蔣 雷 朱婷婷

（廣東白云學(xué)院大數(shù)據(jù)與計算機學(xué)院數(shù)據(jù)工程系，廣東 廣州 510450）

1 引言

隨著移動物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、移動端設(shè)備和應(yīng)用的普及，越來越多的新型學(xué)習(xí)方式不斷涌現(xiàn)并被人們關(guān)注，如移動學(xué)習(xí)、個性化學(xué)習(xí)和碎片化學(xué)習(xí)。高等學(xué)校走在教書育人的前沿，因此受到來自各方面變化的挑戰(zhàn)，特別是在教學(xué)理念、教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)方案等方面都受到了前所未有的挑戰(zhàn)。

精準(zhǔn)教學(xué)模式起源于20世紀(jì)90年代的美國，是由林斯利(Lindsley)在斯金納(Skinne)的行為學(xué)理論基礎(chǔ)上總結(jié)歸納出來的教學(xué)方法。這種教學(xué)方法的主要目的是針對不同人群設(shè)計不同目標(biāo)、精選不同教學(xué)內(nèi)容，監(jiān)控并分析學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)和學(xué)習(xí)效果，為后續(xù)教學(xué)提供數(shù)據(jù)參考[1]。

引入新的教學(xué)模式會對教師的授課方式產(chǎn)生一定影響，同時也會提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和知識遷移能力，促進學(xué)生深入探究學(xué)科內(nèi)涵。本文通過對具體教學(xué)案例的分析，總結(jié)了數(shù)據(jù)導(dǎo)入與預(yù)處理課程中精準(zhǔn)教學(xué)的應(yīng)用模式：運用新興的人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)分析學(xué)生學(xué)情，教師與學(xué)生線上線下實時互動，培養(yǎng)學(xué)生自主探究能力和創(chuàng)新思維能力，提高學(xué)生綜合素質(zhì)并提升教學(xué)質(zhì)量。

2 精準(zhǔn)教學(xué)模式的應(yīng)用

從精準(zhǔn)教學(xué)實踐方面看，當(dāng)前已有多種教育、教學(xué)類平臺、APP，用以收集、分析和測評學(xué)情，進而為教學(xué)模式創(chuàng)新提供數(shù)據(jù)支持。如鄭林、羅瑩等人用“智慧學(xué)伴”采集學(xué)習(xí)過程中各學(xué)科學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、通過微測試題和總測試題對學(xué)生學(xué)情進行全面的測評與診斷，還可有針對性地推送微課資源等[2]。

雖然多種平臺、系統(tǒng)大量涌現(xiàn)，但精準(zhǔn)教學(xué)模式仍未發(fā)展成熟，本質(zhì)上仍是以傳統(tǒng)教學(xué)模式為主。要想真正發(fā)展學(xué)生個性化學(xué)習(xí)、培養(yǎng)創(chuàng)新思維和自主探究能力，還是要通過充分利用大數(shù)據(jù)分析結(jié)果。我院擁有業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的“LMS智能學(xué)情分析系統(tǒng)”（以下簡稱LMS），運用科技手段對學(xué)生學(xué)情進行全方位監(jiān)測和數(shù)據(jù)化分析。該系統(tǒng)實時捕捉并量化學(xué)生學(xué)習(xí)行為，將其轉(zhuǎn)化為有價值的信息。教師通過后臺實時數(shù)據(jù)反饋清楚掌握學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)學(xué)生沒有預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、做作業(yè)、線上測驗等異常行為，可向?qū)W生發(fā)起手機短信、QQ或微信提醒。截至目前，我院教師已累計發(fā)起2160次提醒，極大提升了線下學(xué)習(xí)的效率和質(zhì)量。學(xué)生完成每課測驗后會在10秒鐘內(nèi)收到一份個性化學(xué)習(xí)報告，清晰掌握自己的在線時長、上課進度、答題正確率等學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。

