浅析数据驱动视角下中职汽修精准教学支持系统的构建及应用

杭州市交通职业高级中学 祁长伟

随着信息技术的发展和在教学领域的深度应用，以数据驱动和量化研究为核心的精准教学使教学过程变得更为直观、智能和精准。精准教学的实施依赖于精准教学支持系统的有效设计与开发，依赖于精准教学支持系统提供的数据采集、数据分析、教学支持、学习支持等。本文以数据驱动为视角，以中职学校汽修专业的底盘常见项目检修课程为例，系统构建和开发了包含汽车虚拟实训平台和实训助手APP的精准教学支持系统，深化了精准教学支持系统的内涵，实现了学生理论学习和实践学习全过程学习数据的有效采集，可以支持学生自主学习和教师精准教学。

1 研究背景

教育部下发的《教育信息化2.0行动计划》中强调，要根据新环境下人才培养需要，突出以学习者为中心的教育理念，构建全新教育生态环境。在教学领域中开展精准教学、因材施教、分层教学等教学理念往往因教学资源、环境及技术的限制而无法开展。如今随着教育信息化浪潮的不断叠起和世界信息技术的发展，精准教学得到不断的研究与发展，以量化研究为核心的精准教学通过借助大数据，能更加精准识别每位学生的学习状态，便于实现精准教学、分层教学。因此，开发精准教学支持系统，对实现教学目标、提高教学水平及教育质量具有重大意义。

2 数据驱动视角下精准教学支持系统设计思路及构建原则

2.1 精准教学支持系统设计思路

围绕精准确定教学目标、精准组织教学过程和精准实施教学评价3个方面，数据驱动视角下精准教学支持系统整体设计思路如图1所示，即依托互联网、大数据、图像识别等信息技术，建设汽车虚拟实训平台和实训助手APP。汽车虚拟实训平台包括实训项目的理论和实践类学习资源、汽车虚拟实训车间和数据采集与应用系统等。在精准教学支持系统下，教师通过智能交互备课，精准把握学情、精准设定教学内容和教学重难点，并根据数据反馈适时向学生推送个性化学习资源；学生依托精准教学支持系统开展课前、课中、课后全过程交互式学习，根据自身学习意愿或精准教学支持系统分析得到的数据建议，自主选择适合的学习路径，完成学习任务。精准教学支持系统的建立，可以有效地将学生和教师、学生和资源、学生和环境互联互通起来，通过数据实现交流、反馈、学习、提升。

图1 数据驱动视角下精准教学支持系统整体设计思路

2.2 精准教学支持系统构建原则

在精准教学支持系统的构建设计中，需遵循以下原则。

（1）学习资源专业化、数字化、多样化原则。精准教学实施的关键在于教学资源本身，教学资源要满足教师所授课程的需要，更重要的是要满足学生自主学习、合作学习、创新能力和职业能力提升的需要，因此教学资源建设应充分应用信息技术和企业资源，使其满足专业化、数字化、多样化等要求，从而实现教学资源的企业化协作开发、数字化整合呈现及多样化自主选择。如教学项目本身应具备显著的企业属性，它应该既是企业常见工作任务又包含专业核心技能；如各类教学资源需将知识技能融入到一个个简单有趣的动画、游戏、视频之中，让学生在学习过程中更具趣味性和沉浸感；如教学资源本身应考虑不同学生的学习特点、兴趣，呈现的形式应兼顾文字类、图片类、视频类甚至VR类、AR类等多样化资源类型，满足学生自主学习过程中的教学资源选择和精准教学支持系统的精准推送等。

（2）学习过程自主化原则。精准教学支持系统下的专业教学，学生从单纯的知识接收者变成知识探索者，并根据自身不同阶段的学习兴趣或学习数据，自主选择合适的学习路径，自由选择精准教学支持系统推送的学习资料；精准教学支持系统始终记录分析学习数据，精准提供学习资源，引导学生开展自主学习，实现线上和线下、课前和课后、虚拟和现实的有效翻转；教师能一如既往地引导学生在“做”的过程中完成知识、经验的积累，并逐步完善基础知识、核心技能及综合能力的构建，让学生得到个性化学习机会，为最终形成良好的职业素养打下扎实基础。

（3）学习评价多元化、即时化、精准化原则。精准教学支持系统在基于数据的精准教学模式下，构建“自主+同伴+教师+平台”等多元主体、“课前+课中+课后”等多个阶段、“师评与生评、主观和客观、过程与结果、技能与素养”等多维度的精准化评价体系，重点对学生在自主学习能力、资源获取能力、知识构建能力、问题分析判断能力、技能操作能力和团队协作能力等6个方面的综合能力进行精准评估。

