基于数据分析的初中科学精准教学实验

刘子阳

摘要： “1-343”精准教学法是一套教师在精准教学实验中探索形成的教学方法，它倡导基于数据分析和学生自主学习的教学理念，让学生用一节课预习一个单元，并在大数据平台的支持下，通过预习指导、预习检测、教学设计、创设情境、任务驱动、课堂检测、巩固提升、分层作业、个性辅导、错题反馈十个环节，实现课前以学定教、课中精准施教、课后差异辅导。这不仅解决了以往精准教学中出现的学生预习时间不够、课业负担加重等问题，还让学生的自主学习变得更主动、更有成效。

关键词：初中科学;精准教学;大数据; 自主学习;单元学习

自2018年9月起，笔者所在学校对七年级的四个班开展了基于平板电脑的精准教学实验，探索以数据驱动的精准教学。实验初期，由于大部分学科都既有预习作业又有课后作业，出现了学生预习时间不够、课业负担加重、学习深度不足、预习缺乏指导等问题。针对这些问题，我们优化了精准教学的部分环节，将预习时间从课外改为课内，即每个小单元（三课时左右）用晚托管的一节课（45分钟）专门预习，从而解决预习时间不够、学生课业负担加重和预习缺乏指导等问题。在此基础上，我们又采用大数据分析平台收集和分析数据，提高了学生学习的精准性和时效性，并设计了任务单，解决学生忙于应付和学习深度不足等问题。在为期三年的实践与探索中，我们总结出了初中科学“1-343”精准教学法，使学生的学习更主动、更有意义，也更有成效。

一、方法与实施

所谓“1-343”精准教学法，即每个小单元用一节课的时间专门预习;课前由预习指导、预习检测、教学设计三个环节组成;课中由创设情境、任务驱动、课堂检测、巩固提升四个环节组成;课后由分层作业、个性辅导、错题反馈三个环节组成。整个过程体现数据驱动下的自主学习与精准教学，其中，课前主要体现的是“以学定教”，课中体现“精准施教”，课后体现“差异辅导”（如图1）。

（一）课前：把脉学情，以学定教

1.预习指导

我们为每个教学单元都安排了专门预习时间，并给予学生充分的指导。如浙教版科学九年级上册第三章第三节“能量转化的量度”共三个课时，我们就将其作为一个小单元。每节预习课，教师都以兴趣性、启发性、指导性为原则设计单元微课预习指导，教师可自行制作微课，也可以从智慧教学平台的资源库中选取微课。本节预习课，我们选取平台上名师课堂的微课，引导学生从不同角度预习和思考问题。

与单课预习相比，单元预习指导优势明显：一是学生所学知识更具系统性和整体性。通过预习本单元的微课，学生不仅可以通过学习“做功的两个必要因素”，将判断物体是否做功、什么力做功、做多少功（功的公式、单位、计算）关联起来，还可以通过表示物体做功的快慢，将与功率相关的内容关联起来，从而让碎片知识结构化，对“功”的概念形成整体认识。二是学生的学习更多指向学科大概念^[1]，有利于他们掌握科学核心概念。尽管本单元学习的是机械功，但学生知道了功本质上是能量转化的量度，不仅为他们后续学习中判断电流是否做功奠定基础，还有利于理解“能量的转化与守恒”这一科学概念。三是单元预习是基于理解的学习，学生思维更活跃，有利于他们分析、评价、创造等高阶思维能力的培养，也利于将学科核心素养落到实处。

2.预习检测

预习检测单的编写遵循目标性、层次性^[2]、揭错性原则。教师安排在预习课的最后5～10分钟完成第一课时的预习检测，其他两课时的预习检测在上课前一天花5～8分钟完成。利用平台大数据分析，教师能及时知晓学生对各部分内容的掌握情况（如图2），以及有哪些学生已经掌握了所学内容、哪些学生仍存在困惑，从而精准把脉学情。

从图2各道题的得分情况分析，学生对“功是能量转化的量度”的理解相对薄弱;对“做功的两个必要因素”的学习停留在“识记”水平;对力和距离的“同物、同向、同时”，大部分学生并不理解。

