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大数据视角下智慧作业系统模型构建研究

摘要：随着大数据、人工智能等技术的发展，作业从传统的以纸质单一性作业逐渐向个性化的智慧型作业发展。在教育实践中，由于对学生的分层方式较为粗略，作业缺少对学科整体知识结构以及多模态学生表现数据的考虑。在已有智慧作业研究的基础上，设计智慧作业系统模型，包括作业资源中心、作业设计系统、作业批改系统和作业分析系统四个部分，并进一步探讨作业分层与作业设计的策略，为后续的智慧作业研究提供参考。

关键词：大数据；智慧作业；学生分层；知识图谱

0引言

作业是连接教与学的重要环节，体现了教育的价值取向和课程改革的理念[1]。高质量的作业可以补充和巩固学生的学校学习，完善学生的知识和技能。随着信息技术的发展，学生完成作业的方式也从传统的纸质作业发展到在线作业以及线上线下混合的智慧作业形式。与传统作业相比，智慧作业一方面可以根据学生的学习现状自适应匹配符合其认知水平的精准作业，另一方面可以优化学生的作业信息采集方式，结合当前大数据的时代背景，对学生的学习情况做出个性化评价，同时对班级学生学习的整体情况进行有效评价与干预。

1研究背景

2021年7月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》，加上此前发布的《教育部办公厅关于加强义务教育学校作业管理的通知》，两份文件均明确指出学校应减少作业数量、提升作业质量，在作业形式上鼓励采用符合学生学情的分层作业，减少无效作业的数量；同时把作业设计纳入教师考核指标，推进作业设计在教育实践中的落地[2-3]。2023年，教育部办公厅发布《基础教育课程教学改革深化行动方案》，再次强调教师要提升作业设计水平[4]。

综上所述，作业的改革成为未来教育发展的趋势之一，智慧作业将成为未来作业的常态化形式之一。因此，如何设计智慧作业是教育界亟待解决的问题。本研究基于教育大数据环境，融合知识图谱，设计智慧作业系统，以期对智慧作业研究提供参考。

2研究综述

对智慧作业的研究主要集中在智慧作业的理论与实践方面。

2.1理论方面的研究主要集中在智慧作业内涵的讨论上

对智慧作业的内涵，学术界尚未形成统一的看法。张乐乐等[5]认为，智慧作业是利用大数据等技术对作业进行分层设计、即时批改与精准评价，实现作业数据库建设、高质量作业设计、个性化作业推送以及精准化作业评价的全流程管理。付卫东等[6]

认为，智慧作业是结合人工智能等技术，智能采集学生的学情信息，个性化推送错题微课，达到学生减负的目的。李祥竹等[7]认为，智慧作业包括纸质的作业媒介、智能化的批改和个性化的资源。

综上所述，虽然智慧作业的定义尚未统一，但构成的核心要素主要集中在学生学情诊断、个性化分层作业、智能化批改三个方面。因此，本研究将智慧作业定义为：智慧作业是一种基于大数据、人工智能等技术，采用“线上作业设计—线下作业练习—线上作业分析”的混合形式，通过构建作业资源中心、分层设计纸质化作业内容，实现个性化作业推送、智能化作业批改以及深层次作业分析的全流程管理的智慧化教与学形式。

2.2实践方面主要体现在多个区域开展智慧作业常态化应用上

当前，多个区域在开展智慧作业的常态化应用，如江西智慧教育平台、南京市玄武区的作业管理数智平台、青岛市崂山区依托课堂教学云平台构建的“三精一管”崂山模式等。此外，学术界对智慧作业的应用效果进行了讨论。付卫东等[8]通过对江西省中小学生的调研，发现智慧作业缓解了学生的焦虑。同时，付卫东等[6]调研智慧作业对家长焦虑的影响，发现家长的焦虑显著降低且亲子关系更为融洽。OSTROW等[9]通过让学生自主选择的方式完成作业，发现学生的学习成绩有了显著提升。

综上所述，智慧作业已经开始成为区域作业改革的方向之一，但就实践的深度而言，目前还是以作业发布与批阅平台为主，尚未形成“智慧”二字。“智慧”的关键点在于两项内容：一是学生如何分层，二是不同类型的学生匹配的作业内容。本研究在构建智慧作业系统的基础上进一步讨论这两项内容，为智慧作业的深度应用提供参考。

3智慧作业系统模型的构建

通过文献分析与案例调研，本研究设计的智慧作业系统的整体功能结构如图1所示，主要包括作业设计系统、作业批改系统、作业分析系统和作业资源中心四个部分。

作业资源中心存储题目数据，题目中包含所定义的标签，如学段、年级、学期、学科、章节、知识点、学科核心素养等。前期由教师定义题目的难度，待题目应用于学生练习之后，系统将自动计算题目的难度与区分度。

作业设计系统主要用来帮助教师布置作业。常见的作业形式有两种：一种是服务于新课巩固的作业本（如江西智慧教育平台采用智慧作业本的形式），一种是采用纸质打印的试题。本研究主要关注后者。教师可以在系统中选择作业资源中心的题目或是自建题目，完成作业设计后，系统