《中國教育現(xiàn)代化2035》明確提出加快信息化時代教育變革，推動規(guī)?；逃c個性化培養(yǎng)的深度融合。在此背景下，高中物理教學(xué)亟須探索基于數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)評價模式。筆者以單元教學(xué)為載體，以物理觀念和科學(xué)思維為核心維度，借助數(shù)據(jù)賦能構(gòu)建學(xué)生思維素養(yǎng)畫像，旨在破解傳統(tǒng)評價維度單一、反饋滯后等痛點(diǎn)。筆者以高中物理“機(jī)械能守恒定律”單元為例，應(yīng)用認(rèn)知診斷理論與多模態(tài)數(shù)據(jù)采集技術(shù)[1，建立“定標(biāo)一測量一繪制”三位一體的評價體系，為實(shí)現(xiàn)學(xué)評深度互嵌提供可操作路徑。

一、數(shù)據(jù)畫像構(gòu)建的框架與路徑

評價體系由以下3點(diǎn)支撐： ① 精準(zhǔn)定標(biāo)一錨定畫像比例尺，即依據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“課標(biāo)”）學(xué)業(yè)質(zhì)量水平，開發(fā)指向思維素養(yǎng)的測評目標(biāo)； ② 精準(zhǔn)測量一一反映學(xué)情素養(yǎng)點(diǎn)，即整合測評工具與其他資源開展多模態(tài)的數(shù)據(jù)采集，以開展多維度的測量； ③ 精準(zhǔn)繪制一一構(gòu)建多維學(xué)情圖，即分析形成學(xué)生能力個性化的畫像，反饋學(xué)情以提供多樣化教學(xué)策略促進(jìn)學(xué)生提升。

（一）技術(shù)支撐體系設(shè)計

在構(gòu)建學(xué)生思維素養(yǎng)數(shù)據(jù)畫像的過程中，技術(shù)支撐體系的設(shè)計至關(guān)重要。筆者構(gòu)建了一個硬件、軟件、資源三位一體的技術(shù)支持框架，以確保數(shù)據(jù)的全面采集與精準(zhǔn)分析。

在硬件配置方面實(shí)現(xiàn)了全場景覆蓋的智能終端支持。均配備平板電腦，結(jié)合集成圖像聲音采集分析系統(tǒng)的智慧教室，能夠?qū)崟r捕捉學(xué)生的課堂表現(xiàn)；實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)集成了力、位移等傳感器，精確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；行為采集設(shè)備，如智能筆、眼動儀和腦電波檢測儀，用于收集分析學(xué)生解題習(xí)慣與注意力分布。這些設(shè)備共同作用，能夠完整記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡。

在軟件平臺方面集成了學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)（L-MS）與數(shù)據(jù)分析引擎。LMS整合了課前預(yù)習(xí)、課堂互動、課后作業(yè)等模塊，實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)過程的全面記錄；數(shù)據(jù)分析引擎則采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，挖掘數(shù)據(jù)，生成學(xué)習(xí)報告，構(gòu)建數(shù)據(jù)畫像。

在資源體系方面開發(fā)了匹配不同思維層級的微課資源庫。每課時設(shè)置基礎(chǔ)、提升、拓展三級學(xué)習(xí)包：基礎(chǔ)包面向全體學(xué)生，講解核心概念和基本方法；提升包針對中等生，提供典型例題和變式訓(xùn)練；拓展包則面向?qū)W有余力的學(xué)生，引入前沿科技和跨學(xué)科應(yīng)用案例。

（二）實(shí)施路線圖設(shè)計

在實(shí)施路徑上，筆者采用了雙循環(huán)推進(jìn)模式，以確保評價體系的科學(xué)性和可操作性。

在構(gòu)建層面，分“標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化 工具開發(fā) 畫像生成”三階段，將課標(biāo)要求轉(zhuǎn)化為可觀測的素養(yǎng)指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化階段，依據(jù)課標(biāo)細(xì)化物理觀念和科學(xué)思維的具體表現(xiàn)；工具開發(fā)階段，設(shè)計了認(rèn)知評價量表等工具；畫像生成階段，利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)，將多維數(shù)據(jù)整合為可視化畫像。

在應(yīng)用層面，設(shè)計了“前測診斷 精準(zhǔn)教學(xué) 后測驗(yàn)證”流程，實(shí)現(xiàn)教學(xué)評的動態(tài)調(diào)適。前測階段實(shí)施診斷性測驗(yàn)，以了解學(xué)生初始水平；精準(zhǔn)教學(xué)階段根據(jù)前測結(jié)果調(diào)整教學(xué)策略和資源推送；后測階段實(shí)施形成性評價檢驗(yàn)教學(xué)效果。

基于上述考慮，筆者設(shè)計了指向高中物理思維素養(yǎng)的數(shù)據(jù)畫像構(gòu)建流程（如圖1）。

二、物理思維素養(yǎng)畫像的生成機(jī)制

（一）素養(yǎng)指標(biāo)的量化轉(zhuǎn)化

描繪數(shù)據(jù)畫像的前提是確定測量框架。筆者制作了一把“比例尺”，用以厘清學(xué)生屬于哪一層次。這把“比例尺”上的刻度是學(xué)生素養(yǎng)水平，結(jié)合單元統(tǒng)整性與素養(yǎng)性的特點(diǎn)，以物理觀念和科學(xué)思維作為素養(yǎng)水平的兩個維度。

