大数据下基于核心素养培养的精准预习实施策略

沈旭东 祝令健

(吴兴高级中学 浙江 湖州 313000)

《普通高中物理课程标准(2017年版)》将物理学科核心素养中的“物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任”作为教师开展教学的重要目标，并在附录中将每一条核心素养划分为5个水平，作为教师评价学生核心素养的依据.

1 精准预习及其必要性

作为教学过程的一部分，课前预习在促进学生掌握物理知识、培养学生自主解决问题的思维和方法、帮助学生建立科学态度与责任方面都有着重要的作用.本文借助现今较为流行的平板电脑教学技术手段，探讨如何依托平板电脑系统开展“精准预习”，以促进学生核心素养的发展.

“精准预习”，顾名思义，就是借助平板电脑教学系统发布预习作业，即时收集学生的预习结果，利用大数据平台精准评估学生预习中暴露的问题，并做出针对性教学策略的预习模式.

笔者学校使用的平板电脑，内置由科大讯飞公司开发的“畅言智慧课堂”大数据系统.该平台主要由班级空间、课件与资源中心、授课平台、作业平台、大数据精准学情库、微课中心等软件组成.依托该平台，可实现从课前精准预习、课中精准教学、课后精准追踪一体化教学.通过大数据精准学情库，可以对一堂课课内、课外学生的参与度、班级整体的掌握情况、学生个体的理解情况等进行分析，进而提出针对性的教学策略.另外，通过对平台内长期积累的学习大数据进行分析，可以掌握班级每一位学生的学习兴趣和状态，时刻调整自己的教学方式和方法，因材施教，促进学生物理核心素养的个性化发展.学生则人手一台平板电脑，可通过提问、查看微课、查看评价等方式，了解自己近阶段的学习状况.

在“精准预习”下，教师全面有效地掌握班级整体和个别学生的学情，对学生核心素养水平进行精准评价，有效确定该堂课的重难点.针对学生所欠缺的核心素养目标，进行精准教学.对于学生而言，预习过程是一个自我发现、自我实现的过程，摆脱传统教学“上课听讲下课做题”的枯燥模式，在预习中提升自主学习能力.

2 基于平板电脑教学的精准预习实施步骤

精准预习的实施步骤，主要由以下6步组成：

(1)根据教材和学情，制定基于学生核心素养的学习目标，初步确定重难点.该步骤简称“目标制定”.

(2)选择适合学生难度水平的习题，编制预习方案，对课堂的重难点录制微课，通过平板电脑作业系统进行推送，引导学生查找资料进行自主学习.该步骤简称“预习推送”.

(3)对预习方案内的习题进行核心素养水平“解构”.对于如何“解构”，将在下文进行说明.该步骤简称“习题解构”.

(4)通过作业平台和大数据精准学情库快速收集学生预习反馈，得到预习作业的数据分析，包括选择题错误率、计算题主要错误及对应的知识点等.该步骤简称“预习反馈”.

(5)将收集的数据与“解构”得出的核心素养水平进行对比，得出学生对该堂课核心素养目标的缺失程度及具体内容.该步骤简称“素养评价”.

(6)修正步骤1中制定的基于核心素养的学习目标，剔除学生已经掌握的目标，厘清课堂教学重难点，并制定相对应的课堂教学策略.该步骤简称“策略制定”.

如图1所示，依据6个步骤，制定步骤实施的时间表，根据“预习推送”的时间点不同，“精准预习”又分为“课前精准预习”和“课堂精准预习”两种模式.

图1 精准预习实施步骤图

“课前精准预习”，其预习推送的时间为上课前一天，学生有足够的时间自主学习，发现问题.教师则有足够的时间对学生反馈的结果进行分析评价，制定详细的针对性策略.其缺点显而易见，就是对学生自觉性要求很高，并且会占用学生课余时间.为了平衡这些缺陷，在该模式实施过程中，借助“翻转课堂”的思路，课堂目标尽量在课堂内完成，课后少布置甚至不布置作业.

对于目标落实不到位的情况，通过平板电脑教学系统的“微课中心”制作发布微课进行补充.通过统筹安排课前、课中、课后教学流程，挤出时间给学生进行预习.

“课堂精准预习”，其预习推送时间为当堂课上课开始之时.利用课堂的前10 min，让学生进行预习.该模式的优势是不占用学生课余时间，减轻学生负担，时间效率上比“课前精准预习”要高.同时该模式由教师在课堂内统一主导，学生参与度有保障，同时教师可以直观地感受学生的预习过程，观察学生的表现.缺点是由于课堂时间有限，“课堂精准预习”在全面性和预习效果方面不如“课前精准预习”.并且教师只有极少时间对学生反馈的问题进行分析评价，可能出现遗漏的情况.该模式对教师能力要求极高，适合经验丰富、教学能力强的教师.

