构建自适应评价系统开展学生技术实验教学

摘要：本文基于2024年泰山版《信息科技》的研发与试验，研究如何通过构建自适应评价系统，在基于信息系统进行的学生技术实验中，融合计算思维实施大单元教学，引导学生探究用评价要素、评价内容、难度指标等构建数据模型与设计算法。学生通过建立规范的试题仓库、按指标筛选试题、交互答题和机器自动评判的技术实验，最终形成能够让评价系统根据答题成绩自动推荐不同级别的评价方案，融通自适应评价的原理、数据和算法中的计算思维的应用。

关键词：自适应评价；信息系统；技术实验

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2024）19-0022-05

学生技术实验教学背景

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》提倡基于学生自适应评价的“教-学-评”一致性的教学实施。本教学设计是以“自适应评价信息系统的设计”为内容的技术实验。该技术实验课程以探究利用数字技术进行自适应评价为实验目的，以达成让技术为评价服务、以评价促进核心素养发展的课程目标。

该技术实验课为大单元实验教学，是基于九年级或八年级下学期学生已学习过信息科技的基本内容的学情，包含建立评价数据模型、生成评价算法、迭代自适应评价系统功能、泛化自适应评价应用等环节。学生根据自己在评价过程中的表现，不断调整评价的内容和难度，以个性化评价促进核心素养的可持续发展。

学生技术实验的单元目标

单元名称：构建自适应评价系统，赋能成长。

单元目标如下：

①认识数据模型对解决问题的重要性，实验利用数据模型创建规范的试题仓库。

②尝试试题的存储、检索、筛选，以及输出数据模型的建立与应用，实验按评价指标筛选并输出试题。

③学会利用数字交互技术进行自适应评价答题，让评价系统自动评判，并给出推荐评价方案。

学生技术实验的问题需求

学生已学习过互联网、物联网、人工智能等课程内容，核心素养得到了一定发展。如何更快捷地进行自我评价，发现问题，以更针对性地实现核心素养的可持续进步呢？

学生技术实验的内容规划

技术实验一：探析自适应评价数据模型的建设与应用（2课时）。

技术实验二：探索自适应评价答题与自动评判过程（2课时）。

技术实验三：探究自适应评价推荐方案的设计与应用（2课时）。

学生技术实验的基本过程

1.技术实验一

实验内容：探析自适应评价数据模型的建设与应用。

实验目的：①探析试题数据模型的组成，体验数据仓库文本文件的应用。②通过抽取试题、输出试题的技术实验，验证试题存储、检索和输出的数据模型及相关算法。③在技术实验中，初步培养应用试题数据仓库来存储、检索、输出数据的数字素养与技能。

实验原理：①建立数据模型。依据计算思维，首先了解如何分解问题，如何抽象特征、建立数据模型，达成选择题、填空题不同的试题存储数据模型。例如，选择题存储的数据模型为：=['试题编号：n'， '采用次数：m'， '试题类型：选择题'， '评价要素：C'，'难度系数：0.x'， '试题内容：text'， 'A.answer1'， 'B.answer2'， 'C.answer3'， 'D.answer4'，'试题答案：D'， '试题分值：x'，……]。该模型应用于文本文件存储为一行一项，应用于一维列表存储为每项一个试题要素。②文本文件读取及试题输出技术。用open（）、readlines（）等数据读取技术及列表数据结构的基础分析。③评价指标数据筛选模型。根据评价要素、难度系数等建立试题筛选数据模型，应用循环、分支结构程序构造枚举算法，实现试题筛选。

实验步骤：

（1）建立试题存储数据模型，将试题存储在文本文件中。

（2）从文本文件的试题数据仓库中读取数据（参考并补充“读取文本文件数据实验.py”），开展技术实验：

①确定试题仓库文本文件名，标识为变量fname。

②建立数据读取自定义函数data（filename），参数为文件名。

③定义试题读取列表d，清洗列表后为td，抽取选择题列表sd，抽取填空题列表fd等。

④用try尝试打开并读取gbk编码的文本文件，如果失败用except再试用utf-8编码文本文件。培养学生数据安全素养：读取文件中的数据之后要关闭文件，其核心实验技术为f=open（filename， "r"， encoding="gbk"）;d = f.readlines（）。

