教育发展并可创造潜在教育价值的数据集合.高中物理教学的大数据应主要体现在学生的学习分析、学生的分类管理和教学效果分析中.学生在每节课的学习中积累的物理学习情况，包括课后作业的对错情况、单元知识点的掌握情况以及学生个人学习情况等，可以给单元复习课提供准确的复习重点、难点，精准选题和有效教学.

1.2 高中物理单元复习课学历案

所谓学历案，就是教师为学生意义和价值的习得(经验增长)而专门设计学习经历的教学方案.关注教的是教案，关注学的是学案，而让学生如何学会就是“学历案”.学历案是在班级教学情景下，围绕某一具体学习单位的主题、课文或单元，从期望学会什么出发，设计并展示学生何以学会的过程，以便学生自主建构或社会建构经验、知识的专业方案.高中物理的学历案是教师预设的，学生学习用的方案，旨在帮助学生更好地深度学习，让学生尽可能的完成学习目标，使不同层次的学生都能够理解掌握物理教学内容.学历案体现了学生作为学习者的主体责任，一份学历案的基本要素有：学习主题，学习目标，评价任务，学习过程，检测与练习，学后反思.

高中物理单元复习课学历案的形成一般需要以下几个阶段： (1) 收集学生一单元所有作业的对错情况； (2) 利用专业软件分析学生所对应的知识点的掌握情况； (3) 软件分析的情况与本章的三维目标的对比分析，充分了解学生的物理核心素养在本章的达成情况； (4) 针对对比情况，形成以关注学生“如何学”、关注学生体验过程和帮助学生搭建章节体系和框架的学历案.章节复习课学历案实施后，章节检测的情况经过教育大数据的分析，反馈学历案的使用效度，同时还可以针对个别学生章节学习情况，关注个体的学习状态.

2 高中物理单元复习课学历案的“三阶四步”实施策略

为了更高效的使用高中物理复习课学历案，将学历案的实施过程(图1)大致分为3个阶段，即数据汇总阶段、学历案设计阶段和教学实施阶段.具体的教学实施过程又分为4个步骤：课前预习、课堂教学、课后作业和单元检测.4个步骤分别对应数据汇总时出现的问题，学历案的设计目的来自数据汇总时出现的问题，教学过程的4个步骤最终都是为了解决问题、提高教学效度和精准度，帮助学生建立单元知识体系、提升学生本章知识内容对应的物理核心素养.

图1 基于教育大数据的高中物理学历案单元复习课实施策略

3 案例分析

3.1 教育大数据呈现的问题

“牛顿运动定律”这一章共有10次课时作业，高一年级11个班级每次课时作业约550份进行了大数据分析.由于知识点和习题难度本身不同，将习题对应的知识难度分为较难、中等和简单3个等级；从知识点来看，共有8部分19个知识点，分别从习题难度系数、习题个数、知识点得分率、本节作业得分率等方面进行统计.统计分析发现伽利略理想斜面实验的合理外推过程、探究实验的误差分析、超重和失重的应用、利用牛顿运动定律解决复杂问题等部分错误率较高，对于牛顿第二定律和牛顿第三定律的简单应用正确率较高.分析错误原因有以下几个方面： (1) 学生在实验的学习中，对于本章的实验知识的难点学习不够深入； (2) 应用牛顿第二定律解题过程，应用物理思维分析多过程问题能力不足； (3) 全章的知识学习还是零碎片段，章节知识整体性框架没有形成.

3.2 学历案的设计目的

按照物理学科核心素养要求，对照本章的知识点设置，在知识点的概念复习中、在应用牛顿运动定律的解决问题的过程中，帮助学生建立物理观念、提升科学思维的能力、完善科学探究各个环节的素养；查漏补缺，强调重点，让学生能自我完成本章的知识体系框架；为学生后续的自我完善、自我提升提供学习的抓手.

3.3 学历案的实施过程

(1) 学习主题: 牛顿运动定律单元复习课.

(2) 课标要求:通过实验，探究物体运动的加速度与物体受力、物体质量的关系.理解牛顿运动定律，能用牛顿定律解释生产生活中的有关现象、解决有关问题.通过实验认识超重和失重.知道国际单位制中的力学单位.了解单位制在物理学中的重要意义.

(3) 学习目标.

