基于大数据实施智慧教育培养创新人才

文  |  田雪林   马天明

关键词：智慧教育；教育大数据；教育信息化

        教育信息化是一个长期的发展过程，有其客观路径及规律，具有时代性和阶段性的特征。在物联网、云计算、大数据等新一代信息技术的推动下，世界上多个国家已将智慧教育作为其未来教育发展的重大战略，以培养学习者协作能力、创新能力、解决复杂问题的能力以及终身学习的能力。

        江苏省南通第一中学以建设高品质示范高中为契机，全面实施基于大数据的智慧教育工程，积极推进人工智能技术在教育教学中的应用，探索具有自身特色的“智慧教育”发展之路。2011年，学校在课堂教学中广泛使用交互式电子白板，建成了南通市第一间微格教室；2012 年，开展数字化教学实验；2014 年，高标准建成南通市首家数字化校园，全面实现数字化教学和管理；2015 年，在高三数学备课组开展基于大数据的精准教学实践；2016 年，全校推广使用学业大数据系统，全面实施精准教学和个性化学习；2017 年，高一年级 4 个班级试点智慧课堂，为全体师生配备智能终端，基于大数据、云计算等技术的智慧课堂正式进入实施阶段；2018 年 5 月，“人工智能 + 数学”课程基地被江苏省教育厅批准纳入省级建设计划。学校教师不断学习，主动迎接新技术挑战，借助互联网、智能终端设备和各类教育平台，积极开展智慧教学实践，逐渐领悟“智慧教学”的真谛。

一、智慧课堂，助推课堂形态高效转变

        2014 年，学校建成了数字化学习平台和两个电子书包教室，开始电子书包教学实验，积累了许多数字化教学经验。随着社会的发展进步，人工智能技术、大数据技术、云计算技术等先进技术渗透到教育教学中。2017 年，学校在高一年级挑选了 4 个班进行智慧教学实验。学校部署了智慧教学云平台，这 4 个班的教室里均安装了智慧教学设备，师生都配备了平板电脑，便于开展全科化、常态化智慧教学。课前，教师通过云平台推送预习内容，让学生以在线提交、拍照上传、班级空间等方式及时反馈预习结果，这样教师备课针对性更强。课中，教师把授课内容推送到学生平板电脑，让学生通过在线答题、拍照上传、抢答等方式积极参与课堂互动，做到学习机会均等，让学生真正成为学习的主人。课后，教师在线布置作业，推送学习资源，通过录制微课、语音互动、拍照解答等方式及时答疑解惑，让学生学习更主动、更积极。这些举措让平板电脑真正成为了学习工具，使泛在学习在南通一中的校园里成为现实。

        案例一：平板电脑成为课堂教学的基本工具

        一天，物理学科杨老师精心准备了“动能和动能定理”预习任务，通过智慧校园云平台推送给全班学生，晚上杨老师检查并批改了学生的练习结果，知晓学生存在的主要问题。第二天上课时，杨老师手持平板电脑，重点讲解了学生掌握不牢的学习内容。她一边讲解一边娴熟地操作着，时而分享屏幕，时而推送课堂练习，学生面前的平板电脑也同步切换。在一帧帧页面变化中，有关动能和动能定理的定义、表达式、实际应用等重要知识点，通过文字、图片、动画等形式生动而形象地传授给学生。与传统课堂模式不同的是，杨老师通过平板电脑实现了学生的即时互动。课堂上，除了分享教学内容外，还穿插着课堂练习，学生通过平板电脑或在线作答或拍照上传反馈学习效果，教师手中的平板电脑立即显示练习的正确率和错误点，立即进行有针对性的纠错。“过去的课堂，教师提问，只有少数学生有回答的机会，我不能精准把握学生对教学内容的掌握情况。

        但现在有了‘智慧课堂’教学系统的支撑，学生的学习机会均等，每个学生的学习和练习效果都能清晰而准确地显示出来，便于我灵活地调整教学策略，教学效率和质量都明显提高。”杨老师说。不仅是课堂的教学互动，一部小小的平板电脑还集纳了学生笔记、习题测试、作业批改等教学功能。在约 30 分钟的课堂讲解结束后，杨老师布置了巩固练习，这些原本是放学后回家才能完成的“家庭作业”，现在可以当场测试、当场批改。例如，计算一只小球落地时的动能，学生做完后拍照上传，交互式电子黑板上，立即出现倒计时画面和学生名单。答题完成后，系统自动计算正确率，“正确答案为 20 焦耳，15 人回答正确，错误答案主要集中在 10 焦耳和 15 焦耳……”杨老师当场批改作业，再进行有针对性的辅导。“应用平板电脑教学系统不仅让我们体验了科技的魅力，而且提高了学习效率。课堂上我们不必再忙于抄笔记，每位教师的教学课件和书写的内容都存在我们的平板电脑里，特别是一些重难点内容，我们只要轻点‘保存’可随时温故。”学生薛某如是说。课后作业课堂上就解决了，学生有了更多的自主学习时间，学习更轻松。

