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摘 要
目前，教育改革和创新正处于关键转折点。具体而言，在全球教育创新和改革过程中，个性化学习正在被关注，大数据 技术正在推动教育领域的深度改革。北京中学在加强课程的基础性、选择性和多样性，满足学生个性化发展需求方面一直在 不断的探索，追求全面实施基于大数据的智慧教育工程，积极推进人工智能技术在教育教学中的应用，探索具有自身特色的 “智慧教育”发展之路。
《高中数学课程标准(2017 年 版)》指出：“要有先进的教育思想和 理念，关注信息化环境下的教学改革， 关注学生个性化、多样化的学习和发 展需求，促进人才培养模式的转变， 着力发展学生的核心素养。”随着信息 技术的飞速发展，借助融合了人工智 能核心技术的教学平台，深度挖掘学 生学习测评数据，通过平台提供高频 大数据服务、人工智能算法推荐、网 络专家团队辅助等服务，完成对学生 学习评测数据的精准纠错，支持教师 帮助学生实现个性化学习。使学科核 心素养可教、可学、可测、可评，这就使素养这一新的目标真正“落地” 有了保障，通过在教学中融合“大数 据 + 人工智能”，激活了学生的个性， 促进了学生数学素养的全面发展。经 过近两年的实践与探索，基本达到了 预期目标。
一、推进方式
(一)研究经过、方法、步骤
本课题主要的研究方法为行动研究法和实验研究法，研究过程经过以 下四个阶段。
萌芽期 (2019.6—2019.10)：与技 术公司合作谋求课堂变革北京中学建校历史短，办学起点 高，教育理念新(学生人手一个 pad)， 学生程度好，教师的教育情怀、创新 意识、合作能力也比较强。为了学生 终身发展、让学习真实发生，数学组 的教师们一直在探寻谋求课程改革之 路，希望找到一个突破传统数学教育 的“支点”。2019 年 6 月，谋求变革 的北京中学人，与乐学一百在线学习平台石日宝、吕国刚以及贾积有教授 合作，贾教授和他主研的课题“基于 智能技术和大数据分析的个性化教学 研究”和北京中学的课程理念非常契 合，这也为我们的研究指明了方向、 提供了抓手。
实践期 (2019.11—2020.1)：课题 从筹备探索到申请成功在贾教授课题的带动下，本课题 的研究进入了实质性的实施阶段，主 要从以下研究内容和方向开展工作。
(1)探索大数据背景下的个性化 教学规律，提高人才的培养模式。
(2)利用人工智能 APP 系统，给 学生量身定做个性的学习计划，实现 分层教学的目标，达成因材施教的目 的，提升学生数学内驱力。
(3) 基于个性化学习的教学原则与 方法，形成七年级学段个性教学方案。
(4)促进基于个性化学习的教师 专业成长和教师信息化素养的养成。
实验期 (2020.1—2020.4)：乐学 一百、洋葱学院等智慧平台助力课题实施在此期间，乐学一百 APP 的两位 副总吕国刚和石日宝多次走进课堂， 亲临指导并和课题组成员进行研讨。 并通过实践总结出在课堂、课下、分 层作业布置的模式和方法，以及隐藏 在乐学一百系统中的大数据功能，此 外还有其他智能平台数据库的辅助， 使我们充分认识到“人工智能 + 教 育”的优势，并将这种优势技术、手 段服务于课堂，优化教育教学，提高 个性化数学教学效果。
课题实验期正赶上了新冠疫情期间的线上教学，更加证明了智能数据 运用于在线教育的智慧与价值，为课 题研究提供了更好的实施空间，有助 于数据驱动下的个性化教学规律的探 索，提高了人才的培养模式;利用人 工智能进行智能分类和组合，给学生 量身定做个性的学习计划，实现分层 教学的目标，达成因材施教的目的， 提升学生数学学习能力。
总结期 (2020.4—2020.12)：课题 从实践检验到经验积累从数据的采集、存储和应用过程 进行分析，通过采集的数据的可视化 结果得到规律。这种在计算机网络和 各种电子终端上留下的印记是具有价 值的，比如，通过学生某个单元的学 习，几十个学生对某个问题的共性错 误，会给授课教师一个警示，在这方 面对学生的扶持不到位，教师会及时 调整教学方案，反思教学过程，进一 步达到精准备课的效果，同时也给予 学生更加个性化的支撑。
(二)研究方法、步骤
2019 年 10 月，课题以北京中学 教育集团同层次六个班中的两个班为 对象进行对比研究，为了方便比较， 在研究前进行过一次前测，如今已经 一年多了，通过一年多的教学干预， 其中有大的考试六次，通过数据分析 对比验证假设，实验班的孩子的学生 成绩明显高于常规教学班的学生。
本研究解决了在均衡教育发展过 程中，学生学习基础差异较大、缺乏 学习信心、学习内驱力不足等情况导 致的学生学习方式及理解力的不同， 传统授课方式导致优等生吃不饱、薄 弱生吃不了的问题。人工智能自适应 学习引擎可以作为教师的双臂，延展 教学空间，帮助教师提供个性化教学 或引导学生自主学习，实现了信息技 术与课堂教学的深度整合。
