随着教育信息化的迅猛发展，大量研究者借助大数据分析技术，对教师“教”的行为和学生“学”的行为进行智能化诊断，以期实现“精细分析、精准诊断、精准改进”。北京师范大学未来教育高精尖创新中心以促进学生学科能力发展为目标，利用数据分析、学情诊断、资源使用等信息化辅助手段，研发了智能大数据公共服务平台“智慧学伴”，为教师改进课堂教学提供支撑，以期实现学生学科知识、学科能力和素养水平三位一体的精准对应与系统提升。笔者以高中化学学科为例，开展了基于“智慧学伴”的精准教学实践探究。
（一）化学学科能力的理论框架
学科能力是指学生顺利进行相应学科的认识活动和问题解决活动所必需的、稳定的心理调节机制。学生从掌握学科知识到形成解决问题的能力是逐渐提升的学习过程——从学科知识及经验的简单输入（观察、记忆等），到对输入信息加工后将知识和经验进行简单输出（分析、论证等），再到对信息深度加工后的高阶输出（创新性解决问题）。基于这个理论，通常将化学学科能力分为学习理解（A）、应用实践（B）、迁移创新（C）三个层级。其中，依据各能力层级所包含的具体能力表现，学科能力又包括相应的子级，即学习理解包括辨识记忆（A1）、概括关联（A2）、说明论证（A3）三个子级；应用实践包括分析解释（B1）、推论预测（B2）、简单设计（B3）三个子级；迁移创新包括复杂推理（C1）、系统探究（C2）、创新思维（C3）三个子级。
（二）基于“智慧学伴”的精准教学
二、教学案例及分析
（一）课前借助微课让学生自学，诊断学情
在授课前，教师首先通过“智慧学伴”平台让学生自学微课“微量元素Fe”，复习并预习事实性知识，在巩固旧知识的基础上学习新知识，为课堂教学作铺垫，同时在一定程度上减少教师课堂上对于基础知识的重复讲解，让学生通过自学达到学习表现指标A1-1、A1-3、A3-1的要求（见表１）。在学生自学达到A1“辨识记忆”能力层级的同时，教师依据新课教学目标设计了前测试卷（试题覆盖A1－C3能力层级，针对课前精准诊断发现的薄弱点），为进行有针对性的教学设计奠定基础（各题所属核心概念、能力层级及指标描述见表1）。
基于此，教师确定教学重点和难点：重点是铁盐与亚铁盐的性质及检验以及Fe3与Fe2的相互转化；难点在于使学生自主地从物质类别与化合价的角度完成Fe3与Fe2转化的实验探究，在实验探究中培养学生的对比思想和控制变量的能力。本课教学目标如下。其一，通过预测第三代补铁剂中铁元素的存在形式，建立含铁元素的物质类别与化合价二维关系并画出关系图。其二，通过预测补铁剂中铁元素的价态，设计实验方案，完成实验操作，依据宏观现象进行微观解释，学习Fe2、Fe3的检验方法和Fe2向Fe3的转化机理，培养学生科学探究与创新意识及根据证据进行推理的核心素养，引导学生学习掌握在活动中梳理基于无机物性质进行探究的一般思路方法。其三，运用初步建立的思路方法实验探究完成Fe3向Fe2的转化，表述铁盐与亚铁盐的化学性质及转化关系。
（二）课中问题设计，提高学生学科能力
基于教学重难点，教师在概括关联、分析解释、推论预测、系统探究等能力的培养与提升层面设计了4个教学环节，针对各环节设计相应的关键问题，引导、启发学生完成教学目标。
环节一：情境引入，绘制二维图认识含铁物质
基于前测诊断出学生在A2－5能力指标上掌握较薄弱的情况，教师在上课伊始就本课的基础知识（基于元素的价态和物质的所属类别，完整有序地写出含铁物质的化学式），进行了梳理和铺垫。教师通过第三代补铁剂中铁元素的存在形式引入课题，引领学生结合物质类别和化合价的二维角度，归纳含铁物质的化学式，指导学生进行概括关联，并就不同物质之间的转化做推论预测。
环节二：猜想并验证补铁剂中铁元素的化合价
