借助大数据 促进学生个性化学习-“玉环e学堂”自主学习智能云平台的开发与应用

-125-借助大数据促进学生个性化学习——“玉环e学堂”自主学习智能云平台的开发与应用一、背景描述玉环县城关一中地处城区、规模较大，是所颇具影响力的初级中学。八年级（10）班学生舒兰兰是一位勤奋好学，成绩中上的同学。进入初二后，班主任在德育管理平台上发现舒兰兰最近常出现迟到、上课注意力不集中等现象，进一步通过学习分析系统发现其学习成绩有明显的退步，知识点雷达图显示其各学科知识点掌握均有明显的偏离状况。这些变化引起了班主任的重视。通过和舒兰兰的面对面沟通，了解到她平时作业量很大，功课都要做到晚上12点，碰到不懂的题目也无法向人请教，更找不到要加强的知识点。由于不知该从哪里入手，学习盲目性、重复性很大，致使她失去了学习的动力和方向。班主任协同课任教师利用学习分析系统，对该同学的知识体系架构进行了精细化的分析，发掘出她学习的薄弱点，为她制定了一套个性化的自主学习方案，利用城关一中的“玉环e学堂”自主学习平台，通过课前学案、微课、练习自测，课中解惑答疑，课后个性化作业、资源等推送学习对她进行全方位的学习指导。经过一段时间的线上线下混合型学习后，兰兰同学终于寻找到适合自己的学习方法，轻松愉悦地徜徉在知识的海洋中，带着笑容，带着理想……二、问题分析当前，我国教育信息化发展进入了以支持有效教学、促进学生个性化发展为核心诉求的新阶段。《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》在基础教育信息化发展水平框架中提出，学校教育教学方式的变革要在学生多样性、个性化学习方面的改变上取得突破。如何在英特尔®未来教育理念下，真正实现个性化学习，建构教育大数据是基石。通过采集、挖掘、建构学生大数据，开展基于证据的学情分析，依据学习者的学习行为分析其知识基础和认知能力，进而为其提供个性化的学习内容和课程资源，量身定制与众不同的学习策略和学习方法，促进学生个性化发展。舒兰兰同学的“问题”在学校教育中屡见不鲜，而传统的课堂教学未能给出行之有效的解决办法。如何让在学习基础和学习能力上存在差异的学生有效率地进行自主学习？如何让教师个性化地了解学生从而针对学生的不同特点来重新组织与调整教学？如何根据学生自身的认知特点及学习兴趣个性化的安排相应水平的学习资源？如何从教学内容、课堂流程、师生交流与管理等方面构建适应学生学习的课堂，以促进学生自主建构高效的个性化学习策略，是当前教育改革的方向，更是提升教育品格与质量的关键。基于此，玉环县城关一中创新性地推出了一个自主学习智能云平台——“玉环e学堂”。“玉环e学堂”是一套基于大数据的学习分析系统。该系统通过多渠道、多平台采集、挖掘、建构大数据，进而开展学生学情分析，精细化地描述学生的整体学习状况，借自主学习平台和自适应学习测评辅助系统，设计、实施线上线下的混合性学习，最终开启校本的个性化智能学习时代。“玉环e学堂”主要由德育行为平台、学习分析平台、自主学习平台、自适应测评系统和社区EQ学习即时通工具架构而成。图图1：“玉环e学堂”基本架构研究、构建“玉环e学堂”的目的在于：针对初中生个性化发展的需要，借助数字化校园建设，促进技术与教育教学的深度融合，在实践中探索数字化环境下个性化学习的组织方式、课堂教学模式、学生管理机制（干预机制、奖励机制），探讨从根本意义上进行改革学生学习方式的教学的研究和构建学生个性学习方式的有效路径，揭示数字化环境下个性化学习的规律。