3.教学设计

针对预习检测中学生出现的思维障碍，我们对预设的教学目标和教学重难点等进行了调整，以更好地实现以学定教。一是将教学目标中的“知道功的单位”调整为“能感受1焦耳的大小”，并将教学的难点由“功的计算”调整为对“做功的两个必要因素”的理解。二是调整课堂任务单。在任务一的记录单中增加“施力物体”和“受力物体”栏目，这有利于学生理解功是力做的，分析功之前先要明确哪个物体受到的什么力做功。任务单二中增加“人对皮箱有没有做功”的快速问题，让学生深入理解“做功的两个必要因素”是判断物体是否做功、什么力做功的关键。三是调整课堂检测内容，将原来的“功的计算”调整为“做功大小的判断”，检测单最后一题增加“能量转化的判断”，以加深学生对“功本质上是能量转化的量度”的理解。四是在巩固提升环节，教师板书强调“同物、同向、同时”，以帮助学生抓住问题关键。

（二）课中：数据驱动，精准施教

1.创设情境

创设情境是促进学生有意义学习和实现有效教学的重要手段。情境之于知识， 犹如汤之于盐^[3]。新知融合在情境中，才更容易被学生理解吸收。还以“能量转化的量度”第一课时为例，教师使用“龙清泉奥运赛场举重夺冠”的视频创设情境。教师在播放视频的同时，启发学生思考：运动员在举起杠铃的过程中，谁消耗了能量？谁获得了能量？能量发生了怎样的转化？龙清泉将137 kg的杠铃举高了2 m，他体内有多少化学能转化为杠铃的势能？从而巧妙地将举重与能量转化的量度、做功的两个必要因素有机融合，调动学生学习的积极性。

2.任务驱动

教师通过设计有效的任务，能让学生在完成特定任务的过程中获得知识与技能。对于任务单的设计，教师应遵循层次性、探究性、可操作性^[4]原则。如，对于“能量转化的量度”的第一课时，我们在任务单中设计了四个任务。

在任务一中，教师让学生通过对多个案例的观察、对比和分析，归纳出“做功的两个必要因素”和“不做功的三种情形”，在头脑中建构起对于“功”的概念及其内涵的认知，体验从归纳到演绎的科学方法。该任务中，“做功的两个必要因素”是判断物体是否做功、什么力做功、做多少功的关键，也是后续学习的基础。教师采取让学生“独立思考→小组讨论→交流汇报”的形式组织教学，并从学生的讨论与交流中掌握他们的认知状态。

任务二“判断物体是否做功”是对任务一中“做功的两个必要因素”掌握情况的检验。教师运用平台的“随机抽答”和“快速问答”功能，将所有学生的判断同屏展示。学生开展互评，他们在相互评价中引发认知冲突，并在解决认知冲突的过程中内化概念和发展思维。

任务三“分析功的大小与哪些因素有关”是对任务一的巩固与深化，也是完成任务四的基础。教师通过平台授权“举手”的学生展示答案。学生在展示讲解中总结出，在“做功的两个必要因素”中，当“力的大小”相同时，要比较“物体在力的方向上通过的距离”;而当“物体在力的方向上通过的距离”相同时，要比较“力的大小”，体现了控制变量的思想。教师再让学生归纳得出功的计算公式“功=力×距离”，功的单位就是力单位和距离单位的乘积，培养学生的分析、概括能力。学生通过估算“将科学课本从地面捡起放回桌面”做多少功，感受“1焦耳”的大小，体验到科学与生活息息相关。

任务四“功的简单计算”是对任务一和任务三的应用与深化。教师用智慧教学平台的“快速问答”功能同屏展示学生的计算过程，学生在此基础上开展自评、互评。这既锻炼了学生运用科学知识解决问题和规范答题的能力，又提升了学生分析和评价等高阶思维能力。

3.课堂检测

课堂检测一般在下课前10分钟左右进行。学生作答课堂检测单中的问题后，智慧教学平台会自动批改客观题，并能快速自动分析得出结果。“能量转化的量度”第一课时的检测情况如图3所示。

从检测数据不难发现，学生对第1和第4题所涉及的知识掌握得较好，对第3题和第5题所涉及的知识掌握得还不够理想。这些检测数据便成为确定巩固提升阶段要重点分析内容的依据。

4.巩固提升

对于出错率较高的题目，教师调出答题详情界面（如图4），并让选错的学生描述自己的解题思路，其他学生帮其分析错误原因，教师在必要的时候给予指导。这种学生帮学生的方式，既锻炼了学生的思考与表达能力，也有助于他们在互动交流中增强思维的缜密性。通过与同学的交流探讨，选错的学生逐渐领悟到“力和距离不仅要同物、同向，还要同时”。

