钟绍春：大数据环境下，未来学校教育教学创新的方向在何方？
大数据驱动教学变革与创新
文 | 钟绍春
近年来，教育部和各地方政府部门相继下发了一系列有关教育信息化的文件，实施了“三通两平台”和数字校园建设等工程。2018年，教育部发布了《教育信息化2.0行动计划》。通过下发一系列文件并采取相应举措，各校都配备了“班班通”教学设备，建设了专用教室和仿真实验室等，购置或开发了教学资源和应用软件。教师和学生已具备基本的应用能力，数字化教学的氛围已经形成。
但是，我们也应当看到，当前信息技术在教学中的应用，还没有真正给教师教学和学生学习带来革命性的变化。
目前，大多数学校的数字化教学主要集中在教师的课堂讲解上，多是用于快速呈现知识及获取信息，应用层次比较粗浅。在学生深度理解知识、参与个性化与合作探究学习活动、培养系统思维能力和创新能力方面，在教师教学和学生学习活动过程的实时掌控和调整方面，在优质教师的智力资源共享等方面，还普遍缺乏信息技术的有效支持。
此外，教师还非常缺乏既与自身教学思路和方法吻合，又满足教学实际需求的教学套件资源，更缺乏能够简便制作、集成和生成所需教学资源的工具软件。学生在线接受名师辅导时严重缺乏个性化学习资源。
在过去的几年中，一些地市由电化教育部门负责搭建了教育资源公共服务平台，并由电化教育部门推动教师在教学中应用平台。但是，一些教师根本不使用平台，平台应用和教学成了两张皮，没有产生融合。
理论上讲，由教研员牵头组织实施数字化教学最为合适。但是，大多数教研人员不太懂信息技术，常常按照传统的教学思路和方法指导教师开展信息化环境下的教学活动，造成信息技术在教学中的作用得不到充分发挥。
当前，“互联网+”教育理念尚未形成，以传统方式传授知识仍然占据主流；只改变教学条件而不改变教学模式，仅从“人灌”变为“机灌”，导致很多地方投入巨大而效果不彰。
一、数据驱动教学创新的基本思路
导致信息技术在教学和学习中应用效果不佳等问题的根本原因是：教师没有从教学深层次问题入手，没有针对问题研究相应的解决途径和办法，只是将技术简单地应用于教学和学习。因此，应当从转变人才培养理念、思路与方式等方面入手，开展信息技术与教学融合创新的研究和实践工作。
在教学和学习活动中简单应用大数据等技术，是不可能真正解决教学现存问题的，技术应有的作用也不可能真正发挥。
笔者建议：从常规条件下学生培养普遍存在的问题入手，系统梳理并分析每类问题的成因，深入研究破解问题的思路和方法，挖掘教学和学习对技术的刚性需求，在此基础上，探索技术支持教学变革与创新的有效途径和方法。
总之，不能就技术论技术，而应当将技术的应用置于教学变革和创新的框架下统筹安排。
例如，地理学科教师对“经纬线”教学，可能有多种教学思路和方法，不同的思路和方法对技术的需要各不相同。在常规教学条件下，大多数教师以直接讲解经纬线的方式完成教学活动，并借助地图、地球仪等讲解什么是经纬线。在配备了多媒体教学设备的学校，教师则会将地图放到大屏幕上用于讲解。如果有更好的技术条件，教师甚至可以利用三维仿真技术将地球仪模拟出来，支持讲解。
按照这种方式应用技术，对于教师讲解和学生学习而言，只是提高了效率，不可能从根本上提高质量。问题主要出在教师的教学思路和方法上——直接讲解结果，在常规条件下教师就可以完成，信息技术的应用并没有发挥出不可替代的作用。
但对学生而言，“直接讲解结果”并不一定是最好的做法。除了直接讲解结果外，教师也可进行启发式讲解。譬如，教师抛出一个问题，引导学生思考。在学生思考时，教师继续分析解决问题的思路并引出解决问题的方法，即“教师探究，学生听讲”。
例如，从中国广州到美国旧金山，可能的交通方式有轮船、飞机，而在不同季节，天气情况不一样，如何精确地给出可行线路？教师可抛出这样的问题，让学生思考。
学生学习过平面直角坐标系知识，可能会迁移过来。但是，地球是椭圆球体，怎么处理呢？教师可引导学生将平面直角坐标系在地球上做拓展，从两个极点以等分方式先垂向切割，再横向切割（事实上，经纬线就是按照这样的思路设计的）。
这种情况下，教师利用地图、地球仪和简单的三维仿真地球仪是很难完成的，而需要借助技术手段。这时，能够在仿真地球上直观地表达这些想法的支撑工具便可大显身手。
这样的技术应用，的确可以改变教师的教学和学生的学习。这种改变是由教学思路和方法改变而引发的。如果教师不改变教学的思路和方法，只是将地图放到大屏幕上，技术对教师教学和学生学习质量的提升起不到实质性的作用。
上述应用信息技术的做法已经给教学和学习带来了改变，但还不是最好的做法。最理想的做法是，让学生在问题的引导下自主探究“要有效解决交通路径问题，必须有经纬线”，使学生在学习知识并形成学科能力的同时，发展创新和系统思维能力。
在教学过程中，教师如何抉择采取哪种方式开展教学活动呢？如果仅靠直觉判定是不科学的。即使选择了一种自认为最优的方式开展教学活动，也不能满足所有学生的需求。因此，教师一定要充分利用学生学习的动态大数据，优先采用与全班学生契合度最大的方式开展教学活动。在这一过程中，教师跟踪数据，关注不适合采用该方式的学生比例，分析可能适合的方式，及时做调整。
此外，教师通过分析数据发现课堂教学中没有完全学好的学生，帮助他们找出问题，提供适宜的学习策略及内容，供其课后自学。