三、“玉环e学堂”开发与应用（一）个性化学习平台的架构1、建设高效合理的个性化课程资源资源管理包括资源浏览、资源搜索、资源管理、资源审核、资源目录、资源调整、回收站等部分,对学校教师的教案、课件、试卷、素材等资源进行电子化管理，对学校资源进行了有效的存档，便于教师的检索和学习，更有利于学生的检索和实现个性化学习。目前，学校的校本学科资源建设已达到500G，建设成140台教师云桌面和教室云桌面，引入云计算，让教职工可在能上网之处用数字设备访问共享桌面，实现互联学习、移动办公。具体包含了以下四个子系统：①教学资料系统包括：电子教材、实验指导书、电子教案、电子课件、资料库（案例库、试题库、素材库）等等基本教学资料。首先，建立电子教案，每门学科微课制作2个，同时各门深入每学期都需开设网上答疑。其次，对各类教学重难点制作级多媒体教学课件，教学过程中不好理解的问题利用三维成像技术、FLASH技术将问题分解。第三，基础教学资源建设主要是将各学科的教学大纲、教学计划、具体教学安排等，要时将教师板书教案等按照一定的课时比例制作相应的课件上网。②数字化教学平台系统（E板会）其核心是学科课程网站的建设，是课程教学的集中反映，是一个集成的、开放的系统。我校的这一平台，目前不仅是资源的呈现，其最重要的特性体现在课堂内外的互动性及广泛的参与性。学习者成为这个系统中活跃的元素。如由于利用多媒体课件可以加大课堂的容量，利用多媒体技术可以优化、增强实验效果，利用多媒体技术可以根据学生的特点增加多种视听效果等。但是这些内容如果只在课堂展示，学生可能不能消化，有时由于课堂的时间限制，学生来不及思考导致学生就是看看热闹，基础差的学生跟不上教师的思路，不能满足学生的个性化发展的需求。这类资源在教学平台上及时上传，对有需求的学生而言可以再次学习。③共享资源系统除课程核心资料以外，还有相关学科资源、其他学校资源、网络资源、社会科技资源、国际教学资源等，我校在这些资源的建设中，注重资源地甄别、筛选、分类等工作，并不是原始资源的简单堆砌，从而形成一个条理清楚，易于搜索的共享资源系统。逐步形成了涵盖初中阶段每节课知识难点体系的微课资源。④题库系统包括试题管理、试题审核、试题统计、题型设置和难易度设置。在线考试教材目录包括知识点管理和教材目录设置题库管理包括试题管理、试题审核、试题统计、题型设置和难易度设置疑难问题探讨以问答的形式进行疑难问题探讨我校的题库系统由三大类信息组成：自适应测评资源库、学习者记录库和知识库。自适应测评资源库是经过测量校正的试题及其属性参数的集合：学习者记录库中存储着绩效信息，坚持系统评价过程和指导者的人工介入相结合；知识库代表知识、信息和在学习体验中使用的其他各种学习资源。各个库中的内容都有一定的规范性，但这种规范性易于掌握，所以这样内容可由系统根据一定的原理动态改写，也可在一定的授权范围内由指导者编辑改写，还可根据情况由维护管理人员编辑改写等，因而具有较强的开放性。题库系统不同于当前网络环境下的普通题库，后者只是把原来以纸质教辅教材为载体的试题内容进行了电子化的加工，使其可在计算机或者网络上进行传播和展示，但是，从学习的本质上来看，这只是一种“内容搬家”并不能有效提升教师的教学质量或彻底变革学生的学习方法；而自适应测评资源库包含着诸多学习元数据信息，如对应的知识点、难易程度、解答思路等，可根据学情分析和学生需求为其设计推送合适的学习材料。2、挖掘、采集大数据学校利用德育、学习、在线学习、在线测评等平台和电子书包、常规考试等渠道获取学生的各种基本数据。