基于认知行为数据的精准教学

何杰： 北京师范大学第二附属中学语文教师，特级教师，北京师范大学研究员（正高级职称）。获得首都劳动奖章。参与编写高中语文统编教材，入选教育部国培计划专家库。长年致力于语文学科与信息技术融合研究，主持北京市教育规划重点课题“认知数据支持下的学生个性化与自适应学习方式案例研究”，主持北京市基础教育信息化双百示范课题“基于大数据与人工智能的语文个性化学习实践研究”并获得市教委优秀课题称号。以“用我的生命状态影响学生的生命状态”为教育座右铭，致力于语文教学的科学化，将学生认知发展作为教学的根本目标，将吃透教材和吃透学生作为有效教学的两大关键。

语文教学一直存在科学性不足的问题，不管是教学内容还是语文能力成长机制，大多缺少精确分析。教育改革大潮风起云涌，从关注教到关注学、以学定教等理念逐渐成为教育界的主流认识。但理念提出容易，真正落实则较难，难在难以准确把握学生的认知状态。教师不妨常问自己以下几个问题：一是我们能说清楚有哪些学生对于哪一部分知识没有掌握吗？二是我们能说清楚一堂课上下来，学生掌握了多少内容吗？三是我们能说清楚影响学生认知的因素吗？四是我们能说清楚学生的思维特质吗？五是我们能说清楚对待不同的学生要采用何种讲授策略，提供何种训练内容吗？六是我们能说清楚学生某种学习行为或学习特征的意义吗？等等。

要想回答以上问题，教师必须对自己的教学过程与教学效果做出精确诊断，认知数据的采集与分析就是精确诊断的基础。信息技术为语文教学的精确分析提供了支持，因为科学化的基础是精准，信息技术则可以促进精准的实现。语文教学的科学化也需要精准的实现，信息技术恰恰可以在精准教学中为语文教师助力。

一、认知数据分析是实现经验精确化的重要途径

以往教师对于学生学习情况的把握大多基于经验。当然，我们不否认优秀教师经验的价值。优秀教师经过多年积累，对学生的学习状况往往有相当敏锐的感知能力，把优秀教师的经验精确化，是教学走向科學化的重要一步。

所谓经验精确化，在本文指的是教师的观察、分析、思考能用数据表达。其中，认知数据分析是实现经验精确化的重要途径。认知数据，又称学情数据，指的是体现学生学习特点和学习情况的数据，包括认知内容数据和认知行为数据。

认知内容数据可以分为认知过程数据和认知结果数据：前者是指学习过程中的问答、讨论、笔记、演算、练习等学习内容，后者是指学习过程结束后的作业、作文、练习题解题成果等。认知行为数据是指学习过程中一些外显的动作，如落笔轨迹、用时节奏和各种微表情。

对于认知数据的分析，就是将教师对学生学习状况的感知数据化、精确化。这是我们一直在做的一项研究：认知数据支持的精准教学实践研究。我们认为，语文教学设计不能只凭借教师的经验，还要依据学生的认知状态，对认知状态的把握应以对认知数据的分析作为根据。

虽然语文学科有大量意会、模糊的内容，但不等于语文教学不追求确定。有时候，一些语文教师会以语文学科“只可意会不可言传”为荣，如果这种状况持续下去，语文教学很难实现科学化，语文教学的低效亦将长期存在。

以上这些问题的出现，归根结底是因为语文教学缺少确定性与精准性，而要想确定与精准，必须有认知数据来支持。

二、基于学习用时数据选择精准教学内容

语文教学和语文学习的精准化大体分成三个维度：学习目标的层级化、学习内容的个性化和学习方式的适宜性。也就是说，精准教学要针对特定的学习对象，为其确定精准的学习目标，提供精准的内容和学习方式。认知数据的采集与分析，将为个性化学习与精准教学提供支持。

教师对认知内容数据助力个性化学习与精准教学做过许多探索，本文重点探讨认知行为数据的采集和分析，限于篇幅，主要介绍学习用时数据。

从某种角度来看，学习用时是分析教师教学效果、提高学生学习效率的重要参数，以更经济的用时取得更好的教学效果是高效教学的应有之义。

如果在教学中对用时节奏、用时多少与用时效率做到精确记录与分析，教师则能更好地反思自己的教学行为。作业君教学平台作为辅助教学的重要工具，它有一项非常有意义的功能，就是能够记录每个学生完成各种学习动作的用时。

