基于認知行為數據的精準教學

何杰： 北京師范大學第二附屬中學語文教師，特級教師，北京師范大學研究員（正高級職稱）。獲得首都勞動獎章。參與編寫高中語文統編教材，入選教育部國培計劃專家庫。長年致力于語文學科與信息技術融合研究，主持北京市教育規劃重點課題“認知數據支持下的學生個性化與自適應學習方式案例研究”，主持北京市基礎教育信息化雙百示范課題“基于大數據與人工智能的語文個性化學習實踐研究”并獲得市教委優秀課題稱號。以“用我的生命狀態影響學生的生命狀態”為教育座右銘，致力于語文教學的科學化，將學生認知發展作為教學的根本目標，將吃透教材和吃透學生作為有效教學的兩大關鍵。

語文教學一直存在科學性不足的問題，不管是教學內容還是語文能力成長機制，大多缺少精確分析。教育改革大潮風起云涌，從關注教到關注學、以學定教等理念逐漸成為教育界的主流認識。但理念提出容易，真正落實則較難，難在難以準確把握學生的認知狀態。教師不妨常問自己以下幾個問題：一是我們能說清楚有哪些學生對于哪一部分知識沒有掌握嗎？二是我們能說清楚一堂課上下來，學生掌握了多少內容嗎？三是我們能說清楚影響學生認知的因素嗎？四是我們能說清楚學生的思維特質嗎？五是我們能說清楚對待不同的學生要采用何種講授策略，提供何種訓練內容嗎？六是我們能說清楚學生某種學習行為或學習特征的意義嗎？等等。

要想回答以上問題，教師必須對自己的教學過程與教學效果做出精確診斷，認知數據的采集與分析就是精確診斷的基礎。信息技術為語文教學的精確分析提供了支持，因為科學化的基礎是精準，信息技術則可以促進精準的實現。語文教學的科學化也需要精準的實現，信息技術恰恰可以在精準教學中為語文教師助力。

一、認知數據分析是實現經驗精確化的重要途徑

以往教師對于學生學習情況的把握大多基于經驗。當然，我們不否認優秀教師經驗的價值。優秀教師經過多年積累，對學生的學習狀況往往有相當敏銳的感知能力，把優秀教師的經驗精確化，是教學走向科學化的重要一步。

所謂經驗精確化，在本文指的是教師的觀察、分析、思考能用數據表達。其中，認知數據分析是實現經驗精確化的重要途徑。認知數據，又稱學情數據，指的是體現學生學習特點和學習情況的數據，包括認知內容數據和認知行為數據。

認知內容數據可以分為認知過程數據和認知結果數據：前者是指學習過程中的問答、討論、筆記、演算、練習等學習內容，后者是指學習過程結束后的作業、作文、練習題解題成果等。認知行為數據是指學習過程中一些外顯的動作，如落筆軌跡、用時節奏和各種微表情。

對于認知數據的分析，就是將教師對學生學習狀況的感知數據化、精確化。這是我們一直在做的一項研究：認知數據支持的精準教學實踐研究。我們認為，語文教學設計不能只憑借教師的經驗，還要依據學生的認知狀態，對認知狀態的把握應以對認知數據的分析作為根據。

雖然語文學科有大量意會、模糊的內容，但不等于語文教學不追求確定。有時候，一些語文教師會以語文學科“只可意會不可言傳”為榮，如果這種狀況持續下去，語文教學很難實現科學化，語文教學的低效亦將長期存在。

以上這些問題的出現，歸根結底是因為語文教學缺少確定性與精準性，而要想確定與精準，必須有認知數據來支持。

二、基于學習用時數據選擇精準教學內容

語文教學和語文學習的精準化大體分成三個維度：學習目標的層級化、學習內容的個性化和學習方式的適宜性。也就是說，精準教學要針對特定的學習對象，為其確定精準的學習目標，提供精準的內容和學習方式。認知數據的采集與分析，將為個性化學習與精準教學提供支持。

教師對認知內容數據助力個性化學習與精準教學做過許多探索，本文重點探討認知行為數據的采集和分析，限于篇幅，主要介紹學習用時數據。

從某種角度來看，學習用時是分析教師教學效果、提高學生學習效率的重要參數，以更經濟的用時取得更好的教學效果是高效教學的應有之義。

如果在教學中對用時節奏、用時多少與用時效率做到精確記錄與分析，教師則能更好地反思自己的教學行為。作業君教學平臺作為輔助教學的重要工具，它有一項非常有意義的功能，就是能夠記錄每個學生完成各種學習動作的用時。

