基于大数据的初中数学精准学习系统研究
一、课题的现实背景及意义
新世纪伊始，教育信息化对教育发展产生了性影响，国家信息化发展战
略以把教育信息化划归为重点问题。为此，教育部出台了《教育信息化十年发展
规划（2011-2020 年）》（以下简称《十年规划》），并配套出台一系列政治文件。
教育部《十年规划》中明确指出，基础教育信息化是教育信息化的关键，是提高
我国国民信息化素养的基石。以数字化教育资源的建设、应用与共享为手段，实
现教育公平。培养学生的自主学习能力、终身学习能力。帮助适龄儿童与青少年
健康、平等、有效的应用信息技术，提高教育教学质量。
精准教育是促进学生智慧能力发展的新的教育形态，大数据技术的支撑为精准教育的开展奠定了坚实的基础。不过当前，在中小学校的具体教学过程中，实现精准教育、提升教学质量的主要瓶颈有以下几方面：
1.学生学习兴趣不足。当学生缺乏学习兴趣会认为所学知识难度大，无法理解，这种情况下教师采取任何讲解方法都无法促使学生会积极主动学习。
2.综合问题的解决能力形成困难。学生在碰到含有多个知识点的问题时，形成解决这类复杂问题的能力是非常困难的。通过做练习试图让学生形成这种综合解决问题的能力，这种做法缺乏系统性及条理性。
3.很难做到个性化学习。学生之间的认知水平和已有知识水平存在差异性，
统一化教学很难做到因材施教。学生难以动态获取有针对性的学习资料，当想要深入了解某些内容的时候，常规条件很难满足学生的需求。
4.几乎无法开展情趣相投的合作学习。目前教学中常常提到合作学习、探究学习，但合作探究的前提是合作伙伴间已有的知识水平差异应该很小，应情趣相投，否则在常规教学条件下是很难合作探究的。大多数情况下学生与教师没有机会交流，学生与教师间互动、交流的机会不均衡。
5.学生很难管理自己的学习过程。学生对于自己的学习过程轨迹很难系统全面的进行记录。教师提供给学生的课前专题预习内容、课上互动内容、试题测验及错题记录等都急需管理起来。
本文以精准教育为理念导向，以初中数学学习系统模型的构建为着眼点，通
过对一线教师及学生进行调研分析，总结当前初中数学学习现状，探索基于教育
大数据的初中数学精准学习系统模型的构建方法，并从系统生态的视角探析智慧
学习系统各构成要素间的关系。
二、实质性相关课题研究的借鉴与赋新
本文利用文献分析法，设定“教育”和“大数据”为搜索关键词，以中国知网作为文献搜索媒体，以2012年至2016年为时间跨度，以“篇名”作为类目设定进行文献收集。基于以上提出的研究方法共检索出926条文献，其中2012 年并未刊载出相关文献，自2013年开始有关“教育”、“大数据”的文章逐渐刊登。具体情况是：2013年42篇，2014年128篇，2015年282篇，2016年473篇。由此可见，虽然美国在2012年围绕“大数据”进行一系列的活动并且成功收到全世界的关注，可是国内学者在 2012年并未启动大数据在教育界的研究。2013 年，一大批文章陆续发表，说明国内学者开始关注大数据在教育领域的应用价值，正式进入教育大数据的相关研究。此后，论文发表数量逐年增加，可见教育大数据的研究在国内发展迅速。
通过分析发现，大数据对教育的影响体现在以下五个方面：教育大数据直接
反映教学现状，有效促进教学；教育大数据可以正确把握学习者的个体需求，加
快个性化教育的发展；教育大数据客观呈现教学现实，帮助教育决策实现科学化；
教育大数据变革了教育评价的技术和方法，为教学评价提供思维支撑；教育大数
据推动智慧化教育，积极影响智慧教育的实现。
三、课题研究的内容
1.初中数学知识建模和资源框架与工具设计
通过对初中数学核心素养概念及内涵的分析，研究初中数学知识模型的设计原则并进行知识模型构建，并围绕核心素养，针对初中数学的四大知识领域进行融合点分析、设计资源框架和智慧学习工具。
2.初中数学学习者模型构建
