摘  要：信息化和大数据已经改变了人类获取知识的方式。在基础教育界，“慕课”与“翻转课堂”的有机结合给班级授课制带来了巨大挑战。如何在信息化环境下，基于大数据理念，破解班级授课制课堂教学中的个性化学习、因材施教、提高学习效率等难题是一个很现实的问题。对此，研究了信息化与大数据支持下的教学模式诉求，阐述了移动自主学堂的模式构建，根据不同角色对课堂教学支撑平台进行了设计，并对应用情况进行简单论述。

关键词：大数据 移动自主学堂 教学模式 翻转课堂

信息化和大数据已经改变了人类获取知识的方式。如何充分利用信息化和大数据的技术优势，满足学生个性化学习需求，提升学校教育与管理水平，已成为教育改革的必然趋势。在基础教育界，以“翻转课堂”为手段的变革正迅速袭来，“慕课”与“翻转课堂”的有机结合，给班级授课制度带来了巨大挑战。[1]如何在无线网络环境下，基于大数据理念，破解班级授课制中的个性化学习、因材施教、提高学习效率等难题是一个很现实的问题。文章针对上述问题，分别从课堂教学模式、课堂支撑平台需求及设计等方面进行研究。

一、信息化与大数据支持下的教学模式诉求

无线网络为我们提供了移动学习的基础设施，移动学习可解决传统教学时空受限问题，可实现教与学随时随地进行，开展“Anyone”“Anytime”“Anywhere”“Anystyle”的4A学习模式。大数据为客观评价学习效果及教学质量科学实施因材施教等指出了方向。“慕课”与“翻转课堂”已成为信息化环境下“教”与“学”模式研究的热点。但如何构建基于无线网络和大数据、吸收“慕课”和“翻转课堂”优点，又结合我国基础教育班级授课制实际的课堂教学支撑平台呢？为此，我们设计并构建了“移动自主学堂”[2]教学模式。

(一)移动自主学堂教学模式的设计

移动自主学堂包含的角色有学生、教师和管理员，他们都可通过Web或者iPad(或其他平板电脑)与服务器交互，实现所需的功能，如出题、出卷、布置作业、考试、做题、批改作业等。教学模式如图1所示。

图1 教学模式

Web浏览器方式主要给管理员和教师提供图形用户接口，以方便使用电脑进行系统的管理工作，主要包括系统参数设置、用户管理、题库管理、试卷管理、.考试管理和教学质量分析等相关功能。

平板电脑方式可为所有角色服务：管理员可以了解指定教师和班级情况；教师可以实现实时出题、出卷、布置作业、批改作业、改卷，查询学生学习情况等；学生可以实现实时学习、考试、练习等功能。

以“移动自主学堂”为核心，我们还设计了“四课型”渐进式自主学习方式，如图2所示。其基本模式是：先学、精讲、后测、再学，即教师提前通过学生学习支持服务系统向每个学生发送资源包，包括导学案、课件、测试题及有关学习资源(包括微视频等)→学生参考资源包，依据课本进行预习自学，并记录问题或疑问→学生通过平板电脑或其他媒介展示反馈学习成果，或通过学生学习支持服务系统进行前测，通过测试展示学习成果或问题→对重难点内容由学生或教师进行点拨，在充分质疑交流的基础上进行归纳总结(老师与学生互动)→最后通过学习平台进行练习评价课，系统自动统计测试成绩并进行分析，之后由学生、教师或系统进行讲评、评价。

图2 “四课型”渐进式学习方式

(二)移动教学的课堂改革突破

移动自主学堂是基于无线网构建的课堂教学支撑平台，充分吸收了无线互联的优势，教师可根据教学目标、教学内容、教学方法等，利用资源支持备课、上课等教学环节，并建立知识点之间的内在联系。这种课堂教学支撑平台支持下的课堂教学可满足如下要求。

第一，满足课堂教学的要求。慕课和翻转课堂无法支持课堂教学的各方面要求，而移动自主学堂支持课堂教学的各个环节，包括备课、上课、提问、课堂练习、单元测验、考试、学生评价等，并具有可操作性和方便性。

第二，可随时随地组织课堂教学。慕课授课形式具有局限性，翻转课堂不能实时进行课堂教学，移动自主学堂则在无线网络的支持下，可以不限时间和地点地组织课堂教学。

第三，支持各种形式的教学模式，其中包括慕课模式和翻转课堂模式。慕课是典型的先教模式，翻转课堂是先学模式。

第四，支持因材施教。基于大数据，自动或人工获取教学行为、学习行为等数据，建立评价体系和数据挖掘模型，客观评价学习效果、教学效果、学生分析等。根据这些数据和评价信息，实施因材施教。