        在智慧课堂上，学生真正从知识的被动接收者转变为学习的主人，自主学习能力明显增强，由原先的“忙于听讲、记笔记、做作业”变为“自学探究、提出问题、交流讨论”，课堂形态发生了根本性转变。

        案例二：微课常态化辅助教学

        微课以其短小的特点适合网络传输和碎片化学习，学生只要花几分钟时间就能完成一个知识点的学习，因此备受教育界推崇。教师利用平板电脑录制微课，或上传到云资源平台，或发布在班级空间，辅助学生自主学习和答疑解惑。且看高一（12）班徐老师如何用微课辅导学生。

        数学课后，徐老师布置了三道作业题，有一道关于诱导公式的题目比较难，许多学生通过智慧校园云平台的班级空间、私信、语音通话等方式向徐老师请教。徐老师发现大多数学生没有理解函数的周期性导致对诱导公式理解困难，于是就录制了几分钟的微课讲解三角函数的周期性，并上传到班级学习空间，推送给所有学生。以前第二天才能面对面解决的问题，现在借助智慧教学系统得以迅速解决，学习效率显著提升，“学习新知—反馈纠正—巩固提高”的学习周期明显缩短。

        经过近一学期的平板电脑教学，学生也有自己的体会。高一（3）学生王某的话很有代表性，她认为：“有了平板电脑教学系统后，教师的授课内容能同步到我们的平板电脑上，大家的学习机会都一样。我们的课堂练习也能快速地提交给教师，让她及时掌握我们的学习情况；课后，我们碰到不懂的问题还可以在班级空间里请教，能得到教师及时的指点，接受教师推送个性化的学习内容，弥补薄弱之处。”学生发展情况是检验智慧教学成效的重要标准，4 个平板电脑教学班级的学生不仅学得轻松，而且在高一年级的三次考试中成绩也优于其他班级。

        案例三：答题器助推课堂教学即时精准诊断

        对于平板电脑教学班以外的其他班级，学校为每个学生配备了多功能智能卡，与智慧教学系统无线互联，实现师生之间快捷交互，及时反馈课堂教学效果，提高课堂教学效率。应用智能卡的答题器功能，课堂上学生能及时反馈选择题、判断题等的作答结果，实现简单、高效的课堂交互。教师能够及时掌握学情，及时调整课堂教学策略，教学质量和效率普遍提高。

        在一堂高三历史复习课上，秦老师复习完本节课的内容后，布置了 20 道选择题做检测。课前，秦老师将选择题的正确选项输进智慧教学云平台的答题宝系统。课中，他把题目呈现在交互式电子白板上，然后进入答题宝系统等待学生答题。学生用答题器按键答题，答案通过无线传送到答题宝系统，系统适时统计正确率、答题人数及学生名单。秦老师对错误率较高的试题做了重点讲解，课后对个别学生单独辅导。

二、学业大数据，助推教学质量提升

        据统计，传统教学中 95% 的学业过程化数据没有被数字化存储和分析，20% 的教师是手工统计班级作业和考试中的错题情况，80% 的学生不知道作业和考试中存在的问题。面对这些现实，学校早在 2015 年就引进了学业大数据系统，用于采集与分析学生作业、考试以及学习过程的数据，做到了三个全覆盖：教师全覆盖，所有教师都使用学业大数据系统分析学情，教学定位更精准、针对性更强；学生全覆盖，采集所有学生的学习、作业和考试数据，做到一生一策，智能化推送个性化学习报告、个性化指导、错题巩固以及微课学习等资源，使学习更高效、更轻松；家长全覆盖，所有家长都能用手机 App 及时掌握学生的学习情况，能更好地配合学校管理，实施家庭教育。精准化教学有利于减负增效，智能化平台的应用激发了学生自主学习动力，借助学业大数据系统，有效地形成家校合力。

        案例一：基于学业数据的精准讲评

        高二期间，由于多种原因导致高三（1）班（文科班）的数学成绩一直处于落后位置。进入高三后，该班新任数学教师陆老师充分利用学业大数据系统开展精准教学，迅速提升了该班的数学成绩。

        2017 年 11 月某天第三节课前，陆老师批改完学生圆锥曲线的作业，就去扫描试卷，3 分钟就扫完全班所有试卷，她的手机上立刻显示出本次作业的各项统计数据。她发现作业中的第三大题班级得分高于年级平均分，但从学生个体看，班上还有 22 人（占比51.2%）得分在 15 分以下，13 人（占比 30.3%）得分在 10 分以下。她意识到大多数学生对定点与定值的问题没有搞清楚。