3 基于核心素养水平划分的精准预习习题“解构”及评价

浙江省教研室教研员梁旭老师指出，教师要拥有“解构”素养及水平的能力，即具有分析问题解决相关的素养及水平的能力.精准预习的实施，同样需要遵循物理学科核心素养的水平划分，进行“解构”.再将教师“解构”问题对应的水平与学生预习结果进行对比分析，诊断学生核心素养的缺失.

下面以物理习题中常见的选择题和计算题作为案例进行解构.

【例1】如图2所示，一根粗糙的水平横杆上套有A和B两个轻环，系在两环上的等长细绳拴住的书本处于静止状态，现将两环距离变小后书本仍处于静止状态，则( )

A.杆对A环的支持力变大

B.环对杆的摩擦力变小

C.杆对A环的力不变

D.与B环相连的细绳对书本的拉力变大

图2 例1题图

对题目每个选项，从素养要素、素养类型及学业质量几个维度对其进行解构如表1所示.这种解构，使其与物理核心素养的要求进行了对应.通过这样的解构，教师可以很直观和透彻地了解学生的问题及错误.

通过大数据分析，评价如图3所示，发现有较少学生对选项A和选项D存在问题.对照表1分析归纳，发现学生对整体法受力分析、三力平衡方面存在问题.

表1 对例1习题的解构

图3 例1解题情况的数据反馈

【例2】如图4(a)所示的陀螺可在圆轨道外侧旋转而不脱落，好像轨道对它施加了魔法一样，被称为“魔力陀螺”.它可等效为图4(b)所示模型：竖直固定的磁性圆轨道半径为R，质量为m的质点沿轨道外侧做完整的圆周运动，A,B两点分别为轨道的最高点与最低点.质点受轨道的磁性引力始终指向圆心O且大小恒为F，不计摩擦和空气阻力，重力加速度为g.

(1)判断质点运动过程中机械能是否守恒，并说明理由；

图4 例2题图

图5为例2中某学生解题情况及教师的批注截图.

图5 例2习题某学生解题情况及教师的批注截图

通过与水平划分表进行对比，即可快速确定学生缺失的核心素养如表2所示.

表2 对例2习题的解构

下面对这个学生的解题情况进行分析.

(1)研究对象不明确，忽视牛顿第三定律的重要性

在解题过程中若涉及到受力对象的转换，必须用到牛顿第三定律.然而相比于牛顿第二定律，牛顿第三定律很少涉及计算，常常容易被学生忽视.该题解答时应选取质点(陀螺)作为研究对象，题目要求质点对轨道的压力，涉及到受力对象的转换.

如图5所示，该学生没有用牛顿第三定律把轨道对质点的弹力FN转化为题目要求的质点对轨道的弹力F′N.

(2)建模错误，与“绳模型”混淆

在分析得到该题是一道“杆模型”的情况下，还需进一步分析解决第(3)问的临界问题.在考虑“杆”强度的情况下，“杆模型”的临界条件可认为有两个.

1)当“杆模型”恰好过最高点时有：力学条件mg+FN=0，运动学条件v=0.基于学生反馈的学习目标调整策略.

2)满足“杆模型”恰好过最高点的条件下，要使质点过最低点时不脱离轨道，需满足FB-FN≥5mg.

图6 例2中另一学生解题情况及教师的批注截图

4 基于精准预习的教学策略调整及反思

通过对预习作业的批改，对比核心素养水平划分表，将学生核心素养缺失部分进行罗列，对步骤1中制定的学习目标进行改进，并提出针对性的教学策略.

针对例1反映出来的问题，可以重点强化学生分析生活中常见的物理现象，并把整体隔离的思想贯彻其中，帮助学生理解生活中的平衡现象本质.同时对一些经典的三力平衡问题进行强化，引导学生学会分析此类现象的方法.

针对例2反映出来的问题，主要对圆周运动的3种模型进行回顾，并结合生活中常见的现象加强学生的理解，引导学生理解3种模型的区别.同时要重点对圆周运动“合外力提供向心力”的观念进行铺开，引导学生自行寻找3种模型完成圆周运动的临界条件，掌握最高点、最低点等特殊点的受力特征.

“精准预习”的实施，全面体现了以学生为主体的教学理念，把课前、课堂时间还给学生，有力地提升了学生学习的积极性.对教师而言，在开展精准预习过程中加深了对教材的理解，对学生的理解，强化了自己的教学水平以适应新时代发展带来的挑战.