举例来说，教育者可通过学校德育管理平台的关键因素（如迟到、学习态度、课堂表现变化、活动参与度等）预测模式确认学生的学习状态；可利用微格教室对学生在课堂中的点滴微观行为进行捕捉，了解学生对知识的掌握程度及感兴趣程度，进而反思教师的教学是否满足了学生的需求：可以利用电子书包，对学习行为进行实时记录与处理，则课堂中学生与学习内容的实时交互、练习评测的即时反馈和学习交流的同步互动三个方面就有了庞大的数据基础。教师也可以通过在线自适应监测系统挖掘整理特定数据，比如在一次考试中，学生个人和整体在每道题上花费了多少时间？最长的是多少？最短的是多少？平均又是多少？哪些此前已出现过的问题学生答对或答错了？哪些问题的线索让学生获益了？通过监测这些信息形成数据档案，帮助教育工作者理解学生为了掌握具体学习内容而进行学习的全过程，有助于向其提供个性化的学习模式。（二）开展教与学的有效诊断随着校园信息化水平的提升，来源于校园中采集到的各种信息是学校教学数据的主要来源，是进行统计分析的基础。要把有价值的信息从大量数据中分离出来，既跟数据源有关，也和信息提炼水平有关。如果信息提炼水平不够，大数据也就只是无用的垃圾。提炼水平越高，能够提取出的价值也就越高。所以，由教学数据中提炼出“有效信息量”是教与学诊断的关键。在英特尔®未来教育理念指导下，进行学习行为设计，利用大数据计算教育资源对每人的有效信息量，快速将每个学生具体情况与大量资源进行匹配，如根据学习进度和成效，计算学生学习特征曲线；根据学习曲线，对学生进行预测评估；根据概率预测作动态教育资源调度等，只有这样才能根据每个学生特点的不一样实现因材施教，在教师力所能及的任何地方尝试去改变学习文化。1、教学诊断数据的录入立足布鲁姆的目标分类法原理，结合教育测量学与教育统计学相关理论，通过基础数据的深度挖掘，横向比较、纵向跟踪教学质量，实现对教学质量及时有效的监测、诊断和反馈。我校教师利用电子书包和网上阅卷系统，结合手工输入，将学生的每一次的测验和考试的小题分、总分和知识点及对应的分值都一一录入平台，在教学质量分析系统里可以产生近150张图表，在学校、年级段、班级、教研组、教师、学生等多个层面都可以产生相应的表单，既能横向比较、纵向跟踪教学质量，实现对教学质量及时有效的监测、诊断和反馈，也能精确反馈学生学业质量进步状况，分析学生过去和现在的学习质量状况，以及知识点、学生认知水平等分析，以供高质量、精细化的分析。“玉环“玉环e学堂”知识雷达图知识点掌握情况精细化分析2、教学诊断分析维度①学习水平结构分析学习水平结构分析，为拟定分层教学对策提供依据。在优良率及均分结构分析方面，能对群体优良率频数分析、群体平均分分析、总分得分分布、高低组分析、教师质量分析等方面进行分析；在分数段结构分析方面，能提供单科分数段频数分析、总分频数分析、分数段累计S曲线等。在档次、M’值、百分比结构分析方面，能提供群体档次分析、档次及M’值分析、百分比结构分布等。在个体分析方面，能提供个体离差分析、个体名次分析、多形式总分分析、学科学年汇总、个体诊断分析和学生成绩单等。②教学目标达成度分析教学目标达成度分析与监控，寻找学生在学习过程中存在的薄弱环节和教师在教学过程中存在的问题，从而达到在有效提高教学质量的前提下做到增效减负的效果。在试题分析上，能对试题进行诊断与反馈、群体试题的综合分析、教师试题分析、个体得分率分析等；在双向细目表分析上，能进行个体诊断与分析、群体诊断与分析、认知水平群体分布、知识点群体分布等；在达成度分析方面，能进行个体达成度分析、班级达成度分析、教师达成度分析、班级知识点雷达图、个体知识点雷达图等。③自我发展性评价自我发展性评价来反映学生、班级和教师的进步状况。