数据赋能区域教研的新思路——一项基于高中物理学业数据的实证分析

库尔班江·杰力力 李晓庆 王徜祥

（1.新疆实验中学，新疆 乌鲁木齐 830049； 2.北京师范大学 未来教育高精尖创新中心，北京 100875； 3.北京市房山区进修学校，北京 100875)

教育部印发的《教育信息化2.0行动计划》中有10次提到“大数据”，提到各区、各校要开展信息化教学与教研活动，大篇幅强调要大力提升教师信息素养，积极有效开展教育教学[1]。2019年教育部印发相关文件也提到要注重教育数据采集，用以精准测评助学，要采取校本研修、区域教研等多种方式开展教学案例研讨[2]。教育部2022年的工作要点中再次提到推动区域教育创新发展，强化数据挖掘和分析，构建基于数据的教育治理新模式，改进课堂教学模式和学生评价方式[3]。可见，国家对数据赋能的教研活动和教学改革越来越重视。

区域层面进行教研活动是提高区域教师的教学能力，从而提高区域学科教学质量的重要途径。在区域教研活动中，只有充分了解本区域的学生学习情况和各学校各教师教学情况，才能精准帮助教师发现教学中的关键问题，有效实施教学活动。然而，面对区域内十几所高中学校和庞大的教师及学生数量，如何精准了解学生学科核心概念的掌握情况？如何挖掘学科教学中存在的潜在问题？如何有针对性地开展教研活动以提高活动有效性？如何强化薄弱核心概念的理解？这些问题值得我们深入思考和解决。

当前，大数据技术在教育中发挥越来越重要的作用，这为我们通过挖掘学生学业数据背后隐藏的价值来解决以上提到的问题，并开展精准区域教研活动提供了新思路。本文在梳理目前区域教研存在的问题基础上，基于北京市房山区11所学校4次物理学业数据，通过数据分析诊断发现物理教学中存在的问题，探讨区域物理教研转型思路。

一、区域教研活动存在的问题

我国目前正经历着前所未有的课程改革，区域教研是提高基础教育质量的重要一环，然而，目前我国区域教研活动存在一些问题，深入了解目前各区域各学校教研活动现状有助于我们有效提出解决问题的策略。很多研究者、一线教师对目前我国中小学教研活动现状阐述了自己的观点。

（一）教研活动系统性欠佳

目前有的区域教研活动规划粗糙、组织次数少，而且大多以讲座形式进行，讲座主题由教研员邀请的讲座专家来确定。有的区域教研员在不同学校流动听课指导，但没有跟踪，无法让教师持续进步[4]。吴立宝等人基于调研与文献分析也提出了当前存在教研过程形式化、教研内容碎片化、教研制度无序化等问题[5]。教研活动本应该是有目的、有计划、有组织的教学研究活动，教研活动的随意性必然会影响其深刻性及有效性。

（二）教研活动针对性欠佳

区域内不同学校的教研需求有共性也有个性，开展教研活动时根据区域教学中共性问题进行探讨并且有针对性地满足不同教研需求才能提高教研活动的质量和水平。然而，教研活动在当前区域的开展存在针对性欠佳、教师需求错位等问题[6]，有的区域对教研需求分析不深入，凭区教研员经验和直觉围绕某一主题进行宣讲，使教研活动流于形式，活动有效性得不到保证。教研活动如果不能有效解决教师的真实困惑，就容易导致教师参与意识不强，使教研活动效果事倍功半。

（三）教研活动主题不够清晰

当前区域教研存在教研需求不够清晰、教研主题不够清晰、价值参照系不够清晰、教师角色分工不够科学、教研活动设计有效性不足等问题[7][8]。有的区域确定教研主题时根据现有资源来确定主题，教研活动内容侧重点不聚焦，教研活动主题不具有连贯性，致使广大教师收获甚微。

二、大数据为区域教研提供新思路

大数据具有信息聚集、预测与评价等功能，在未来将推动教研范式的转型与变革[9]。大数据的应用为解决区域教研活动存在的问题带来了新的思路。

（一）大数据分析为系统性区域教研决策提供新思路

教育大数据是教育活动过程中产生的各类数据，教育大数据背后有潜藏的价值 。区域层面上进行统一测试，长期记录学生的学业数据，这将成为教育大数据的一部分，并可以为教学决策所用。例如各学校参加评价人数、平均分、及格率、优秀率、最高分、最低分、标准差等数据帮助我们快速宏观了解整个区域的基本情况，发现区域学科教学的共性问题，为区域教研活动整体规划、系统性指导、优化服务提供新思路。

（二）大数据分析为针对性区域教研决策提供依据

通过对教育大数据的深度分析，可以挖掘出数据背后反映的教学规律与价值，精准的数据将成为教学的有力武器[10]。这些数据能够精准识别学校、班级和个体的学科知识与技能的掌握状态，挖掘存在的教学问题或学习问题，从而精细化管理与帮扶，提出有针对性的学科教学指导，实现区域整体教学质量的提高。

