學(xué)校教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型 | 北京亦莊實驗中學(xué)：分層走班制下智慧校園建設(shè)的實踐研究

“學(xué)校教育數(shù)字化改革實踐”

是《中國信息技術(shù)教育》雜志

2025年關(guān)注重點之一

將展示數(shù)字化賦能學(xué)校

教育教學(xué)的創(chuàng)新變革

呈現(xiàn)學(xué)校在推進(jìn)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的

亮點舉措 特色成效 示范經(jīng)驗

北京亦莊實驗中學(xué)：分層走班制下智慧校園建設(shè)的實踐研究

作者：馬士委 魏婧婧 常晟 北京亦莊實驗中學(xué)

本文以北京亦莊實驗中學(xué)為例，探討了分層走班制教學(xué)模式下智慧校園建設(shè)的實踐研究。學(xué)校通過引入智慧校園系統(tǒng)，有效支持了分層走班制教學(xué)模式的實施，滿足了學(xué)生個性化學(xué)習(xí)需求，提高了教育教學(xué)質(zhì)量。同時，學(xué)校在實踐中不斷摸索，通過日常系統(tǒng)維護(hù)更新、教師人工智能培訓(xùn)、技術(shù)指導(dǎo)輔助教學(xué)、人工智能與教學(xué)內(nèi)容相融合等措施，不斷提升智慧校園的穩(wěn)定性和使用效果，體現(xiàn)了教育創(chuàng)新與實踐相結(jié)合的特色。

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，教育信息化已成為推動教育現(xiàn)代化、提升教育教學(xué)質(zhì)量的重要手段。筆者所在學(xué)校作為一所積極探索教育創(chuàng)新的前沿學(xué)校，率先實施分層走班制教學(xué)模式，并結(jié)合智慧校園建設(shè)，致力于滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)需求，提高教育教學(xué)質(zhì)量。本文旨在通過剖析筆者所在學(xué)校在數(shù)智化校園建設(shè)、人工智能技術(shù)對分層精準(zhǔn)教學(xué)的支持、人工智能融合教學(xué)等方面的實踐，探討分層走班制下智慧校園建設(shè)的實踐效果與挑戰(zhàn)。

數(shù)智化校園的建設(shè)

1.建設(shè)背景與目標(biāo)

在信息化時代背景下，傳統(tǒng)教育模式存在教學(xué)資源和手段單一、難以適應(yīng)個性化學(xué)習(xí)需求等局限性。因此，學(xué)校通過數(shù)智化校園建設(shè)，打造智能化、個性化的教學(xué)環(huán)境，支持分層走班制教學(xué)模式的實施。建設(shè)目標(biāo)為：構(gòu)建穩(wěn)定、暢通、安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提供豐富多樣的數(shù)字化教學(xué)資源，實現(xiàn)教育教學(xué)信息的快速傳遞與共享，滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)需求，提高教育教學(xué)質(zhì)量。

2.建設(shè)內(nèi)容與實施

（1）構(gòu)建數(shù)智基石，打造智慧校園穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)生態(tài)

學(xué)校以萬兆主干交換網(wǎng)為核心、千兆接入為基礎(chǔ)布線系統(tǒng)，在每一間教室均設(shè)置了11個基礎(chǔ)信息點及擴(kuò)展功能點位。同時，完善開發(fā)平臺及中間件、數(shù)據(jù)庫等智慧校園平臺服務(wù)系統(tǒng)，配備互動觸控一體機(jī)、辦公計算機(jī)、巡考監(jiān)控設(shè)備、無線AP等基礎(chǔ)設(shè)施，為校園信息化的應(yīng)用打下堅實的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。

（2）形成“管理駕駛艙”，實現(xiàn)精準(zhǔn)化校園管理

學(xué)校利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行課程管理與評價。教師通過對教學(xué)診斷數(shù)據(jù)的分析反思自己的教學(xué)行為，進(jìn)而調(diào)整教學(xué)策略；學(xué)生則根據(jù)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)記錄和各類行為分析，建立合理的自我認(rèn)知，優(yōu)化學(xué)習(xí)方式，進(jìn)而有針對性地進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。

學(xué)校還將數(shù)智化校園中的智慧管理、智慧學(xué)習(xí)、智慧生活、綜合素質(zhì)評價等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中采集和處理，再通過一定的大數(shù)據(jù)技術(shù)手段對學(xué)校的大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、挖掘，形成了學(xué)校的“管理駕駛艙”。“管理駕駛艙”采用可視化交互式的軟件操作界面，能夠可視化呈現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)，便于學(xué)校管理者快速、便捷地掌握相關(guān)信息，從而確保學(xué)校各項信息化工作的順利進(jìn)行。

（3）創(chuàng)建自適應(yīng)平臺，實現(xiàn)個性化泛在學(xué)習(xí)

