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基于大数据下高中数学课堂教学分析与研究

沈阳一七六中学       孙跃滨

比尔·盖茨曾预言:“在21世纪,随着信息技术以及其他领先科技的发展,学校的形态最终会发生改变。”不容置疑,技术的堆叠加速了教育变革与创新的步伐,大数据时代的“潘多拉盒子”已经打开,诸如一对一数字化学习、翻转课堂、慕课、微课等新型的教育教学形态层出不穷,让我们有理由相信比尔·盖茨这一预言绝非空穴来风,而是正在变成现实。

走向大数据时代,科技的发展和社会对教育的需求将会给学校形态带来怎样的改变?处在深刻变革之中的教育将何去何从?大数据作为推动教育变革与创新的力量正在形成,给社会带来的冲击毋庸讳言。认识教育变革的核心价值观,用大数据的相关思维思考教育问题,有助于我们抓住教育的本质,在应用中不失偏颇。随着互联网和计算机技术的飞速发展,大数据时代已经给我们的生活和学习带来很多的便利,在大数据的时代背景之下,大数据分析也应运而生,大数据分析在学科教学中发挥了重要的作用,本文就大数据分析助力高中数学知识突破进行了研究,首先阐述了大数据分析的概念,最后阐述了基于大数据分析下的高中数学课堂教学策略。

如今,我们已经进入到了一个“数据驱动学校、分析改革教育”的大数据时代,大数据正影响着传统教育与传统教学,未来大数据必将改变传统教育的面貌。随着大数据时代的到来,大数据分析也相应地产生。因而,研究基于大数据分析下的数学课堂教学具有较为重要的理论意义和现实意义。

 一、大数据分析的概念 

1.大数据的概念。就数据本身而言,其是记载信息的一种载体,当然,也是知识的来源。数据的不断增加,表示其相应的记录范围、测量范围和分析范围在不断扩大,表示人类获取的知识越来越多,获取的信息量越来越大,而知识的边界也在相应地不断扩展与延伸。所谓大数据,可以从宏观和围观两个角度来进行理解,有不少国内外学者选择从宏观角度理解和研究大数据,其对于大数据的概念做了以下定义,即需要新处理模式才可以具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产,大数据具有4V特点,分别是Volume(数据量大)、Velocity(实时性强)、Variety(种类多样)、Veracity(真实性),另外还有一部分学者认为应当再加两个V,即Value(价值)和Visualization(可视化)[2]。而维基百科给出的定义则是无法在可承受的时间范围内用常规软件工具进行捕捉、管理和处理的数据集合。

2.大数据分析的概念。所谓大数据分析,即对规模巨大、数量庞大的数据进行分析。其具有四个非常显著的特征:首先,数据量大;其次,速度很快;再次,种类繁多;最后,真实性。而大数据分析的目的就是要通过对历史数据的分析和挖掘,科学总结与发现其中蕴藏的规律和模式,并结合源源不断的动态流式数据去预测事物未来的发展趋势。

二、基于大数据分析下的数学课堂教学策略 

1.更新教学观念,构建数据分析观念。更新高中数学教学思想,以此构建数据分析的概念。很多的老师因为受传统的教学观念的影响,思维方式和教学方法都已经模式化了,并没有树立数据分析的教学观念,俗话说,物质决定意识,意识是物质的反映。如果老师的教学观念还没有及时更新的话,那么,教学行为在这些思想的影响下还是不会出现根本性的变化,为了解决这一难题,在国家新的课程改革中明确提出了“数据分析”这一概念,这一概念的提出标着在大数据的时代背景下我们的国家也越来越重视数据分析在教学中的实际运用,各位老师应该牢牢把握住数据分析的观念,在实际教学中,帮助学生构建数据分析的知识框架。物质决定意识,意识是物质的反映。在高中数学教学中,教师在课堂教学的过程中,教学方法、教学模式难免会受其自身教学观念的影响,因而数学教师首先必须先更新教学观念,构建数据分析观念。在新课标中提出了“数据分析观念”一词,这一词是由“统计观念”变更而来。由此可见,随着大数据时代的来临,数据分析也日益受到人们的关注与重视。因而,有必要在数学课堂教学构建相应的背景,构建数据分析观念,使学生树立数据分析的意识,并对其予以重视。