此外，LMS通過知識圖譜對學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)進行挖掘分析后還會生成階段性學(xué)習(xí)報告、結(jié)課報告，精確定位學(xué)生知識薄弱點。這不僅讓學(xué)生更清晰透明地了解學(xué)習(xí)進度，還有利于教師進行針對性輔導(dǎo)，也方便教師根據(jù)群體薄弱點進行針對性備課。截至目前，LMS已累計生成約49000次課堂報告。

我院通過對產(chǎn)品的AI研發(fā)，構(gòu)筑了完整的教學(xué)生態(tài)，可為學(xué)生提供網(wǎng)課、智能練習(xí)、難題解析等多元化智能教育服務(wù)，輔助學(xué)生系統(tǒng)性、高效率地實現(xiàn)學(xué)習(xí)閉環(huán)。

3 基于LMS的精準(zhǔn)教學(xué)模式實施途徑

在現(xiàn)有教學(xué)環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上，通過對精準(zhǔn)教學(xué)理論的研究發(fā)現(xiàn)，以現(xiàn)有LMS的功能為基礎(chǔ)可總結(jié)出基于人工智能與大數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)教學(xué)流程，如圖1所示。

圖1 大數(shù)據(jù)背景下的精準(zhǔn)教學(xué)流程

在該流程中要關(guān)注以下幾點：

首先，充分調(diào)動學(xué)生的主動性，對每一章節(jié)均需根據(jù)學(xué)情設(shè)置符合生活經(jīng)驗的情境，在情境中激發(fā)學(xué)生探究的主動性。

其次，有效訪問。課件和其他教學(xué)資料是師生間的重要交互載體，要保證大多數(shù)師生在校內(nèi)、校外都能順暢、安全地接收、發(fā)送和閱讀資料。

最后，精準(zhǔn)實施。要達到教學(xué)目標(biāo)，需要在教學(xué)過程中嚴(yán)格按照設(shè)計方案實施教學(xué)活動。

本研究以該流程為依據(jù)，探索出精準(zhǔn)教學(xué)模式在授課實踐中的四條有效途徑。

3.1 精準(zhǔn)化教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)中應(yīng)把籠統(tǒng)、抽象的目標(biāo)分解為小的、可量化的目標(biāo)，教師才可以針對小目標(biāo)進行精準(zhǔn)教學(xué)，如可按具體任務(wù)對目標(biāo)進行劃分，使每個目標(biāo)下出現(xiàn)更多、更具體的子任務(wù)或子目標(biāo)，從而使目標(biāo)變得更加精確化、可量化，以促成教學(xué)針對性強、學(xué)生接受程度高的教學(xué)效果。在數(shù)據(jù)導(dǎo)入與預(yù)處理課程中的“數(shù)據(jù)清洗”章節(jié)中的教學(xué)目標(biāo)可細化為“15～20分鐘內(nèi)完成‘使用JavaScript代碼組件清理數(shù)據(jù)’的課堂練習(xí)，錯誤數(shù)不超過3項”，加上操作速度的要求后，精準(zhǔn)教學(xué)的流暢度也大幅提升。

每個小目標(biāo)都應(yīng)有具體案例與之相對應(yīng)，讓學(xué)生在某種情境下寫代碼，寫出的代碼可以解決該情境下的問題；還可在目標(biāo)實現(xiàn)中設(shè)置問題和陷阱，使學(xué)生在探索中打破原有的認(rèn)知限制，重新認(rèn)識問題的本質(zhì)。具體分解見表1。

表1 教學(xué)目標(biāo)拆分示例

以上的目標(biāo)精準(zhǔn)化促使學(xué)生對每個子目標(biāo)進行分析、探究，學(xué)習(xí)效果與教學(xué)目標(biāo)都達到了令人滿意的效果。