智慧學(xué)習(xí)環(huán)境下的教學(xué)更加關(guān)注學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)訴求，而數(shù)智化校園的建設(shè)可以推動以學(xué)生成長為核心的智慧課堂的發(fā)展。在具體實踐中，學(xué)校基于已有的學(xué)生學(xué)習(xí)、考試及教育過程的數(shù)據(jù)支撐，建設(shè)了自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺，幫助學(xué)生依據(jù)個性化學(xué)習(xí)特征，設(shè)計學(xué)習(xí)過程，實現(xiàn)更加個性化的泛在學(xué)習(xí)。同時，自適應(yīng)平臺整合了學(xué)校錄播系統(tǒng)中的精品課程，主要涵蓋初高中主流學(xué)科及部分科學(xué)課程。另外，按照資源建設(shè)的流程，將教師的教學(xué)理念融入教學(xué)資源，結(jié)合技術(shù)手段，豐富課程內(nèi)容及表現(xiàn)形式，為教學(xué)活動提供了最適合的資源支撐。

人工智能技術(shù)對分層精準(zhǔn)教學(xué)的支持

1.對學(xué)科知識圖譜構(gòu)建的支持

學(xué)科關(guān)鍵能力需要通過學(xué)科問題解決或任務(wù)完成來培養(yǎng)。因此，構(gòu)建較為清晰的教育領(lǐng)域模型顯得尤為重要。模型需要清晰地勾勒出學(xué)科知識的脈絡(luò)、問題的核心以及能力的培養(yǎng)方向，并深入揭示知識與知識、問題與問題、能力與能力之間的內(nèi)在聯(lián)系。同時，知識與問題、問題與能力之間的映射關(guān)系也需得到精準(zhǔn)刻畫，這是推動精準(zhǔn)教學(xué)順利進(jìn)行的關(guān)鍵所在。教育知識圖譜構(gòu)建及應(yīng)用的技術(shù)框架如圖1所示。

圖1 教育知識圖譜構(gòu)建及應(yīng)用的技術(shù)框架

以概念圖、知識地圖等為代表的教育領(lǐng)域模型，在學(xué)科教學(xué)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。它們能夠?qū)⒃玖闵⒌闹R點串聯(lián)起來，形成邏輯清晰、結(jié)構(gòu)完整的知識體系，從而有助于學(xué)生更系統(tǒng)地掌握學(xué)科知識、更有效地進(jìn)行知識建構(gòu)。

實例：利用TreeMind樹圖生成人教版初中“銳角三角函數(shù)”章節(jié)的思維導(dǎo)圖。

提問：請為我生成一份以樹狀圖形式呈現(xiàn)的人教版初中“銳角三角函數(shù)”章節(jié)的思維導(dǎo)圖，具體要求如下：

①該思維導(dǎo)圖需嚴(yán)格遵循《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的要求，突出銳角三角函數(shù)章節(jié)的核心內(nèi)容，包括但不限于銳角三角函數(shù)的定義、特殊銳角三角函數(shù)值的記憶與運(yùn)用、銳角三角函數(shù)在解決實際問題中的應(yīng)用，以及俯角、仰角、方向角等概念的理解與應(yīng)用。

②在構(gòu)建思維導(dǎo)圖時，需充分展現(xiàn)銳角三角函數(shù)章節(jié)與其他初中數(shù)學(xué)章節(jié)之間的緊密聯(lián)系，特別是要突出與相似三角形、勾股定理等章節(jié)的關(guān)聯(lián)，展示這些知識點如何相互支持、相互補(bǔ)充，形成一個完整的知識體系。

通過這個思維導(dǎo)圖，我希望能夠更直觀地理解銳角三角函數(shù)章節(jié)的知識結(jié)構(gòu)，把握其與初中數(shù)學(xué)其他章節(jié)的內(nèi)在聯(lián)系，從而更好地掌握和運(yùn)用相關(guān)知識。

在此基礎(chǔ)上，教師可以進(jìn)一步發(fā)揮創(chuàng)造力，將思維導(dǎo)圖進(jìn)行變形、變色、變內(nèi)容，甚至添加新的元素，以便將其改造為更加貼近學(xué)生實際學(xué)習(xí)需求的思維導(dǎo)圖。這樣不僅能夠增強(qiáng)思維導(dǎo)圖的實用性和針對性，還能夠幫助教師完成教學(xué)設(shè)計，并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，從而更好地促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)與發(fā)展。

