CSMS助力初中数学课堂“教学评一体化”的研究

文∣刘永东 陈丽芳 苏洪雨

一、问题提出

近半个世纪以来，我国基础教育导向从“双基”向“三维目标”再向“核心素养”转化，在育人目标与价值取向、设计重心与设计逻辑以及学习行为、教学方式、系统设计等方面发生了显著变化。2022年版义务教育课程方案要求教学聚焦课程核心素养，落实“教学评一体化”的新教学。那么能否运用智能评估工具来助力教学设计与实施，以引导学生在课堂学习中形成和发展核心素养，并实现课堂新教学的教学评一体化？

这个问题的关键在于，智能评估工具能否通过审视教与学的关系，精准分析课堂上师生教与学的思维过程，特别是关注学生“如何学”与“为何学”的学习发生过程。具体到课程教学设计与实施的场景创设、概念传递等环节中，就是智能评估工具能否协助教师觉察自身是否激发了学生的“解释欲”或“实践欲”。

为解决此问题，笔者选用“课堂教学智慧评价系统”(简称CSMS)展开教学研究。CSMS是一种使用人工智能技术常态化、规模化评价课堂教学的指标体系和评价系统，重点分析课堂的教学结构，并首次把课堂育人的核心要素“兴趣激发、知识获得、思维培养、活动交往”全部纳入机器自动化分析，并成功实现跨学科、跨学段自动输出评价结果，用以辅助教研员、一线教师定量分析课堂教学。[1]特别是CSMS采用学习发生知行模型来分析教师教学方式和学生思维方式，为研究课堂教学的思维激发状况提供了一个重要的工具和框架。[2]

以下结合人教版数学七年级上册第六章第一节第1课时“算术平方根”教学实施案例，借助CSMS的课堂大数据报告，实证化、确证化、指标化、显性化、结构化地揭示教学要素之间的关联[3]，探寻课堂达成素养目标的关键教学要素，并通过理解关键要素实现课堂的“教学评一体化”。

二、案例的教学设计及其实施CSMS分析

《义务教育数学课程标准(2022年版)》(以下简称“课标”)对案例的内容要求是了解算术平方根的概念，会用根号表示数的算术平方根。[4]为体现课堂的素养导向，教师可以从情境创设、问题提炼、问题解决多个维度设计学习目标；在实施中采用任务驱动和问题提出方式落实素养培育；在评估素养目标达成情况时，借助CSMS大数据报告进行精准诊断。

(一)案例的教学设计呈现

案例设计主要从学生的角度表述，分为学习目标、任务驱动(嵌入任务评价)的学习过程、学后反思、作业检测四个部分，如表1所示。

表1 “算术平方根”案例教学设计

(二)CSMS大数据分析报告

CSMS大数据报告(教师版)包括课堂概要、互动交流、思维激发三部分。下面主要呈现这三部分的节选数据与分析[5]。

1.整体表现

图1从9个方面呈现了本节课的整体表现，课例综合得分87.4(满分100，广东省初中数学优质课常模值85)。其中，目标定位、课堂艺术、学习体验三个指数表现突出，而评价反馈稍有欠缺。复盘观课也发现，本节课的知识结构清晰，教师擅长分析抽象、做事条理分明、思考冷静务实，且语言精练、情感饱满、富于想象力；教师均衡照顾到各类不同学习风格的学生，学生能跟随教师授课节奏认真听课，课堂气氛轻松快乐，练习有序，互动通畅；但教师对学生学习反馈的及时性和多样性尚有提升空间。CSMS大数据报告与现场观课的反馈高度吻合。

图1 课堂整体表现

2.互动交流

图2采用弗兰德斯互动分析法提炼出7个指标，呈现课堂师生通过言语互动交流开展学习的情况(虚线多边形是台湾常模)。数据显示，本节课在启发性、教师正面回应学生、学生稳定表达、师生话题交流稳定、教师发问这五个指标上的表现较好，“教师聚焦讲授与提问”与常模值基本持平，但“学生发问”指标明显低于常模。复盘观课也发现，所有问题均由教师设计和提出，学生尚未被激发出主动发问的欲望。