二、数据驱动教学创新的方向
在常规条件下，学生在学校的学习，只能由不同学科教师按照课程体系和教学计划来安排。按照这种模式教学，存在很多无法解决的问题。
例如，学生没有自由选择教师的机会，只能按照学校的安排，遇到什么样的教师就接受什么样的教师。学校里优秀教师的数量有限，只能服务于其所负责班级的学生，很难为其他班级学生提供服务。课堂上，教学流程是教师设计和安排的，学生只能服从。教师按既定的流程教学，无论如何也不可能满足每个学生的具体需要，只能尽量满足更多学生的需要。
只借助常规教具和实验设备教学，教师想让学生深度理解疑难知识，大多数情况下是很困难的。有时在教学过程中，由于缺乏必要的探究条件和手段，学生没有机会开展探究活动。这样，学生的系统思维能力和创新性思维能力是很难得到提升的。
此外，由于教师难以及时精准地掌握学生的总体学习情况，也无法根据班级学生的总体情况，进行实时有效的调控，造成课堂教学不能更好地满足学生群体的实际需求。
高明的教学是这样的：学生自主地根据需要，按照适合的方式，应用适合的环境，找到最适合的伙伴和教师完成学习，逐步形成系统的思维能力和创新性思维能力；教师对教育教学全过程进行实时监测与分析，根据所教学生群体情况实时调控教学安排、教学方式与方法；教育管理者实时监控办学状况，动态调控办学体系，最大限度地将师资、设施设备、场地等教育资源做合理配置，共享优秀教师的教学智慧和学生的学习经验，实现优质教育智慧的供给（如图1）。
图1 数据驱动下的教育新样态
这种新的教育样态，在常规条件下是不可能实现的，而信息技术手段的应用，恰恰为实现这些目标带来了可能。
三、应用“人网融合”智慧系统支持教学创新
笔者认为，未来学校教育教学创新的方向，应是在互联网、人工智能、虚拟仿真、大数据等技术的支持下，汇聚优质教育智力资源，构建解决瓶颈性问题的教育新样态。
构建教育新样态的基础是建立“人网融合”的智慧教育系统，即根据新教育体系的需要，应用互联网、人工智能、虚拟仿真和大数据等技术，建设汇聚名师教学智慧的学习网络；构建能够动态监测学生学习状况，发现学习存在的问题，有针对性地提供适合的学习策略与路径的智慧导引系统，帮助学生完成个性化学习活动，帮助教师调控课堂教学，帮助管理者调控学校整体办学工作。
此外，应依据认知科学、心理学、教育科学等理论，在系统分析的基础上，应用互联网、人工智能、虚拟仿真和大数据等技术，开展实证研究，不断完善教育体系，优化智慧支撑系统（如图2）。
图2 智慧支撑系统
“人网融合”智慧系统对教育新样态构建的支撑作用，主要体现在对教与学过程的监测和调控以及对教与学活动的有效支持两个方面。
1. 监测和调控教与学过程
在教与学过程监测与调控方面，学校或有关部门应从学生入学到毕业，再到升学或就业，跟踪记录教育全过程并形成大数据。
在大数据支持下，应用数据分析和人工智能技术，帮助教师优化课堂教学，帮助学生精准分析学习情况，找到学习路径及适合的学习资源，帮助管理部门优化教学计划，合理调配师资，精准安排教研和培训活动，优化学校办学方案及人才培养方案等。
能否实现精准调控，关键是所采集的学生学习大数据能否全面而准确地反映学生的实际情况。学校采集学生学习大数据，应当从“学科到底应让学生学会什么”入手。
衡量某学科应该达到的教学深度，最好的办法是利用问题或任务测试。如果学生都会，则表明学透了。需要指出的是，这个问题或任务集合应恰到好处，问题或任务多了容易重复，少了则检测不到位，因此，教师需要选择内核问题或任务集合。
有了内核问题或任务集合，还应当将问题或任务的解决、完成方法与之关联在一起，形成完整的体系，即知识与能力图谱（如图3）。
图3 知识与能力图谱
在这个体系中，学生学习的目标一目了然。教学的目的就是，将知识与能力图谱映射到学生大脑中，并转换为学生的问题解决能力，与此同时，提升学生的思维能力与综合素质。知识与能力图谱是学习路网建立的依据，也是大数据采集的依据。
2. 支撑教与学活动
从支撑教与学的角度看，信息技术主要有两个层面的应用：一是按照群体学生共性学习路径提供学习路网；二是针对疑难知识点提供深度理解和感悟探究的支撑工具。学校应建立符合绝大多数学生实际情况的学习路网和智能导引系统，同时为教师提供教学应用套件资源，以及能够简便制作、集成和生成所需教学资源的工具软件，支持教师帮助学生深度理解知识，探究科学；让学生按照自己的实际需要找到名师指导，并以适合自己的学习方式，利用有效的学习工具支持学习活动，分享学习伙伴的学习经验。
学校建设学习路网，应按照每条路径，找到符合群体学生共性情况的名师和优秀学伴，迭代挖掘出有针对性的教师教学智慧和学生学习经验，并提供深度理解知识、感悟探究知识的工具。
建设学习路网的关键是对学科知识体系、学科能力体系、系统及创新思维能力体系等主要构建途径做好梳理与分类工作。在此基础上，建设与之相适应的智慧学习路网。因此，应按照不同体系形成的路径和方式，有针对性地建设学习路网。
（作者系东北师范大学教授、博士生导师，教育部教育信息化专家组成员，教育部数字化学习支撑技术工程研究中心主任）
文章来源：《中小学数字化教学》2019年第5期
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