主要教学目标是从化合价的角度预测未知物的还原性并进行实验证明，以此拓宽学生看物质的视野，提升实验探究能力。教师通过提问“补铁剂中的铁元素可能是几价的”激发学生猜想并设计实验进行验证的兴趣。本次授课中教师采用多糖铁(Ⅲ)为实验药品。
如果学生认为是Fe3，则直接用KSCN溶液检验，溶液变为血红色，而再次滴加氯水后，颜色不加深，则结果得到验证；如果学生猜想是Fe2，则需先滴加KSCN溶液验证其非Fe3，溶液不变色，滴加氯水后，溶液变为血红色，则结果得到验证；如果学生猜想是Fe2和Fe3共同存在，滴加KSCN溶液后，溶液变为血红色，然后滴加氯水，如果溶液血红色加深，则结果得到验证。
在实验探究及猜想验证的过程中，学生对铁离子与亚铁离子的化学性质进行探究，学生的证据推理、科学探究及创新能力都得到了提升。实验后，教师与学生一起梳理解决元素化合物检验性任务的一般思路方法，拓宽学生分析物质的视野，实现学生概括关联能力的有效提升。
环节三：实现Fe3向Fe2的转化
教师在完成第二环节实验活动的基础上，组织学生阅读药物说明书并讨论汇报后，通过提问“如何设计实验证明Fe3具有氧化性”引导学生在建立起来的元素化合物检验性任务一般思路方法基础上进一步探究。学生如果在补铁剂盐酸溶液中加入铁粉进行还原，则溶液不会呈现血红色。同样，学生还可以使用KI与氯水处理过的补铁药物酸（盐酸）溶液反应，则滴加KSCN后仍呈黄色，从而验证了Fe3具有氧化性，完整表述了的铁盐与亚铁盐的化学性质及转化关系。
环节四：铁盐及亚铁盐的化学性质及转化关系的总结和提升
此环节，教师引导学生对铁盐及亚铁盐的化学性质及转化关系做进一步的
总结，通过梳理两者的转化关系，提高了学生关联与概括能力，为深入学习铁及其化合物知识打下基础。教师设计教学活动应环环相扣，形成体系（如图１）。学生在教师的引领下，积极参与教学活动，精准而有效地提升了学科能力。为了检验教学成果，教师课后借助“智慧学伴”平台做了后测（利用平台的数据分析作为成果检验的有效支撑）。
（三）课后成果检测，效果显著
课堂教学结束后，为了检验教学效果，教师利用“智慧学伴”布置了微测题目用于检测学生的学科能力。整套微测题目涉及铁及其化合物核心概念A到C的能力层级，与前测形成对比。数据表明，经过教师基于数据支撑的针对性授课之后，学生的能力相较于前测，特别是应用实践能力（B层级），有了大幅度提升：其中分析理解能力（B1）提升了0.38，推论预测能力（B2）提升了0.36；迁移创新能力（C2）也由0.16提升至0.41。学习理解能力（A层级）有所下降，而本课程重点培养的概括关联能力（A2）由0.67提升至0.73。这些数据说明了教师利用数据支撑进行有效的教学设计实现了教学目标，有效提高了班级整体水平和学生的学科能力。
根据前测情况，辨识记忆和说明论证的学科能力并没有被列为教学重点，但通过后测仍然检测出了学生的知识能力中的薄弱点，同时考虑不同学生个体间也存在差异，教师利用“智慧学伴”平台上的个性化推送功能，让学生观看不同核心概念对应的微课，对课堂教学做了有效补充。
参考文献
[1]王磊,周冬冬,支瑶,黄燕宁,胡久华,陈颖.学科能力发展评学教系统的建设与应用模式研究[J].中国电化教育,2019(1):28-34.
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[4]王磊.学科能力构成及其表现研究——基于学习理解、应用实践与迁移创新导向的多维整合模型[J].教育研究,2016(9):83-92.
（作者李珍琦、褚洪旭、李晓庆分别系北京师范大学未来教育高精尖创新中心区域应用主管、区域应用专员、学科教育实验室主任；韩玉蕾系北京市房山区教师进修学校教师）