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现有的初中科学教学模式存在课堂反馈缺乏有效互动、教学决策缺乏个性化指导、教学评价缺乏全面评估等问题，已不能适应学生个性化的学习需求。尤其在“双减”背景下，如何减轻学生过重的课业负担，打造高效课堂，成为每个教育工作者必须深思的问题。这需要我们化解学生获取知识渠道“多”、教学内容与方法“杂”与学科素养要求“聚焦”之间的矛盾。 数智课堂是在大数据环境下借助人工智能实现提质减负的个性化教学方式，它通过自适应学习系统为学生生成精准的个性化学习目标，并帮助教师设计适宜的教学活动开展教学，采用大数据分析教学问题并精准施教，为初中科学教学现有问题的解决提供了机遇。  数智课堂的指向与构建 借助人工智能实现提质减负的目标指向 人工智能拓宽了数据预测与涵义挖掘的应用领域，能够科学预测对象行为并进行系统评估，实现教学中的即时互动与个性化指导。“双减”背景下，教师要想提高课堂效率，减轻学生过重的课业负担，应借助人工智能对教学全流程进行优化。 一是完成对课程的精准备教。通过分析学生对知识点的掌握情况，教师能在新授课、复习课等情景下优化教学设计和备课教案。 二是实施对课堂的精准反馈。通过平板电脑，教师在课堂上可随时发布任务和练习题目，学生作答提交后，通过平台的智能批阅，教师能得到精准反馈的学情。 三是突出对作业的精准辅导。学生在平板电脑上完成作业后，后台自动生成作业诊断报告的大数据，帮助教师快速、精准地定位讲评重点，提升作业讲评效率和讲评质量。 四是实现对试卷的精准分析。通过对学生成绩的大数据分析，教师可比较分析不同学生、学科、班级、学校的优势与不足，对师生的教学行为做出预测和干预。  构建基于数据决策的数智课堂的框架搭建 教学决策证据化、证据开发课堂化，使得考试数据和反映学生学习的表现性数据都成为教学决策中的参照依据。 在教学实践中，我们更多地依据实证数据做出决策，体现为以下三个进阶过程。 数据提炼 统计挖掘与分析预测 在教学决策生成之前，教师需要对教学目标、教学内容和学情进行系统分析和描述，以确定具体的教学方案，并提供教学过程中可以表征的多元数据，扩充数据的统计和分析体量，为有的放矢地制订教学策略提供数据支撑。 互动提升 即时决策育个性化指导 教学互动是在教学过程中，通过课堂教学、师生和生生的互动交流、检测评估等方式进行的。数据指导下的教学互动，一方面通过人机互动增强了师生的互动体验，为学生提供了深度参与课堂的可能；另一方面，还可实现对教学问题的可视化与即时反馈，便于教师从整体上掌握全班学生的学习状况，也更容易发现学生出现的个性化问题，从而及时调整教学策略，增强教学的针对性和灵活性。 评价反思 系统评估与有效反馈 系统化数据采集贯穿整个教学流程，它能整合片段化的教学信息，提升教学决策的有效性，便于教师根据学生的学习进步情况综合判断教学目标的完成程度。基于上述认识，学校构建数智课堂教学体系，并基于学校的一系列公开课研究，总结出数智课堂的实施框架。  数智课堂的主要特征是将学生的“学”前置，教师科学规划好流程，提供资源和平台支持，充分调动学生的学习积极性。数据挖掘是数智课堂的基石，教师围绕教学目标，关注过程性的教学资源，在课堂上有针对性地指导学生学习，实现资源推送多样化。 数智课堂的操作与实施 在学生通过“课前测评”发现问题、明确学习目标的基础上，“师生合作学习”是教学实施最为重要的抓手，且课堂教学的实施效果对于后续的教学诊断具有基础性作用。因此，以下我们主要围绕“师生合作学习”模块进行阐述。  课始激趣导入-流程规划 初中生好奇心强，使用有趣的情境导入能有效激发学生的学习欲望。除传统的教师演示实验、阅读、问题导入等方式外，教师还可利用交互式练习提升学生的兴趣，并对学生的预习情况摸底。教师通过平板电脑发布练习题，学生作答、提交并生成数据。教师根据数据实时了解学生的情况，调整教学进度及方向。在教学资源的选择上，教师可将平台“教师空间”中的图片、视频、课件、动画、微课等资源分享给学生。教师还可汇总平台反馈的学生在阅读数学教材时易忽视的信息，编辑成“问题清单”，为学生的学习指引方向。 如在讲解有关“摩擦力”的内容时，教师在课前播放木块在木板上滑动的模拟动画，并辅以交互式练习。