大数据背景下高中数学精准教学研究

曾永培

(福建省惠安第一中学,福建泉州,362100)

一、引言

《促进大数据发展行动纲要》为大数据相关技术在教育领域的发展和应用打下了基础。大数据技术的应用,能够让精准化教学得到更趋科学与完善的基础支持。受此现状影响,高中数学将会打破传统数学教学模式无法全面契合现代教育现实需要的弊端,逐步迈向预设预期,教学质量也将更有保障。鉴于此,高中教学应直面大数据带来的教学改革与发展机遇,从创新教学理念、优化课堂教学、推进精准教学目标有效实现出发,利用大数据技术分析学生数学知识的掌握情况,并据此指导学生更好地学习,在提高学生学习效率的同时,提升数学教学质量,为学生长远发展奠定坚实基础。

二、内涵价值

大数据背景下的精准教学是以大数据技术为支撑,针对性收集和分析大量学生数据,并据此制定个性化教学方案的教学形式。精准教学区别于统一的、无差别的教学模式与方法,能够充分满足学生的个性化成长和学习需求。具体来说,教师可以基于大数据技术和分析工具,深层次了解学生的学习情况、兴趣爱好、学习风格、习惯方法等信息,从而提炼和设计出个性化的教学方案,实现精准教学。[1]就目前大数据背景下精准教学的优势来讲,可以总结为个性化定制、实时反馈、预测学习结果和智能推荐四个方面。

第一,个性化定制。借助大数据技术展开分析,教师能够充分把握学生基础积累、学习特点、知识水平、学习习惯等方面的个体差异,并从中提炼出不同学生群体的问题、需求和优势,进而针对不同学生群体设计和制定个性化教学方案,引入对应教学资源。[2]这样可以更好地满足学生的学习需求,提高其学习效果和兴趣。

第二,实时反馈。借助大数据分析,教师还可以实时对学生的学习过程进行监测和反馈。基于学生的某部分知识点测试、某单元综合学习情况测试等相关学习数据的分析,可以据实了解某一阶段或时期学生的学习进度、掌握程度和困难点等,并及时给予反馈和指导,引导学生一对一解决遗留问题,及时查漏补缺,帮助学生及时调整学习策略,提高学习效率和成绩。[3]

第三,预测学习结果。通过大数据分析,教师可以根据学生的学习数据和历史表现,预测学生的学习结果和发展趋势,这样有助于帮助教师制定更加合理规范且符合学生学习实际的教学计划和教学策略,为教师提前做好教学准备、完善教学问题应对以及促进学生成绩的提升提供依据与保障。

第四,智能推荐。教师借助大数据技术完成学生的实际学习情况分析后,能够依据最终的分析结果,为学生智能化地推荐更多更适合的学习资源。教师也可以尽可能根据学生的学习需求和兴趣,提供个性化学习材料和学习任务。这样,学生完成任务、掌握知识的过程中会相对轻松,学生的学习自信逐渐增强,其学习兴趣和内生学习动力也会得以激发。[4]

当然,大数据背景下的精准教学也面临隐私保护有待进一步加强、数据可靠性有待进一步商榷、师资实力有待进一步提升等挑战和问题,教师需要正视问题,并及时解决,以期能够提高教师数据分析能力,保障精准教学的目标能高效实现。

三、可行路径

大数据时代,高中数学教师通过构建教学大数据,并进行有效的分析与挖掘,可以及时发现学生在学习中存在的问题,并为学生提供更加有针对性的个性化教学方案,从而达到精准教学的目的。

(一)以测试为手段,实时收集学生学习数据

要保证高中数学教学真正实现精准化,需要教师借助大数据技术在教学中收集基于测试的学生学习数据,再由这一数据入手,结合学生的学习兴趣、自主意识、参与度等日常表现展开学生具体学情分析,从而有针对性地展开教学,最终实现精准化教学。具体而言,教师可以在每次单元学习结束后对学生展开单元测试,通过线上答题的方式丰富测试内容,并基于大数据,分析学生已掌握点、易错点等。[5]

以高中数学“交集、并集”部分知识为例,在引导学生掌握二者概念并能够正确表示集合后,教师就可以用大数据技术落实精准化教学,在课前结合 “集合的概念与表示”“子集,全集,补集”两课的知识点设计测试题目,并将试题上传至网络学习平台中。