基于学习者模型内涵、建模标准及体系的分析，结合影响初中生数学学习的
影响因素，确定学习者模型基本构成及模型的初始化和更新机制。
3.学习者知识水平诊断
通过比较分析经典测试理论（CTT）与自适应测试理论（CAT）来研究初中
数学知识水平诊断方法，基于项目反应理论研究参数优化方法、构建诊断模型。
4. 智慧学习路径推荐
结合初中生实际学习情况，进行智慧学习路径推荐策略分析和方法研究，探
讨如何选取智能算法实现推荐策略，并基于改进的蚁群算法，探析并优化算法相
关参数，给出算法完整描述。
5.学习资源与工具评价
研究如何结合知识水平提升度和目标用户评分，将基于知识水平的客观评价
和学习者的主观评价进行有效结合，进行学习资源与工具的评价。
6.教师导学信息援助
基于学习过程和结果大数据，对学生学情信息进行度的精准分析，为教
师导学活动的有效开展提供依据。
四、课题研究的预期目标
本文的研究目标是：针对初中数学数学智慧学习的问题，基于教育大数据构建出一个能够将线上与线下学习进行有效衔接的精准学习系统；梳理初中数学学习资源框架，并进行初中数学精准学习工具设计与研发，解决学生精准学习资源和工具匮乏的问题；从学习系统生态的视角进行资源的评价、学习路径的推荐、学生学习效果的评价、教师导学援助信息的提供。
五、研究的操作措施及做法设计
本文首先在对国内外研究现状和核心概念进行研究的基础上，通过对初中生
数学学习现状的调查分析，得出初中数学学习过程中存在的问题，给出破解思路，
提出初中数学智慧学习系统模型，并对实现该模型的关键环节进行研究，包括初
中数学知识建模及资源与工具设计、初中数学学习者模型构建、初中数学精准学
习系统引擎及实现机制等内容，最后进行系统实现与应用案例分析。
通过文献分析法研究相关理论、理念及系统工具的研究现状；通过调查研究
法研究初中数学学科学习现状；通过理论研究法总体设计初中数学精准学习系统
模型、研究初中数学知识建模及学习资源与工具的设计、初中数学学习者模型、
初中数学精准学习系统引擎及实现机制；通过实证研究法及统计分析法做系统实
现及应用案例分析。
六、课题研究阶段与分工安排
准备阶段：2019年9月——2019年11月。成立课题研究组，确定研究方案，填写申报表和有关材料，确定领导成员。写好课题研究方案与计划，举办课题研究人员培训班，制定课题研究步骤，学习有关阅读及写作教学的理论知识，使实验具有较高的理论起点，加强对本课程研究意义的认识，进一步明确研究目标，掌握相关的研究方法，提高研究水平，防止实验流于形式。课题在开展前全组和青年教师学习教育教学理论，为课题的开展打好理论基础。
实施阶段：2019年12月——2020年6月。按方案组织研究，每两周按办公室为单位进行精准教育反馈。该过程持续时间较长，精准教育需要调整的也可以在该阶段进行，例如制定教育的内容、精准教育的时间、精准教育的方式等。
总结阶段：2020年8月-2020年9月。完成阶段性研究报告，课题组成员做好检测、分析、资料收集、整理等工作，撰写课题成果，建立研究档案。
七、课题研究条件分析
1、有良好的大课题环境。在学校伙伴教育大课题开展背景下，领导高度重视课题的开展，有一帮友好的教师团队提供无私的帮助，为课题提供了强有力的引领。
2、学校领导的重视。学校为课题提供经济保障和性的倾斜，提倡精准教学，教科组制定校本教材，并确定学校教务处为课题的指导处室，有针对性地支持课题的开展，总务处为课题开展提供指定场地，因此课题的开展有强有力的支持。
3、研究环境优良：我校初中骨干教师多，其中高级教师比例在50%以上，年青教师素质好，肯钻研，肯吃苦。再加上团队在伙伴关系的形成与进一步发展方面走在了全校的前列，为青年教师的发展提供大量的帮助，也为课题的良好进行提供了教师团队基础。
4、有一定的教研经验。本备课组几年来一直在教学实践中注重自主选题、析题、设计作业，研讨题目，具有一定的教学、教研的经验。