⑤实验测试，观察实验数据。

（3）建立输出试题的数据模型，用编号抽取试题并输出（参考并补充“输出试题实验.py”），开展技术实验：

①建立试题抽取与显示自定义函数choice（c），参数为题号。

②建立试题检索数据模型，并以x为循环变量构造枚举算法，在td中检索试题。

③建立试题输出数据模型，并显示试题，if td[x+2]=="试题类型：选择题"： print（td[x+5]）。

④返回-1为未找到相应试题。

⑤抽取试题，实验测试，观察实验数据。

（4）输出试题内容中的图片（参考并补充“输出试题图片实验.py”），开展技术实验：

①实验模块的安装（略），导入实验包括：import sys， os;

import matplotlib.pyplot as plt;from PIL import Image。

②判断当前试题内容是否有附图，若有则显示图片。重点技术：if "如图" in td[x+5][5：] or "下图" in td[x+5][5：]：img=f."/试题图库/试题{int（td[x][5：]）}.jpg"; image=Image.open（img）;plt.imshow（image）;plt.show（）。

③抽取试题，实验测试，观察实验数据。#可用技术迭代实现泛化系统的适应能力：使用try/except进行尝试容错。

（5）拓展实验：筛选试题，生成评价方案（参考“选择试题指标.py”和“输出生成试卷”），开展技术实验：

①剖析并运行程序，感受指标选择过程及其算法，即形成评价指标：zb=[评价要素，选择题数，填空题数，最高难度系数值，最低难度系数值]。

②剖析并运行程序，观察根据指标生成的试卷实验数据及实验结果。其重点技术为：构造灵活地字符串式难度系数筛选数据模型，记作ndxs；建立评价要素筛选数据判断模型，记作mk。形成整体评价指标筛选数据模型，用枚举算法抽取选择题，代码如下页图1所示。

③进行多次实验测试，观察实验数据的变化。

实验评价：

①实验过程评价：各小组或个人在技术实验等活动中的表现优点与问题进行过程自评记录。每项按星级划分等次，不设比例（如表1）。

②实验结果评价：各小组在班内展示实验作品，分析实验原理，交流实验收获。由各小组代表组成评委团进行评价。按星级评价，不设比例（如表2）。

2.技术实验二

实验内容：探索自适应评价答题与自动评判过程。

实验目的：①探究选择题的答题与评判过程，针对知识要点进行自我评价。②探究填空题的答题与评判过程，针对分析能力进行自我评价。③初步树立使用交互技术进行自我评价的数字素养与技能。

实验原理：①答题输入的内容校验，包括大小写容错、避免空内容输入等。②对应标准答案的提取数据模型，建立答题的评判算法。③记录答题情况，并建立答对率计算的数据模型，分析试卷答题成绩。

实验步骤：

（1）对选择题进行答题、评判、计分实验（参考并补充“选择答题与评判.py”），开展算法验证的技术实验：

①实验用paper（zb）生成试卷p，以选择题p[0]为参数传入选择题答题模块test1（sd），显示试题，并以srw记录当前题评价要素。

②对每一道选择题进行答题，输入选择项字母，并进行规范校验，如对.strip（）和.upper（）方法的用途进行试验数据观察。

③利用答案提取数据筛选模型来提取答案。

④验证算法，观察答案如何进行评判答题对错，计算总分，并在srw中记录对错情况。

⑤实验测试，观察实验数据。

（2）对填空题进行答题、评判、计分实验（参考并补充“填空答题与评判.py”），开展技术实验：

①实验利用paper（zb）生成的试卷p，以填空题p[1]为参数传入填空题评价函数test2（fd），显示试题，以frw记录试题评价要素。

②对每一道填空题进行答题。重点算法：对每道题一空一空地输答案，并进行规范校验。提取前当题所有空答案的数据模型后，按空回答（如图2）。

③对每空进行评判、计分算法实验，如下页图3所示。

④实验测试，观察实验数据。

（3）拓展实验：自动分析答题情况（参考并补充“答题分析.py”），开展技术实验：

①剖析并运行程序，分析理解答对率的计算数据模型，如选择题答对率计算模型： sr=round（len（[i for i in srw if "答对！" in i]）/（len（srw）/2） *100，1）。

②实验输出答题分析与答题记录情况：for i in range（0，len（srw），2）：print（srw[i]，srw[i+1]）。

③进行多次实验测试，观察实验数据的变化。

3.技术实验三

实验内容：探究自适应评价推荐方案的设计与应用。

实验目的：①利用数据来优化评价系统的反馈功能，提高自适应评价的质量。②利用不同的答题分析数据，进行不同级别指标的自适应评价，持续提升核心素养。③借助自动化技术来推荐新的评价方案，培养技术赋能成长的数字素养与技能。