將學習用時數據與其他數據結合對照，教師可對教學效果及學生的學習風格、認知特點、學習效果進行評估，從而改進教學，為學生提供優化學習方案。

假設在同一個班級內全體學生共同完成某幾道測試題。測試結束后，對于正確率高、答題快的學生，我們可以認定他們的思維敏捷性是比較強的；對于正確率高、答題慢的學生，可以認定他們的學習穩定性較好；對于答題快但正確率低的學生，可以認定他們較為毛躁粗心；對于答題慢且正確率低的學生，可以認定他們基礎薄弱，思維緩慢（如圖1）。

以上認定是同一班級學生的相對比較。如果采樣的量與面足夠大，測試頻次合適，教師就可以對某一學生群體的思維敏捷性水平與知識牢固程度進行準確摸底，并可針對不同認知特點的學生，給出個性化的優化方案。

下面以一篇文言文閱讀試題《公默先生傳》為例?！豆壬鷤鳌肥菍W校高二年級一次月考的試題，共有4道選擇題、1道簡答題?？荚嚱Y果是理科實驗班（C班）平均成績高于文科實驗班（B班），B班平均成績高于普通班（A班）。

如果僅看成績，我們并不能清晰準確地判斷出各班學生對于《公默先生傳》全文各語句的掌握程度。若教師不能了解學生對全文各語句的掌握程度，就很難發現學生的知識漏洞。為此，我們基于《公默先生傳》的語句內容設置了一道拆解題。

祝智庭先生在介紹精準教學理論時指出，精準教學最大的價值在于能夠精準地針對學生學習某一知識或技能時遇到的具體問題進行教學。然而，學生表現出來的問題，不一定是要解決的問題，可能是某個子問題造成的。在子知識或技能方面，只有進行更多的實踐并獲得流暢的學習表現，才能使學生“突破天花板”，獲得更高階表現的流暢度。

具體到語文學習，學生無法正確解答某道閱讀題，往往是影響學生對閱讀題理解的某些因素導致的。因此，為了獲取學生作答的思維過程，教師設置了拆解題，對學生的作答過程進行拆解。設置拆解題，或是針對學生可能產生的思維障礙通過題目做思考提示，或是診斷學生做題過程中的思維障礙，總之是通過拆解方式，外顯學生的思維過程，幫助教師精準確定教學目標和教學內容。

對曰：“骨肉，而去，令世人不復顧忌。此策之次者，先生能用之乎？”

A.放棄；瘋癲狂妄 B.拋棄；假裝瘋狂

C.放棄；假裝瘋狂 D.拋棄；瘋癲狂妄

這道題是對語句中的關鍵詞語進行設問，檢測學生對關鍵詞語的掌握程度。根據測試結果，教師教學時要重點講授相關詞句。

我們希望通過拆解題——這篇文章主要是拆解文言詞語和語句，達到以下目的：一是精準定位學生知識薄弱點；二是精準定位訓練對象；三是精準反饋教學效果。

這類拆解練習，我們一般要求學生做兩遍：第一遍旨在診斷，根據診斷結果確定教學內容；第二遍發生在教學之后，讓學生再次鞏固，借以反饋教學效果。

通過拆解，我們主要獲得以下數據：一是知識內容數據，測試學生掌握了什么，即明確教學內容；二是能力水平數據，測試學生的認知層次，即明確教學目標；三是完成用時數據，測試學生的熟練程度，優化教學節奏。

三、不同類型班級同次試題測試數據對比

測試中，我們利用作業君平臺采集了學生每道題的成績和作答用時，以及全班學生每道題的平均成績、每道題作答平均用時、總成績和總平均作答用時。分析這些數據，教師能夠很好地了解學生的思維敏捷性，以及對題目的熟悉度、學習風格與特點。

表1是同一教師任教的A班與B班學生平均成績與用時對比。

由表1可知，A班學生的平均分是51.7分，平均用時是17分鐘；B班學生的平均分是57.4分，平均用時是12分鐘?？梢?，在本次文言文閱讀測試中，B班學生的成績與做題效率都高于A班。如果將兩班學生每道題的平均用時做一對比，我們發現，A班學生作答第1題的速度快于B班，而兩班學生本題正確率相差不大，說明B班學生進入學習狀態稍慢（見表2）。但因為B班學生學習基礎稍好，作答速度越來越快。