2.對學(xué)生畫像構(gòu)建的支持

學(xué)生畫像是用戶畫像在教育中的應(yīng)用，其本質(zhì)是對學(xué)生進(jìn)行標(biāo)簽化的過程。學(xué)生畫像能夠精準(zhǔn)描述學(xué)生的知識水平、認(rèn)知能力、學(xué)習(xí)風(fēng)格等方面的個體特征。學(xué)生畫像構(gòu)建一般包括學(xué)生畫像結(jié)構(gòu)設(shè)計、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理、畫像計算生成、畫像輸出四個部分。學(xué)生畫像的構(gòu)建離不開學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)的支持，當(dāng)前學(xué)生畫像構(gòu)建主要存在兩個問題：一是學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)采集不夠全面，尤其是學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)難以系統(tǒng)、全面采集，產(chǎn)生了數(shù)據(jù)缺失和數(shù)據(jù)稀疏性，導(dǎo)致學(xué)生畫像的精準(zhǔn)度比較低；二是學(xué)生畫像本質(zhì)是學(xué)生特征標(biāo)簽化的過程，這些標(biāo)簽難以直接理解和計算，導(dǎo)致學(xué)生畫像的語義性和可計算性大幅度降低。

利用人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)建設(shè)智能感知環(huán)境，能夠全場景、多流程、伴隨式地采集學(xué)生學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)結(jié)果數(shù)據(jù)，解決數(shù)據(jù)稀疏性的問題。利用深度學(xué)習(xí)算法能夠有力支撐學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)的計算與分析，提升學(xué)生畫像構(gòu)建的精準(zhǔn)度。利用知識圖譜、自然語言處理等技術(shù)，能夠?qū)W(xué)生畫像的標(biāo)簽進(jìn)行語義關(guān)聯(lián)和泛化，能夠提高數(shù)據(jù)的可用性以及標(biāo)簽的可理解性，進(jìn)而提升學(xué)生畫像的語義關(guān)聯(lián)性和可計算性。人工智能技術(shù)為學(xué)生畫像的構(gòu)建與應(yīng)用提供了強(qiáng)力支撐（如圖2）。

圖2 學(xué)生畫像模型構(gòu)建圖

學(xué)生畫像作為一種數(shù)據(jù)可視化的表征形式，其呈現(xiàn)需要借助數(shù)據(jù)可視化技術(shù)。學(xué)生畫像需要借助數(shù)據(jù)可視化技術(shù)將文本型數(shù)據(jù)和畫像標(biāo)簽以柱狀圖、餅狀圖、雷達(dá)圖等可視化的形式進(jìn)行展現(xiàn)。在數(shù)據(jù)可視化方面，已經(jīng)有很多成熟的數(shù)據(jù)可視化工具，如Echarts、AntV、HighCharts等。

3.對學(xué)習(xí)路徑推薦的支持

（1）基于歷史數(shù)據(jù)，重構(gòu)學(xué)習(xí)活動

通過收集學(xué)生過往的學(xué)習(xí)記錄、成績變化等信息，系統(tǒng)能夠全面分析學(xué)生的學(xué)習(xí)特點和習(xí)慣。基于這些歷史數(shù)據(jù)，教師可以重構(gòu)學(xué)習(xí)活動，為學(xué)生量身定制個性化的學(xué)習(xí)路徑。這一流程涵蓋了學(xué)習(xí)目標(biāo)的設(shè)定、學(xué)習(xí)資源的推薦、學(xué)習(xí)進(jìn)度的安排等多個方面，旨在提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)興趣。

（2）基于單次數(shù)據(jù)，調(diào)整推進(jìn)策略

單次學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)同樣具有重要的參考價值。通過分析學(xué)生在某一次課堂或作業(yè)中的表現(xiàn)，教師可以及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)，從而調(diào)整教學(xué)推進(jìn)策略。

（3）基于累積數(shù)據(jù)，選擇教學(xué)內(nèi)容

隨著學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的不斷累積，系統(tǒng)能夠形成對學(xué)生群體的整體認(rèn)知。基于這些累積數(shù)據(jù)，教師可以對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行更加精準(zhǔn)的選擇和規(guī)劃。

（4）基于作業(yè)錯因數(shù)據(jù)，實施個性化輔導(dǎo)

作業(yè)錯因數(shù)據(jù)是反映學(xué)生學(xué)習(xí)狀況的重要信息。通過分析學(xué)生的作業(yè)錯誤原因，教師可以了解學(xué)生對知識點的掌握情況，從而為學(xué)生提供個性化的輔導(dǎo)和學(xué)習(xí)路徑推薦。

（5）根據(jù)習(xí)慣數(shù)據(jù)分析，注重學(xué)生能力培養(yǎng)

學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣也是影響學(xué)習(xí)效果的重要因素。通過分析學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣數(shù)據(jù)，教師可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)偏好和學(xué)習(xí)方式，從而更加注重學(xué)生能力的培養(yǎng)。

