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[摘 要]
随着信息时代的发展，信息技术与教育的深度融合已然成为发展趋势。传统教学模式，教师难以像医生一样，有诸多工具可以精确诊断学习状态，更多是依靠经验进行学生个性分析、教学过程诊断；人机交互环境中如何获得学生学习过程数据、教师教学诊断信息成为难点。基于人机交互环境设计面向教学、认知过程的虚拟考场，映射知识结构，获得精准过程数据，成像化学习数据，诊断学习状态，为教师教学提供重要的实证数据支持。
[关键词]
虚拟考场；实证教育；精确
一、问题的提出
当前，基于数字教学环境的教育实证化已经成为英美等国家的教育新潮。《实证教育方法》认为“有效的教育必须使教学适应个性化的需要”。笔者认为“先进的、精密的教学科技是：测量以及与之配套的结构化的目标、能基于测量的促进学生个体持续发展的策略和方法，可以被用可靠方式复制的好教师、有一定教育能力的家长”。传统教学模式中，教师教学更多是依靠经验进行学生个性分析、教学过程诊断。小学六年级数学复习课主要围绕教材进行，它存在几个教学难点：六年级的总复习涉及知识点较多、范围较广；学生差异大；教师讲解面面俱到，时间不够；学生的关注度弱。随着移动智能终端的迅速普及，基于1∶1数字化环境的教学中，如何对人机学科复习进行有效教学是实证教育重点。
二、基于认知结构的课程重组
（一）基于知识结构的教材重组
瑞士心理学家皮亚杰认为儿童的智慧（智力）是一种认知结构，儿童的思维、认识、智力的发展是认知结构不断重新组织的过程。“虚拟考场”习题内容源自于教师对教材的重组，教师需对教材的内容要求与学生的学习现状有深入的了解，设计出符合学生认知水平的习题内容，实现认知耦合性调控。
（二）基于学习成像系统的数据分析
当下教学环境中，对于学习数据的获得更多是通过学生的语言表述、书面试卷等结果式导向的方式，忽视学生的学习过程。“虚拟考场”平台基于矢量化技术能采集到学生操作过程、学习结果、上网行为等大量记录，形成教育（教学、学习）大数据。然而不是所有数据都是有用的，要进行精细化处理，提取有效数据。基于有效的过程数据，进行分析诊断，形成学生学习个性、行为的模型。同时教师从这些数据中分析诊断学生的认知规律及认知过程中的困惑、难点，并以此为课堂教与学的突破点，组织学生共同探讨，形成有效互动，实现高效课堂。
（三）教与学的互动反馈
教师根据虚拟考场反馈的实证数据，有针对性地对学生进行引导、点拨、追问和拓展，发挥学生主体作用，发挥学生的学习潜能、集体智慧，相互启发。正如皮亚杰认为：表达者在教别人时，会梳理自己的知识，使其更加系统化。这正是相互启发原理的作用。课堂中教师对教材深层挖掘的程度和对学生疑惑的巧妙点拨的水平，学生互动交流，彰显了教师的智慧，学生的灵动。
三、虚拟考场实例
（一）钻研教材，设计习题
1.知识分类，形成专项习题
现行小学数学北师大版教材共十二册，分为数与代数、空间与图形、统计与概率、解决问题的策略四个部分内容。各部分知识分散在各年级学习，小学生对事物的系统性感觉较弱，对零散的知识缺少分类、概括的能力，同时知识学习时间长容易遗忘，因此通过建立知识间相互联系的习题，让学生建立知识链，组合知识，达到便于理解与记忆。
“虚拟考场”分数与百分数应用题练习
从分数的三种简单类型的填空题、标准量已知的分数问题、标准量未知的分数问题看的练习中，让学生由浅入深地理解知识间的联系。好生通过一对一的练习，短时间内回忆巩固旧知，并得到优异的评价，品尝到学习成功的喜悦。慢生经过多次练习，借助资料，在一种宽松、独享、自主的学习环境中，获取数学知识，同样得到好的评价，获得学习自信。
2.由易到难，形成梯度习题
现代认知科学认为，“知识并不能简单地由教师或其他人傳授给学生，而只能由学生依据自身已有的知识和经验主动地加以建构。”因此，设计梯度练习，让不同程度的孩子，都能主动参与解决问题，培养学习的主动性。