在个体发展性评价上，能进行个体名次跟踪、标准分跟踪、学生实力评估等；在班级群体发展性评价上，能进行比值系数跟踪、优良率系数跟踪、M’值跟踪、标准分跟踪、档次人数跟踪等。④教学有效性分析教学有效性分析就是对试卷的难度、区分度、信度等试卷的有效性进行分析，有对试题分布、班级试题得分分布、分析与诊断的九宫格有效性分析，有对对学生答题和试题质量有效性进行分析和诊断的SP表有效性分析，有对知识点在教与学中出现良性差异或不良差异进行分析和诊断的BCG矩阵分析。⑤综合素质评价教学数据能为基础性发展评价、学生成长记录、成长记录档案等提供结构图，构成了学生综合素质的增值评价体系。（三）新技术支持下的个性化学习1、“e学堂”个性化课堂学习以本校胡永兵老师《气体的制取与净化》为例，本课获全国二等奖。教学过程教师活动学生活动设计意图回顾我们已经学习了实验室制O2、CO2、H2的原理。一、气体制取的一般思路根据发生装置、收集装置来确定。回顾反应原理引入课程，并复习三种重要气体的实验室制取原理及气体的三种收集方法。课件展示一、常见的仪器展示实验室常用的几种仪器。（提问）收集气体的方法有哪几种，各适用于怎样的气体？观察并指认仪器名称及用途。回忆旧知识并回答。观察实物，思考并回答培养学生对知识的迁移和运用能力。思考二、气体的制取装置1、发生装置问：实验室常用的气体发生装置有几类？分别指出实例和适用范围。气体的发生装置如何选择？以O2制取为实例。引出二种装置制法回答问题：①反应物的状态；②反应条件。回忆两种重要的发生装置。情境设计1、在做二氧化碳的制取和性质实验时，气体未收集满，试管中已经没有气泡产生了。该如何改进？2、在做二氧化碳的制取和性质实验时，实验做完后，试管中还不断有气泡产生。这样太浪费了，有没有什么好办法？3在做双氧水制氧气的实验时，试管中气泡产生速度太快，有没有什么好步办法，说明课本上实验装置图，也不是尽善尽美的，它不能解决及时停止和发生，留给学生一个思考余地。观察、思考，回答问题。学生首先回答第一个问题，并由此而展开的思考、讨论，学生以小组合作的形式为主，通过仿真实验室设计好小组的方案，并通过教学即时上传上来，通过小组间的互评。通过对实验的设计和改进，提高学生的创造思维能力养成勤于动脑的好习惯。课件展示在讨论基础上展示各种装置图，让学生体会其功能及用途。讨论并回答。能积极思考、主动交流，清楚地表达自己的观点。观察装置课件展示：四种固液反应不需加热型实验装置，说说各自的特点。（练习）1、装置简单；2、便于随时添加反应物；3、便于添加液体反应物，便于控制反应。通过实验装置回忆旧知识，对装置进行分析，活跃课堂思维能力。小结实验室制气体的一般思路：气体发生装置的选择决定于：(1)反应的条件(2)反应物的状态师生小结。整理知识。思考2、气体的收集装置问到：实验室气体收集的方法、装置、实例及适用范围。根据提示思考并回答。指导分析三种改进后气体收集装置的使用方法。积极思考并回答教师提问。通过对实验的设计和改进，提高学生的创造思维能力，养成勤于动脑的好习惯。问题讨论：如何除去所制气体中混有的一些其它气体？引出净化问题

思考讨论这个装置有哪些用途？（要求想出尽可能多的用途）借助微课，通过学生课内自学，提出问题？（结合任务单）小组讨论、小结，对气体的收集方法作深入总结对一般的收集方法作进一步深化拓展三、气体的净化与干燥问：1、试剂选择的应该注意什么？那么有毒的气体如何选择吸收的试剂和装置？探讨洗气瓶的功能。从三种常见气体来分析说明如何来实现装置的选择？利用仿真实验室由学生来搭配装置从学生暴露的问题中自我构建知识。小结制取气体的完整思路：发生装置－洗气－干燥－收集－尾气处理。课堂反馈利用平板电脑，学生登入本校网络平台，做课堂检测题。老师及时在通过电脑给予正错情况进行统计。完成练习。对复习的内容进行课堂练习反馈，及时掌握课堂教学存在盲区是什么，有效的提高了我们的课堂效率，有利于培养学生对知识的迁移运用能力课堂总结

