李江昊， 張寶榮， 劉燕燕

(燕山大學 信息科學與工程學院， 秦皇島 066004)

隨著數(shù)字化教學工具及平臺的大量出現(xiàn)和廣泛使用，幾乎所有的教學活動產生的數(shù)據(jù)都被記錄下來，教學不再是建立在經驗驅動基礎上，由數(shù)據(jù)驅動的教學將成為了這個時代的新范式[1]。

萬力勇等描述了數(shù)據(jù)驅動實現(xiàn)精準教學的框架和路徑，提及鼓勵教師利用教學數(shù)據(jù)設計促進學生自主發(fā)展的教學活動[2]。劉寧等基于智慧學伴工具進行了大數(shù)據(jù)促進精準教學的應用研究，設計了一套精準模式和自適應策略[3]。劉邦奇等則基于智慧課堂教育大數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)挖掘技術分析了師生互動指數(shù)[4]。

雖然教育數(shù)據(jù)已在質量監(jiān)測、教育決策等宏觀面開始向學校教學、學生學習等微觀面發(fā)展[5]，但是數(shù)據(jù)驅動在課堂教學以及驅動教學決策的研究上仍存在諸多不足[6]。

本文探索了數(shù)據(jù)驅動落地課堂教學，通過教學數(shù)據(jù)配合學情調查來指導教學設計和教學策略，從而使教學有據(jù)可依。

1 教學數(shù)據(jù)來源及構成

“數(shù)字電子技術基礎”(以下簡稱“數(shù)電”)課程各項教學活動都通過雨課堂[7]智慧工具開展，產生的教學數(shù)據(jù)在雨課堂中積累，其中一項主要是形成性考核的各項成績數(shù)據(jù)。

形成性考核以各類題測和小組項目為主，此外針對疫情期間線上教學師生不能謀面的特殊情況，特別增設了課程參與度考核，以課堂上手機發(fā)送的彈幕質量、答題拍照上傳件(投稿)的數(shù)量和課后作業(yè)提交次數(shù)作為考核指標，以督促學生線上出勤、認真聽課并積極參與課程學習。

2 教學框架設計與實施

2.1 技術與人性并存

數(shù)據(jù)驅動教學不是單純依靠數(shù)字，純數(shù)字是冰冷的，教學本身必須融入溫暖的人性。數(shù)據(jù)驅動的目的是為人性化的教學提供科學的方向指引，從而使學生更好地成長。此刻，數(shù)據(jù)也帶上了人性的溫度。信息時代的智慧教學應該是以學生為本，技術與人性并存呈螺旋式上升[8]。2020春季學期開始的線上授課帶來更深體會，隔著計算機屏幕和網(wǎng)絡，如果只是依賴技術，沒有溫暖的人性化融入，學生的心理收獲必然缺失。

2.2 問卷調查掌握學情

人性化教學首先需要掌握學生的心理狀態(tài)，“數(shù)電”課程分別在授課初期、中期進行了學情問卷調查。相比于以往調查多關注學習成績，本課程的初期問卷則側重學生性格(活躍、沉穩(wěn)、隨和、懶惰)、認知能力(強、一般、弱)和成績期望(優(yōu)、良、中、及)等凸顯學習者特征的調查，中期則從關懷角度進行了線上學習狀態(tài)、學習方式選擇的調查。調查的統(tǒng)計結果為后續(xù)設計和實施各項教學活動夯實了學情基礎。

2.3 教學框架與實施

課程的教學設計框架如圖1所示，包括教學數(shù)據(jù)分析與排名、作業(yè)練習的定向布置、拓展延伸三大模塊，實施則建立在學情基礎上，考慮學生狀態(tài)同時依據(jù)數(shù)據(jù)布置學習任務。

圖1 “數(shù)電”課程教學框架

1)教學數(shù)據(jù)表及應用

教學數(shù)據(jù)以“章”為單位進行統(tǒng)計，統(tǒng)計對象是形成性考核的各項數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)加權后得出綜合排名，并按分數(shù)高低將學生分為四個等級。為了弱化排名給學生帶來的壓力并增加此項教學的趣味性，將排名表命名為“數(shù)字江湖”。該表在每章結束后推送給全體學生，以使其了解自己及同學的學習情況，做到知己知彼。表1給出的是若干章匯總的情況。

表1 課堂教學數(shù)據(jù)統(tǒng)計表(部分)

統(tǒng)計表除呈現(xiàn)整個教學班的宏觀數(shù)據(jù)，還可以追蹤到每一個學生的微觀表現(xiàn)，如每個測題的選項、彈幕投稿具體內容等。對這些宏觀和微觀數(shù)據(jù)進行分析，可以幫助學生查漏補缺、幫助教師改進教學。如3號李同學，堂測成績偏低可能基礎薄弱，提交的投稿和作業(yè)未達規(guī)定數(shù)量說明課程參與不積極，基于這些數(shù)據(jù)便可和3號學生進行直接溝通，查找問題真正所在并予以督促。而對1號夏同學和4號杜同學，彈幕發(fā)送遠超規(guī)定數(shù)量，此時翻查具體內容，如發(fā)現(xiàn)較多重復、條目低質，也要進行提醒。

