摘 要：信息化和大數據已經改變了人類獲取知識的方式。在基礎教育界，“慕課”與“翻轉課堂”的有機結合給班級授課制帶來了巨大挑戰。如何在信息化環境下，基于大數據理念，破解班級授課制課堂教學中的個性化學習、因材施教、提高學習效率等難題是一個很現實的問題。對此，研究了信息化與大數據支持下的教學模式訴求，闡述了移動自主學堂的模式構建，根據不同角色對課堂教學支撐平臺進行了設計，并對應用情況進行簡單論述。
關鍵詞：大數據 移動自主學堂 教學模式 翻轉課堂
信息化和大數據已經改變了人類獲取知識的方式。如何充分利用信息化和大數據的技術優勢，滿足學生個性化學習需求，提升學校教育與管理水平，已成為教育改革的必然趨勢。在基礎教育界，以“翻轉課堂”為手段的變革正迅速襲來，“慕課”與“翻轉課堂”的有機結合，給班級授課制度帶來了巨大挑戰。[1]如何在無線網絡環境下，基于大數據理念，破解班級授課制中的個性化學習、因材施教、提高學習效率等難題是一個很現實的問題。文章針對上述問題，分別從課堂教學模式、課堂支撐平臺需求及設計等方面進行研究。
一、信息化與大數據支持下的教學模式訴求
無線網絡為我們提供了移動學習的基礎設施，移動學習可解決傳統教學時空受限問題，可實現教與學隨時隨地進行，開展“Anyone”“Anytime”“Anywhere”“Anystyle”的4A學習模式。大數據為客觀評價學習效果及教學質量科學實施因材施教等指出了方向?！澳秸n”與“翻轉課堂”已成為信息化環境下“教”與“學”模式研究的熱點。但如何構建基于無線網絡和大數據、吸收“慕課”和“翻轉課堂”優點，又結合我國基礎教育班級授課制實際的課堂教學支撐平臺呢?為此，我們設計并構建了“移動自主學堂”[2]教學模式。
(一)移動自主學堂教學模式的設計
移動自主學堂包含的角色有學生、教師和管理員，他們都可通過Web或者iPad(或其他平板電腦)與服務器交互，實現所需的功能，如出題、出卷、布置作業、考試、做題、批改作業等。教學模式如圖1所示。
圖1 教學模式
Web瀏覽器方式主要給管理員和教師提供圖形用戶接口，以方便使用電腦進行系統的管理工作，主要包括系統參數設置、用戶管理、題庫管理、試卷管理、.考試管理和教學質量分析等相關功能。
平板電腦方式可為所有角色服務：管理員可以了解指定教師和班級情況;教師可以實現實時出題、出卷、布置作業、批改作業、改卷，查詢學生學習情況等;學生可以實現實時學習、考試、練習等功能。
以“移動自主學堂”為核心，我們還設計了“四課型”漸進式自主學習方式，如圖2所示。其基本模式是：先學、精講、后測、再學，即教師提前通過學生學習支持服務系統向每個學生發送資源包，包括導學案、課件、測試題及有關學習資源(包括微視頻等)→學生參考資源包，依據課本進行預習自學，并記錄問題或疑問→學生通過平板電腦或其他媒介展示反饋學習成果，或通過學生學習支持服務系統進行前測，通過測試展示學習成果或問題→對重難點內容由學生或教師進行點撥，在充分質疑交流的基礎上進行歸納總結(老師與學生互動)→最后通過學習平臺進行練習評價課，系統自動統計測試成績并進行分析，之后由學生、教師或系統進行講評、評價。
圖2 “四課型”漸進式學習方式
(二)移動教學的課堂改革突破
移動自主學堂是基于無線網構建的課堂教學支撐平臺，充分吸收了無線互聯的優勢，教師可根據教學目標、教學內容、教學方法等，利用資源支持備課、上課等教學環節，并建立知識點之間的內在聯系。這種課堂教學支撐平臺支持下的課堂教學可滿足如下要求。
第一，滿足課堂教學的要求。慕課和翻轉課堂無法支持課堂教學的各方面要求，而移動自主學堂支持課堂教學的各個環節，包括備課、上課、提問、課堂練習、單元測驗、考試、學生評價等，并具有可操作性和方便性。
第二，可隨時隨地組織課堂教學。慕課授課形式具有局限性，翻轉課堂不能實時進行課堂教學，移動自主學堂則在無線網絡的支持下，可以不限時間和地點地組織課堂教學。
第三，支持各種形式的教學模式，其中包括慕課模式和翻轉課堂模式。慕課是典型的先教模式，翻轉課堂是先學模式。
第四，支持因材施教?；诖髷祿?，自動或人工獲取教學行為、學習行為等數據，建立評價體系和數據挖掘模型，客觀評價學習效果、教學效果、學生分析等。根據這些數據和評價信息，實施因材施教。
第五，支持教學資源開放、共享。原則上，移動自主學堂支持各種形式的教學模式和學習方式。
二、移動自主學堂的模式構建
(一)師生進入移動自主學習角色
1.“學生”角色
