基于数据分析的初中科学个性化教学

詹蔓莉

摘要：教师以传统方式收集错题费时费力、分析简单粗浅，难以快速实时生成分析报告，开展错题的同类拓展和变式训练。恰当应用信息技术，特别是数据分析技术，可以弥补传统教学模式下复习环节错题教学存在的不足。实践证明，对错题进行归因分析有效减少了重复性机械作业，兼顾了学生个性化需求。

关键词：数据分析;错题分析;科学教学;个性化教学

错题是一种个性化学习资源，真正善于思考与总结的学生能从错题中发现自身的认知冲突，找到错误前概念。从发现问题到分析问题，再到创造性地解决问题，学生在纠错过程中不仅能实现深度学习，而且能提升科学学科核心素养。为解决学生对错题的态度不一、测评手段简单低效、错因分析欠精准等问题，笔者尝试利用数据分析技术在有限的时间里满足学生的个性化需求，从而提高课堂教学效率。

一、错题反刍：基于数据分析的初中科学个性化教学流程

（一）核心概念

错题反刍，即师生利用信息技术进行数据分析，对错题不断进行归因分析、反刍消化，发现隐藏的错误前概念，通过“个人定制—错题重做—变式推送”等方式对半消化的核心概念和问题进行辨析、审视、反思，实现精准突破，使错题成为促进学生理解与思维发展的学习资源。

（二）技术支持

笔者采用网易有道智云学业大数据平台收集错题，形成学生的个性化学习报告以及班级整体学习报告，让学生阅读报告了解自身存在的问题，同时智能推送同类核心问题进一步检查反馈学生的学习情况。

笔者阅读报告分析学生存在的个性与共性问题，借助平板电脑等移动终端设备精选学习内容，采用定点推送、智能追踪、小组协同等多种方式在课堂上进行个性化教学，通过及时测评、思维可视，让每个学生的学习在课堂上真正发生。

（三）操作流程

课堂上，笔者采用“课前根据错题情况设定教学和评价目标，课中通过任务驱动开展教学活动，评价贯穿课前课中课后全程的模式”教学，根据错题的数据分析结果来关注学生复习的全过程，助力学生的个性化和差异化学习，改变学生对待错题的方式，减轻学生作业负担并提高科学思维含量。为实现基于数据分析的精准指导，笔者实施如下闭环管理（如图1）：（1）应用有道智慧系统对错题进行收集、分析与反馈;（2）智能推送个性化学习报告和同类核心问题;（3）利用平板电脑开展个性化智慧教学;（4）使用过程积分评价量表促进学习与评价无缝衔接与良性互动，从而形成一个动态循环系统。

二、教学案例分析

（一）反刍评价：设计过程性积分评价量表

笔者坚持教、学、评一致性的理念教学，通过评价统整教学目标、指导学生学习过程，促进学习真正的发生。准确定位教学目标，需要保障学情分析报告的真实性和可靠性。笔者以积分评价量表为操作指南指导学生学习（见表1）。量表主要包括有道智云学业系统的使用、智慧课堂的学习表现两个维度。笔者通过积分奖励，保障错题扫描的全面性;加大对一页错题和个性化习题册的赋分权重，激发学生反刍错题的积极性;用乐课平台红花折算积分的方式打破平台间的壁垒，实现课前、课中、课后的全环节评价。

（二）反刍分析：基于数据分析的错题归因

有道智云系统错题扫描后，实时生成年级、班级、个人等多层面分析报告。教师在系统上可以选择任意时间段，总览班级学情。笔者利用系统对共性错题进行归因分析，分析是审题的原因还是时间的限制，是核心概念不清晰还是综合能力的欠缺，是缺乏迁移应用的能力还是科学建模的能力跟不上，为后续个性化教学打基础。

1.共性问题

教师对错误率较高的题目进行归因分析可以发现学生共有的思维误区以及较薄弱的知识点。根据数据分析情况教师可以及时调整教学进度，解决班级的共性问题。

以2020年2月28日到3月7日这段时间的光学复习课为例，柱状图中透镜与视觉的正确率只有52.78%（如图2），明显低于其他知识点。其中凸透镜成像规律及其探究过程、凸透镜成像的应用、光的直线传播等内容的正确率均为50%左右，属于未掌握的核心知识点。这一块内容是在2020年新冠肺炎疫情发生后线上教学期间所学，学生没有亲历探究光学实验，只是通过视频、记忆等方式来理解。笔者初三复习中强化学生对基本概念和基本理论的理解与应用。