数字代表对应学校在对应知识点的得分率,得分率低于60%用红色表示。 下表清晰的表示出我校某一次测试的成绩,利用大数据可以表示出各题型各层次的得分情况,当然也可以调出每名同学各题型的得分情况。

2.勇于探索,在数学教学中尝试分层教学。在现行的高中数学课堂教学上,一般采取班级统一上课的模式,这样的教学模式比较固定,缺乏新意,不利于培养和发展学生的个性,更不利于挖掘学生的潜能。我国古代教育师祖孔子曾提出“因材施教”,就是要求教师根据每个学生不同的情况,对学生进行不同类型的教育。在高中数学课堂教学中,教师可以对学生尝试分层教学。一个班有众多的学生,学生与学生之间存在着个体、个性差异,对不同的学生进行不同类型的教学,能够促进有效教学。对于个性化差异和个体化差异比较明显的小学生,也可以尝试不同的教学方法,尝试全新的教学模式,对于不同基础和不同背景下的学生,要正视其存在的个体差异,对他们进行分层次的教学,这样有利于促进学生更好地学习数学,也有利于充分挖掘学生的数学潜能。

下面对某一学校的成绩分布进行解读分析

上图为成绩分布的盒式图。盒式图,也称箱须图(box-and-whisker plot),是描述成绩分布常用的方式之一,该图能在一个图形中表示出数据的平均水平,离散程度以及分布形态等信息,是描述数据非常有效的工具,可以非常方便地对不同样本或总体数据进行对比;

上面的盒式图是将所有学生的总分从低到高排列,最下面的短线表示约有5%的学生得分低于此线对应的分数;最上面的短线则表示约有5%的学生得分高于此线对应的分数。方框上边线、中间线和下边线对应的分数分别表示约有25%、50%和75%的学生得分高于此线对应的分数。盒式图中矩形盒子的高度从一定程度上描述了学生成绩离散程度的大小。

与传统用平均分来描述成绩分布不同,盒式图最大的优势是不仅关注成绩的位置情况,还能关注成绩的均衡度。盒式图越短,成绩均衡度越好。且根据盒式图各部分的位置和长短,可以看到不同层次学生成绩情况。

从上面的盒式图可以看出图高且短说明成绩好,成绩集中稳定。可以看每个学生所处的位置,教师给于分析指明学生学习方向。

3.学会运用大数据分析和获取数据中的有用信息。在高中数学教学中,教师应注意引导和帮助学生学会运用大数据分析和获取数据中的有用信息,充分调动学生学习数学的积极性和主动性。通过激发学生的学习兴趣,帮助学生提高他们的学习效率,这样既有助于促进学生全面发展,也有助于提升高中数学课堂教学的效率。举例来说,教师可以结合高中数学教材内容,大数据分析工具制定教学计划,例如在学习《空间向量》这一章时,教师可以引导学生结合实际生活,充分发挥想象力,对空间向量进行思考,还可以引入与空间向量相关的内容,通过相关数据分析,帮助学生加深对知识的理解。同时,带动学生主动思考,积极参与课堂互动。此外,教师还应教学生学会获取数据中的有用信息。

通过对下图的认真分析,利用大数据可以清晰地看出每个题学生总体答题情况,通过对它的研究可以了解总体学生的知识点的掌握情况,从而改进教学,培优补差,教师可以在具体教学过程中,引导学生利用大数据对相关数据进行分析,然后从中获取有用的信息,以帮助解题。