學生進入移動自主學堂后會看到自己未完成的任務，其中包括老師發布的考試、作業和學習資源;自己制定的學習任務，如查看學習資源和錯題練習等;系統根據學習曲線算法在適當的時間布置給學生的相應學習任務，如學生長時間沒有復習和練習某個知識點時，系統會將相應的學習資源和練習推送給學生進行復習和練習。學生可以查看自己最近一段時間的學習記錄，及時了解自己的學習情況。學習記錄中包括最近學習了哪些資源以及學習每一種資源所用的時間、測試情況的反饋，包括每一個知識點測試題目的數量、正確率等信息。平時考試、做作業會產生錯題，利用好這些錯題可以有效提高學習效率。學生可以利用移動自主課堂的“錯題本”功能，根據時間順序(倒序)、試題錯誤次數(倒序)、知識點歸類和隨機這幾種方式查詢最近的錯題，每一道錯題都可以進行即時練習，每一次練習都自動存入系統，并根據結果的對錯調整該錯題的權重。同時，系統可以自動推送與某道錯題相關的知識點和學習資源，以方便學生進行針對性的學習(因材施教)。移動自主課堂考試、作業功能可以根據學生的學習記錄自動剔除學生已經牢牢掌握的試題，從而縮短學習時間，提高效率。學生可自主在題庫中隨機(由系統根據算法進行預篩選)或指定篩選條件等多種方式抽取試題學習，以及根據學生的特點推送與學生掌握不好的知識點相關的試題供學生進行練習(縮短學習時間)。同時，系統根據高分學生的學習記錄，推送這部分學生的學習資源和練習題供當前登錄的學生進行練習，并根據練習題的測試情況調整推送參數，以探索最適合該學生的學習模式。針對每個學生的不同學習特點，系統對學習資源進行有效分類。系統將知識點和學習資源建立網絡結構，并根據教師指定的難度和實際測試過程中形成的難度數據建立分層結構(海量資源分類)。學生可選取知識點的學習資源，系統自動記錄學生學習每個資源所用的時間，以t表示。每個學習資源在入庫時由系統自動根據資源內容設置學習時間，以t0表示。當t>t0×1.5時，t取1.5倍的t0，其意義是如果學生學習某個資源耗時過長，可以認為僅學習了1.5倍的標準時間。這樣可以排除一些人為的操作，避免產生影響統計分析的結果。針對每個學習資源，學生可在學完資源后進行即時練習，趁熱打鐵。
2.“教師”角色
教師可利用iPad或其他方式出題，同時指定試題的屬性，如關聯的知識點、體現的能力和難度系數等。對于試題的難度系數，系統可以根據學生答題的情況計算出來，自動將錯誤率較高的題目推送給教師并給出建議，如題目太難、講解不夠等，從而優化題庫。為了提高教學效率及資源利用率，系統可以統計每個資源的使用情況，包括學習次數和時間等，并針對使用過于頻繁或者過少的資源推送通知。同時，系統還監控學生學習指定資源的情況，包括近期學了哪些資源，投入時間如何，與這些資源相關的試題成績如何等，從而更準確地了解學生的學習情況，提高課堂教學效率。教師可以通過考試系統發布隨堂練習，及時查看學生學習掌握程度，以便當堂解決學生本節課學習中存在的問題?？荚囅到y根據歷史數據，對試題庫中的試題進行預篩選，剔除正確率非常高、近期出現頻率過高的試題，同時將錯誤率過高、近期很少出現的試題前置顯示，為教師提供更多的建議，從而提高出題質量，實現因材施教。在體現個性化教學方面，系統中的學生學習情況查詢功能可以使教師了解學生的整體情況，包括錯誤率較高的知識點和題目。同時，將查詢到的數據與相應學生學習資源的時間投入情況進行對應，以協助教師分析學生失分的原因。還可以針對指定學生，了解其最近的學習檔案和考試、練習情況，包括其薄弱知識點、資源學習的盲區等，以便針對個體給出個性化的學習建議。
(二)營造師生及生生互動的學習空間
1.師生、生生互動
移動自主學堂采用先學、精講、后測、再學，并有教師參與的教學模式。在移動自主學堂中，教師根據學科類型、知識點特點、學生特點、教學目標與教學內容等，可采用靈活多樣的教學方式，并且系統可自動記錄學生行為和教師行為數據。教師根據系統提供的數據可以了解每一個學生的學習情況，學生也可以通過“點贊”或“不贊成”、“笑臉”或“哭臉”等方式對某知識點的學習心情、學習效果、教師講解等情況作出回應。學生之間可以針對某知識點的學習進行競爭學習，教師和學生之間可針對某知識點發起話題討論等，在課堂教學中實現師生、生生互動。更重要的是，這樣可采集到用于學生分析和管理的真實數據。
2.個性化學習