        上课时，陆老师重点讲评了共性错题，当讲到第三题时，她再次详细归纳了定点与定值问题的多种解题思路和方法。课后，陆老师再次推送了两道变式训练题强化巩固。从学生上交的作业看，他们已经掌握了圆锥曲线中定点与定值的解法，漏洞得到了有效、及时弥补。

在陆老师的带领下，分析各项统计数据进而做针对性讲评和补弱成了高三文科数学备课组教师的习惯。在两个多月后的市区统考中，高三（1）班的数学成绩超过了其他班级，文科班的平均分也在市区名列第二。

        案例二：基于学业大数据的错题重练和个性化作业

        学业大数据系统不仅能帮助教师及时、准确地掌握学生学习情况，有助于增强讲评和辅导的针对性，而且还方便教师从系统中导出一段时间内本班、本备课组、本年级的共性错题，进行错题重练，或者根据薄弱项组卷训练，使知识的巩固和强化更有针对性。教师也可以根据学生的学业数据推送个性化的作业，针对性地弥补学生的不足。学生也可以从平台上导出并打印错题，自主进行薄弱项训练。

        高三（2）班英语教师房老师在分析本班的学情时发现，大多数学生对宾语从句、过去进行时、主语从句、定语从句先行词、一般现在时等知识点掌握得不太好。她在学业大数据系统里针对这些知识点进行错题重做和错题拓展训练，还针对本班的薄弱项进行专题训练，及时弥补复习过程中的知识缺漏，进一步巩固了复习效果。目前，利用学业大数据实施精准教学、精准纠偏、个性化辅导、个性化作业等已经成为绝大多数教师的常规动作。学业大数据已经深深扎根于学校教学。

三、教学大数据，助推管理精细化

        教学大数据管理平台，全方位记录智慧教学、智慧课堂、师生互动、作业批改、教学资源应用等数据，并能根据管理需求生成各种各样的统计报表，便于教学管理人员从报表数据中发现教学过程存在的问题，及时纠正。应用教育大数据管理平台，学校的教学管理工作更加精致、高效。
案例：利用大数据，实现教学过程精准管理

        1. 把控学生的作业总量

        张校长在大数据平台上抽查学生作业情况，系统显示最近一个月来高一某班化学家庭作业量明显比其他班级大。难道是系统统计错误？他随机点开李姓学生某天的作业原卷，发现共有 6 页50 道题，包括 30 道选择题、20 道主观题，比其他班多 16 道题，作业量明显偏大。他约谈该班化学教师，要求他按照备课组统一要求布置作业，控制作业总量。

        2. 核查教师的教学进度

        某一天，高一年级部成主任打开大数据平台，她点开英语学科的作业明细，发现在 4 月份的两个星期里各班布置的作业明显不统一，教学进度存在较大差异，这引起了她的警觉：集体备课没有执行到位。她在没有任何通知的情况下，主动参与了英语备课组的备课活动，有两位教师无故缺席，也正是这两位教师所教班级进度落后。她约谈了这两位教师，进行了严肃批评和纠正。

        3. 监控教师的教学质量

        某一天，分管教学的徐校长打开学业大数据管理平台后，系统提示高一年级的一位英语教师所教班级学生成绩连续下滑，这引起了他的注意。徐校长逐一点开该教师一段时间来作业批改情况，发现她尽管布置了学生作文练习，但学生的作文都是零分，说明她没有批改。同时，徐校长检查她的“教学六认真”执行情况，发现她备课也不够认真，立即找她谈话，责令其纠正。一个月后的月考中，该老师的英语成绩明显提升。

        在南通市大力推进智慧城市建设的进程中，学校积极推动智慧校园建设，坚持“统一规划、应用为主、分步实施、以点带面”的原则，以学校的整体发展规划、现代教育思想和理论为指导，全面实施基于大数据的智慧教育工程，积极推进人工智能技术在教育教学中的应用，探索具有本校特色的“智慧教育”发展之路。

（作者田雪林系江苏省南通第一中学后勤处副主任、装备处主任，高级教师；马天明系江苏省南通第一中学教务处主任）

专家点评：

张一春（南京师范大学教授、博士生导师）：

        从数字教育转向智慧教育已是全球教育发展的必然趋势。近年来，南通一中在信息化浪潮中勇立潮头，全面实施基于大数据的智慧教育工程，积极推进人工智能技术在教育教学中的应用，为课堂教学方式和教育模式的创新、重构和再造提供了支撑，为创新人才的培养探索了新的路径。智能化教学平台和移动终端设备，激活了学生的自主学习意识和学习兴趣。学业大数据系统，覆盖全体教师、学生和家长，有效地形成了家校合力。通过有针对性的个性化学习，节省了时间，提高了效益，把减负增效落在了实处。智慧教育在促进学生发展的同时，也促进了教师的专业发展，使一批新型的优秀教师脱颖而出。南通一中的“智慧教育”，是基于实践的切实可行的“适合的教育”，其建设经验值得借鉴与推广。