围绕洗气瓶对气体制取作了进一步的拓展。

本节课重点从这只瓶来对知识的延伸、拓展。让学生从更高的层面来驾驭综合类的题目。作业

课时集训题本节课的亮点在于新技术的应用，用到仿真实验室、教学即时通、E板会在线作业。让学生更大程度的参与到课堂中来，学生的学习积极性高，突出体现学生的主体地位和作用，有效体现促进学生个性发展的学习过程和方式。2、“e学堂”个性化家庭学习①同步课堂。由教师将学科的上课课件上传至网络，学生回到家里可在家长陪同下再次查看上课主要内容。每周由年级备课组派1名教师对本周的学习要点再上一次复习课(有录像)，这样学生利用双休日的时间就可以在家里多学习一节课。②同步练习。由教师提供典型习题供学生练习，对所有难点、重点进行梳理和巩固。学生在完成答题后，及时显示答案和试题分析，进而找出薄弱环节，从而更针对性的进一步学习。同时，利用课前网上前测，有利于教师把握教学起点。在传统的课堂教学，一般是教师以经验和主观判断为主体来设计的，缺少对学生起点的精确把握。加上班级人数众多，教师如果想要进行细致的学情分析，往往也是心有余而力不足，课堂效率也会因此而打折扣。利用该平台，可以让学生在课前进行前测，准确地把握学生的真实状况，有针对性地开展教学活动，实现“教师个性化的教、学生个性化的学”的教学理念。③在线答疑。学生可以在网络上提出学习疑问，由在线教师进行及时的解答。在上课期间，学生遇到问题，一般不方便当堂提问，课后也无法及时找到教师答疑，大多数学生也不敢找教师答疑。在网络上学生提问则毫无压力，学生很乐意通过这种方式与教师交流。四、成效分析经过近三年的建设、调整，城关一中的个性化学习智能云平台暨“玉环e学堂”在提升教学有效性、促进学生个性化发展方面取得了不俗的成效，也带动了学校数字化校园建设、教师专业成长、家校互动合作等多方面工作。（一）有效监测促进学生发展在大数据的支持下，“玉环e学堂”的资源管理和数据分析模块可根据需要对上至学校课程建设，下至课堂教学互动的学生信息进行基于证据的精细化分析。无论是学生、教师还是学校都能从中得到有关学习行为和学习结果的及时反馈，从而使学习监督和学生德育更有效果，也更有效率。同时，该平台还为每个学生架构了丰富多彩的个人空间，提供“我的知识圈”、“错题集”、“反思集”等附属服务，更好地满足其自主学习的需要。1、个性化学习提高了学生的学习自觉。我校在课外让学生利用E学堂、QQ、微信和博客等平台学习，这些个性化的学习平台锻炼了学生的学习自觉性，如转变了以平台为借口玩游戏习惯，利用这些平台学习就需要学生由不自觉转变到自觉。提高了对时间的自控能力，如在“E学堂”学习时，听课时间是10分钟，在没有别人监督的情况下能坚持住了。如在博客上英语写作时抄袭现象渐渐少了。这种抄袭现象只能靠自觉，经过实验探索我校学生学习的自觉性有了明显改变。2、研究性学习的项目成绩突出。近年来，我校学生各级各类研究性学习项目比赛中成绩突出。如《关于洗涤剂对生物的影响情况调查报告》研究性学习获省二等奖、《关于玉环县外来务工人员的情况调查》获省三等奖；《烟草健康警示》研究性学习获市一等奖，《走进绿豆芽》获市三等奖。《让肺自由呼吸》获浙江省24届科技创新大赛三等奖；《厨房中的安全卫生研究》研究性学习获省二等奖，《厨房中的安全卫生研究》获县科技创新三等奖，《从厨余入手，为家庭垃圾“减肥”》研究性学习获县一等奖，已上送参加省级评比。