笔者点击系统上的共性错题栏目，按错误率排序，查看这段时间段内学生的错题情况，同时查看每道错题的学生名单，点击学生名字查看具体答题情况。笔者以两道错误率极高的题目为例（如图2）进行共性分析：第一题错因是无法正确选择小孔成像的光屏，根本原因在于学生没有真实验、真探究，不清楚真实的实验环境;第二题的第（2）问是针对挡板是否能挡住平面镜成像设问，和第一题的考查点是一致的，如果学生没有真正实验、没有观察过身边的现象就会出现错误，本题作答结果揭示学生没有真正理解虚像的成因;第二题的第（3）问答错原因在于审题不仔细，学生可以自行订正。对于以上两个问题，教师并不需要专门安排一节习题课来讲评。笔者布置一项真探究作为家庭作业，让学生理解在真实实验中如何选择实验条件让实验现象更为明显。学生掌握相关知识，就可以将其迁移用以解决选择小孔成像光屏的问题。

家庭探究：夜晚观察玻璃上成像，请家人配合在玻璃前后进行遮挡，观察成像情况;与白天进行对比，思考成像的清晰度与周边光线是否有关系。

2.个性问题

个性错误可以暴露学生的薄弱知识点以及错误思维习惯。教师给予针对性的个性指导可以为每个学生搭建个人知识图谱提供帮助，实现精准突破。笔者点击系统上的学生学情栏目，查看每个学生的知识点掌握情况，对比个人掌握率和班级掌握率，快速找到知识短板，尤其是针对正确率低于50%的知识点，重点分析背后的原因，找到知识的漏洞并加以弥补。

笔者通过共性错题栏目查看错误率较低的个性错题，点击学生名字，即可出现原答题情况，了解错误选项。

（三）反刍突破：数据分析技术支持下的错题重做

学生的错误是学习进阶过程中不断尝试而出现的结果，对错题进行反刍突破也能成为卓有成效的学习方式。在错题归因之后，笔者基于数据分析情况不断将错题回炉淬炼，让学生在错题重做中弥补知识漏洞，在变式的反复训练中提高思维能力，通过消化、总结与提炼，提高学生全面而准确地分析问题、解决问题的能力。有道智云平台整理出常考的、典型的错题，并对错题按某个或多个知识点进行分类，同时根据做错的题目，智能筛选相应的变式题，培养学生的迁移能力。学生可以利用过程性评价量表，根据自己的时间安排、不同层次、学习需要进行错题重做。

一页错题栏目允许教师选择整个学期作为时间段，系统随机生成5道题，按照艾宾浩斯遗忘曲线，检查落实情况。学生使用个性化习题册可以进行“错题点单”（如图3），根据自己的学习情况，选择错题重做还是只做变式题，选择适合自己层次的题目难度，选择变式题的数量，满足个性化学习的需要。系统根据学生学习情况量身定做习题，减少学生重复机械性刷题。笔者通过对错题不断进行反刍，引导学生学会自主学习，真正找到问题的症结所在，减少他们对教师的依赖，使他们的思维层次从接收、记忆、模仿和练习提升到更高阶的分析、综合、评价和创造。

（四）错题反刍：数据分析技术支持下的个性化智慧课堂教学

1. 个性化智慧课堂特征

智慧课堂教学的核心是学生的学习，与传统课堂教学相比，学生的学习过程是智慧生成的过程，让学生在课堂上经历发现、创想、归纳、选择等过程，通过过程性评价促进学生深度学习。为了发挥错题的最大用处，取得更好的学习成效，笔者开展智慧课堂教学，将焦点放在系统筛选的那些高频错题上。同时，笔者根据个体差异订制学习过程，通过情境展示、定位推送，对学习过程与结果进行及时反馈和智能化跟踪，不断对学生的学习行为进行精准化分析、反馈与训练。课后，笔者通过个性作业、定向微课等方式让不同层次的学生学有所得，提高全体学生的素养。

2. 错题反刍个性化智慧课堂教学

课前，笔者根据学业数据对高频错题进行归因分析，结合课程标准和考试要求，设计教学目标。课上，笔者以乐课平台作为技术支持（见表2），采用小组展示、抽答、发红花等激励措施，通过实验、讨论、思辨等多种方式，使用技术操作及时作答、及时讲评、对比展示等手段使学习过程可视化，帮助学生在问题解决中、思想碰撞中掌握重点并攻克难点。课后，笔者推介定向作业、语音、微课，为学生补充个性化学习资源。

以“光学”复习为例，笔者查看学情分析报告，发现学生对凸透镜的成像规律和应用未真正理解，还停留在简单的记忆层面，对于凸透镜成像规律在生活中还不能准确应用迁移。因此，笔者设计如下智慧教学流程。

课前自测：在做“探究凸透镜成像规律”的实验中，某小组学生利用图4（甲）测出透镜的焦距后，正确安装并调节实验装置如图4（乙）所示，在光屏上得到一个清晰的像。下列说法正确的是（    ）。