案例一:下面四个命题中,①集合M中有一最小元素为1;②若-b∉M则,b∈M;③x2+4=4x的解集为{2,2};④0.7∈N,其中不正确的命题有几个( )。

A.0个 B.1个

C.2个 D.3个

案例三:已知A={1,m,n},B={m,m2,mn},且A=B,试求实数m,n。

案例四:已知集合A={x|mx2+2x+1=0,x∈O},其中,m为实数,分别求A为空集、单元集合及A中至多只有一个元素三种不同情况下m的值或取值范围。

上述四道题目考查学生对同一知识点的掌握情况,如果学生能够在教师规定的时间范围内又快又准地完成解题,那这部分学生对该知识点的掌握就极其扎实,教师在后续进行教学计划定制时,可以给这部分学生推荐更高难度的题类,便于学生巩固提升所学知识。而对于能够完成但准确度不足的学生和既不能按时完成且准确度也不高的学生,教师需要针对学生解题中具体存在的问题点,进行计划教学,先降低难度标准,让学生从相关知识的基础理论部分再次进行巩固提升。这样,学生才能够循序渐进地完成学习内容。

当然,教师在进行题目选择时也要注意题量多少和题目难度情况,答题时间也应适中。这样,学生才能够在相应时间内有效完成答题并上传。在学生完成题目并上传后,教师只需在网上批改即可,这一过程也是通过大数据了解学生知识掌握情况的必然渠道,能够及时发现学生学习的难点与易错点。另外,教师也应该重视结果的反馈,要求学生自制错题集,收集归类错题,准确鉴定自身问题不足,及时补足。随着教师试卷讲解与课堂释疑,能够有效推动教学精准化,让学生的学习效率明显提高。

(二)以数据为导向,及时掌握学生学习动态

实现高中数学教学精准化,不仅要收集学生学习数据,还需从数据入手,重视数据的媒介作用,深层次对学生的知识认知与掌握情况进行分析与把握。具体对数据进行分析时,教师需注意以下两个方面。一方面,重视对学生测试耗时的分析,观察学生完成测试所用时长,以了解学生对知识掌握和应用的熟练程度。另一方面,重视对考查知识点的分析,将此与学生成绩结合起来准确把握学生学习的薄弱之处。基于海量网络资料进行测试时,学生每次选到的题目往往不同,但解题思路、题型等可能多有类似,从上述两个方面展开分析,可以进一步准确把握学生的知识掌握情况。[6]

例如,在开展“基本不等式”部分知识教学时,由于该部分内容较多,既涉及不等式性质,又包括不等式解法及线性规划等,要求学生具备极强的数形结合思维、化归思想等素养,因此教师需要以数据为导向展开精准化教学。第一步,教师要在明确教学目标的基础上,引导学生制定学习目标,使学生能够有目的地展开学习。教师可结合已学单元的测试数据,整理学生测试成绩,以时间为测试轴,关注学生完成每道题目所用时间的区间,用时越短,说明学生对这道题对应的知识点掌握得越熟练,这样可以精准地把握学生每个知识点的掌握情况。据此,教师再继续以时间为测试轴,关注学生整个单元测试题目的完成时间,有些学生其中几道题的完成用时较长,但整个单元测试题完成用时较短,或者有的学生其中几道题完成用时极短,但整个测试题完成用时过长,从中可以看出前部分学生整体的知识掌握相对扎实,个别遗留问题需要重视与引导,后部分学生的情况则恰恰相反,那么教师就可以针对性地将学生掌握较差的知识点整理出来,再深层次围绕这些知识展开分析,总结学生出现问题的具体原因。例如,有的学生可能对线性规划方面的知识掌握较为薄弱,教师需要基于不等式部分知识,引导学生进一步学习掌握线性规划,让学生总结学习这部分知识时的常见错误,如不会应用数形结合等,教师据此重新调整教学计划,就能够实现对学生“基本不等式”部分知识的精准教学与引导。第二步,教师可以基于学生“基本不等式”知识点存在的欠缺,利用数据分析的结果,借助多媒体设备展开二次教学。通过直观演示的方式,让学生对这部分知识有更清晰的认知,再基于此进行启发教学,创设有趣的、反映生活的问题情境,充分激发学生的知识探求欲,引导学生积极主动参与学习。[7]

案例五:有人想要建面积20平的矩形花房,其中该花房靠门一面墙造价为160元/米,与门对应的那面墙造价为380元/米,另两侧的墙造价为240元/米,花房顶造价为320元/米,假定该花房修建时的理想高度为3.5米,如何才能在造价最低的情况下完成花房建设,预算为多少?

教师直接用几何画板演示的方式让学生更直接地理解花房的建设过程,引导学生基于不等式知识思考问题,在探究中享受获得,通过精准的教学指导与实践,帮助学生及时突破数学学习中的难点。

(三)以结果为依据,合理设计实施教学方案

教师不能缺少对学生学习结果的了解。例如,某学生成绩突出,但课堂上不爱举手发言,另一名学生成绩一般,却学习认真且态度端正,虽然教师需尽可能弱化成绩带来的影响,但不可否认,成绩是体现学生学习结果最明显、最直接的工具,教师只有适当关注学生成绩,重视对结果的反馈和应用,才能更准确地掌握学生学情和学习效果。由于学生间个体差异明显,即便同一知识点,不同的学生会出现的错误与问题也不尽相同,因此,教师要基于大数据落实精准化教学,要以结果为依据进行教学方案设计。教师要依据学生学习成绩把握学生的学习结果走向,例如,哪些学生成绩稳定,知识掌握扎实,哪些学生成绩变幅大,需要重点关注引发成绩跃迁的原因。对结果有整体把握后,再追根溯源去发现问题,总结原因,进而进行计划调整,这样才能够遵循学生实际,使教学方案与学生需求相契合。