例如，上图分数与应用题的复习，它们是小学阶段数学知识的难点与重点内容之一，由于其中的数量关系学生难以理解，在设计“虚拟考场”习题时应注意知识的梯度，为学生架起知识间的桥梁，便于发现题中的数量关系，建立数学模型，提高解决问题的能力。
（二）收集数据，系统分析
在线“虚拟考场”练习提交后会自动批改试卷，呈现学生练习结果数据，从这些数据呈现，教师可准确了解学生对某些知识的理解程度和认知发展水平，为教师的教学提供依据，分析学生习题中的主客观错误原因，老师对错误原因加以分类，加强薄弱处的引导，使教师的教学具有针对性；同时学生对自己的作品展现时，更加关注，听课效率高。
以百分数应用为例分析其错误原因有以下几方面：
概念错误、计算错误、数量关系错误。
（三）提出建议，解惑创新
1.再次学习，理清概念
课中学习：课堂上通过提问“什么叫百分数？”“求百分数的关键点是什么？”“利息指什么？怎样计算利息？”
正如陶行知先生所说：发明千千万，起点在一问。课堂上通过追问引起学生的思考，不再是教师满堂灌重复讲解概念知识，而是通过学生的相互学习中不断学习，学生在他人的表达中学习，优秀生在自我表述中再次提升。
课后学习：对于未知概念，通过课后观看相关视频讲解，这种一对一的学习方式有助于再次学会概念。
2.掌握算法，养成习惯
态度决定一切，习惯决定成败。教师引导学生养成良好的计算习惯，让学生认真计算。首先认真倾听：对于一个新的算法知识，必须听明白其算理，才能不易忘记。其次书写规范：课堂上老师要有规范、工整的板书，当好榜样起到示范作用，要求学生书写规范，作业有统一的规格。最后常举行优秀作业展：对书写工整、准确率高的习作进行表扬、宣传，发挥正能量作用。 3.掌握策略，解惑创新
“授之以鱼，不如授之以渔”，教给学生解题策略，提高思维水平，让学生轻松解决数学问题。小学阶段常用的解题策略是画图、列表、尝试与猜想、从特例中寻找规律等。
例如，今年爸爸43岁，女儿11岁，多少年前女儿的年龄是爸爸年龄的20%，习题中爸爸与女儿年龄关系，可选用列表法策略进行分析（如下表）
[爸爸＼
随着信息时代的发展，信息技术与教育的深度融合已然成为发展趋势。传统教学模式，教师难以像医生一样，有诸多工具可以精确诊断学习状态，更多是依靠经验进行学生个性分析、教学过程诊断；人机交互环境中如何获得学生学习过程数据、教师教学诊断信息成为难点。基于人机交互环境设计面向教学、认知过程的虚拟考场，映射知识结构，获得精准过程数据，成像化学习数据，诊断学习状态，为教师教学提供重要的实证数据支持。
[关键词]
虚拟考场；实证教育；精确
一、问题的提出
当前，基于数字教学环境的教育实证化已经成为英美等国家的教育新潮。《实证教育方法》认为“有效的教育必须使教学适应个性化的需要”。笔者认为“先进的、精密的教学科技是：测量以及与之配套的结构化的目标、能基于测量的促进学生个体持续发展的策略和方法，可以被用可靠方式复制的好教师、有一定教育能力的家长”。传统教学模式中，教师教学更多是依靠经验进行学生个性分析、教学过程诊断。小学六年级数学复习课主要围绕教材进行，它存在几个教学难点：六年级的总复习涉及知识点较多、范围较广；学生差异大；教师讲解面面俱到，时间不够；学生的关注度弱。随着移动智能终端的迅速普及，基于1∶1数字化环境的教学中，如何对人机学科复习进行有效教学是实证教育重点。
二、基于认知结构的课程重组
（一）基于知识结构的教材重组
瑞士心理学家皮亚杰认为儿童的智慧（智力）是一种认知结构，儿童的思维、认识、智力的发展是认知结构不断重新组织的过程。“虚拟考场”习题内容源自于教师对教材的重组，教师需对教材的内容要求与学生的学习现状有深入的了解，设计出符合学生认知水平的习题内容，实现认知耦合性调控。
（二）基于学习成像系统的数据分析