(三)同类班级实验结果对比
智能教育是以智能技术作为环境 与工具，推动人才培养模式和教学方 法变革的新型教育模式，通过近两年 的实践研究，在两个实验班中，一个 班坚持以乐学一百为主，也会适当借 助洋葱学院，助推学生个性化学习; 另一个班则采用传统的教学方式。其 中，实验班级 36 人，对照班级 35 人， 经过单元练习、期中、期末等六次数 据统计，实验班的平均成绩比对照班 高出 6 分之多。不仅如此，通过调查 还发现实验班级的学生不仅数学成绩 有明显的进步，其他学科的成绩也有 一定的提升。
为了更好地检验研究效果，对此 我们还同黄冈中学朝阳学校、北京工 业大学附属中学、陈经纶教育集团团 结湖中学，进行了同类实验对比，也 得到了一致的结果，即借助平台支持 个性化学习的实验班级教学成绩远高 于其他平行班级。
(四)智能平台的实施提升了教师 的专业成长
学生的个性化学习得到有效实施 的同时，使教师教有余力，有时间提升 自己的专业素养，并带动教师对教育教 学进行更深入的研究与反思。其中，李 俊平老师参与北京大学基础论坛分享 活动，主持了全国信息技术课题“基 于 AI 技术与大数据分析应用在线学习 系统对数学个性化教学的研究”;于晓 青老师同时主持并完成了国家自然子 课题“信息化手段提升初中数学课堂 教学效率的策略研究”;李俊平、于晓 青等构建的校本课程“中学数学建模 课程的开发与实施研究”获朝阳区教 学成果奖，获北京市课程成果二等奖。
二、典型案例
基于人工智能大数据应用在线学习系统，对数学个性化教学的实践， 很好地弥补了传统教学模式的不足。 在线软件设定的同步、提高、培优练 习，以及翻转教学、互动课堂为学生 顺利实施个性化学习提供了保证。
(一) 智能 APP 成为“课堂翻转” 脚手架
新冠疫情期间，线上教学智能平 台“以练促教”助力课堂翻转，以其 “适时检测、及时反馈、及时评价、问 题诊断”的优势，成为教师了解学生 学习情况的得力助手，也使教师的个 性化教学有据可依。
1. 课前预习 + 课前测
个性化教学的前提是学生的自 主学习。每一节课前教师设置自主学 习的内容、路径、方法，也就是导学 案，启动学生的联系性学习思维。在 线平台的智慧适时检测，及时反馈助 力师生的教与学。概念课设有一个课 前导引，让学生以填空、选择题的方 式检测概念认知理解，比如，平行线 的判定第一课时，本节课的引导之后 配置一个对应练习，这个 5~15 分钟 的“导 引” 就以题带点，将所学知 识或概念进行深度理解。如果题目较 多，教师可以利用组卷功能进行删 减。根据数据，针对问题，精准施教。
2. 教学过程 + 课中测
在教学的过程中，对于核心知识 点可以通过乐学一百中的题库练习，借 助智能组卷删减题目功能按钮，选择 其中的 1~2 道题目及时布置给学生， 让学生利用 1 ~ 2 分钟的时间，就这个 核心点进行练习，达到学以致用的目 的。及时评价功能也让学生对数学增 强了信心，起到了高效学习的目的。
3. 课程结束 + 课后测
为了检验同学们的学习效果，可 以布置 5 分钟的课后测，起到及时巩 固的目的。这“三测”中学生留下的 数据，成为教师分层布置作业的有力依据。对教师来说省时省力，对学生 也锻炼了动手动脑的能力，增强了授 课的灵活性，提高了课堂效率。疫情 期间，教师无法检查学生笔记和作业， 更不能个性化地面批面改，学生对自 己的学习情况没有一个清楚的认知， 无法达到日日清的效果，在线学习系 统就帮助解决了这一难题。
通过一节课的“三测”—前测、 中测、后测，教师通过智能平台学生 学习数据对孩子们的学习情况有了一 个较精准的了解：比如，班上有四位 同学对平行线判定公理“同位角相等， 两直线平行”的实际操作 —一靠、 二推、三画理解不到位等，教师可以 单独把这四位同学建一个群，个别辅 导。可以根据大数据的规律将学生进 行分类：掌握很好的(没有问题)、较 好的(出错一两个点的)、较差的(错 误三个题目以上的)等情况或者同类 题目出错情况进行分层，合理布置分 层作业，个性化的作业设置达到学生 所学“日日清”使不同的孩子学不同 难度的数学，高效达成了个性化的教 与学。
(二)人工智能大数据帮助学生自 我诊断，建设个人发展计划
“双减”背景下如何借助人工智能 平台实现线上、线下相结合的有效教 学，成了我们面对的新问题。为此， 我们进行了大胆的尝试，将平台的数 据与评价和课堂进行全面立体化的结 合，形成了新的“评 + 教”的教学模 式。主要分为以下三个环节。