（三）大数据分析为明确区域教研主题提供帮助

利用大数据能精准诊断和定位教研需求，从而确定教研主题。在传统评价中，只分析学业数据的平均分、及格率和优秀率等最基本数据，忽略了其他颗粒度更小的数据，将无法精准定位区域教学中存在的薄弱点。罗莹等人以物理学科能力的3×3模型理论为基础开发了物理课程的“学习过程图谱”，并将其内嵌于“智慧学伴”平台进行测试，从而精准分析学生薄弱知识点，为教学提供了精准指导[11]。这为学科教研活动提供精准分析学情与教情，为明确教研主题提供了帮助。

三、数据视角下区域教研转型研究

本次研究将房山区11所高中学校4次物理学业数据作为研究对象，从区域各校整体情况入手，层层深入分析了各学校及班级的教学情况和学生核心概念及知识点的掌握情况，从而为教研转型提供建议。这4次评价分别是高一前测（共有34道题），试卷信度为0.68，试卷难度0.67；高一期末评价（共有27道题），试卷信度为0.81，试卷难度0.58；高二上学期期末评价（共有20道题），试卷信度为0.86，试卷难度0.63；高二下学期期末评价（共有20道题），试卷信度为0.84，试卷难度0.59。这4次评价共有8051人次参加，这些数据详细记录了区域内每所学校、每个班级、每个学生、每次评价、每一道题的得分数据，每一道题标有对应的物理核心概念，数据颗粒度小，可挖掘信息多。基于此数据不仅可以横向对比各学校各班级某次考试后的学情及各知识点的掌握情况，还可以纵向对比各学校物理教情变化。

（一）区域学校分两梯队，结对互助促教研

为整体了解全区物理学科教学情况，首先需要充分了解各学校平均分、最低分数和最高分数和标准差等描述性统计量。房山区各校4次评价整体情况如图1所示。

图1 房山区各校4次评价整体情况

从房山区各校4次评价整体情况来看，整个区域共有11所高中学校，整体平均分62.11。11所学校物理成绩大致可以分为两个梯队：第一梯队有学校A、学校B、学校H、学校K，这些学校4次整体平均分高于区域平均分；而第二梯队有学校C、学校E、学校F、学校G、学校I和学校J，这些学校4次整体平均分低于60.00分。而所有学校4次考试分数的标准差相差不多，说明区域各学校成绩离散程度差异不大。在后期教研活动中，第一梯队学校和第二梯队学校结对子，可从区域层面采用相互帮扶教研模式，发挥优势学校的引领作用。

（二）数据定位薄弱班级，帮扶教师助成长

本研究将每次评价分数区域前20%的学生定义为优秀学生，每次评价分数区域排名后30%的学生定义为薄弱学生。对一所学校来说薄弱率定义为该学校薄弱学生人数在本校参加评价全体学生的占比。

通过分析房山区各校薄弱率可知，学校J和学校E整体最薄弱，学校C和学校F各校只有一个班，薄弱率也很高，这4所学校重点关注。我们进一步分析学校J，高三（1）班和高三（6）班薄弱率为100%，即这两个班全体学生都在区域后30%，需要重点关注。

分析数据时，不仅要关注薄弱学校和薄弱班级，还需要关注优秀学校和优秀班级。通过数据分析发现，学校A优秀率最高，其次是学校B和学校H。其中学校A的高三（3）班的优秀率达到100%，即此班全体学生全部处于区域前20%的水平。

在后期区域教研活动中根据以上数据分析确定关键关注学校，实地考察该校教学中存在的问题，并给予针对性指导。此外，可以邀请优秀班级的授课教师分享经验，让优秀的教学策略和方法发挥更大作用。同时，对于有共同教研需求的教师可开展进一步关注和分析，结合集中培训、组织说课、讲课、评课等活动有针对性地帮助教师解决问题。

（三）纵向分析历史数据，诊断各校谋进步

对各学校4次评价成绩的变化进行分析，可以看到不同学校教学水平的动态变化情况。房山区各校4次评价成绩顺序变化情况如图2所示。

图2 房山区各校4次评价成绩顺序变化情况

从房山区各校4次评价成绩顺序变化情况可以看出，学校E的顺序越来越靠后，需要重点关注该校物理教学中存在的问题。学校B的顺序越来越靠前，也同样需要研究该校所采用的教学策略。

在后期教研活动中引导退步型学校教研组组长深入分析反思本校学科教研活动中存在的问题，并帮助该校尽快调整教学策略从而提高本校学科教学整体水平，同时可以邀请进步型学校学科教研组组长总结本校所采用的教学策略，且在区域层面分享交流所采取的经验，以便其他学校教研组学习交流。

