淺析數(shù)據(jù)驅(qū)動視角下中職汽修精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)的構(gòu)建及應(yīng)用

杭州市交通職業(yè)高級中學(xué) 祁長偉

隨著信息技術(shù)的發(fā)展和在教學(xué)領(lǐng)域的深度應(yīng)用，以數(shù)據(jù)驅(qū)動和量化研究為核心的精準(zhǔn)教學(xué)使教學(xué)過程變得更為直觀、智能和精準(zhǔn)。精準(zhǔn)教學(xué)的實施依賴于精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)的有效設(shè)計與開發(fā)，依賴于精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、教學(xué)支持、學(xué)習(xí)支持等。本文以數(shù)據(jù)驅(qū)動為視角，以中職學(xué)校汽修專業(yè)的底盤常見項目檢修課程為例，系統(tǒng)構(gòu)建和開發(fā)了包含汽車虛擬實訓(xùn)平臺和實訓(xùn)助手APP的精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)，深化了精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)的內(nèi)涵，實現(xiàn)了學(xué)生理論學(xué)習(xí)和實踐學(xué)習(xí)全過程學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的有效采集，可以支持學(xué)生自主學(xué)習(xí)和教師精準(zhǔn)教學(xué)。

1 研究背景

教育部下發(fā)的《教育信息化2.0行動計劃》中強(qiáng)調(diào)，要根據(jù)新環(huán)境下人才培養(yǎng)需要，突出以學(xué)習(xí)者為中心的教育理念，構(gòu)建全新教育生態(tài)環(huán)境。在教學(xué)領(lǐng)域中開展精準(zhǔn)教學(xué)、因材施教、分層教學(xué)等教學(xué)理念往往因教學(xué)資源、環(huán)境及技術(shù)的限制而無法開展。如今隨著教育信息化浪潮的不斷疊起和世界信息技術(shù)的發(fā)展，精準(zhǔn)教學(xué)得到不斷的研究與發(fā)展，以量化研究為核心的精準(zhǔn)教學(xué)通過借助大數(shù)據(jù)，能更加精準(zhǔn)識別每位學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，便于實現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)、分層教學(xué)。因此，開發(fā)精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)，對實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)、提高教學(xué)水平及教育質(zhì)量具有重大意義。

2 數(shù)據(jù)驅(qū)動視角下精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)設(shè)計思路及構(gòu)建原則

2.1 精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)設(shè)計思路

圍繞精準(zhǔn)確定教學(xué)目標(biāo)、精準(zhǔn)組織教學(xué)過程和精準(zhǔn)實施教學(xué)評價3個方面，數(shù)據(jù)驅(qū)動視角下精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)整體設(shè)計思路如圖1所示，即依托互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、圖像識別等信息技術(shù)，建設(shè)汽車虛擬實訓(xùn)平臺和實訓(xùn)助手APP。汽車虛擬實訓(xùn)平臺包括實訓(xùn)項目的理論和實踐類學(xué)習(xí)資源、汽車虛擬實訓(xùn)車間和數(shù)據(jù)采集與應(yīng)用系統(tǒng)等。在精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)下，教師通過智能交互備課，精準(zhǔn)把握學(xué)情、精準(zhǔn)設(shè)定教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)重難點，并根據(jù)數(shù)據(jù)反饋適時向?qū)W生推送個性化學(xué)習(xí)資源；學(xué)生依托精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)開展課前、課中、課后全過程交互式學(xué)習(xí)，根據(jù)自身學(xué)習(xí)意愿或精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)分析得到的數(shù)據(jù)建議，自主選擇適合的學(xué)習(xí)路徑，完成學(xué)習(xí)任務(wù)。精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)的建立，可以有效地將學(xué)生和教師、學(xué)生和資源、學(xué)生和環(huán)境互聯(lián)互通起來，通過數(shù)據(jù)實現(xiàn)交流、反饋、學(xué)習(xí)、提升。

圖1 數(shù)據(jù)驅(qū)動視角下精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)整體設(shè)計思路

2.2 精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)構(gòu)建原則

在精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)的構(gòu)建設(shè)計中，需遵循以下原則。