将学习用时数据与其他数据结合对照，教师可对教学效果及学生的学习风格、认知特点、学习效果进行评估，从而改进教学，为学生提供优化学习方案。

假设在同一个班级内全体学生共同完成某几道测试题。测试结束后，对于正确率高、答题快的学生，我们可以认定他们的思维敏捷性是比较强的；对于正确率高、答题慢的学生，可以认定他们的学习稳定性较好；对于答题快但正确率低的学生，可以认定他们较为毛躁粗心；对于答题慢且正确率低的学生，可以认定他们基础薄弱，思维缓慢（如图1）。

以上认定是同一班级学生的相对比较。如果采样的量与面足够大，测试频次合适，教师就可以对某一学生群体的思维敏捷性水平与知识牢固程度进行准确摸底，并可针对不同认知特点的学生，给出个性化的优化方案。

下面以一篇文言文阅读试题《公默先生传》为例。《公默先生传》是学校高二年级一次月考的试题，共有4道选择题、1道简答题。考试结果是理科实验班（C班）平均成绩高于文科实验班（B班），B班平均成绩高于普通班（A班）。

如果仅看成绩，我们并不能清晰准确地判断出各班学生对于《公默先生传》全文各语句的掌握程度。若教师不能了解学生对全文各语句的掌握程度，就很难发现学生的知识漏洞。为此，我们基于《公默先生传》的语句内容设置了一道拆解题。

祝智庭先生在介绍精准教学理论时指出，精准教学最大的价值在于能够精准地针对学生学习某一知识或技能时遇到的具体问题进行教学。然而，学生表现出来的问题，不一定是要解决的问题，可能是某个子问题造成的。在子知识或技能方面，只有进行更多的实践并获得流畅的学习表现，才能使学生“突破天花板”，获得更高阶表现的流畅度。

具体到语文学习，学生无法正确解答某道阅读题，往往是影响学生对阅读题理解的某些因素导致的。因此，为了获取学生作答的思维过程，教师设置了拆解题，对学生的作答过程进行拆解。设置拆解题，或是针对学生可能产生的思维障碍通过题目做思考提示，或是诊断学生做题过程中的思维障碍，总之是通过拆解方式，外显学生的思维过程，帮助教师精准确定教学目标和教学内容。

对曰：“骨肉，而去，令世人不复顾忌。此策之次者，先生能用之乎？”

A.放弃；疯癫狂妄 B.抛弃；假装疯狂

C.放弃；假装疯狂 D.抛弃；疯癫狂妄

这道题是对语句中的关键词语进行设问，检测学生对关键词语的掌握程度。根据测试结果，教师教学时要重点讲授相关词句。

我们希望通过拆解题——这篇文章主要是拆解文言词语和语句，达到以下目的：一是精准定位学生知识薄弱点；二是精准定位训练对象；三是精准反馈教学效果。

这类拆解练习，我们一般要求学生做两遍：第一遍旨在诊断，根据诊断结果确定教学内容；第二遍发生在教学之后，让学生再次巩固，借以反馈教学效果。

通过拆解，我们主要获得以下数据：一是知识内容数据，测试学生掌握了什么，即明确教学内容；二是能力水平数据，测试学生的认知层次，即明确教学目标；三是完成用时数据，测试学生的熟练程度，优化教学节奏。

三、不同类型班级同次试题测试数据对比

测试中，我们利用作业君平台采集了学生每道题的成绩和作答用时，以及全班学生每道题的平均成绩、每道题作答平均用时、总成绩和总平均作答用时。分析这些数据，教师能够很好地了解学生的思维敏捷性，以及对题目的熟悉度、学习风格与特点。

表1是同一教师任教的A班与B班学生平均成绩与用时对比。

由表1可知，A班学生的平均分是51.7分，平均用时是17分钟；B班学生的平均分是57.4分，平均用时是12分钟。可见，在本次文言文阅读测试中，B班学生的成绩与做题效率都高于A班。如果将两班学生每道题的平均用时做一对比，我们发现，A班学生作答第1题的速度快于B班，而两班学生本题正确率相差不大，说明B班学生进入学习状态稍慢（见表2）。但因为B班学生学习基础稍好，作答速度越来越快。