（四）数据暴露薄弱核心概念，明确主题补缺漏

每次区域评价结束后，需要深入分析全体学生对各个核心概念的掌握情况。以房山区高二下学期期末评价为例，本次评价涉及电磁能、动量守恒定律、光、机械运动与力、机械振动与机械波、实验技能等6个核心概念。房山区高二下学期期末评价核心概念得分率情况如图3所示。

图3 房山区高二下学期期末评价核心概念得分率情况

从房山区高二下学期期末评价核心概念得分情况来看，整个区域的电磁能和动量守恒定律两个核心概念的得分表现有待加强（得分率分别为54.50%和32.30%，不足60.00%），光学得分率较高，达到78.50%。从学校层面来看，学校C相较于整个区域，各个核心概念得分表现都较差，其中动量守恒定律得分率最低，仅为14.30%。从班级层面来看，学校J高三(1)班和高三(6)班相较于整个区域，各个核心概念得分表现都较差，其中动量守恒定律得分率最低，仅为5.20%。

在后期教研活动中，数据所反映出来的得分表现较差的核心概念可以作为本区域的教研主题，深入反思核心概念得分率低的原因，共同探讨针对得分表现较差的核心概念的教学策略，以此来有针对性地攻破该区域物理教学中的突出问题，使教研活动触及各学校痛点，从而使教研活动最优化。

（五）细致分析每道题，助力学生提高水平

在了解学情时，需要对本次试卷得分率较低的几道试题进行更深入的分析，一道题得分率背后反映出学生的知识掌握和能力水平情况，对此深入分析为后期调整教学策略有极其重要的意义。图4给出了房山区高二下学期期末评价各小题得分率情况。

图4 房山区高二下学期期末评价各小题得分率情况

从房山区高二下学期期末评价各小题得分情况可以看出，q42003和q42002得分率最低，深入分析本道题有助于了解学生最为薄弱点。这道题原文如下：

在物理学的研究过程中，对变速运动的研究是从最简单的变速直线运动开始的。最简单的变速直线运动，速度应该是均匀变化的。速度随时间均匀变化的直线运动叫作匀变速直线运动，加速度为一定值。若某种变速运动的速度v是随位移x均匀变化的，请解答以下问题：

（1）类比匀变速直线运动中加速度a的定义式，给出速度随位移均匀变化的运动中加速度a′的定义式；写出a′的单位；若a′为定值，在图5甲中画出初速度为v0，末速度为v1的v-x图像。

图5 房山区高二下学期期末评价q42002和q42003题配图

（2）如图5乙所示，质量为m的金属棒放在宽度为L的光滑导轨上，整个装置处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，回路的电阻可等效为R，且在金属棒运动过程中保持不变。给金属棒一个初速度v0，证明金属棒运动的速度v随位移x均匀变化。

（3）给金属棒一个初速度v0，求金属棒由开始运动到停止过程中在导轨上滑动位移x的大小。

从题目可以看出，本题考查的是用动量定理解决电磁感应问题，要求学生能综合使用电磁感应、动量等知识解决问题，综合性较强，难度较大。学生一般解物理问题从动力学角度思考，若从动力学角度来分析，单杆有初速度，没有外力，因初速度单杆切割磁感线运动，单杆水平方向只受向左的安培力，与速度方向相反，因此，安培力对杆的运动起到阻碍作用，导体棒速度减小。

其中，导体棒所受到的安培力为：

由此可知，速度的减小导致加速度的减小，因此杆做加速度减小的减速运动。因此，如果用动力学的角度去证明速度随位移均匀变化，按高中生的物理基础是无法证明的。

因此，这道题学生需要从能量角度或动量角度思考问题。但由于问题中没有给出有关能量的相关条件，可以从动量角度分析。即在导体棒的速度从v0变为v的过程中，取一段极小的时间Δt，在这一段时间内，导体棒的速度从vi变为vit，因为时间极短，可以认为这一段时间内安培力为定值，根据动量定理可得：

由此道题的解题思路可以看出，学生对导体在磁场中切割运动情况的分析能力欠缺，对比较陌生的情境下如何从牛顿运动力学、能量、动量角度中选取合适的视角解决问题能力有待提高。在区域教研活动中应专门针对学生的薄弱点进行研讨，从而研究提高学生分析问题能力和应用实践能力的教学策略。