2)作業(yè)練習定向布置

作業(yè)練習對幫助學生復習、鞏固所學知識點有重要作用，根據(jù)學生的成績期望和雨課堂數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的學業(yè)能力，來進行分類定向布置。當學生既有較高期望又有較強能力，給其布置的作業(yè)難度標準要高一些，若兩個條件有其一不滿足，則分配普通標準的題目，具體人數(shù)則根據(jù)本章的學習數(shù)據(jù)排名確定。在完成基礎題目后，學生可自行選擇進階練習。在技術手段尚難實現(xiàn)大班教學真正個別化的情況下，這種分類差異化教學不失為一種解決方案。

習作的批閱也面臨工作量大的難題，解決方法是采取分層抽樣[9]，根據(jù)學生的學習成績抽取一定數(shù)量的樣本，具體為每班抽取6份，包括1名優(yōu)等生、3名中等生、2名差等生。4個班共抽取24份樣本，就基本掌握了整個大班的情況。

3)拓展延伸教學

調查中有學生建議加強知識的鞏固、復習和課堂實踐，因此拓展延伸教學著重于兩個方面。一方面是繪制課程知識點思維導圖，依據(jù)長時記憶的相關理論[10]，知識以圖式方式建立關聯(lián)之后，將有助于存儲與提取。導圖繪制采用“班內接力+班間并行”形式開展，班內接力指每個班內部分組并接力，每組繪制一個章節(jié)，班間并行指各班同步繪制。接力時要進行軟件講解、導圖展示和點評。導圖繪制如圖2所示，教師的職責是組織和指導，學生的自我實踐和展示成果傳授他人本身就有利于記憶的保持，圖3給出了學生繪制的導圖樣例。

圖2 接力繪制導圖教學設計圖

圖3 學生繪制的導圖樣例

另一方面是利用Multisim軟件進行電路設計與仿真，一共設計三檔內容，基礎例題、作業(yè)電路、綜合項目。基礎例題包括教材上的TTL門電路、時序電路分析、555定時器電路應用、模數(shù)和數(shù)模轉換功能測試等，作業(yè)電路包括計數(shù)器變模設計、用觸發(fā)器設計時序電路等，而綜合項目涉及555定時器和計數(shù)器配合實現(xiàn)照明延時、計數(shù)器和數(shù)模轉換器配合實現(xiàn)LED亮度控制等?；A例題電路由教師課前設計好，課上推送學生運行體會電路功能，課后作業(yè)和綜合項目則需要以個人或小組方式親歷設計，并提交電路文件、設計文檔和錄屏解說。

4)跟學、自學雙通道教學

由于課程課時長，長期線上教學易造成疲勞。在主體部分的教學完成后，適時進行了中期問卷調查，內容涉及學習狀態(tài)和學習方式的選擇。118名學生有111人進行了投票，結果有超過1/3的學生呈現(xiàn)線上學習疲憊狀態(tài)。根據(jù)學習方式統(tǒng)計結果調整了教學策略，對余下課程章節(jié)采取了同步跟學、異步自學兩種方式，其中跟學為57人占51%，自學(個人或小組)合計54人占49%，未投票者按跟學處理。對自學的學生不再要求線上出勤，但為避免放羊現(xiàn)象，設計了一套嚴格流程來監(jiān)管，如圖4所示。

圖4 自學監(jiān)控流程

教師提供自學提綱和資料，學生需提交有知識點問題解答的筆記，還需要完成作業(yè)或練習及參加評測。章節(jié)測驗結果顯示自學、跟學的平均成績無顯著差異，問卷統(tǒng)計有91%的自學學生對教師提供的輔助表示滿意。

3 教學評價與分析

評價基于連續(xù)兩年的結課問卷調查，2019年側重應用雨課堂的教學設計滿意度調查，授課對象是計算機科學與技術專業(yè)學生，總人數(shù)204人，回收問卷189份。評價結果如表2所示，教學設計滿意度98.9%，得到絕大部分學生的認可。

表2 學生對教學設計的評價(189人)

2020春側重對具體教學活動的認可度評價，授課對象為電子科學與技術專業(yè)學生，總人數(shù)118人，回收問卷112份。統(tǒng)計情況如圖5所示，各項得票均過半數(shù)，排名依次為導圖繪制、數(shù)據(jù)表、投稿彈幕和作業(yè)分類布置。此外，圖6單獨給出了將Multisim引入教學的評價，有65.2%的學生認為獲得了較大幫助，該軟件是疫情時期線上教學實體電路實驗板的替代方案，卻收到了意想不到的良好效果。

圖5 學生喜愛的教學活動投票結果(112人)

圖6 引入Multisim對學習的幫助(112人)

4 結語

本文以“數(shù)字電子技術基礎”課程為例，介紹了數(shù)據(jù)在驅動教學方面的應用探索研究，得到了一些有益的啟示，在充分的學情調查和教學數(shù)據(jù)支撐下做出的教學設計或決策更為合理。此外，如果將同一門課程連續(xù)幾年教學的調查與教學數(shù)據(jù)進行積累并做統(tǒng)一分析，形成教學上的迭代優(yōu)化，將更有益于課程的教學發(fā)展，這也是下一步的工作。