（1）學(xué)習(xí)資源專業(yè)化、數(shù)字化、多樣化原則。精準(zhǔn)教學(xué)實施的關(guān)鍵在于教學(xué)資源本身，教學(xué)資源要滿足教師所授課程的需要，更重要的是要滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、創(chuàng)新能力和職業(yè)能力提升的需要，因此教學(xué)資源建設(shè)應(yīng)充分應(yīng)用信息技術(shù)和企業(yè)資源，使其滿足專業(yè)化、數(shù)字化、多樣化等要求，從而實現(xiàn)教學(xué)資源的企業(yè)化協(xié)作開發(fā)、數(shù)字化整合呈現(xiàn)及多樣化自主選擇。如教學(xué)項目本身應(yīng)具備顯著的企業(yè)屬性，它應(yīng)該既是企業(yè)常見工作任務(wù)又包含專業(yè)核心技能；如各類教學(xué)資源需將知識技能融入到一個個簡單有趣的動畫、游戲、視頻之中，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中更具趣味性和沉浸感；如教學(xué)資源本身應(yīng)考慮不同學(xué)生的學(xué)習(xí)特點、興趣，呈現(xiàn)的形式應(yīng)兼顧文字類、圖片類、視頻類甚至VR類、AR類等多樣化資源類型，滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)過程中的教學(xué)資源選擇和精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)的精準(zhǔn)推送等。

（2）學(xué)習(xí)過程自主化原則。精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)下的專業(yè)教學(xué)，學(xué)生從單純的知識接收者變成知識探索者，并根據(jù)自身不同階段的學(xué)習(xí)興趣或?qū)W習(xí)數(shù)據(jù)，自主選擇合適的學(xué)習(xí)路徑，自由選擇精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)推送的學(xué)習(xí)資料；精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)始終記錄分析學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)提供學(xué)習(xí)資源，引導(dǎo)學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)，實現(xiàn)線上和線下、課前和課后、虛擬和現(xiàn)實的有效翻轉(zhuǎn)；教師能一如既往地引導(dǎo)學(xué)生在“做”的過程中完成知識、經(jīng)驗的積累，并逐步完善基礎(chǔ)知識、核心技能及綜合能力的構(gòu)建，讓學(xué)生得到個性化學(xué)習(xí)機(jī)會，為最終形成良好的職業(yè)素養(yǎng)打下扎實基礎(chǔ)。

（3）學(xué)習(xí)評價多元化、即時化、精準(zhǔn)化原則。精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)在基于數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)教學(xué)模式下，構(gòu)建“自主+同伴+教師+平臺”等多元主體、“課前+課中+課后”等多個階段、“師評與生評、主觀和客觀、過程與結(jié)果、技能與素養(yǎng)”等多維度的精準(zhǔn)化評價體系，重點對學(xué)生在自主學(xué)習(xí)能力、資源獲取能力、知識構(gòu)建能力、問題分析判斷能力、技能操作能力和團(tuán)隊協(xié)作能力等6個方面的綜合能力進(jìn)行精準(zhǔn)評估。

3 數(shù)據(jù)驅(qū)動視角下精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)的具體構(gòu)建

3.1 汽車虛擬實訓(xùn)平臺的設(shè)計與開發(fā)

汽車虛擬實訓(xùn)平臺開發(fā)內(nèi)容為網(wǎng)絡(luò)平臺框架構(gòu)建、可持續(xù)發(fā)展設(shè)計、資源標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)和平臺工具建設(shè)等。能夠滿足在校學(xué)生學(xué)習(xí)、每日多人訪問的需求，并提供優(yōu)質(zhì)共享教學(xué)資源與服務(wù)，建設(shè)集教學(xué)資源共享、平臺資源個性化管理、成果推廣與利用、信息采集與發(fā)布等功能為一體并能隨著技術(shù)進(jìn)步而可持續(xù)更新發(fā)展的服務(wù)體系。