再細致分析各題用時，我們發現，兩班學生用時差距最大的是這道文言語句翻譯題（23題）：聞善于彼，陽譽陰非，反背復憎，詆笑縱橫。

A.表面上在別人那里有好的口碑，實際上別人都在背地里非議，反復咒罵、憎恨，甚至肆意詆毀、譏笑。

B.聽到別人的好話，表面上奉承，暗地里非議，轉過身又變成憎恨，對別人肆意詆毀、譏笑。

C.在別人口中聽到一些善言善語，可曾想別人只是表面上稱贊，背地里非議，反復咒罵、憎恨，甚至肆意詆毀、譏笑。

D.聽說某人是善良的，表面贊揚他，背地里數落他的缺點，憎恨他甚至肆意地詆毀、譏笑他。

從學習內容角度看，本題是文言語句翻譯題，題目文字量與文言陌生度都高于其他題目。這道題A班學生用時90秒，B班學生用時?52秒，它是兩班學生作答用時差距最大的一道題。同時，我們發現，凡是文言語句翻譯類問題，A、B兩班學生的用時差距都比較大。不過，這類題的正確率，B班學生沒有比A班學生高出多少。由此分析，閱讀速度上，B班學生明顯快于A班，因為B班作為文科班，閱讀任務明顯多于A班，而平時A班學生對于文言語句的細讀、翻譯關注不夠，因而快速讀句子、快速建構語義結構的能力稍差一些，可以認為B班學生在本次閱讀測試中的敏捷性明顯高于A班。但兩班學生在文言實詞、語句積累量上相差不大，因而作答正確率差不多。

通過對以上兩班各題用時數據的對比分析，我們可以精準確定兩班學生對《公默先生傳》語句理解的薄弱之處，也可分析兩班學生文言學習方面的認知特點。這為教師精準選擇教學內容與確定教學目標提供了依據。

四、相同班級學生同一題目的前后測試數據對比

對比同一班級學生在教師教學《公默先生傳》前后同題的測試成績，我們發現了一個比較有意思的現象。這個對比意在反饋教學效果（第二次測試在講課后兩天進行）。

表3為同一班級學生的兩次成績綜合比較。

綜合對比顯示，第二次作答學生的分數明顯提高，用時明顯減少，說明此文的教學效果有所提升，全班學生的聽課狀態整體上是較好的。

上述介紹的是全班學生的整體數據。若深入個體，對個體學生前后用時、前后成績進行分析，也可發現很多值得關注的地方（見表4）。

可以發現，多數學生的成績有所提升，用時明顯減少。其中，36號學生在第二次診斷時，進步分數為30分，用時由9分鐘變成2分鐘，可見其聽課效果非常好。我們推測，如果在類似測試中該生多次有較大進步，說明他的學習潛力是很大的。

但也發現有些學生并沒有進步，甚至有些退步。比如25號學生，他在第二次測試中第2題、第6題、第11題、第14題和第17題作答不正確，甚至有2道題是在前次測試正確的情況下做錯了。不過，該生的作答用時大大減少。這說明，該生聽課效果不好，第二次作答時有一種急躁的心態，沒有認真思考。

應該說，多數學生在第二次測試中用時減少，正確率提高。17號學生的作答用時雖然沒有變化，但是成績卻有大幅提高，可見該生聽課效果很好。兩次用時都比較短，說明該生的兩次學習都保持著高度專注與相同節奏，沒有因為掌握新知識后有意提高作答速度。對照平時對該生的觀察，我們可知她是一個語文基礎好、學習穩定踏實的學生。

通過得分與用時對比，我們也可以發現一些需要關注的特殊學生。這些學生的聽課效率、知識疏漏和學習特點，都可以在兩次數據對比中得到提示。

更值得關注的現象是，對于同一道題，學生在第二次測試時成績不進反退，這就要引起我們對教學的反思。

由表5可知，對于第2題、第6題、第21～23題，第一次測試學生答對人數沒有過半，第二次測試有了大幅提高，說明教師在這部分的教學取得了明顯成效。

但還有不少面對同樣題目再度犯錯的學生。他們是因為聽課不專注，還是聽課后沒有鞏固或是其他什么原因，需要做相應調研。數據提示我們，這些二次出錯學生的學習效果不理想，在后續教學中要有相應的關注，對這些學生要有不同于其他學生的指導。

例如，前文所述的拆解測試題，它也是值得我們關注的與第一次測試相比學生大面積出錯的題。

對曰：“骨肉，而去，令世人不復顧忌。此策之次者，先生能用之乎？”

A.放棄；瘋癲狂妄 B.拋棄；假裝瘋狂

C.放棄；假裝瘋狂 D.拋棄；瘋癲狂妄

這道題的正確答案是B。如果選擇A或D，則可能是對“佯狂”一詞不理解，“佯”是“假裝”的意思，屬于文言實詞積累方面的問題。如果選擇C，可能是對“捐棄”一詞不理解，“捐”是“棄”的意思，解釋為“放棄”或“拋棄”，但在這個語境中，“放棄骨肉親人”顯然不如“拋棄骨肉親人”更符合語用習慣，它屬于詞語運用層面的問題，即現代漢語語用能力問題。因此，選擇不同項的學生要加強訓練的內容肯定是不同的。對于這道題，學生第二次測試的成績普遍不如第一次，顯然與教師教學中對以上內容強調不夠有關。