四、数据视角下区域教研转型建议

（一）数据充分挖掘教师教研需求，明确教研主题，提高教师参与度

教师在教学过程中会有较多困惑，例如针对某个知识点如何进行教学活动，采取何种教学策略，如何提高学生学习兴趣，如何培养学生解决问题能力等。通过数据分析，学生暴露较多的问题就是区域众多教师想要解决的问题，通过对试卷薄弱核心概念的分析以及得分率最低的试题分析，可以精准定位区域教师教研需求，从而确定教研主题，提高教师参与度。通过对高二下学期期末评价的试卷分析可知，本区学生电磁能和动量守恒定律两个核心概念得分率最低，具体表现在q42003和q42002两道题中，因此建议后期该区将“用动量守恒解决电磁问题”确定为教研主题，充分发挥区域的集体智慧，从而解决教研主题不明确、教师参与度不高等问题。

（二）数据精准识别薄弱学校和教师，有针对性地提供帮助，提升区域教学水平

区域不同学校教情和学情不同，通过数据分析精准识别薄弱学校和教师，充分运用区域校际联动模式，互帮互助，发挥群体智慧，既能发挥优秀学校和教师的引领作用，又能有针对性地解决薄弱学校和教师在教学过程中存在的问题。通过以上的数据分析建议区域可以采取结对子教研模式，例如将第一梯队的学校A、学校B、学校H、学校K和第二梯队的学校C、学校E、学校F、学校G、学校I、学校J 进行结对子，在后期进行教研活动中以结对子为单位协同教研，优秀学校带动薄弱学校，相互学习相互交流。

另外，教研活动可以在薄弱学校进行，例如本次数据分析发现，学校J和学校E最为薄弱，那么教研地点可以选择在这两所学校，从而现场诊断本校物理学科教学中存在的问题，从而有针对性地帮助薄弱学校教学水平的提升。

（三）数据支持下系统规划教研流程，建立教研体系，增加区域教研深度

针对教研活动系统性欠佳的问题，区域层面需要整体规划，确定教研主题、教研模式和教研地点后，还需确定教研流程，形成教研体系，使教研活动内容推向深层次，提高教研活动的效益。

1.经验分享

通过数据分析识别优秀学校和优秀教师后，邀请教学效果出色的教师分享教学方法。如本次数据分析中发现，学校A的（3）班和学校A的（18）班优秀率较高，教研活动时，可邀请这两个班的任课教师梳理在教学中所采取的策略，尤其针对所确定的教研主题提出自己的教学建议，供其他教师参考。

2.教法研讨

组织区域教师针对薄弱核心概念所制定的主题探讨教学策略，突破难点，攻克薄弱点，以发展学生核心素养。如本次研究所建议的教研主题为“用动量守恒解决电磁问题”，则组织区域教师围绕本教研主题充分讨论和思考收集什么资源，采用什么方法，设计什么活动才能让学生充分了解动量守恒和电磁能的本质，让学生树立从动力学、能量、动量三个角度解决问题意识，从而提高学生的科学思维能力。

3.说课评课

邀请各层次教师对同一薄弱主题根据教法研讨设计教学方案，并进行说课。根据各层次教师的教学设计进行评述，汇总教学优点，讨论教学活动中的缺点，使其完善。

4.讲课评课

在区域教师的协同讨论后，修改教学设计，进行讲课，其余教师观摩课堂。观摩课堂后，结合数据，对授课教师的课堂教学进行评价，充分讨论。

5.成果形成

根据前期环节组织区域教师撰写教研活动报告、教学反思、论文等，形成教研成果，供区域教师交流与参考。

五、总结与展望

区域教研活动是教育改革的推动器，通过区域教研可以促进区域教师专业发展，提高区域教学质量提升。但在传统的区域教研活动中，很多区县存在随意确定教研主题、教研形式、教研时间、教研地点，只注重教研活动的数量而不注重教研活动的质量等问题，使参加区域教研活动成为广大教师的任务，无法满足教师的需求，从而降低教师参加教研活动的热情。

“互联网+教育”背景下，大数据分析技术的发展为我们有效进行教研活动提供了很好的思路，运用大数据的力量，可以透视教学中存在的问题，并立足教育教学真问题，解决学科教育中的具体困难。通过充分分析数据，可以精准识别优秀学校和薄弱学校、优秀教师和薄弱教师。从区域层面精心设计相对应的教研环节来发挥优秀教师和学校的引领作用及精准帮扶薄弱教师提高教育教学技能，从而提高区域教师队伍的综合素质。同时，大数据分析可以发现区域教学中存在的问题，精准找出学科教学中的薄弱知识点，从而精准识别教研需求，确定教研主题，并对教研主题开展深入的教研活动，满足教师的共同需求。

本文所提到的数据赋能区域教研新思路仅是基于学生的学业数据提出来的。然而，大数据还需采集学生的过程性数据、教师教研活动过程中产生的数据，如果将这些数据也纳入分析范围，并对这些数据进行更深入分析，动态调整教学环节和教研环节，引导教师总结教学经验，实现成果共享效果会更好。此外，引导教师用数据的思维方式方法解决学科教学的关键问题，发展学生学科核心素养，提升大数据时代教学质量是我们将来共同努力的方向。