筆者基于課標(biāo)構(gòu)建了二維評價坐標(biāo)系。以物理觀念結(jié)構(gòu)化為橫軸，繪制“功 能量轉(zhuǎn)化 守恒定律與功能關(guān)系”的概念進(jìn)階圖譜（如圖2），并設(shè)置了知識節(jié)點(diǎn)掌握度指標(biāo)（如重力勢能計算準(zhǔn)確率 ? 8 0 % ）。以科學(xué)思維層級化為縱軸，將5級思維水平轉(zhuǎn)化為具體行為表現(xiàn)（見表1），建立了“模型建構(gòu) 推理應(yīng)用 質(zhì)疑創(chuàng)新”觀測矩陣。

（二）多源數(shù)據(jù)融合分析

精準(zhǔn)測量學(xué)生學(xué)情是素養(yǎng)畫像的核心工作。筆者構(gòu)建了三位一體的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，以全面反映學(xué)生的多維學(xué)情。

在認(rèn)知診斷數(shù)據(jù)方面，采用Q矩陣算法編制測驗(yàn)，識別概念聯(lián)結(jié)斷點(diǎn)。筆者將素養(yǎng)水平分級，每個等級對應(yīng)不同的物理觀念和科學(xué)思維水平（見表2）。在行為過程數(shù)據(jù)方面，采集了實(shí)驗(yàn)操作時長、微課回看次數(shù)等過程性指標(biāo)。在成果產(chǎn)出數(shù)據(jù)方面，運(yùn)用自然語言處理技術(shù)分析解題表述的邏輯完整性，并應(yīng)用屬性層級模型展示了各知識點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系[2（如圖3）。

筆者采用R矩陣表示屬性層級模型輔以擴(kuò)張算法，得到學(xué)生的掌握模式。利用K-means聚類算法分析學(xué)生認(rèn)知診斷數(shù)據(jù)，判斷其對于各屬性的掌握程度，進(jìn)而診斷其處于何種素養(yǎng)水平。

（三）個性化畫像生成

筆者開發(fā)了三層遞進(jìn)式畫像模型，以呈現(xiàn)學(xué)生思維素養(yǎng)。表層顯性層以可視化熱力圖方式呈現(xiàn)學(xué)生對各知識點(diǎn)的掌握情況。多模態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄學(xué)生課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況和實(shí)驗(yàn)操作過程，為精準(zhǔn)評價提供了豐富的數(shù)據(jù)支撐（見表3）。中層關(guān)聯(lián)層基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分析錯誤模式的因果關(guān)系鏈，幫助學(xué)生深人分析錯誤原因。深層素養(yǎng)層則生成包含思維敏捷性、嚴(yán)謹(jǐn)性等5維度的雷達(dá)圖，采取微課資源建設(shè)和補(bǔ)救教學(xué)措施，幫助學(xué)生拓展知識、提升能力。

三、教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用與迭代優(yōu)化

筆者利用數(shù)據(jù)畫像為學(xué)生提供針對性學(xué)習(xí)建議和支持，幫助他們解決學(xué)習(xí)中的問題。

（一）微課資源建設(shè)

微課資源是拓展糾正層面的重要工具。筆者根據(jù)數(shù)據(jù)畫像的診斷結(jié)果，自動在平板電腦上推送針對性的微課資源，幫助學(xué)生進(jìn)行自我補(bǔ)救。具體設(shè)計步驟如下：按知識點(diǎn)細(xì)化教學(xué)自標(biāo)，設(shè)計“典例 + 精講 + 總結(jié)”的微課模式，并借助云端服務(wù)器整合資源以供推送。

（二）補(bǔ)救教學(xué)措施

構(gòu)建循環(huán)實(shí)施的教學(xué)評一體分組教學(xué)模式?；跈z測結(jié)果分組，讓學(xué)生根據(jù)掌握情況進(jìn)入不同學(xué)習(xí)階段；依據(jù)反饋推送針對性資源，引導(dǎo)學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)；采取分組討論和教師一對一指導(dǎo)等措施，幫助能力較低的學(xué)生提升。

（三）系統(tǒng)優(yōu)化方向

未來，筆者將引入時間序列進(jìn)行分析，跟蹤思維發(fā)展的階段性特征；開發(fā)AR增強(qiáng)型實(shí)驗(yàn)?zāi)K，強(qiáng)化抽象概念的具象化表征；構(gòu)建跨單元知識遷移圖譜，揭示思維發(fā)展的縱向關(guān)聯(lián)規(guī)律。

應(yīng)用思維素養(yǎng)數(shù)據(jù)畫像可實(shí)現(xiàn)從經(jīng)驗(yàn)判斷向證據(jù)支持的范式轉(zhuǎn)型。未來，將著力突破學(xué)科思維與計算思維的融合壁壘，開發(fā)具有解釋性的人工智能診斷模型，推動物理教學(xué)評價向數(shù)字孿生階段邁進(jìn)，同時平衡數(shù)據(jù)驅(qū)動與教育溫度的關(guān)系。

注：本文系浙江省教研課題“指向科學(xué)高階思維的高中物理課例研究”（編號：G2024035）的研究成果。

參考文獻(xiàn)

[1]涂冬波，蔡艷，丁樹良.認(rèn)知診斷理論、方法與應(yīng)用[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

[2]朱國強(qiáng)，鮑成章，鄭睿雯，等，中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)操作評價實(shí)踐：以“測量做直線運(yùn)動物體的瞬時速度”實(shí)驗(yàn)為例[J].物理教學(xué)，2022（7）：26-29.

（作者鮑成章、張雪芳、朱國強(qiáng)系浙江省蕭山中學(xué)教師；屠旭濱系浙江省杭州市基礎(chǔ)教育研究室教研員）

責(zé)任編輯：祝元志