再如前文出現的第23題（語句翻譯：聞善于彼，陽譽陰非，反背復憎，詆笑縱橫。），對于這道題，在筆者所教的B班和C班學生的兩次測試中有明顯的變化。

一般來說，學校C班學生的語文基礎與學習習慣要好于B班。在第一次測試中，第23題中C班學生的正確率是31%，用時是63秒；B班學生的正確率是19%，用時是52秒。從正確率看，這符合兩班學生的實際學習情況。

一次測試后，筆者先在C班教授此文，當時因沒有特別關注這句話，課后部分學生并沒有理解這句話。雖然有一些學生經過揣摩，對此句話的理解有所進益，但二次測試中，該班學生此題的正確率提升并不明顯，為34%（能夠不通過教師講解自己改正的學生也需特別關注），用時則減少31%。這說明該班學生在文言語句理解方面沒有大進步，但因是同樣的現代漢語選項再次閱讀一遍，速度明顯加快。在B班教學時，筆者已經意識到對此語句的教學疏漏，并詳細講解了此句，該班學生第二次測試的正確率達到53%，時間減少到31秒?？梢?，在學生聽課專注程度相差不大的情形下，教師對某些教學內容的強調對學生的影響是很大的。當然，B班近半數學生沒有做對，至于是學生的聽課專注程度有問題，還是課后消化落實問題，還需要進一步調研。

僅就兩班教學內容不同導致課后反饋數據明顯差異這一點，就應該引起教師對教學的反思，這都有賴于我們所做的精準分析與診斷。

這次精確診斷主要分析了四個指標，包括學習用時、題目掌握度（分數、正誤率、平均分數、平均正誤率等）、學習內容、具體學習者。四個指標相互結合，可以對某個班級、某個學生的學習特點和某項學習內容掌握情況做具體分析，采取相應的教學干預措施。

比如，通過分析學生學習用時與題目掌握度，教師可以探知某項教學內容的難易度、學生掌握情況，學生在學習某項內容時是否專注，聽課效果如何。結合某項學習內容的知識特征，還可分析學生的思維特點、認知難點、認知誤區。

具體到此案例，我們還可對被測班級和被測學生的思維敏捷性、聽課專注度、聽課效果、文言詞句積累水平做出大體評估，或對被測班級和被測學生的文言詞句掌握情況得出具體結論，設計相應的教學優化方案，包括班級教學方案和個體訓練方案。

這個精確診斷與分析案例使我們確信，學生的認知數據要放在學科情境中來理解，并用學科語言來描述。數據放在學科語境中，數據的意義才能彰顯，產生數據的原因才能更顯豁；反過來說，學科語境中有了數據，學科教學的分寸才好把握，學科教學才能更加精準與確定。

同時，學情數據必須與具體個體相結合，要聯系教師的教學經驗和對學生的長期觀察來判斷，也就是說，既要有定量分析，也要有定性分析。只有結合具體的人來判斷，數據才是鮮活而有生命的，而具體對象有了數據顯示，教師對于學生的積極干預才有據可依。

此案例的核心數據是做題用時。教學用時和學習用時一直是衡量教學效益的重要指標，也是衡量學生思維敏捷性、知識熟練程度的重要指標。影響教學用時或學習用時的因素很多，教學用時與學習用時在不同情境下的教與學意義也不一樣。這次診斷也有賴于作業君對于作題用時的精準記錄，為教師后續有關教學用時與學習用時的研究提供了基礎。

當然，本文只介紹了我們課題研究中的一個案例，類似的診斷我們做過不少。我們推斷，如果有效診斷的次數與類型多到一定程度，各種數據豐富到一定程度，再加上教師關注的學生書寫軌跡等認知行為數據和認知內容數據，就可以根據數據分析對某個班級和學生的學習特點做認知圖像描畫。我們相信，以學定教、因材施教不應只停留在口號中，精準教學必然依賴于精確診斷。在已有案例的基礎上，我們會繼續探索，希望未來教學能夠更加精準。

注：本文系北京市教育科學“十三五”規劃2018年度重點課題“認知數據支持下的學生個性化與自適應學習方式的案例研究”（立項編號：CAHA18090）的階段性研究成果。

責任編輯：孫建輝