再细致分析各题用时，我们发现，两班学生用时差距最大的是这道文言语句翻译题（23题）：闻善于彼，阳誉阴非，反背复憎，诋笑纵横。

A.表面上在别人那里有好的口碑，实际上别人都在背地里非议，反复咒骂、憎恨，甚至肆意诋毁、讥笑。

B.听到别人的好话，表面上奉承，暗地里非议，转过身又变成憎恨，对别人肆意诋毁、讥笑。

C.在别人口中听到一些善言善语，可曾想别人只是表面上称赞，背地里非议，反复咒骂、憎恨，甚至肆意诋毁、讥笑。

D.听说某人是善良的，表面贊扬他，背地里数落他的缺点，憎恨他甚至肆意地诋毁、讥笑他。

从学习内容角度看，本题是文言语句翻译题，题目文字量与文言陌生度都高于其他题目。这道题A班学生用时90秒，B班学生用时 52秒，它是两班学生作答用时差距最大的一道题。同时，我们发现，凡是文言语句翻译类问题，A、B两班学生的用时差距都比较大。不过，这类题的正确率，B班学生没有比A班学生高出多少。由此分析，阅读速度上，B班学生明显快于A班，因为B班作为文科班，阅读任务明显多于A班，而平时A班学生对于文言语句的细读、翻译关注不够，因而快速读句子、快速建构语义结构的能力稍差一些，可以认为B班学生在本次阅读测试中的敏捷性明显高于A班。但两班学生在文言实词、语句积累量上相差不大，因而作答正确率差不多。

通过对以上两班各题用时数据的对比分析，我们可以精准确定两班学生对《公默先生传》语句理解的薄弱之处，也可分析两班学生文言学习方面的认知特点。这为教师精准选择教学内容与确定教学目标提供了依据。

四、相同班级学生同一题目的前后测试数据对比

对比同一班级学生在教师教学《公默先生传》前后同题的测试成绩，我们发现了一个比较有意思的现象。这个对比意在反馈教学效果（第二次测试在讲课后两天进行）。

表3为同一班级学生的两次成绩综合比较。

综合对比显示，第二次作答学生的分数明显提高，用时明显减少，说明此文的教学效果有所提升，全班学生的听课状态整体上是较好的。

上述介绍的是全班学生的整体数据。若深入个体，对个体学生前后用时、前后成绩进行分析，也可发现很多值得关注的地方（见表4）。

可以发现，多数学生的成绩有所提升，用时明显减少。其中，36号学生在第二次诊断时，进步分数为30分，用时由9分钟变成2分钟，可见其听课效果非常好。我们推测，如果在类似测试中该生多次有较大进步，说明他的学习潜力是很大的。

但也发现有些学生并没有进步，甚至有些退步。比如25号学生，他在第二次测试中第2题、第6题、第11题、第14题和第17题作答不正确，甚至有2道题是在前次测试正确的情况下做错了。不过，该生的作答用时大大减少。这说明，该生听课效果不好，第二次作答时有一种急躁的心态，没有认真思考。

应该说，多数学生在第二次测试中用时减少，正确率提高。17号学生的作答用时虽然没有变化，但是成绩却有大幅提高，可见该生听课效果很好。两次用时都比较短，说明该生的两次学习都保持着高度专注与相同节奏，没有因为掌握新知识后有意提高作答速度。对照平时对该生的观察，我们可知她是一个语文基础好、学习稳定踏实的学生。

通过得分与用时对比，我们也可以发现一些需要关注的特殊学生。这些学生的听课效率、知识疏漏和学习特点，都可以在两次数据对比中得到提示。

更值得关注的现象是，对于同一道题，学生在第二次测试时成绩不进反退，这就要引起我们对教学的反思。

由表5可知，对于第2题、第6题、第21～23题，第一次测试学生答对人数没有过半，第二次测试有了大幅提高，说明教师在这部分的教学取得了明显成效。

但还有不少面对同样题目再度犯错的学生。他们是因为听课不专注，还是听课后没有巩固或是其他什么原因，需要做相应调研。数据提示我们，这些二次出错学生的学习效果不理想，在后续教学中要有相应的关注，对这些学生要有不同于其他学生的指导。

例如，前文所述的拆解测试题，它也是值得我们关注的与第一次测试相比学生大面积出错的题。

对曰：“骨肉，而去，令世人不复顾忌。此策之次者，先生能用之乎？”

A.放弃；疯癫狂妄 B.抛弃；假装疯狂

C.放弃；假装疯狂 D.抛弃；疯癫狂妄

这道题的正确答案是B。如果选择A或D，则可能是对“佯狂”一词不理解，“佯”是“假装”的意思，属于文言实词积累方面的问题。如果选择C，可能是对“捐弃”一词不理解，“捐”是“弃”的意思，解释为“放弃”或“抛弃”，但在这个语境中，“放弃骨肉亲人”显然不如“抛弃骨肉亲人”更符合语用习惯，它属于词语运用层面的问题，即现代汉语语用能力问题。因此，选择不同项的学生要加强训练的内容肯定是不同的。对于这道题，学生第二次测试的成绩普遍不如第一次，显然与教师教学中对以上内容强调不够有关。