学生参加科学小论文和发明创造比赛8篇获奖。研究成果出自一个团队，上述成绩的取得也充分证明在研究过程中学生较强的合作探究能力。（二）及时诊断把握教师成长自主学习智能云平台帮助教师全面掌握整个班级和特定学生的实际状况，及时了解教学目标达成度，反思自身在教学中的得失。在这一过程中，教师强化了“以学生为中心”的学生观，更新了数字化时代的知识观，学会了运用多媒体和网络制作微课，最重要的是发掘了教师在变革的教育中有别以往的应然角色。在全新观念的引领下，城关一中教师的专业成长势头十分喜人，获得全国公开课比赛二等奖等重要成果。1、更新了教师的教学理念从教育理念上看，英特尔未来教育大大改变了老师的教学思想和观念，真正体现了教学要以学生为中心，培养了学生的创新精神和实践能力，让学生能更自主的学习！英特尔未来教育的理念、操作方式、教法研讨、合作方式、体现学生为主体、培养学生的能力等各方面的教学设计，都给了我们教师很大的启示，研究发现一部分教师能结合自己的实际，合理地运用和融合，一定程度上的推动我校教育的发展。我校一位老师说，“我觉得重要的不是学技能，学模式，而是学一种思想，一种促进学生主动探究学习为主的思想以及促进教师原创性的思考。”2、提升了教师的新技术应用水平通过该课题的研究我校数字化设施有明显改变，电脑配备齐全教师每人都备有手提电脑，学生电脑房由原来两个增加为3个，学校网络进行重新改造网速更快，因此我校也分别被评为台州市数字化校园示范学校，浙江省数字化校园示范学校。为适应学校发展，我校组织校级培训21次，参加县以上培训每年有50多人次，通过各种形式的培训我校教师对数字化教学设备的应用水平有明显提高。如一体机、平板电脑、电子白板、E板会操作平台等都能熟练应用，并能常态化，同时还拓展了对微信、QQ和博客平台在教学中的应用。3、提高了新技术与学科融合的意识和能力。通过理论学习和实践研究，我校教师新技术跟学科融合的意识和能力有明显提高。主要表现三个方面：一是教师们能主动研讨新技术在课堂应用过程中出现的问题、经验和技巧，同时新技术应用已经常态化。二是我校在新技术有效融合学科教学比赛和微课制作比赛成绩突出，如1节课荣获国家级二等奖，1节课荣获市一等奖，2节课荣获市二等奖；微课比赛台州市2节课二等奖，3节课二等奖，2节课三等奖。三是我校在新技术应用方面的科研成果较突出。管红增副校长的“建构大数据，实现个性化学习--玉环县城关一中数字化校园建设案例”论文在国家级刊物上发表。王文正老师的课题“制作课堂教学、教研实录，为校本培训增添生机和活力——校本培训新模式设想”市级结题，林海燕老师的“利用博客进行初中英语写作训练的研究”市级结题，科研成果荣获台州市二等奖。（三）催生互动紧密家校合作学生的健康成长离不开学生、教师、学校、家长、社区多方面的共同努力，如何建立紧密通畅的家校沟通渠道、如何找到并回应家长最关心的问题、如何从简单的信息分享扩展为有目标、有计划、有实施的深度家校合作，这些都是摆在学校面前的重大难题。利用EQ即时通，家长能够随时了解学生的在校状况，并结合其校外表现，与学校共同制订针对性的问题解决方案，监督方案实施，反馈实施效果。这一模式在青春期心理辅导、应试压力疏导等德育方面的作用更为明显。（四）文化品牌反哺学校建设经过三年的探索与实践，“玉环e学堂”早已深入城关一中校园生活的各个层面，这种以数字化为特色的教育模式已经成为响亮的文化品牌。而这一文化品牌形成的个性化、精细化、云端化的氛围反哺学校建设，使城关一中无论是在学生学业成就与个性化发展、