学生在移动端提交答案之后，会及时得到平台“你真棒”或者“下次继续努力哦”的反馈。这在激发学生兴趣的同时，还能帮助教师快速诊断学生有待加强之处，找准学习重点、难点，为接下来的课堂学习作铺垫。 课堂活动发布-流程规划 教师从平台的“草稿箱”中调出课前保存好的活动方式并发布，既节省课堂时间，又能使教学流程更为紧凑。除了全班和分组作答的形式外，教师也可以选择抢答、随机提问等形式活跃课堂气氛，创造一个生动、活泼、人人参与的课堂环境。这在充分调动学生积极性的同时，又体现了以学生为主体的教学思想。 如在进行“指南针为什么指南”的教学时，教师先呈现学习任务，讲清本节课的重难点，并设计好相应课时的学习任务单，发布在直播页面供学生下载。本节课，教师设计了“磁铁能吸引哪些物体”“探究磁体各部位磁性强弱”“磁极间的相互作用”“如何将物体磁化”四个学生活动。学生在明确任务以后，自由组队并利用学案自主开展线下学习活动，在互相讨论中完成学习任务，提高实践能力。 探究成果分享-流程规划 学生完成学习任务后，使用平板电脑将作品拍照上传，展示学习成果，并线上分享交流。分享有利于学生将所学知识内化，而数智课堂中的分享是学生借助信息技术实现学习过程的即时分享。每个小组的学习过程都是开放的，也就是说，学生可以将学习过程中多样化的设计方案拍照上传，在全班范围内共享。此外，他们还可以利用平板电脑中的抢答、投票和 PK 板等功能互动交流，实现师生互动和生生互动。 学生分享中出现的高频问题，暴露出学生的思维漏洞。对此，教师需要在课堂上及时纠正。如在“植物的叶与蒸腾作用”的学习反馈中，教师发现，学生对影响蒸腾作用的因素有较为准确的认知，但仍有不少学生认为温度越高蒸腾越快。因此，教师重点强调“在一定温度范围内”的严谨性表述，同时提出“如果温度超过'一定范围’，保卫细胞会如何运作”的问题，引导学生分析和思考。 成果分享之后，教师安排组内自评、组间互评的生生评价。教师点评重在对汇报内容和语言的及时纠偏，不断对学生的方案进行优化、补充，提升学生的动手操作能力、方案设计能力、质疑与反思能力，增强学生的自信心，使得学习活动更有意义。  特色空间挖掘-资源挖掘 在信息爆炸的今天，我们淹没在信息的海洋中，却又忍受着知识的饥渴。如何在众多数字化学习资源中选择适合自己的资源，是学生必须面对的问题。数智课堂可通过特色空间和移动终端为教师与学生甄选、推送适切的优质教学资源，让学生的学习更有目的性和针对性。 教师空间”一般有数字教材、课堂资源（PPT、教案、视频、图片）、项目和问题清单等。除此之外，教师还可以开辟“自主学习空间”，包括案例资源、论坛和社区等，用于学情调查、测评，以及学生展示成果、讨论等。课堂上，教师登录“之江汇”等省级应用特色空间，还可为学生提供更有特色的“云端”资源，服务学生课堂学习。  在需要开展项目式学习时，教师还可以构建研究性学习平台，为学生提供理论和方法指导。如，项目式学习的课堂可以由一个贯穿全程的PPT 为主线，教师按照设定的流程布置项目任务，学生通过自主调用空间内的资源，习得知识和经验，提升解决实际问题的能力。 移动终端挖掘-资源挖掘 移动终端能帮助学生通过网络检索个性化地获取知识。在课堂上，教师可以通过控制学生的移动终端，增进课堂实时互动，提高学生的课堂参与度，建立“教”与“学”之间的精准联系。  教师精准辅导-数据反馈 数智课堂通过贯穿教学全过程的细致、多维度数据采集与汇总分析，既让教师更充分地了解学情，减轻了教学压力，又能帮助学生更好地了解自己的薄弱之处，学习变得更有针对性，减轻了课业负担。 教学过程中，教师借助平台强大的数据采集功能，在收集大量的学生测评数据、考试数据、学习行为数据后，精准掌握学生的学业动态、学习能力和认知能力发展情况，达到因材施教和个性化教学的目的。 预习阶段数据收集 教师通过“作业”平台发布预习任务后，可实时掌握学生对学习材料的查看率和回复情况、预习作业的提交率、上交作业的准确率。 课后作业批改统计 作业发布后，对于选择、判断、填空类客观题，平台会自动批改并提醒学生订正。对于主观题，学生通过拍照或者批注作答形式提交，由教师批改。学生作业的提交率、补交率、准确率、订正率都可以在教师端实时显示出来。 