当下教学环境中，对于学习数据的获得更多是通过学生的语言表述、书面试卷等结果式导向的方式，忽视学生的学习过程。“虚拟考场”平台基于矢量化技术能采集到学生操作过程、学习结果、上网行为等大量记录，形成教育（教学、学习）大数据。然而不是所有数据都是有用的，要进行精细化处理，提取有效数据。基于有效的过程数据，进行分析诊断，形成学生学习个性、行为的模型。同时教师从这些数据中分析诊断学生的认知规律及认知过程中的困惑、难点，并以此为课堂教与学的突破点，组织学生共同探讨，形成有效互动，实现高效课堂。
（三）教与学的互动反馈
教师根据虚拟考场反馈的实证数据，有针对性地对学生进行引导、点拨、追问和拓展，发挥学生主体作用，发挥学生的学习潜能、集体智慧，相互启发。正如皮亚杰认为：表达者在教别人时，会梳理自己的知识，使其更加系统化。这正是相互启发原理的作用。课堂中教师对教材深层挖掘的程度和对学生疑惑的巧妙点拨的水平，学生互动交流，彰显了教师的智慧，学生的灵动。
三、虚拟考场实例
（一）钻研教材，设计习题
1.知识分类，形成专项习题
现行小学数学北师大版教材共十二册，分为数与代数、空间与图形、统计与概率、解决问题的策略四个部分内容。各部分知识分散在各年级学习，小学生对事物的系统性感觉较弱，对零散的知识缺少分类、概括的能力，同时知识学习时间长容易遗忘，因此通过建立知识间相互联系的习题，让学生建立知识链，组合知识，达到便于理解与记忆。
“虚拟考场”分数与百分数应用题练习
从分数的三种简单类型的填空题、标准量已知的分数问题、标准量未知的分数问题看的练习中，让学生由浅入深地理解知识间的联系。好生通过一对一的练习，短时间内回忆巩固旧知，并得到优异的评价，品尝到学习成功的喜悦。慢生经过多次练习，借助资料，在一种宽松、独享、自主的学习环境中，获取数学知识，同样得到好的评价，获得学习自信。
2.由易到难，形成梯度习题
现代认知科学认为，“知识并不能简单地由教师或其他人傳授给学生，而只能由学生依据自身已有的知识和经验主动地加以建构。”因此，设计梯度练习，让不同程度的孩子，都能主动参与解决问题，培养学习的主动性。
例如，上图分数与应用题的复习，它们是小学阶段数学知识的难点与重点内容之一，由于其中的数量关系学生难以理解，在设计“虚拟考场”习题时应注意知识的梯度，为学生架起知识间的桥梁，便于发现题中的数量关系，建立数学模型，提高解决问题的能力。
（二）收集数据，系统分析
在线“虚拟考场”练习提交后会自动批改试卷，呈现学生练习结果数据，从这些数据呈现，教师可准确了解学生对某些知识的理解程度和认知发展水平，为教师的教学提供依据，分析学生习题中的主客观错误原因，老师对错误原因加以分类，加强薄弱处的引导，使教师的教学具有针对性；同时学生对自己的作品展现时，更加关注，听课效率高。
以百分数应用为例分析其错误原因有以下几方面：
概念错误、计算错误、数量关系错误。
（三）提出建议，解惑创新
1.再次学习，理清概念
课中学习：课堂上通过提问“什么叫百分数？”“求百分数的关键点是什么？”“利息指什么？怎样计算利息？”
正如陶行知先生所说：发明千千万，起点在一问。课堂上通过追问引起学生的思考，不再是教师满堂灌重复讲解概念知识，而是通过学生的相互学习中不断学习，学生在他人的表达中学习，优秀生在自我表述中再次提升。
课后学习：对于未知概念，通过课后观看相关视频讲解，这种一对一的学习方式有助于再次学会概念。
2.掌握算法，养成习惯
态度决定一切，习惯决定成败。教师引导学生养成良好的计算习惯，让学生认真计算。首先认真倾听：对于一个新的算法知识，必须听明白其算理，才能不易忘记。其次书写规范：课堂上老师要有规范、工整的板书，当好榜样起到示范作用，要求学生书写规范，作业有统一的规格。最后常举行优秀作业展：对书写工整、准确率高的习作进行表扬、宣传，发挥正能量作用。 3.掌握策略，解惑创新
“授之以鱼，不如授之以渔”，教给学生解题策略，提高思维水平，让学生轻松解决数学问题。小学阶段常用的解题策略是画图、列表、尝试与猜想、从特例中寻找规律等。
例如，今年爸爸43岁，女儿11岁，多少年前女儿的年龄是爸爸年龄的20%，习题中爸爸与女儿年龄关系，可选用列表法策略进行分析（如下表）
[爸爸＼