汽車虛擬實訓(xùn)平臺包括汽車資源庫、汽車虛擬實訓(xùn)車間和數(shù)據(jù)采集與應(yīng)用系統(tǒng)，如圖2所示。汽車資源庫是涵蓋汽車虛擬實訓(xùn)車間中所有教學(xué)項目的多類型教學(xué)資源，包括文字類、圖片類、視頻類、動畫類、VR類、AR類等資源類型，能夠滿足不同學(xué)習(xí)特點、不同學(xué)習(xí)程度學(xué)生的自主學(xué)習(xí)；汽車虛擬實訓(xùn)車間是對真實企業(yè)場景的仿真建模，學(xué)生在汽車虛擬實訓(xùn)車間可以自主選擇工具及項目進(jìn)行拆裝訓(xùn)練或考核；數(shù)據(jù)采集與應(yīng)用系統(tǒng)收集學(xué)生在線學(xué)習(xí)和虛擬實踐的過程性和結(jié)果性數(shù)據(jù)，并對照標(biāo)準(zhǔn)程序及時給出分析、判斷、建議。汽車虛擬實訓(xùn)平臺需要實現(xiàn)以下4個功能。

圖2 汽車虛擬實訓(xùn)平臺框架

（1）開發(fā)汽車虛擬實訓(xùn)車間，實現(xiàn)實訓(xùn)項目的虛擬化功能。確保線上虛擬實訓(xùn)練習(xí)及虛擬實訓(xùn)考試能夠全過程數(shù)據(jù)留痕，教師以此數(shù)據(jù)初步判斷實訓(xùn)項目重難點及實訓(xùn)前學(xué)生知識及技能的掌握程度，學(xué)生以此數(shù)據(jù)及時發(fā)現(xiàn)問題，強(qiáng)化薄弱環(huán)節(jié)，調(diào)整學(xué)習(xí)路線。

（2）有效整合各類教學(xué)資源，實現(xiàn)教學(xué)資源的手動或自動推送功能。根據(jù)教學(xué)資源的點擊率、學(xué)習(xí)時長等數(shù)據(jù)，判斷學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容和感興趣的資源類型等內(nèi)容，實現(xiàn)教師和精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)對教學(xué)資源的精準(zhǔn)化推送及學(xué)生對教學(xué)資源的差異化、個性化選取。

（3）實時收集學(xué)生學(xué)習(xí)過程性和結(jié)果性數(shù)據(jù)，實現(xiàn)評價功能。即通過學(xué)習(xí)記錄留痕和各類線上調(diào)研、交流、考核等數(shù)據(jù)統(tǒng)計，確保實現(xiàn)對學(xué)生的多元化評價。

（4）對學(xué)生的各類學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行量化分析并作可視化呈現(xiàn)。即對系統(tǒng)采集到的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、篩選、分析，形成對學(xué)生知識、技能、情感態(tài)度、價值觀等方面的可視化評價量表。

3.2 實訓(xùn)助手APP的設(shè)計與開發(fā)

實訓(xùn)助手APP是一款和汽車虛擬實訓(xùn)平臺配套開發(fā)的手機(jī)端APP，實訓(xùn)助手APP賬戶與汽車虛擬實訓(xùn)平臺實現(xiàn)賬戶數(shù)據(jù)共享，是精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)的另一個重要組成部分。中職汽修專業(yè)的精準(zhǔn)教學(xué)的關(guān)鍵點都在理實一體化課程，汽車虛擬實訓(xùn)平臺較好地解決了該類課程的理論學(xué)習(xí)和虛擬實訓(xùn)問題，并能夠通過汽車虛擬實訓(xùn)平臺本身的資源整合和數(shù)據(jù)采集分析功能及時了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，實現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和教師基于動態(tài)學(xué)情的精準(zhǔn)指導(dǎo)，但該平臺仍然局限在理論學(xué)習(xí)和虛擬實訓(xùn)層面，對實訓(xùn)課精準(zhǔn)教學(xué)的支持作用仍然有限，特別是無法解決實訓(xùn)過程難以留痕、實訓(xùn)操作無法有效評價、實訓(xùn)評價效率低下等問題。而實訓(xùn)助手APP則通過數(shù)據(jù)庫共享技術(shù)、視頻拍攝和智能壓縮技術(shù)、圖像識別技術(shù)及簡明的界面設(shè)計解決了實訓(xùn)操作的互助管理問題。實訓(xùn)助手APP主要有實訓(xùn)留痕、 實訓(xùn)管理、 實訓(xùn)評價、個人中心4大功能模塊。