3.2 預(yù)習(xí)內(nèi)容的精準(zhǔn)挖掘

授課前，教師依據(jù)教學(xué)目標(biāo)、學(xué)生的知識儲備和個性化需求調(diào)查結(jié)果，搜集、制作相關(guān)學(xué)習(xí)資料并在課前通過LMS平臺推送給學(xué)生。學(xué)生自主查看資料、完成測驗，與同學(xué)和教師交流并解決問題，不斷提升發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。教師通過LMS平臺全方位掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，包括資料下載人次、已觀看的在線視頻、測試成績?nèi)绾?、提出和討論過哪些問題等，這些數(shù)據(jù)對調(diào)整教學(xué)重難點、優(yōu)化教學(xué)方案等具有重要作用。

具體案例：“Kettle作業(yè)設(shè)計”這一章的內(nèi)容是完成一項綜合訓(xùn)練，傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計給學(xué)生帶來了非常大的學(xué)習(xí)困難，本章不僅是對前面各章節(jié)內(nèi)容的總結(jié)和綜合應(yīng)用，而且還帶有一定的難度升級，如大作業(yè)的步驟多達十幾步、每個步驟處理的數(shù)據(jù)量達到萬級，如不經(jīng)事先設(shè)計和優(yōu)化，會長時間卡在某個步驟且找不到出錯原因。這就需要教師對預(yù)習(xí)內(nèi)容的設(shè)定進行查缺補漏，對本章內(nèi)容的復(fù)雜性進行預(yù)警，提高預(yù)習(xí)難度，才能達到理想的教學(xué)效果。

建議預(yù)習(xí)內(nèi)容設(shè)計如下：

（1）鞏固前面章節(jié)的知識點和操作，以其中一個操作為例，擴大數(shù)據(jù)量，觀察出現(xiàn)的問題并嘗試解決。

（2）預(yù)習(xí)本章知識點，嘗試大作業(yè)的建立和運行，思考為什么會有“執(zhí)行路徑”這個概念。

針對以上兩個問題大部分同學(xué)都參與了討論，如有同學(xué)提出數(shù)量增大后，程序確實運行很長時間沒有結(jié)果，應(yīng)該停止程序并找到出錯信息。這一推導(dǎo)又找出了第二個問題的答案，既然某步驟容易出錯或運行時間長，那么在多步驟作業(yè)中，能否在大而長的步驟執(zhí)行過程中，在另外一條路徑中執(zhí)行多個短而小的步驟，從而達到充分利用系統(tǒng)資源的目的，教師在課堂上只需針對這兩個問題進行引導(dǎo)和總結(jié)，即可解決本章知識難點。

總結(jié)：這一設(shè)計的改進在于將教學(xué)重點從課中改為了課前。這種學(xué)習(xí)方式是學(xué)生根據(jù)預(yù)習(xí)要求進行自我學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)過程整體上呈現(xiàn)出積極主動的狀態(tài)，自然提高了學(xué)習(xí)質(zhì)量。

3.3 開展多樣化教學(xué)活動

教師可通過LMS平臺開展知識點討論、直播授課、錄播授課等多種教學(xué)活動，授課對象既可以是整個班級，也可以具體都某個學(xué)生或者某個學(xué)習(xí)小組，學(xué)生遇到問題時可在任何階段向教師提問。教師對學(xué)生存在的共性問題以及重點知識、課外練習(xí)進行集中講解和拓展。

3.4 精準(zhǔn)化教學(xué)考評機制

傳統(tǒng)教學(xué)模式的考評是將課程總分按一定比例分配在簽到簽退、課堂表現(xiàn)、階段測試和期末考試成績四個方面，綜合得出最后分?jǐn)?shù)來進行評定?；谌斯ぶ悄芘c大數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)教學(xué)模式從學(xué)習(xí)進度、學(xué)習(xí)動機和總結(jié)性評價三個方面客觀考查學(xué)生的學(xué)情和成果，最終生成可視化報告，與前述精準(zhǔn)化教學(xué)目標(biāo)、預(yù)習(xí)內(nèi)容的精準(zhǔn)挖掘、開展多樣化教學(xué)活動形成完整閉環(huán)?？己藬?shù)據(jù)中，學(xué)習(xí)進度數(shù)據(jù)考查學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過程中相應(yīng)知識單元的完成情況；學(xué)習(xí)動機數(shù)據(jù)通過平均簽到率和任務(wù)平均完成率評價學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意愿強弱；總結(jié)性評價考核全體學(xué)生平均成績與成績分布、教學(xué)質(zhì)量與學(xué)習(xí)效果、教學(xué)目標(biāo)完成情況等。教師依據(jù)以上統(tǒng)計結(jié)果對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和結(jié)果進行客觀分析，調(diào)整和優(yōu)化教學(xué)設(shè)計。