3 数据驱动视角下精准教学支持系统的具体构建

3.1 汽车虚拟实训平台的设计与开发

汽车虚拟实训平台开发内容为网络平台框架构建、可持续发展设计、资源标准规范建设和平台工具建设等。能够满足在校学生学习、每日多人访问的需求，并提供优质共享教学资源与服务，建设集教学资源共享、平台资源个性化管理、成果推广与利用、信息采集与发布等功能为一体并能随着技术进步而可持续更新发展的服务体系。

汽车虚拟实训平台包括汽车资源库、汽车虚拟实训车间和数据采集与应用系统，如图2所示。汽车资源库是涵盖汽车虚拟实训车间中所有教学项目的多类型教学资源，包括文字类、图片类、视频类、动画类、VR类、AR类等资源类型，能够满足不同学习特点、不同学习程度学生的自主学习；汽车虚拟实训车间是对真实企业场景的仿真建模，学生在汽车虚拟实训车间可以自主选择工具及项目进行拆装训练或考核；数据采集与应用系统收集学生在线学习和虚拟实践的过程性和结果性数据，并对照标准程序及时给出分析、判断、建议。汽车虚拟实训平台需要实现以下4个功能。

图2 汽车虚拟实训平台框架

（1）开发汽车虚拟实训车间，实现实训项目的虚拟化功能。确保线上虚拟实训练习及虚拟实训考试能够全过程数据留痕，教师以此数据初步判断实训项目重难点及实训前学生知识及技能的掌握程度，学生以此数据及时发现问题，强化薄弱环节，调整学习路线。

（2）有效整合各类教学资源，实现教学资源的手动或自动推送功能。根据教学资源的点击率、学习时长等数据，判断学生学习内容和感兴趣的资源类型等内容，实现教师和精准教学支持系统对教学资源的精准化推送及学生对教学资源的差异化、个性化选取。

（3）实时收集学生学习过程性和结果性数据，实现评价功能。即通过学习记录留痕和各类线上调研、交流、考核等数据统计，确保实现对学生的多元化评价。

（4）对学生的各类学习数据进行量化分析并作可视化呈现。即对系统采集到的各类数据进行汇总、筛选、分析，形成对学生知识、技能、情感态度、价值观等方面的可视化评价量表。

3.2 实训助手APP的设计与开发

实训助手APP是一款和汽车虚拟实训平台配套开发的手机端APP，实训助手APP账户与汽车虚拟实训平台实现账户数据共享，是精准教学支持系统的另一个重要组成部分。中职汽修专业的精准教学的关键点都在理实一体化课程，汽车虚拟实训平台较好地解决了该类课程的理论学习和虚拟实训问题，并能够通过汽车虚拟实训平台本身的资源整合和数据采集分析功能及时了解学生学习情况，实现学生自主学习和教师基于动态学情的精准指导，但该平台仍然局限在理论学习和虚拟实训层面，对实训课精准教学的支持作用仍然有限，特别是无法解决实训过程难以留痕、实训操作无法有效评价、实训评价效率低下等问题。而实训助手APP则通过数据库共享技术、视频拍摄和智能压缩技术、图像识别技术及简明的界面设计解决了实训操作的互助管理问题。实训助手APP主要有实训留痕、 实训管理、 实训评价、个人中心4大功能模块。

（1）实训留痕模块。实训留痕模块主要包含视频拍摄、视频上传及视频查看等功能。学生登录实训助手APP后，选择学生角色，学生角色可为操作者、记录者、评价者，操作者角色负责实训操作，记录者角色负责拍摄实训过程并上传，评价者角色负责对实训操作进行即时评价。

学生通过使用实训助手APP登陆后，选择记录者角色，即可进行实训操作拍摄（也可直接选用手机内现有的视频）。在拍摄过程中，学生可使用实训助手APP自主选择拍摄角度和拍摄时长，整个实训项目拍摄完成后点击上传，实训操作视频即被上传至资源库及被拍摄者的个人中心。上传视频前记录者需填写视频相关资料信息，上传过程中记录者可以进行取消操作。在精准教学支持系统中，实训助手APP端和汽车虚拟实训平台（PC端）都可以进行视频的查看及评价。操作者完成操作后，即可登录实训助手APP查看个人实训操作视频，对个人操作复看后进行自评，同时也可查看评价者对自已操作的评价。