（1）實訓(xùn)留痕模塊。實訓(xùn)留痕模塊主要包含視頻拍攝、視頻上傳及視頻查看等功能。學(xué)生登錄實訓(xùn)助手APP后，選擇學(xué)生角色，學(xué)生角色可為操作者、記錄者、評價者，操作者角色負(fù)責(zé)實訓(xùn)操作，記錄者角色負(fù)責(zé)拍攝實訓(xùn)過程并上傳，評價者角色負(fù)責(zé)對實訓(xùn)操作進(jìn)行即時評價。

學(xué)生通過使用實訓(xùn)助手APP登陸后，選擇記錄者角色，即可進(jìn)行實訓(xùn)操作拍攝（也可直接選用手機(jī)內(nèi)現(xiàn)有的視頻）。在拍攝過程中，學(xué)生可使用實訓(xùn)助手APP自主選擇拍攝角度和拍攝時長，整個實訓(xùn)項目拍攝完成后點擊上傳，實訓(xùn)操作視頻即被上傳至資源庫及被拍攝者的個人中心。上傳視頻前記錄者需填寫視頻相關(guān)資料信息，上傳過程中記錄者可以進(jìn)行取消操作。在精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)中，實訓(xùn)助手APP端和汽車虛擬實訓(xùn)平臺（PC端）都可以進(jìn)行視頻的查看及評價。操作者完成操作后，即可登錄實訓(xùn)助手APP查看個人實訓(xùn)操作視頻，對個人操作復(fù)看后進(jìn)行自評，同時也可查看評價者對自已操作的評價。

實訓(xùn)留痕模塊的設(shè)計解決了專業(yè)學(xué)習(xí)中實訓(xùn)操作的全過程留痕，并且通過手持式設(shè)計保證了拍攝角度能夠隨操作視角即時變化，通過實時上傳保證了資源存儲和后續(xù)查看的便捷性，同時為自評、他評、師評等多元化評價的有效實施提供了保障。

（2）實訓(xùn)管理模塊。實訓(xùn)管理模塊主要面向操作者角色。實訓(xùn)助手APP對操作者的管理主要依據(jù)圖像識別技術(shù)、數(shù)據(jù)比對、后臺監(jiān)控及計時管理等實現(xiàn)對操作者的安全規(guī)范管理。操作者登錄實訓(xùn)助手APP后選擇操作者角色，即進(jìn)入實訓(xùn)管理模塊，該模塊主要通過圖像識別技術(shù)識別不同的工量具類型、工量具開始使用時間和結(jié)束使用時間來判定工量具的選擇是否正確、實訓(xùn)操作的熟練程度及對實訓(xùn)步驟和技術(shù)要求的掌握程度。

實訓(xùn)管理模塊通過信息化設(shè)備和軟件加強(qiáng)了對專業(yè)實訓(xùn)課程的過程性管理，有效記錄了傳統(tǒng)手段無法記錄的學(xué)生實訓(xùn)工具使用情況、各步驟操作時間等客觀數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)也成為教師判斷學(xué)生工量具使用、操作熟練度掌握情況的依據(jù)。

（3）實訓(xùn)評價模塊。實訓(xùn)評價模塊主要面向評價者角色，評價者登錄實訓(xùn)助手APP后選擇評價者角色，即可進(jìn)入實訓(xùn)評價模塊。在該模塊中，評價者按實訓(xùn)步驟觀察操作者實訓(xùn)操作過程，實訓(xùn)助手APP界面中呈現(xiàn)操作步驟名稱、參考時長、所需工量具、技術(shù)要點等信息，評價者以此為依據(jù)對操作者實訓(xùn)質(zhì)量進(jìn)行快速有效的評價，并可在備注處指出扣分原因，幫助操作者發(fā)現(xiàn)問題。

實訓(xùn)評價模塊保證了評價的即時性和準(zhǔn)確性。評價的過程簡單易行，評價的結(jié)果即時反饋，學(xué)生操作結(jié)束，實訓(xùn)記錄和操作評價也同步完成，所有的機(jī)評、互評數(shù)據(jù)均上傳至處理中心，經(jīng)分析處理后發(fā)布于個人中心，評價數(shù)據(jù)作為學(xué)生本階段學(xué)習(xí)的小結(jié)和下一階段學(xué)習(xí)的依據(jù)。