4 教學(xué)效果分析

為檢測精準(zhǔn)教學(xué)模式在教學(xué)中的實際效果，筆者以數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的兩個班級的學(xué)生為研究對象，進行了數(shù)字化分析和對比。每個班有效人數(shù)為49和51，由同一名教師授課。正式授課前，首先對學(xué)生進行基礎(chǔ)測試，接著對實驗班采用精準(zhǔn)教學(xué)模式授課，對傳統(tǒng)班則依然按照傳統(tǒng)教學(xué)模式上課。課程結(jié)束后的成績測驗證實了精準(zhǔn)教學(xué)模式在實際應(yīng)用中確實有比較好的效果：

首先，檢驗兩個被試班級的課前基礎(chǔ)，授課前兩個班的基礎(chǔ)水平接近。

其次，檢驗兩個被試班級被授課后成績的差異性，兩種授課模式的教學(xué)效果有顯著差異。實施精準(zhǔn)教學(xué)后，實驗班平均成績達到93.35分，較授課前提升了8分，而傳統(tǒng)班平均成績變化不大，仍然在85分左右。此外，實驗班有44位同學(xué)取得了優(yōu)異的成績（95分），全班最低分85分（傳統(tǒng)班的平均成績），在總?cè)藬?shù)只有49人的情況下，出現(xiàn)了成績差1分排名相差40多位的激烈競爭局面，這更加說明精準(zhǔn)教學(xué)模式對課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果具有顯著促進作用，證明了精準(zhǔn)教學(xué)的可行性及可操作性。

5 與傳統(tǒng)精準(zhǔn)教學(xué)模式的區(qū)別

本研究的結(jié)論和效果與應(yīng)用“智慧學(xué)伴”系統(tǒng)等傳統(tǒng)精準(zhǔn)教學(xué)方式有一定的區(qū)別：

（1）教學(xué)目標(biāo)量化程度不同。本研究中的教學(xué)目標(biāo)對實踐教學(xué)、理論教學(xué)及學(xué)習(xí)效果等均有詳細（可分解）、可量化的明確規(guī)定，以滿足人才培養(yǎng)方案和學(xué)生就業(yè)要求。無法量化的教學(xué)目標(biāo)會影響考核準(zhǔn)確性，進而影響畢業(yè)率和就業(yè)率。而傳統(tǒng)精準(zhǔn)教學(xué)模式的目標(biāo)量化存在松弛因子，即允許在一定程度上調(diào)節(jié)達成度，且多數(shù)目標(biāo)只體現(xiàn)考試成績。

（2）解決的學(xué)習(xí)需求不同。本研究中教學(xué)以啟發(fā)為主，對學(xué)習(xí)內(nèi)容的寬度和深度只做底線要求，不做上限要求。學(xué)生以自學(xué)為主，LMS平臺線上收集的學(xué)情價值遠高于傳統(tǒng)精準(zhǔn)模式，教師教學(xué)針對性更強、教學(xué)質(zhì)量更高、學(xué)生學(xué)習(xí)效率更高、學(xué)習(xí)效果更好。而傳統(tǒng)精準(zhǔn)教學(xué)模式的線上學(xué)習(xí)往往只作為線下學(xué)習(xí)的補充和拓展，授課方式仍以單向傳輸為主，學(xué)生多數(shù)情況下被動接受知識，雖有一定的方式方法支持精準(zhǔn)定位學(xué)生需求、學(xué)習(xí)痛點與難點，但由于精準(zhǔn)度不高，只對解決大多數(shù)同學(xué)的薄弱點有較好效果，無法解決學(xué)生學(xué)習(xí)個性化需求，在激發(fā)學(xué)習(xí)興趣方面不及本文的研究成果。