实训留痕模块的设计解决了专业学习中实训操作的全过程留痕，并且通过手持式设计保证了拍摄角度能够随操作视角即时变化，通过实时上传保证了资源存储和后续查看的便捷性，同时为自评、他评、师评等多元化评价的有效实施提供了保障。

（2）实训管理模块。实训管理模块主要面向操作者角色。实训助手APP对操作者的管理主要依据图像识别技术、数据比对、后台监控及计时管理等实现对操作者的安全规范管理。操作者登录实训助手APP后选择操作者角色，即进入实训管理模块，该模块主要通过图像识别技术识别不同的工量具类型、工量具开始使用时间和结束使用时间来判定工量具的选择是否正确、实训操作的熟练程度及对实训步骤和技术要求的掌握程度。

实训管理模块通过信息化设备和软件加强了对专业实训课程的过程性管理，有效记录了传统手段无法记录的学生实训工具使用情况、各步骤操作时间等客观数据，这些数据也成为教师判断学生工量具使用、操作熟练度掌握情况的依据。

（3）实训评价模块。实训评价模块主要面向评价者角色，评价者登录实训助手APP后选择评价者角色，即可进入实训评价模块。在该模块中，评价者按实训步骤观察操作者实训操作过程，实训助手APP界面中呈现操作步骤名称、参考时长、所需工量具、技术要点等信息，评价者以此为依据对操作者实训质量进行快速有效的评价，并可在备注处指出扣分原因，帮助操作者发现问题。

实训评价模块保证了评价的即时性和准确性。评价的过程简单易行，评价的结果即时反馈，学生操作结束，实训记录和操作评价也同步完成，所有的机评、互评数据均上传至处理中心，经分析处理后发布于个人中心，评价数据作为学生本阶段学习的小结和下一阶段学习的依据。

（4）个人中心模块。实训助手APP中设置个人中心，主要包括学习进度、当前学习、学习成绩、历次学习等内容。学习进度版块，展示给学生的是一门课程所有教学项目的学习进度，帮助学生时刻了解课程学习整体情况；当前学习版块，重点呈现的是当前正在学习的项目和学习情况；学习成绩版块，以整车虚拟的形式，向学生展示各教学项目在整车中的位置和各已学项目取得的成绩，点击成绩可以查看每个项目的具体得失分，以非常具象的方式向学生展示了学习的内容和学习的质量；历次学习版块，给学生提供查询历次课程及项目的学习情况。

4 数据驱动视角下精准教学支持系统的应用及成效

精准教学支持系统可以生成大量学习数据，精准教学支持系统下的数据反馈见表1所列。

表1 精准教学支持系统下的数据反馈

在精准教学支持系统的应用下，师生运用汽车虚拟实训平台和实训助手APP可以有效地将学生理论学习、虚拟操作与技能实训过程中的学习环境、学习内容、学习评价反馈、学习数据等进行融通。通过课前学习数据分析，精准确定教学重难点等教学内容，精准定位真实学情、动态优化教学目标，并向学生推送个性化学习资源；课中利用精准教学资源和汽车虚拟实训车间，组织学生开展自主学习、线上线下混合式学习、虚拟实训、交互式学习，借助实训助手APP，开展小组合作学习，实训助手APP智能监测学生实训操作全过程，实时采集、分析学生全过程学习数据，教师依据学情数据动态调整教学活动，精准开展教学组织和教学评价；课后精准教学支持系统会进一步根据学生全过程学习中的成绩、表现、行为等数据，为学生推荐个性化的学习资源和学习建议，从而帮助学生开展后续的深化和拓展学习，以帮助学生巩固课中的知识与技能要点，同时深化该项目知识，为后续的学习与技能养成奠定基础。

利用开发的精准教学支持系统在开展精准教学的过程中，精准教学支持系统有效地帮助了学生自主学习，开展了基于实训助手APP的实训及考核；同时，利用学生不同阶段的学习数据，有效地帮助了教师对学生学习过程开展精准设计、精准指导、精准评价。整个课堂非常有序、高效，师生职责明确、任务明确、分工明确，教学内容及教学目标圆满达成。

5 结语

随着云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术的不断发展，精准教学支持系统也应随着智慧教育的不断发展迭代升级。未来，精准教学支持系统将融入更多的人工智能和大数据技术，以更好地适应未来教育的需求。