再如前文出现的第23题（语句翻译：闻善于彼，阳誉阴非，反背复憎，诋笑纵横。），对于这道题，在笔者所教的B班和C班学生的两次测试中有明显的变化。

一般来说，学校C班学生的语文基础与学习习惯要好于B班。在第一次测试中，第23题中C班学生的正确率是31%，用时是63秒；B班学生的正确率是19%，用时是52秒。从正确率看，这符合两班学生的实际学习情况。

一次测试后，笔者先在C班教授此文，当时因没有特别关注这句话，课后部分学生并没有理解这句话。虽然有一些学生经过揣摩，对此句话的理解有所进益，但二次测试中，该班学生此题的正确率提升并不明显，为34%（能够不通过教师讲解自己改正的学生也需特别关注），用时则减少31%。这说明该班学生在文言语句理解方面没有大进步，但因是同样的现代汉语选项再次阅读一遍，速度明显加快。在B班教学时，笔者已经意识到对此语句的教学疏漏，并详细讲解了此句，该班学生第二次测试的正确率达到53%，时间减少到31秒。可见，在学生听课专注程度相差不大的情形下，教师对某些教学内容的强调对学生的影响是很大的。当然，B班近半数学生没有做对，至于是学生的听课专注程度有问题，还是课后消化落实问题，还需要进一步調研。

仅就两班教学内容不同导致课后反馈数据明显差异这一点，就应该引起教师对教学的反思，这都有赖于我们所做的精准分析与诊断。

这次精确诊断主要分析了四个指标，包括学习用时、题目掌握度（分数、正误率、平均分数、平均正误率等）、学习内容、具体学习者。四个指标相互结合，可以对某个班级、某个学生的学习特点和某项学习内容掌握情况做具体分析，采取相应的教学干预措施。

比如，通过分析学生学习用时与题目掌握度，教师可以探知某项教学内容的难易度、学生掌握情况，学生在学习某项内容时是否专注，听课效果如何。结合某项学习内容的知识特征，还可分析学生的思维特点、认知难点、认知误区。

具体到此案例，我们还可对被测班级和被测学生的思维敏捷性、听课专注度、听课效果、文言词句积累水平做出大体评估，或对被测班级和被测学生的文言词句掌握情况得出具体结论，设计相应的教学优化方案，包括班级教学方案和个体训练方案。

这个精确诊断与分析案例使我们确信，学生的认知数据要放在学科情境中来理解，并用学科语言来描述。数据放在学科语境中，数据的意义才能彰显，产生数据的原因才能更显豁；反过来说，学科语境中有了数据，学科教学的分寸才好把握，学科教学才能更加精准与确定。

同时，学情数据必须与具体个体相结合，要联系教师的教学经验和对学生的长期观察来判断，也就是说，既要有定量分析，也要有定性分析。只有结合具体的人来判断，数据才是鲜活而有生命的，而具体对象有了数据显示，教师对于学生的积极干预才有据可依。

此案例的核心数据是做题用时。教学用时和学习用时一直是衡量教学效益的重要指标，也是衡量学生思维敏捷性、知识熟练程度的重要指标。影响教学用时或学习用时的因素很多，教学用时与学习用时在不同情境下的教与学意义也不一样。这次诊断也有赖于作业君对于作题用时的精准记录，为教师后续有关教学用时与学习用时的研究提供了基础。

当然，本文只介绍了我们课题研究中的一个案例，类似的诊断我们做过不少。我们推断，如果有效诊断的次数与类型多到一定程度，各种数据丰富到一定程度，再加上教师关注的学生书写轨迹等认知行为数据和认知内容数据，就可以根据数据分析对某个班级和学生的学习特点做认知图像描画。我们相信，以学定教、因材施教不应只停留在口号中，精准教学必然依赖于精确诊断。在已有案例的基础上，我们会继续探索，希望未来教学能够更加精准。

注：本文系北京市教育科学“十三五”规划2018年度重点课题“认知数据支持下的学生个性化与自适应学习方式的案例研究”（立项编号：CAHA18090）的阶段性研究成果。

责任编辑：孙建辉