（4）個人中心模塊。實訓(xùn)助手APP中設(shè)置個人中心，主要包括學(xué)習(xí)進(jìn)度、當(dāng)前學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)成績、歷次學(xué)習(xí)等內(nèi)容。學(xué)習(xí)進(jìn)度版塊，展示給學(xué)生的是一門課程所有教學(xué)項目的學(xué)習(xí)進(jìn)度，幫助學(xué)生時刻了解課程學(xué)習(xí)整體情況；當(dāng)前學(xué)習(xí)版塊，重點呈現(xiàn)的是當(dāng)前正在學(xué)習(xí)的項目和學(xué)習(xí)情況；學(xué)習(xí)成績版塊，以整車虛擬的形式，向?qū)W生展示各教學(xué)項目在整車中的位置和各已學(xué)項目取得的成績，點擊成績可以查看每個項目的具體得失分，以非常具象的方式向?qū)W生展示了學(xué)習(xí)的內(nèi)容和學(xué)習(xí)的質(zhì)量；歷次學(xué)習(xí)版塊，給學(xué)生提供查詢歷次課程及項目的學(xué)習(xí)情況。

4 數(shù)據(jù)驅(qū)動視角下精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)的應(yīng)用及成效

精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)可以生成大量學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)下的數(shù)據(jù)反饋見表1所列。

表1 精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)下的數(shù)據(jù)反饋

在精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)的應(yīng)用下，師生運用汽車虛擬實訓(xùn)平臺和實訓(xùn)助手APP可以有效地將學(xué)生理論學(xué)習(xí)、虛擬操作與技能實訓(xùn)過程中的學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)評價反饋、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)等進(jìn)行融通。通過課前學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析，精準(zhǔn)確定教學(xué)重難點等教學(xué)內(nèi)容，精準(zhǔn)定位真實學(xué)情、動態(tài)優(yōu)化教學(xué)目標(biāo)，并向?qū)W生推送個性化學(xué)習(xí)資源；課中利用精準(zhǔn)教學(xué)資源和汽車虛擬實訓(xùn)車間，組織學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)、線上線下混合式學(xué)習(xí)、虛擬實訓(xùn)、交互式學(xué)習(xí)，借助實訓(xùn)助手APP，開展小組合作學(xué)習(xí)，實訓(xùn)助手APP智能監(jiān)測學(xué)生實訓(xùn)操作全過程，實時采集、分析學(xué)生全過程學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，教師依據(jù)學(xué)情數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整教學(xué)活動，精準(zhǔn)開展教學(xué)組織和教學(xué)評價；課后精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)會進(jìn)一步根據(jù)學(xué)生全過程學(xué)習(xí)中的成績、表現(xiàn)、行為等數(shù)據(jù)，為學(xué)生推薦個性化的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)建議，從而幫助學(xué)生開展后續(xù)的深化和拓展學(xué)習(xí)，以幫助學(xué)生鞏固課中的知識與技能要點，同時深化該項目知識，為后續(xù)的學(xué)習(xí)與技能養(yǎng)成奠定基礎(chǔ)。

利用開發(fā)的精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)在開展精準(zhǔn)教學(xué)的過程中，精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)有效地幫助了學(xué)生自主學(xué)習(xí)，開展了基于實訓(xùn)助手APP的實訓(xùn)及考核；同時，利用學(xué)生不同階段的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，有效地幫助了教師對學(xué)生學(xué)習(xí)過程開展精準(zhǔn)設(shè)計、精準(zhǔn)指導(dǎo)、精準(zhǔn)評價。整個課堂非常有序、高效，師生職責(zé)明確、任務(wù)明確、分工明確，教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)圓滿達(dá)成。

5 結(jié)語

隨著云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)的不斷發(fā)展，精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)也應(yīng)隨著智慧教育的不斷發(fā)展迭代升級。未來，精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)將融入更多的人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，以更好地適應(yīng)未來教育的需求。