①学生根据年级测评每题得分率 和自身得分情况，计算检测成功率，查 找遗漏知识点，进行自我诊断。②教 师根据平台统计数据，收集典型错题 和优秀实例，在课堂上给予学生充分 的时间对典型问题进行深入剖析，突 破难点。③教师利用平台的典型错题 集，为学生匹配相同知识点进行进一步的巩固练习与复测。
(三)构建“教育 + 人工智能”生 态教学系统
1. 以使用智能平台为主的实验班 级调研情况
根据教学目标和假设，为了更好 地改进教学模式、创新评价模式，我 们选择了黄冈中学朝阳学校、北京工 业大学附属中学、陈经纶教育集团团 结湖中学，他们有部分班级在同步使 用乐学一百在线系统，作为调查对象 开展问卷调查，调查学生在使用乐学 一百智能在线过程中的收获及未来课 程改进的建议，借助问卷星和 SPSS 量化数据分析软件进行统计学分析。 共收集到 242 份有效问卷。
调查中男女比例基本是 1 ∶1.为 了了解学生学习的内在动力还设置了 以下问题：你希望自己考上重点高中 (重点大学)吗?你对自己目前的学习 成绩满意吗?你希望改变你的学习方 法吗?等等。
同时我们选取具有代表性的学生 和家长进行深度访谈，访谈学生 5 名， 包括在使用平台中表现突出的学生、 进步较快的学生和遇到问题的学生。 结合问卷调研，大家一致认为，在线 平台的灵活、便捷、及时反馈等功能 对个性化学习很有帮助。
2. 基于人工智能平台助力课堂的 调研情况
为了解学生对现有信息技术手段 的认识与应用程度，以及对学习效率 的影响情况，进行了二次问卷设计。
北京中学西坝河校区在借助信息化手 段辅助学生个性化学习方面也进行了 同步尝试，并获得了初步的成果。本 校区正处于培养拔尖创新人才的实践 探索阶段，学生具有较强的自主学习 能力和学习意识，所以本次问卷的对 象为北京中学西坝河校区的学生(约 220 人)，收回有效问卷 70 份。
通过问卷数据我们可以得出如下 结论：①在自主学习中，超半数学生会 同时借助教材和学习软件或网络资源。 ② 90% 的受访学生认为借助学习软件 或网络资源能够帮助提高学习效率， 其中非常认同的占 27. 14%。③在选择 能有效提升课堂学习效率的学习软件或 网络资源时，受访学生的选择排序从高 到低依次是：几何画板等画图软件、平 台统计数据、课堂引入微视频、个人学 习数据，其他项中有学生补充“给出具 体解析和概念帮助理解”。同时我们选 取具有代表性的学生和老师进行深度访 谈，访谈学生 5 名，包括在使用平台中 表现突出的学生、进步较快的学生和遇 到问题的学生。结合问卷调研，课题组 成员一致认为，在线平台的很多灵活、 便捷、及时反馈等功能对提升课堂教学 效率和学生学习效率是很有帮助的。
二、创新点、存在问题分析与未 来展望
本课题的研究目标与研究假设， 可为智能在线学习平台进行分层教学 和布置作业、实现个性化教学提供教 学策略，促进基于个性化学习系统的 教师专业成长。构建出在线智能学习 平台实现个性化教学的运行机制，在 目标、原则、途径、策略、评价等方 面，形成一系列可操作、影响力强的 基础理论。首先利用人工智能进行知 识智能分类和组排，给学生量身定做 个性的学习计划，实现分层教学，达 成因材施教，提升学生数学学习力。
其次对学生个性化学习过程中大数据 提供的规律，构建智能化学习效果评 价，解决现有在线学习系统中，仅以 量化分数进行效果评价的问题。
创新点： ①构建了较完善的个性 化教学方案。构建了较为完善的三层 次的学生个性化课前、课上、课下施 教方案，优化与创新传统课堂，克服 传统课堂的种种弊端。②提出了育人 在线学习理念。秉承“世界因我更美 好”办学理念，形成了独特的“混合式”教学观。并且提出线上线下相结 合的育人方式，提升个性化学习能力， 使优者更优、弱者提升目标。③实现 在线系统混合教学。依据智能在线体 系通过大主题、大任务、大目标的课 题形式，实现学生体验式、探究式、 项目式学习，实现课程标准中人人学 有价值的数学。④形成个性化的教学 案例研究。通过个性化教学方案，针 对智能系统大数据对学生进行学情诊 断，建立个性化辅导计划，设计具体的个性化学习内容和个性化措施，实 现因材施建。
最后，在近年来有关如何提高课 堂教学效率的研究中，我们也注意到 在利用信息技术进行翻转课堂、微课等新型教学形式的教学中，存在只追 求前沿而忽视学科特点的教学现象。 这种教学方式不仅不能提高课堂效 率，反而可能破坏学生的学习节奏。 信息时代的到来也让我们认识到，将 信息技术有效融入教学是未来教育发 展的必由之路。但是，我们目前正处 于“互联网 + 教育”的起步阶段，这 种教学形式和学科的融合应用需要经 过精心论证，严谨设计，切不可盲目 跟风。
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