（6）根據(jù)作業(yè)數(shù)據(jù)分析，精準(zhǔn)設(shè)計后續(xù)教學(xué)流程

作業(yè)數(shù)據(jù)是反映學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要依據(jù)。通過分析學(xué)生的作業(yè)完成情況、得分情況等數(shù)據(jù)，教師可以對學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況進(jìn)行精準(zhǔn)評估，從而設(shè)計更加符合學(xué)生實際需求的后續(xù)教學(xué)流程。

（7）分析數(shù)據(jù)結(jié)果，精準(zhǔn)布置課后作業(yè)

最后，通過綜合分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，教師可以精準(zhǔn)地布置課后作業(yè)。這不僅包括作業(yè)的難度和題量，還包括作業(yè)的類型和形式。例如，對于某些需要重點復(fù)習(xí)的知識點，教師可以增加相關(guān)練習(xí)題的數(shù)量；對于某些需要拓展的知識點，教師可以設(shè)計更具創(chuàng)新性的題目。同時，教師還可以根據(jù)學(xué)生的個人特點和需求，為他們量身定制個性化的作業(yè)方案。這種精準(zhǔn)布置的課后作業(yè)有助于鞏固學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，提高他們的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

4.學(xué)生差異性分析

為了全面、客觀地評估精準(zhǔn)教學(xué)的實施效果，學(xué)校對比了正常復(fù)習(xí)與精準(zhǔn)教學(xué)復(fù)習(xí)兩種模式下學(xué)生在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)上的成果差異。鑒于學(xué)校課題組成員的教學(xué)對象及研究精力有限，選取了一個初三的數(shù)二S班作為實驗班級（共計20名學(xué)生），橫向?qū)Ρ攘似渌齻€數(shù)二S班學(xué)生的情況，同時縱向分析了該實驗班級學(xué)生在實驗前后的表現(xiàn)變化。在數(shù)據(jù)分析過程中，采用了科學(xué)的統(tǒng)計方法，盡量充分考慮學(xué)生表現(xiàn)的復(fù)雜性和多因素性，力求準(zhǔn)確衡量精準(zhǔn)教學(xué)對學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果的實際影響。

（1）縱向?qū)Ρ龋壕珳?zhǔn)教學(xué)班實驗前后的表現(xiàn)差異

從圖3中的數(shù)據(jù)對比可以明顯看出，在實施精準(zhǔn)教學(xué)前（即初三分班后的第一次期中考試），實驗班級與其他平均班級的成績差距較為顯著，與倒數(shù)第二的平行班平均分相差達(dá)到4.17分。但在引入精準(zhǔn)教學(xué)模式后，實驗班級與其他班級的差距逐漸縮小，直至最近一次（2023年3月）的初三學(xué)科練習(xí)中，實驗班級的成績已與其他平行班相當(dāng)，并且在優(yōu)秀率方面表現(xiàn)最優(yōu)。

圖3 精準(zhǔn)教學(xué)班實驗數(shù)據(jù)

（2）橫向?qū)Ρ龋壕珳?zhǔn)教學(xué)班與常規(guī)班的差別

考慮到初三年級僅物理學(xué)科與數(shù)學(xué)學(xué)科的分層設(shè)置相同（即數(shù)學(xué)班的學(xué)生與物理班的學(xué)生群體保持一致），可以從物理與數(shù)學(xué)成績的對比中，排除班級學(xué)習(xí)氛圍等外部因素的影響。基于最新一次（2023年3月）的月考成績分析，經(jīng)過一學(xué)期的精準(zhǔn)教學(xué)后，數(shù)學(xué)學(xué)科平均每人進(jìn)步了13.26個名次，而相同分層情況的物理學(xué)科則平均每人退步了2.3個名次。這一鮮明對比充分說明了精準(zhǔn)教學(xué)在一定程度上具有顯著的成效，能夠有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)成績和名次。

結(jié)語

當(dāng)前，國內(nèi)外關(guān)于人工智能與教學(xué)深度融合的研究仍處于探索階段。未來的研究需要進(jìn)一步深化理論與實踐的結(jié)合，完善人工智能技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用策略，提高教學(xué)效率和學(xué)習(xí)效率。同時，還需要加強(qiáng)跨學(xué)科合作，共同推動人工智能與教學(xué)的深度融合，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和信息素養(yǎng)的新時代學(xué)生提供有力支持。

本文作者：

馬士委 魏婧婧 常晟

北京亦莊實驗中學(xué)

文章刊登于《中國信息技術(shù)教育》2025年第3期

原標(biāo)題：分層走班制下智慧校園建設(shè)的實踐研究——以北京亦莊實驗中學(xué)為例

引用請注明參考文獻(xiàn)：

馬士委 魏婧婧 常晟.分層走班制下智慧校園建設(shè)的實踐研究——以北京亦莊實驗中學(xué)為例[J].中國信息技術(shù)教育，2025（03）：97-100.

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