实验原理：①根据试卷答题情况，形成不同的自适应推荐方案。

②利用难度系数自动调整进行相应评价要素的自适应评价方案推荐。

实验步骤：

（1）标记试题采用次数，避免重复做题（参考“在选择题答对后标记采用次数实验.py）”开展技术实验：

①在一道选择题答对之后，在原试题列表td中定位当前题的索引位置，然后对应到该题的“采用次数：”项的位置；取出原来的采用次数（加上1后）。

②参考选择题采用次数，为填空题答对时增加采用次数。注意，一题多空时，如果错可以设置采用次数为0。

③为试题筛选数据模型增加采用次数限制，应用采用次数筛选试题（如图4）。

④实验测试，观察实验数据。

（2）推荐评价方案，进行自适应评价（参考“在程序中使用循环多次抽题评价”），开展技术实验：

①根据已经计算出的答题成绩，以对答率来判断不同的水平，分出各类试题的同级评价和进阶评价方案设置。

②同级评价实验。即水平不达优秀的评价难度系数指标不变，其他指标也可以根据需要进行调整。如果选择题达标可以只设置选择题试题量为0。

③进阶评价实验。即对全部答题优异的，可以通过提高难度系数的方式进行进阶评价（如图5）。

④实验测试，观察实验数据。

（3）拓展实验：存储采用次数，记录学习进程（参考“推荐方案自适应评价采用次数.py”），开展技术实验的主要步骤为：

①试题仓库文件更新实验。先剖析程序，再运行程序，分析试题重写为文本文件的方法。实验数据写入文件的算法，是用循环结构对已经更新过采用次数的试题列表td，逐项用.write（i+"＼n"），其中涉及数据安全意识：写入前进行再次确认，以防错误写入，或先换名存储，或把原来文件先进行更换名称备份。

②清空采用次数技术实验。先剖析程序，再运行程序，同意清空，观察以前答对过的试题是否重新出现。

③进行多次实验测试，观察实验数据的变化。

单元技术实验结果的交流

通过实验结果的展示交流，进行学习反思。过程主要包括：

①小组展示，针对技术实验中的计算思维自评表进行实验成果的介绍与反思。

②设置学生点评团，提出问题进行微答辩。

③教师点评，指导如何提高。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]王爱胜.让实验教学更贴近“科与技”[J].中国信息科技教育，2024（05）：1.

苍山点题

在信息科技新课程中，大单元、逻辑主线、自适应评价、核心素养、学生实验等新事物层出不穷，但它们往往又各自只反映出一个角度、代表一个方面。若要让它们融通、协调地为课程实施服务，还需要具体的教学设计作为载体，才能实现数字素养与技能的培养具有可操作性并可持续发展。本期解码，基于此想法选择了两个最新的教学设计，它们都基于信息系统开展项目、探究、实验等活动，都以核心素养为培养目标，都以学习评价为主体内容等，具有很强的可操作性。但两篇文章的技术与应用侧重点不同。第一篇文章注重的是信息科技课程的学生作业设计，作业是内容，信息系统是作业评价的选题；第二篇文章注重的是信息科技课程的学生技术实验设计，信息系统是内容，自适应评价是信息系统的选题。

第一篇文章，作者从信息科技作业设计的原则、形态、类型三个方面，紧扣新课程理念，让作业设计方向更加明确清晰，融入分层探究、实验等多种灵活的学习策略，充分挖掘信息科技的算法、系统丰富内涵。文章结合具体的作业设计实例，让落实培养学生的核心素养变得具象化和可操作性，有利于提高学生的高阶思维。作业设计是教师教育教学基本功的重要组成部分，从一个侧面体现了教师的认知水平、生活态度、人生阅历、专业能力和职业素养。在注重学习评价和素养养成的当下，大家要对其引起足够的重视，践行“备-教-学-评”一致性的教学实施。

第二篇文章，作者以义务教育阶段后期自适应评价为选题，以自适应评价信息系统为技术实验内容，在实验中创新性地应用计算思维进行问题分解、建立数据模型、算法设计、技术迭代及功能泛化，通过技术实验逐步建立并完善自适应评价系统，借助补充完善半成品程序提高实验效率，达成建立数据模型、验证算法等原理认知，最终实现以数字技术进行自适应评价的数字素养与技能发展。文章主要分学生技术实验分析、学生技术实验设计两大部分，设计的实验内容、目的、原理、步骤与实验评价具体可行。限于篇幅，作者没有全面地分析具体的自适应评价机制，如答题分析、难度系数调整算法等，读者可以借助相关资源来体验与完善。

信息科技课程的定位是倡导核心素养发展与思维创新，因此，一线教师就更应保持开放与创新的视角与态度，从各方面引导，帮助学生探索自我发展的多种新路径，发挥技术的力量赋能学生的自我成长，进而体现培养学生数字素养与技能的功能、价值与意义。