（3）教學(xué)活動多樣性不同。本研究開展并實施了多樣化教學(xué)，包括但不限于第二課堂、翻轉(zhuǎn)課堂、頭腦風(fēng)暴、課堂辯論、問卷調(diào)查、工廠式教學(xué)、各種比賽競賽等，讓學(xué)生在多場景下找到興趣點、切入點，激發(fā)學(xué)習(xí)動力，以更多方式獲得知識而不僅僅是課堂學(xué)習(xí)，充分滿足其個性化學(xué)習(xí)需求。而傳統(tǒng)精準(zhǔn)教學(xué)模式中，學(xué)生大部分時間在課堂上，無論怎樣改良教學(xué)設(shè)計，都無法突破課堂時間限制讓他們充分地相互間討論、與老師辯論，即便應(yīng)用了人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)對學(xué)情進行分析、產(chǎn)生了同樣類型的報告，其結(jié)果也不夠全面和精準(zhǔn)，解決問題的能力只能說相對傳統(tǒng)教學(xué)有所改進。

（4）考核方式不同。本研究采用形成性考核方式，既包括最終的考試成績與作品設(shè)計，也注重平時的學(xué)習(xí)過程，如對于偏理論的課程，考試成績完全相同的兩名學(xué)生的平時成績可能相差很大，一名同學(xué)是為了考試而只學(xué)習(xí)課本知識，另一名同學(xué)則平時就注重基礎(chǔ)理論研究，期末除了考試成績與上一名同學(xué)一樣之外，還在教師的指導(dǎo)下發(fā)表了學(xué)術(shù)論文。因此對學(xué)生的考核方式應(yīng)該是彈性的，能夠全面體現(xiàn)學(xué)習(xí)成績的。而傳統(tǒng)精準(zhǔn)教學(xué)模式中的考核是硬性的，達成難度本來就高，再增設(shè)多樣化、個性化的指標(biāo)會給學(xué)生增加負擔(dān)，就考核本身而言是很難提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和發(fā)揮學(xué)習(xí)潛力的，即便某科目考試成績可通過比賽成績或證書替換，那也只是少數(shù)特長生能做到的。

綜上所述，精準(zhǔn)教學(xué)模式的實際效果不僅僅依賴于理論本身，它與教學(xué)管理模式、授課對象、學(xué)習(xí)需求、考核方式及考核目標(biāo)等都有千絲萬縷的聯(lián)系。在人工智能和大數(shù)據(jù)背景下，人工智能技術(shù)好比是精準(zhǔn)教學(xué)模式的“血液循環(huán)系統(tǒng)”和教育教學(xué)創(chuàng)新的“試驗田”，它將助推教育的變革創(chuàng)新，加快教育精準(zhǔn)化的進程。

6 結(jié)語

本文的教學(xué)創(chuàng)新研究，既可為精準(zhǔn)教學(xué)研究提供理論參考，也可為滿足大數(shù)據(jù)時代教學(xué)需求的教育界同行提供實踐數(shù)據(jù)。

LMS平臺目前還不支持授課時“實時課件推送”和“多次課件推送”，只具備基礎(chǔ)的“資料上傳”和“定向發(fā)送”（如發(fā)送給指定班級）功能，因此阻礙了精準(zhǔn)教學(xué)的路徑實施。為更好地支持學(xué)院精準(zhǔn)教學(xué)的教研教改工作，計劃在平臺內(nèi)推出“課件推送”模塊，將更好地為精準(zhǔn)教學(xué)實踐提供支撐，推動高質(zhì)量教學(xué)工作的可持續(xù)發(fā)展。