4.引入数据挖掘算法,提升数学运算能力。数学教师除了按照教学大纲要求完成教学任务之外,还要注意在数学课堂中引入数据挖掘算法,注意提升学生的数学运算能力。一方面,数学教师要利用大数据分析工具密切关注学生对所学数学知识的掌握情况;另一方面,还要密切关注学生对于数学运算能力的掌握。引导和帮助学生学会收集数据和使用数据,利用大数据中的数据挖掘算法,培养数学解题能力。对于高中学生而言,数学运算能力是其必须掌握的,数学运算能力是学好数学的前提和基础。因而,数学运算能力非常重要。举例来说,在高中数学的运算中,涉及函数、指数和向量等计算,而这些计算相对而言又比较复杂,如果在计算过程中出现失误,将导致整个运算结果错误。这就要求学生具备较强的运算能力,在运算过程中保持细心、认真和严谨的态度进行运算。在高中数学教学中,教师要教学生运用不同的数学方法进行解题,让学生学会举一反三。

下面利用必由学教育平台的大数据分析工具密切关注学生对所学数学知识的掌握情况

通过以上的诊断报告可以清晰地看出相关知识点的掌握情况,从而更加准确的了解学生的薄弱的知识点,有利于我们反思教学查缺补漏。

5.学会分类,重视数学知识的积累。高中数学学科是一门具有较强的抽象性和较强的逻辑性的学科,知识点还比较多,这就要求学会分类,对各类数学知识进行分门别类,这样有助于加深对知识的理解,也有助于理清数学知识的脉络,促进学生更好地进行下一阶段的数学学习。此外,还应重视数学知识的积累。高中数学知识具有较强的连贯性和衔接性,学生在学习过程中如果出现知识点断层问题,很容易影响下一阶段的数学知识学习,致使前期所学的知识与后期将要学习的知识无法较好地衔接,影响学生的学习积极性,也会在一定程度上影响学生的整体成绩。因而,在高中数学教学过程中,教师要注意帮助学生做好相关知识点的复习和巩固,加深学生对前期所学知识的印象。例如:在初中的数学学习过程中,教师对十字相乘法已经不作要求了,同时对三次或三次以上多项式因式分解也不作要求了,但是到了高中教材中却多处要用到。另外二次根式中对分子、分母有理化这也是初中不作要求的内容,但是分子、分母有理化却是高中函数、不等式常用的解题技巧,特别是分子有理化应用更加广泛。所以,教师在教学过程中,应该多复习以前学生学过的知识,将其进行一定的积累,同时,也能为其今后数学知识的学习奠定良好的基础。此外,还要养成良好的数学学习习惯和数学知识积累意识,在实际学习过程中,充分重视数学知识的积累,通过各种不同的方式促进对数学知识的理解,并且学会运用自己所学的数学方法来解决数学问题,通过这种方法能够使学生不断地巩固所学的数学知识,提升数学解题能力,提升整体数学素质。

6.感悟数字化的便利,学以致用,提升数学应用意识。大数据时代的来临,改变了人们以往的生活方式,改变了人们生活的方方面面,也在一定程度上改变了数学课堂教学,举例来说,大数据时代的来临改变了高中数学课堂教学的形式、方法等。教师可以通过大数据提供的数字化信息,运用多媒体设备进行备课以及给学生布置作业,还可以利用大数据分析班里每位同学的学习情况。在数学学习过程中,学生在感悟数字化的便利的同时,还要学会将所学的数学知识融会贯通,学以致用。当然,有一点必须强调的是,无论哪一学科,都有其自身的特性及作用。以高中数学学科为例,数学是一门科学性与综合性较强的学科,其作用之一就是能够培养人的逻辑思维推算能力。并且,数学还是一门与我们生活息息相关的学科。因而,在学习数学这门课程时,教师要当好向导的角色,注意培养学生的数学学习意识,要让学生学以致用,注重提升他们的数学应用意识。

 

2018-06-04T16:59:09+00:00 六月 4th, 2018|学习诊断用户分享|