图2 弗兰德斯雷达图

3.思维激发

CSMS大数据报告运用了学习发生知行模型洞察并呈现了课堂思维激发状态。知行模型通过教师外在可观测的语言刺激(划分为“四何”，即若何、是何、为何、如何)来推测其对应的场景输入、概念输入、内化建构、思想练习这4种内部认知过程关联的知行活动状况[6]，实现思维激发的外显评测。

如表2所示，本节课的“是何”占比(36%)和数量(47)略偏高，而“为何”占比(9%)和数量(12)偏低。通过复盘发现，通过教师提问、学生模仿归纳等方式让学生理解概念，这是“是何”；对不同情境中的概念加以辨析，这是“若何”；在各种判断、练习中运用概念求解，这是“如何”。整体而言，本节课更多围绕“算术平方根”概念(是何)和概念辨析(若何)之间组织教学活动，更多停留在“知”的学习层面。根据知行模型，学习是否能够真正发生，关键在于“知”能否有效转化为“行”对应的内化建构、思想练习。而课例中“为何”相对略少，即在原理性知识理解方面略显不足，这与缺少学生主动发问、教师推动有效学习程度分值较低的分析结果具有一致性。

表2 课堂思维激发的基本参数(部分)

三、反思与启示

“教学评一体化”即呈现课堂系统中教主导、学主体、评合理的协调与配合，其中“评”是沟通教与学的有效桥梁。著名心理学家林崇德先生认为：人文底蕴与科学精神是核心素养的重要内容，落实素养培育的关键是思维教学。[7]可见，“教学评一体化”研究应围绕思维发展来展开，而思维发展的“教学评”在于思维的灵活性、深刻性、批判性、敏捷性、创造性等思维品质的培养。反思本节课的教学设计和教学复盘，以及CSMS大数据报告对教学的要素分析，笔者探寻了课堂“教学评”三个关键要素的关联，从思维激发和互动交流等层面得到如下五点启示。

(一)在引导学生读懂、想透的过程中培育思维的灵活性和深刻性

CSMS大数据报告显示本节课整体表现高于优质课常模，课例的教学设计从规划层面充分考虑了引导学生在结构化知识中“读”得懂知识的来龙去脉，在真实化教学情境中“想”得透知识的整体性和联系性，并在思维的全过程中灵活促进学生深入思考问题、预见知识发生发展过程。

教学复盘时发现：从互逆运算视角看，学生通过操作乘方与开方，类比幂得到算术平方根，经历了知识发展过程，体验了知识如何结构化；从数系扩展视角看，学生对为什么要研究算术平方根、算术平方根在数系中处于何种关系与定位有了清晰理解(如图3)。正是因为学生读懂了合理有序的知识结构，才能产生多视角的思维起点，进而产生具有自觉性和伸缩性的思维过程，体现出思维的灵活性。

图3 数系学习的框架结构

运用符合学情的问题串来激发学生思维是有效的教学方式。本节课通过三个任务下设若干问题串，引导学生基于原有认知，学习如何从特例中探寻出一般性，进而掌握研究这类问题的基本思路。这里主要解决两个问题：一是教师如何引导学生自主抽象出“算术平方根”这一概念，让学生能够做到在运算后通过模仿用文字归纳出概念，进而在解决问题过程中发现并想透用字母表示概念的一般形式；二是学生如何借助系列“子问题”的解决想透“母问题”中的数学理解，也就是“以退为进，透过现象看本质”，概括能力和逻辑推理能力得以提升。这样，学生在简单和有趣的学习理解中能想透并自主建构知识，有效地拓展了思维的深刻性。

(二)在引导学生讲清、做对的过程中培养思维的批判性和敏捷性

CSMS大数据报告的互动交流指标显示本节课存在学生发问不足、批判性思维发展不充分的现象，且“课堂负极氛围”指标为55(参考值<26)，“思维激发开放性”指标为1(参考值≥2)。教学复盘发现，课堂上主要是教师提问、学生作答，教师严格掌控着课堂活动进度，没有给学生留出充分的时间和空间进行发散思考与探索，因此学生未能就所学内容从不同层面或角度来表达困惑、提出质疑或不同看法，存在的学习问题可能没有充分暴露，本质上仍然是教师没有讲清知识，因为学生往往在批判质疑中才能真正“讲得清”认知结构的思维。