在課堂教學中，雖然學生是在教師的安排下有序學習，但課上時間主要集中在教師對疑難問題的解答或教學內容精講上。而那些課上沒學會或缺課的學生，則可以在課外登錄“移動自主學堂”，自主學習課堂教學中的相同內容。在課外，系統根據每位學生的學習路徑和近期學習情況，針對教學過程中的重難點和每位學生的錯誤點進行個性化推薦。根據系統記錄的學生錯誤試題的數據，教師也可以進行個性化指導。
3.學習軌跡與成長記錄
移動自主學堂可以詳細記錄學員的學習過程和學習習慣等相關數據，再加上教師的指導，更能充分發揮這些數據的作用。
(三)通過移動自主學堂改變傳統教學
自2012年起，移動自主學堂在鄭州市第二中學高中3個年級10個創新班進行應用，3年的時間里取得了顯著效果。新的教學模式在成長空間、時間、思想自由度上，將高中生從高考制度的模式中解放出來，學生的學習變得輕松，成績顯著提高。2014年高中畢業班的高考情況顯示，一本上線率達27.45%，較上一年翻了一番。許多媒體對此應用進行了報道，如2014年3月20日，《中國教育報》刊發長篇報道《“移動學堂”改變課堂》。移動自主學堂的應用也引起了教育部的關注，教育部領導曾親臨課堂觀摩并給予高度評價。
移動自主學堂支持慕課和翻轉課堂模式，可實現“一對一”數字化學習，改變了以往單調的教學模式，讓課堂煥發出創新活力，實現高效教與學。[3]移動自主學堂除具有統計分析、結果呈現等功能外，也基于大數據理念建立了多個數據挖掘模型，如學生偏好挖掘模型、積分激勵模型、評價模型等。其中，特別值得一提的是知識點關聯度模型。
實踐表明，針對同一學科不同知識點之間的關聯度進行分析，并反饋給老師和同學，有助于有效學習。筆者從高二有機化學數據庫中，選取“有機化合物的命名”“烷烴及其性質”“烯烴、炔烴及其性質”“苯和同系物及其性質”“酯及其性質”這五個知識點，分別以A、B、C、D、E表示，并分析其關聯度，部分分析數據見表1。
表1 知識點試題學生關聯表
其中A知識點答對得5分，B知識點試題答對得4分，C知識點試題答對得10分，D知識點試題答對得10分，E知識點答對得10分。為了方便統計，把知識點對應得滿分的表示為1，答錯的表示為0。
依據表1中數據，并利用C4.5算法(決策樹構成算法①)中節點進行強關聯，構建出改進后的C4.5決策樹，如圖3所示。根據決策樹發現，基于改進后的C4.5算法，如果D(苯和同系物及其性質)答對，那么A(有機化合物的命名)也答對，概率為96.29%;如果D(苯和同系物及其性質)答錯而且C(烯烴、炔烴及其性質)也答錯，那么A(有機化合物的命名)答對的概率為85.7%;如果D(苯和同系物及其性質)答錯而且C(烯烴、炔烴及其性質)也答錯，那么A(有機化合物的命名)也答錯的概率為83.3%。由此可知，“苯和同系物及其性質”的掌握情況影響“有機化合物的命名”的學習，教師和學生可根據此結果來合理安排教與學的計劃。
圖3 知識點關聯度決策樹
三、結語
在吸收“慕課”與“翻轉課堂”模式營養基礎上，本文探討了移動自主學堂設計與教學模式等問題，并設計開發出針對課堂教學、基于無線網絡的支撐平臺——移動自主學堂。學堂之上，教師利用平板電腦可進行備課、上課、布置作業、測試、考試、評價等，學生利用平板電腦可進行學習、測試、考試、完成作業、提問、自主學習等。從教學模式、學習方式等方面來說，移動自主學堂是“慕課”和“翻轉課堂”模式在我國班級授課制課堂教學中的應用，突出了課堂教學，兼顧了課外學習。經過在高中創新班3年應用實踐，取得了顯著效果，學生創新能力和教師專業水平顯著提升。下一步的工作，是評價體系的完善和針對不同要求，建立不同的數據挖掘模型，豐富分析模型庫，目的就是更有效地支持課堂教學。
注釋：
?、贈Q策樹算法是一種逼近離散函數值的方法。它是一種典型的分類方法，首先對數據進行處理，利用歸納算法生成可讀的規則和決策樹，然后利用其對新數據進行分析。決策樹的典型算法有ID3、C4.5、CART等。
參考文獻：
[1]陳育琨，田愛麗.慕課與翻轉課堂導論[M].上海：華東師范大學出版社，2014：56-72.
[2]王瑞，李永波，王曉東，等.移動自主學堂及其應用[J].河南師范大學學報：自然科學版，2014(6)：168-172.
[3]劉紅雨.鄭州二中“一對一”數字化“移動學堂”實現高效教與學[EB/OL].(2014-06-27)[2015-08-27]. http://www.haedu.gov.cn/1403831985606.html.
(作者系鄭州市第二中學校長/河南師范大學碩士生導師、博士生、高級教師)