第五，支持教学资源开放、共享。原则上，移动自主学堂支持各种形式的教学模式和学习方式。

二、移动自主学堂的模式构建

(一)师生进入移动自主学习角色

1.“学生”角色

学生进入移动自主学堂后会看到自己未完成的任务，其中包括老师发布的考试、作业和学习资源；自己制定的学习任务，如查看学习资源和错题练习等；系统根据学习曲线算法在适当的时间布置给学生的相应学习任务，如学生长时间没有复习和练习某个知识点时，系统会将相应的学习资源和练习推送给学生进行复习和练习。学生可以查看自己最近一段时间的学习记录，及时了解自己的学习情况。学习记录中包括最近学习了哪些资源以及学习每一种资源所用的时间、测试情况的反馈，包括每一个知识点测试题目的数量、正确率等信息。平时考试、做作业会产生错题，利用好这些错题可以有效提高学习效率。学生可以利用移动自主课堂的“错题本”功能，根据时间顺序(倒序)、试题错误次数(倒序)、知识点归类和随机这几种方式查询最近的错题，每一道错题都可以进行即时练习，每一次练习都自动存入系统，并根据结果的对错调整该错题的权重。同时，系统可以自动推送与某道错题相关的知识点和学习资源，以方便学生进行针对性的学习(因材施教)。移动自主课堂考试、作业功能可以根据学生的学习记录自动剔除学生已经牢牢掌握的试题，从而缩短学习时间，提高效率。学生可自主在题库中随机(由系统根据算法进行预筛选)或指定筛选条件等多种方式抽取试题学习，以及根据学生的特点推送与学生掌握不好的知识点相关的试题供学生进行练习(缩短学习时间)。同时，系统根据高分学生的学习记录，推送这部分学生的学习资源和练习题供当前登录的学生进行练习，并根据练习题的测试情况调整推送参数，以探索最适合该学生的学习模式。针对每个学生的不同学习特点，系统对学习资源进行有效分类。系统将知识点和学习资源建立网络结构，并根据教师指定的难度和实际测试过程中形成的难度数据建立分层结构(海量资源分类)。学生可选取知识点的学习资源，系统自动记录学生学习每个资源所用的时间，以t表示。每个学习资源在入库时由系统自动根据资源内容设置学习时间，以t0表示。当t＞t0×1.5时，t取1.5倍的t0，其意义是如果学生学习某个资源耗时过长，可以认为仅学习了1.5倍的标准时间。这样可以排除一些人为的操作，避免产生影响统计分析的结果。针对每个学习资源，学生可在学完资源后进行即时练习，趁热打铁。

2.“教师”角色

教师可利用iPad或其他方式出题，同时指定试题的属性，如关联的知识点、体现的能力和难度系数等。对于试题的难度系数，系统可以根据学生答题的情况计算出来，自动将错误率较高的题目推送给教师并给出建议，如题目太难、讲解不够等，从而优化题库。为了提高教学效率及资源利用率，系统可以统计每个资源的使用情况，包括学习次数和时间等，并针对使用过于频繁或者过少的资源推送通知。同时，系统还监控学生学习指定资源的情况，包括近期学了哪些资源，投入时间如何，与这些资源相关的试题成绩如何等，从而更准确地了解学生的学习情况，提高课堂教学效率。教师可以通过考试系统发布随堂练习，及时查看学生学习掌握程度，以便当堂解决学生本节课学习中存在的问题。考试系统根据历史数据，对试题库中的试题进行预筛选，剔除正确率非常高、近期出现频率过高的试题，同时将错误率过高、近期很少出现的试题前置显示，为教师提供更多的建议，从而提高出题质量，实现因材施教。在体现个性化教学方面，系统中的学生学习情况查询功能可以使教师了解学生的整体情况，包括错误率较高的知识点和题目。同时，将查询到的数据与相应学生学习资源的时间投入情况进行对应，以协助教师分析学生失分的原因。还可以针对指定学生，了解其最近的学习档案和考试、练习情况，包括其薄弱知识点、资源学习的盲区等，以便针对个体给出个性化的学习建议。

 

(二)营造师生及生生互动的学习空间

1.师生、生生互动

移动自主学堂采用先学、精讲、后测、再学，并有教师参与的教学模式。在移动自主学堂中，教师根据学科类型、知识点特点、学生特点、教学目标与教学内容等，可采用灵活多样的教学方式，并且系统可自动记录学生行为和教师行为数据。教师根据系统提供的数据可以了解每一个学生的学习情况，学生也可以通过“点赞”或“不赞成”、“笑脸”或“哭脸”等方式对某知识点的学习心情、学习效果、教师讲解等情况作出回应。学生之间可以针对某知识点的学习进行竞争学习，教师和学生之间可针对某知识点发起话题讨论等，在课堂教学中实现师生、生生互动。更重要的是，这样可采集到用于学生分析和管理的真实数据。