此外，如何评判学习是否由“知”已真正转化为“行”，除了运用CSMS大数据报告辅助研判，还有一个重要评判依据是问题是否得到正确解决。教师在课堂上即时研判学习是否真正发生，可以通过练习检测、口述表达、开放式活动表现等课堂观察，判断三分之二的学生是否完成评价任务。例如，指向目标2的任务二需要通过两三种途径研判是否“算得对”：一是学生是否会用数学的眼光发现正方形边长的求解方法，这是算理理解的表现形式；二是学生是否会用数学语言表达算术平方根的概念，这是符号表达的表现形式；三是学生是否会用数学的思维思考并算对开方结果，这是符号运算的表现形式。这种研判方式，关注的是学生在“做对”基础上的速度，正确而又迅速是思维敏捷性的体现。

(三)在引导学生主动发问、合作探究的过程中激发思维的创造性

课堂提问是帮助学生激起高阶思维、产生交流互动的主要手段，可分为教师发问和学生发问，后者是学生思维创新能力培养的体现。本节课的教师发问抓住了“思维起始于问题”的要点而引发学生思考，但进一步分析的CSMS数据显示合作交流程度高，而评价反馈情况不良，说明教师的“问答评”有提升空间，可以通过“评”的改进来激发学生的主动发问。基于此，一是要培养学生问题意识，以宽松的学习氛围促进学生提问，以点拨引导等方式让学生养成“善于提问”的习惯；二是要向学生展示教师的思维过程，为学生发问作示范；三是要给足学生交流讨论、深入参与分析批判的空间，并通过评价反馈引导学生发问。知识是学来的，也是问来的，学生在发问中开展合作探究的创新思考，能够有效激发思维创造性，在教学中不可忽视。

(四)从“为何”“如何”的实施效果评价学生学习是否真正发生

通过情境直观的方式提出概念(①若何—为何)，再通过归纳和辨析理解概念(②是何—为何)，最后应用概念(③是何—如何)和迁移应用(④若何—如何)是概念课常见的学习路径。但CSMS大数据报告分析显示本节课学生在“为何”方面的学习有所欠缺。反思课堂，教师对③④这两步落实比较到位，但在原理性知识学习的①②两步较少追问，导致学生知识内化建构不足，限制了学生思维激发。而“从知到行”是思维激发的表现特征，这一环节是不可缺少的。

高质量的思维活动需要通过动机激发(若何)、认知冲突(为何)、自主建构(是何)、应用迁移(如何)以及自我监控(读懂、想透、讲清、做对、创造)等目标实现，其中更需要在以师生为“双主体”的互动交流中激发学生产生积极的、成长的思维，唯有这样，才能呈现思维的灵活性(读懂)、深刻性(想透)、批判性(讲清)、敏捷性(做对)和独创性(创造)。

(五)运用CSMS大数据报告优化课堂的“教学评一体化”过程

CSMS大数据分析倡导的课堂教学结构化、素养目标任务化、学习方式多样化等教育理念，与课程标准的要求高度吻合，可以助力教师从素养角度把“教学评一体化”更好地落实在课堂上。“教为主导”的体现包括，教学目标定位是“三维叙写”的，指向素养，从立意上提升教学的高度；通过课堂调控和课堂艺术，促进学生在知识内容结构化中学习，这样可以拓展教学的宽度；在教学过程中嵌入任务评价，结合指向学习目标的真实情境和问题提出，在思维激发和评价反馈中以真实思辨推进教学的深度和广度。“学为主体”的体现包括，学生整体发展能通过问题思辨和合作交流产生灵活的互动，建立有较好的学习体验而提升课堂的温度，最终教师依据教学目标和思维品质，对教学达成进行评价。随着CSMS使用的不断推进及其和教师教学追求的深度融合，课堂“教学评一体化”将会更为凸显。

四、结语

无论课程怎样改革，促进学生思维发展是教学的永恒主题。要让新课程新教学在课堂落地，学科教学就要做到让学生把内容阅读明白，把问题思考透彻，把思维表达清晰，把运算结果算对，即能“读懂、想透、讲清、算对”，以思维发展促进学科素养的形成和发展。而这些是通过教师学科专业素养和教学能力的提升来达成的。教师素养和能力的提升，可以借助人工智能视域下课堂智慧教学评价的加速推动，CSMS助力教师在新课堂新教学中实现“教学评一体化”的尝试，还有一些发展空间，值得大家进一步探索。