最后，教师结合板书，回顾本节课知识要点，总结分析问题的基本方法和注意事项，并强调“同物、同向、同时”，让学生加深对“做功的两个必要因素”的理解。

（三）课后：分层要求，差异辅导

1.分层作业

课后作业分为A、B、C三个层次：A组题是对基础知识的简单应用;B组题中等难度;C组题是对知识的拓展，激励优秀学生“跳一跳摘到桃子”^[5]。教师可根据课堂检测中学生的学习程度分层布置作业。如根据“能量转化的量度”第一课时的课堂检测（如图3a），优秀学生做B、C层作业，良好和及格的学生做A、B层作业，不及格的学生只做A层作业。

2.个性辅导

对于平台推送的作业，教师的个性化辅导可以通过智慧教学平台的语音、写字板、微课等形式进行。教师既可以一对一推送，也可以对犯共性错误的学生一同推送。不在平台统一推送范围中的问题，学生可以通过“乐答”板块与教师进行问答互动。

3.错题反馈

平台的错题本有学生个人错题本、班级错题本和周错题测验报告。学生在平板电脑上做过的题目，平台会自动收集错题，学生纸质试卷或纸质作业上的典型错题，则可以通过拍照上传到平台中的方式形成“拍照错题本”。

平台每周六上午八点会自动推送给学生适量的典型错题。这些错题与学生在课堂检测中出现的错题属于同一知识点、同一难度。学生也可以查看自己的错题本，进行自主复习巩固。教师可从班级错题本中选择一些典型错题对学生进行再次检测，促进对特定问题的解决。

二、经验与成效

该实验历时三年，已于2021年结题，参与实验的学生也已从初中毕业。回顾这三年的实验研究历程，我们认为主要有以下经验与成效。

（一）发挥了单元整体预习的优势

“1-343”精准教学法既解决了翻转课堂、智慧课堂等新型教学实践模式面临的学生预习时间不够、学生课业负担加重等实操问题，又有利于将碎片化知识结构化，形成学科知识图谱，指向科学本质的理解和高阶思维能力的培养。

（二）数据的运用解决了传统教学“仅凭经验”和“师生错时”问题

课前的预习检测数据，能帮助教师及时精准地调整教学设计，开展二次备课;课中的课堂检测数据，为课堂巩固提升和课后个性化作业的布置提供了依据;课后的作业数据，又会成为教师个性化辅导的依据，并解决了个别辅导中师生时间不同步等问题。

（三）学生的自主学习能力与科学素养明显增强

经过三年的教学实验，在“1-343”精准教学法的引导下，通过课前预习、完成任务、小组合作和自评互评等，学生学习的自觉性、主动性明显增强，分析、评价、创新等高阶思维能力显著提升。2021年中考，四个精准班学生的科学成绩平均分为123.58分，比非精准班的平均分高出25.9分。此外，精准班的十多个学生在衢州市青少年科技系列活动、初中生实验素养大赛和实验视频评比中频频获奖。

由于实验效果良好，“1-343”精准教学法目前除了在本校科学组得到应用和推广之外，还在江山市初中科学教师暑期培训活动上得到全市推广。当然，在运用该方法的过程中，我们发现并不是所有的课型都适用于单元预习，特别是探究类的课和需要由实验得出结论或规律的课，一般不适用于单元预习，但若将单元预习改成“方案设计”“家庭实验”等形式，该方法也是可行的。总之，对于不同课型、同一课型的不同内容，教师在使用该方法的过程中可能需要作一些微调，或有所侧重。对于“1-343”精准教学法，我们会做进一步的研究和探索，我们相信“以学为中心”“因材施教”“以学定教”“差异辅导”这些理念是符合基础教育课程改革方向的。

注：本文系浙江省基础教育课程改革重点研究课题“大数据背景下的精准教学”子课题“基于大数据平台的初中科学单元自主学习的策略研究”（课题序号：20，课题类别：精准学习）的研究成果之一。

参考文献

[1] 张玉峰.以大概念、大思路、大情境和大问题统领物理单元教学设计[J].中学物理，2020（5）：2-7.

[2] 张菀梅.浅谈小学科学预习作业单的设计和使用策略[J].科学大众（科学教育），2014（11）：79.

[3] 余文森.论情境教学的教学论意义、类型及创设要求[J].中小学教材教学，2017（1）：13-17.

[4] 刘林涛.“任务驱动”教学模式的研究与实践[J].现代教育科学，2004（12）：12-14.

[5] 浙江省教育厅教研室.大数据时代下精准教学的探索与实践[M].杭州：浙江教育出版社，2021.

（作者系浙江省江山市第二中学科学教师，高级教师）