① 通过习题回顾，强化运用牛顿运动定律解题的两个基本方向，形成经典物理的运动观念、相互作用观念.

② 通过模型组合、变化，了解到物理基本模型在习题中的作用，提升运用牛顿运动定律的解决复杂问题的能力，提升物理思维在定性分析和定量计算两方面的能力.

③ 通过模型转化，穿插问题的设计，解决实验探究过程的疑难，学会准确评估实验探究的系统误差和偶然误差.

④ 在习题的训练、知识点的结合中，让学生自行建立本章的知识框架，明确本章的重点和难点，找到个人疑难，促进后续的自我完善.

(4) 评价任务.

① 运用牛顿运动定律，正确规范地解答课时作业的大部分习题，总结运用牛顿运动定律解决问题关键步骤.

② 在模型的变化或叠加中，能完成问题的分析和解答，同时能独立画出本章的知识体系框架.

③ 能够解释教师或学生提出的实例，并在解答的过程找到自己在本章学习中的不足.

(5) 学法建议.

① 复习前10份课时讲义，订正错题，梳理出学习过程中的疑难.

② 课前完成预习，初步明确本章重难点.

③ 按照学历案的步骤，完成习题分析，回答引申问题，补充完成本章“知识树”.

(6) 学习过程.

学习过程分为4个板块，分别是课前准备、课中学习、单元小结和课后思考.课前准备部分主要是对本章学习的牛顿运动定律再一次回顾和解读，通过本章的分节学习后，学生需要深层次的理解牛顿运动定律的内涵.

图2 板块模型例题图

课中学习部分精选本章学习的5个经典例题，通过习题来对本章学习的重点和难点进一步的梳理.例如：如图2板块模型部分，在光滑的水平面上放置着质量为M的木板，在木板的左端有一质量为m的木块，在木块上施加一水平向右的恒力F，木块与木板由静止开始运动，经过时间t分离.原题中分别改变木块质量m、木板质量M、恒力F和动摩擦因数μ，对分离时间的影响，问题跨度大、难度高，而且需要不同的方法解题.学习过程中，先让学生自行解题，然后让学生进行讨论和分享.最后设置这样几个问题，让学生课上讨论或者是课后进行思考.“木块对木板的摩擦力和木板对木块的摩擦力之间是什么关系？”、“木块和木板之间为什么会发生相对滑动，力F的临界值为多少？”、“试用牛顿运动定律列出表达式和v-t图像法两种方法解释此题.”通过问题的层层设置，可以帮助学生分解问题的理解和提醒他们使用多种方法解题，在解题中巩固方法的应用.

图3 牛顿运动定律单元知识树

单元复习课中，学生对单元的知识体系必须有更加清晰的认识，根据几道例题的学习，让学生更加能明确本章的重难点，“知识树”的建立让学生更加直观.课后思考的内容，不再以习题训练为主，而是让学生能多点时间对本章学习有所回顾和讨论，针对学生自身的掌握情况，在“知识树”的帮助下，查漏补缺，自主学习(图3).

4 学历案使用后的反思

新课程标准实施后，教师不仅要关注学生学会什么内容，还需要关注学生学习的途径、方法和效果，学历案的使用可以了解学生“学会了什么”、“如何学会”、“怎样才算是学会”.在教育大数据的配合使用下，可以精准定位问题所在，同时可以针对性的检测学历案使用的效果，有效的提升教学效能.利用学历案可以更清晰让学生知道自己学习的过程，让学生真正成为学习的主人，帮助学生自己梳理学习重点和难点.

在“牛顿运动定律”单元复习学历案后进行了测试，经过比对相同知识点学生的得分率有较为明显的提升.笔者认为学历案使用后优点主要体现在： (1) 较难考题学生也可以初步下手，并能进行适当的推理，说明学生自信的提升，有了一定的解决问题的办法.(2) 做题速度有了明显提升，说明解题思路更加明确.(3) 部分经典习题错误率下降，说明学生对于典型例题的解题方法更加熟练.单元测试后随机访谈了一些学生，他们反馈经过单元复习的梳理，他们对本章的知识脉络更加清晰，更深入地了解掌握本章的重点和难点.学历案的使用不能解决所有问题，也存在一些不足之处：(1) 使用学历案前，需要教师花较多时间利用教育大数据对学生掌握知识进行梳理，增加了教师的工作强度.(2) 学生学习时要有较强的学习能力.