以“函数”部分知识为例,教师要进行数据分析,依据最终的教学结果来设计教学方案,可以借助探究式学习和合作学习,先让学生回忆以往学过的概念性知识以及例题,再让学生从教材入手,对其中的例题进行解读,然后选择几道难度一致的题目启发学生触类旁通地解答,并要求在学生完成解答后,两两一组自创一些相似例题来加深对函数本质的理解。基于此,教师依据自身对学生的了解程度和自我的教学预期,为学生设计当堂练习题目,让学生在线答题,根据答题结果分析学生学习情况,进而制定计划,如怎么设计知识要点,在哪部分穿插典型例题,学生容易在哪部分出现错题难点等,在此基础上教师能够有效、有序地推进教学,从而使学生由简到难、循序渐进地完成“函数”部分知识的学习。

案例六:某一渔场当前最大的淡水鱼养殖量为n吨,但事实上,为了让淡水鱼有足够的生长空间,该渔场的实际淡水鱼养殖量远不足n吨。已知该渔场的淡水鱼鱼群年增长量x吨与实际养殖量与养殖场空闲率的乘积为正比,比例系数为r。

(1)写出x关于y的函数关系式,并明确该函数的定义域;

(2)试求出该渔场鱼群的最大年增长量值;

(3)试计算鱼群年增长量为最大值时r的取值范围。

学生在思考与解决现实问题的过程中,可增强对知识和概念理解,并学会归纳相同类型的题目,后续遇到相关的题目,就能够触类旁通地迎刃而解。

(四)以目标为引领,构建分层教学模式

基于大数据技术,教师还可以充分展开分层教学,进一步让课堂教学变得更加精准。教师可依据学生的实际情况,将教学目标拆解开,并依据不同学生擅长的内容进行拓展,让学生在多层次的学习目标与计划中,相互交流沟通,共同学习进步,以此来加深学生对知识的认知与理解。

以“向量应用”部分知识为例,整体的教学目标是要求教师引导学生掌握平面向量相关表示方法及运算规律,让学生能够基于平面直角坐标系的准确构建,提升学生的想象思维,培养学生数形结合的能力。鉴于此,教师可以将整体目标分解为多个子目标,让学生掌握平面向量的基本定理及坐标表示方法,以及平面向量的基本应用思路。先基于课前测试结果掌握学生知识体系构建情况,再制定四维目标,进行目标细化,充分满足每一层级学生的学习需求,创设“向量有大小、方向,有代数、几何双重特征,借助向量我们可以将很复杂的现代数学问题转化为更具象化的几何问题,因此向量是当之无愧的数形结合桥梁,那么向量究竟有什么几何意义?”这样的问题情境,可以让学生在回顾旧知的同时,引入新知,不同层级的学生都能够据实掌握自身所学知识,获得更多的成长机遇,在增强学习自信的同时,强化对知识的理解与应用。

(五)以评价为指导,重视建立多元评价体系

现代教育区别于传统教育的特点之一是越来越重视教学评价的应用。而依据大数据技术来构建教学评价体系,不仅可以保障评价体系的多元,而且可以让高中数学教学更趋精准化。教师可以依据学生学情、知识内在关联、学生学习需求等来构建多元教学评价,既要保证评价主体是多元的,又要确保教学手段与方法的丰富多元,这样大数据技术才能更好地发挥作用,评价数据与学生实际也能够更一致。[8]

以“基本图形位置关系”教学为例,该部分知识点涉及空间点、线及平面位置关系等。基于此构建多元评价体系,一是要考查学生对平面基本性质相关知识的掌握情况,二是要考查学生对此部分知识与已学相关知识关联性的解读情况。在具体的评价中,可以设置学生自评、学生互评、教师评价等多元主体评价方法,以此达到教学评价的目的。对于教学评价的结果,教师需要合理利用,将其与收集到的学生学习数据结合起来,进一步掌握学生的学情变化,进而重新审视教学计划,通过调整使教学方案更贴合学生的实际需求,有效提高数学教学效率。

四、结语

高中数学教师通过对大数据的分析与挖掘,能够了解学生的学习兴趣与需求,进而为学生提供丰富多样、符合学生实际学习需求的个性化教学内容与教学方案。基于此,高中数学教师在开展教学活动时,可以运用大数据技术对学生进行全面细致的了解,从而有针对性地为学生提供个性化学习方案,这也是高中数学精准教学实施的有效路径。