2.个性化学习

在课堂教学中，虽然学生是在教师的安排下有序学习，但课上时间主要集中在教师对疑难问题的解答或教学内容精讲上。而那些课上没学会或缺课的学生，则可以在课外登录“移动自主学堂”，自主学习课堂教学中的相同内容。在课外，系统根据每位学生的学习路径和近期学习情况，针对教学过程中的重难点和每位学生的错误点进行个性化推荐。根据系统记录的学生错误试题的数据，教师也可以进行个性化指导。

3.学习轨迹与成长记录

移动自主学堂可以详细记录学员的学习过程和学习习惯等相关数据，再加上教师的指导，更能充分发挥这些数据的作用。

(三)通过移动自主学堂改变传统教学

自2012年起，移动自主学堂在郑州市第二中学高中3个年级10个创新班进行应用，3年的时间里取得了显著效果。新的教学模式在成长空间、时间、思想自由度上，将高中生从高考制度的模式中解放出来，学生的学习变得轻松，成绩显著提高。2014年高中毕业班的高考情况显示，一本上线率达27.45%，较上一年翻了一番。许多媒体对此应用进行了报道，如2014年3月20日，《中国教育报》刊发长篇报道《“移动学堂”改变课堂》。移动自主学堂的应用也引起了教育部的关注，教育部领导曾亲临课堂观摩并给予高度评价。

移动自主学堂支持慕课和翻转课堂模式，可实现“一对一”数字化学习，改变了以往单调的教学模式，让课堂焕发出创新活力，实现高效教与学。[3]移动自主学堂除具有统计分析、结果呈现等功能外，也基于大数据理念建立了多个数据挖掘模型，如学生偏好挖掘模型、积分激励模型、评价模型等。其中，特别值得一提的是知识点关联度模型。

实践表明，针对同一学科不同知识点之间的关联度进行分析，并反馈给老师和同学，有助于有效学习。笔者从高二有机化学数据库中，选取“有机化合物的命名”“烷烃及其性质”“烯烃、炔烃及其性质”“苯和同系物及其性质”“酯及其性质”这五个知识点，分别以A、B、C、D、E表示，并分析其关联度，部分分析数据见表1。

表1 知识点试题学生关联表

其中A知识点答对得5分，B知识点试题答对得4分，C知识点试题答对得10分，D知识点试题答对得10分，E知识点答对得10分。为了方便统计，把知识点对应得满分的表示为1，答错的表示为0。

依据表1中数据，并利用C4.5算法(决策树构成算法①)中节点进行强关联，构建出改进后的C4.5决策树，如图3所示。根据决策树发现，基于改进后的C4.5算法，如果D(苯和同系物及其性质)答对，那么A(有机化合物的命名)也答对，概率为96.29%；如果D(苯和同系物及其性质)答错而且C(烯烃、炔烃及其性质)也答错，那么A(有机化合物的命名)答对的概率为85.7%；如果D(苯和同系物及其性质)答错而且C(烯烃、炔烃及其性质)也答错，那么A(有机化合物的命名)也答错的概率为83.3%。由此可知，“苯和同系物及其性质”的掌握情况影响“有机化合物的命名”的学习，教师和学生可根据此结果来合理安排教与学的计划。

图3  知识点关联度决策树

三、结语

在吸收“慕课”与“翻转课堂”模式营养基础上，本文探讨了移动自主学堂设计与教学模式等问题，并设计开发出针对课堂教学、基于无线网络的支撑平台——移动自主学堂。学堂之上，教师利用平板电脑可进行备课、上课、布置作业、测试、考试、评价等，学生利用平板电脑可进行学习、测试、考试、完成作业、提问、自主学习等。从教学模式、学习方式等方面来说，移动自主学堂是“慕课”和“翻转课堂”模式在我国班级授课制课堂教学中的应用，突出了课堂教学，兼顾了课外学习。经过在高中创新班3年应用实践，取得了显著效果，学生创新能力和教师专业水平显著提升。下一步的工作，是评价体系的完善和针对不同要求，建立不同的数据挖掘模型，丰富分析模型库，目的就是更有效地支持课堂教学。

注释：

①决策树算法是一种逼近离散函数值的方法。它是一种典型的分类方法，首先对数据进行处理，利用归纳算法生成可读的规则和决策树，然后利用其对新数据进行分析。决策树的典型算法有ID3、C4.5、CART等。

参考文献：

[1]陈育琨，田爱丽.慕课与翻转课堂导论[M].上海：华东师范大学出版社，2014：56-72.

[2]王瑞，李永波，王晓东，等.移动自主学堂及其应用[J].河南师范大学学报：自然科学版，2014(6)：168-172.

[3]刘红雨.郑州二中“一对一”数字化“移动学堂”实现高效教与学[EB/OL].(2014-06-27)[2015-08-27]. http://www.haedu.gov.cn/1403831985606.html.

 

（作者系郑州市第二中学校长/河南师范大学硕士生导师、博士生、高级教师）