动态错题集整理分析 通过平台的智能化分析，教师可以了解某次测试的平均分、标准差、分数段分布图、小题作答详情表等详细情况。平台将学习数据分析完成后，经过可视化工具处理，为教师即时展示大量烦琐的数据分布特征，服务于后续教学决策制定。如，通过“智学网”平台上的报告，教师不仅可以看到全班的测试分数，以及每道题目所对应的柱状图、曲线图、雷达图等直观的数据分析，还可以看到自己所任教班级与全年级的成绩对比，找到差距。 此外，在课前测评、课堂练习和课后个性化作业的基础上，平台会自动收集正确率较低的难题形成错题集，并且不断地动态更新。  学生精准学习-数据反馈 教学评价必须经过长期的教学实践证据才能获知，特别是一些具有规律性的细节证据的积累，而非仅仅依靠短期的、抽象的教学评价来得到。 数智课堂中的数据反馈系统构建，主要用于学生能力证据的累积与整合，以及学生学业成绩的最终精准评定，旨在提升课堂效能，凸显数字化学习的优势。利用在线诊断平台，教师可以知晓学生的学习情况，点击学生的名字即可查看该生历次阶段性检测的数据汇总情况。平台会为师生深度分析学生的学习偏好，可视化呈现学生的优势和薄弱之处。  有了这些数据，学生就可以确立自己的学习目标与方向，有针对性地自主学习，并可有的放矢地复习薄弱知识点，做到精准补弱。 针对一个学生的精准反馈 大数据挖掘和分析可以精确到每个学生的个性化分析，能细致剖析出学生的学习风格、学习特点以及学习现状。通过对某位学生历次阶段性检测成绩的统计分析与可视化呈现，学生可以了解自身的成绩浮动情况、与班级里其他学生的成绩对比以及错题分析等。这些数据既可作为了解学生较长时间段学习情况的依据，也可帮助教师指导学生调整学习方法和学习状态。 针对一道题目的精准反馈 依托“智学网”的大数据分析平台，学生能够实现对知识点的精准定位，学习的盲点得以及时清除，实现个性化自主学习。 如下图，平台对某道题的难易程度通过颜色进行区分反馈（蓝色表示低频错题，黄色表示较高频错题，红色表示高频错题）。据此，学生可以快速找到易混淆的知识点。通过该平台，教师也能清楚地了解学生的答题情况，对于错误率较高的题目，及时提问或追问，帮助学生化解学习难点。  数智课堂的效果与思考 经过历时三年的研究与实践，我们初步建成了数智课堂教学体系，实现了教学平台与教学实践的有效衔接，并初步明确了数据采集管理办法，实现了从模糊分析转为科学数据，教学反馈良好。 三年的实践证实，大数据对教学行为的诊断和决策具有正向促进作用。 一是实现了从经验教学转为精准定教。根据大数据对学情的分析，教师可以一目了然地查看自己所要了解的内容，从而对教学做到心中有数，避免了以往的经验主义，因材施教因此也有了数据支持和外部推力，大大减轻了学生的课业负担。 二是实现了师生角色重塑。教师从“知识传授者”向“学习引导者”转变，实时跟踪学习实况，据此改进和调整自身教学行为。学生实现了从“知识接受者”向“学习主导者”转变，学生的参与度、活跃度大大提高，学习主动性显著增强。 三是实现了教学的智慧调整。教学手段的改变促进了教学观念的改变，教师学会了课前学情调查，注重课中的生成和课后的作业反馈，并根据反馈的数据对教学任务进行及时的调整，使得教学更加符合学生实际。随着课程改革的深入实施，大数据正在为教育领域的发展提供新动力。  不可否认，当前我国的教育数据面临着数量少、质量低、来源杂、统计不规范等问题。教师是数据的发掘者和使用者，教师的数据素养直接决定着数智课堂的教学成效。数智课堂教学体系的构建，对教师的数据意识和决策能力提出了更高的要求。 我们应进一步提升教师的数据素养，优化数据使用成效。一是提升教师的数据意识，教师要对数据变化具有一定的敏感性。二是培养教师的数据应用能力，教师要能挖掘出数据的深层内涵，提高根据数据所暴露出的问题进行决策的能力。三是提升教师的数据伦理观念，关注个人数据隐私的保护。这需要教师树立数据驱动的理性判断意识。 教育大数据的准确性和系统性是有效教学决策的前提，我们亟须在下一步的研究中从教学系统基础设施建设、数据资源的标准化、数据统计的规范化等方面着手对其继续改进。 来源丨《中小学数字化教学》 图片来源丨临平第一中学公众号 作者丨牛雅琼，浙江省杭州市临平区临平第一中学教师 |
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