A. 乙中成的是倒立放大的实像，符合放大镜的成像原理

B. 乙中成的是倒立放大的实像，符合照相机的成像原理

C. 乙中，如果在烛焰与透镜之间放置一近视眼镜的镜片，则将光屏适当左移可得一个清晰的像

D. 在乙中保持凸透镜的位置不变，将蜡烛与光屏的位置互换，则成像情况符合投影仪的原理

设计意图：这是一道综合光学重点以及难点的选择题，隐藏焦距这一科学概念的应用。选项A、B、D考核的是凸透镜成像规律的应用，选项C是结合近视、远视的矫正综合考查学生对透镜原理的理解。

答题详情：笔者借助柱状图展示学生答题情况以及名单。平板电脑上的答题数据分析结果清晰地呈现了学情，使得整堂课的教学更有针对性。

错误归因：学生并未理清楚物距、像距与凸透镜成像规律特点，不能解释和应用于生活实际，如照相机、投影仪、放大镜、眼镜的应用。

重点突破——任务驱动：任务驱动以完成一个个具体的任务为子目标。笔者将教学内容隐含在每个任务之中，任务难度呈螺旋式上升，让不同层次的学生都能获得成就感，激发学生的求知欲望，从而培养学生独立思考、自主探索、勇于开拓进取的精神。科学探究离不开实验，笔者给学生充分的实验器材，让学生在动手中体验，在任务解决的同时促进思维能力提升。

任务1：乙中，若成清晰的像，成像的性质？——照相机。

任务2：若蜡烛光屏位置互换，成像的性质？——投影仪。

任务3：若蜡烛和光屏位置不动，只移动透镜如何再次成像？——光路可逆。

任务4：若蜡烛烧短了，像会如何移动，如何操作让像仍成在光屏中央？——光路作图。

任务5：向右移动乙中光屏，如何操作能再次在光屏上出现清晰的像？——近视模拟与矫正。

难点突破——光路作图：教师用平板电脑授课，随堂检测的覆盖率可达100%。传统授课模式下教师对学生的关注十分有限。在新模式下，笔者利用平板电脑中的随机抽答与课件题、问答题等功能，让全员参与其中，实时关注学生光路作图的完成时长与完成质量。笔者将光路图简化为图5，让学生把握经过光心的光线不改变方向，通过相似三角形对比，解决任务1、2、4，突破难点。

迁移应用：从凸透镜的成像原理迁移到照相机、视觉形成、近视与远视。学生积极主动参与分析、综合、抽象、概括等思维活动，提高在真实情境中抽象建模和解决问题的能力。

拓展提升：笔者展示宇航员王亚平太空讲授光学实验原理分析的视频，培养学生的高阶思维以及爱国主义情感。

归纳总结：笔者利用思维导图构建个性化的知识体系，并在班级展示，通过学生互评、自评不断完善，让每个学生在自己学习的基础上学有所得。

检查落实——分层作业：笔者将作业分为基础和拓展提升两部分，同时开启错题重做，通过语音、视频推送，让学生在应用、反思中落实。

三、成效及建议

（一）提升学生自主学习能力

过程积分评价量表关注学生课堂表现以及课后学习。教师利用过程积分评价量表可以促进学生保持热情投入学习，提升学生的自主学习能力。基于平台的统计和分析，学生可以每周阅读自己的学习分析报告，并且通过一页错题和个性化习题册，改变“多做题”“反复练”等低效的学习方式，真正提高学生的科学素养。

（二）实现多元评价促进发展

学习过程是评价的过程，评价过程也是学习的过程。信息技术的使用不仅使学生的学习过程显性化，而且促进了学习评价的多元化，让教师关注学生的情感态度、学业进步、个性技能、成长体验等情况。笔者进行过程积分评价，既重视学习结果，又重视学习过程，对学生的学习评价从关注分数转向学习诊断、问题解决等高阶思维能力培养，通过智慧教育助力科学教学，使得科学素养“可见、可评、可教”。

（三）助力教师精准个性化教学

人工智能对典型错题的收集和统计便于教师对学生个别错题个性指导。对于共性错题，笔者在智慧课堂上带领学生深度体验、反思、拓展和迁移，利用信息技术实时关注、展示、对比、评价，从而实现精准定位、个性教学。智慧课堂教学模式下，笔者使用课件题、快速问答、分组讨论、随堂测试等实时互动工具使课堂变得更加生动、高效，采用红花激励等手段使评价变得精准、个性、灵活，也使学生的学习兴趣更加浓厚。

（作者系浙江大学教育学院附属学校教师）

责任编辑：祝元志