淺談大數據時代的高中物理教學

譚崇宇 陳苗

2012年10月，美國教育部發布了《通過教育數據挖掘和學習分析促進教與學》的報告。這一報告的發布，宣告了“數據驅動學校，分析變革教育”的教育大數據時代已經來臨，掀起教與學的又一次變革。前面所說的數據就是當前頻率最高的一詞“大數據”，目前對大數據比較流行的解釋是，無法在可承受的時間范圍內用常規軟件工具進行捕捉、管理和處理的數據集合。大數據具有Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多樣）、Value（價值）4V特點。大數據技術的戰略意義不在于掌握龐大的數據信息，而在于對這些含有意義的數據進行專業化處理，在于通過對數據的“加工”實現數據的“增值”。而大數據思維就是對數據收集加工的意識。處理速度的變化僅僅是大數據的表象，更重要的是有意識地對數據價值進行深化。作為基礎教育的重要學科（高中物理）教育，理應是貫穿和滲透大數據思維，以提高教育、教學的精準性和針對性。

一、高中物理教學現狀

1.重記憶輕理解

只注重傳統知識的簡單記憶，甚至將物理定理、定律的表達式用來聽寫、默寫，“背多分”作為獲取成績的主要途徑。將學生作為純粹的知識載體或解題機器，忽視對學生創新能力的培養，如只知道一味地利用牛頓定律解題，只知機械地吸收，而對牛頓定律的局限性不加任何懷疑和詮釋。對萬有引力定律只記表達式，對牛頓利用開普勒第三定律、牛頓第二定律、牛頓第三定律得到萬有引力定律的艱難歷程一概不知，其適用范圍和條件也不給學生講清楚。特別是稍偏遠的學校，這種情況尤為突出。

2.重結果輕探究

如自由落體運動的下降高度公式h= gt2，當時的速度很難測量，他假設了兩種情況：一是速度對位移x是均勻變化的，一是速度對時間t是均勻變化的，然后通過數學推理：如果v與x成正比，將會得到荒謬的結論；如果v與t成正比，它通過的位移x就與t2成正比。后用實驗驗證：為了便于測量時間，伽利略設法用斜面做實驗。通過上百次對不同質量的小球沿不同傾角的光滑斜面上運動的定量研究，發現小球沿光滑斜面運動時通過的位移x確實與t2成正比，小球的運動是勻變速直線運動，且傾角一定，不同小球的加速度一定，傾角越大加速度越大。合理外推：設想斜面的傾角越接近90°，小球沿斜面滾下的運動就越接近于自由落體運動；當斜面的傾角達到90°時，小球就做自由落體運動。從而，自由落體運動是初速度為0的勻加速直線運動，且所有物體自由下落時的加速度都相同，這是多么完美和嚴密的邏輯推理，這是多么有趣的科學研究歷程，如果讓學生的思維隨著伽利略的思維去探究，學生將終生不忘。

3.重高考輕身心，由于一年一度的高考，橫看關系到千家萬戶，豎看關系到千秋萬代，這一獨木橋又要過千軍萬馬，使得教師不得不成了教書匠，學生成了知識行囊。《學會生存》中有一句話說得好“教育對人具有雙重力量：一是開發人的創造精神，一是窒息人的創造精神”。顯然，我們現階段的教學方法和手段所產生的力量是不言而喻的，歸宿實在令人擔憂！

二、大數據思維對高中物理教學的影響和作用

大數據具有四個特點：大量、高速、多樣、價值。其戰略意義不在于掌握龐大的數據信息，而在于對這些含有意義的數據進行專業化處理，在如此多的題目中，每年每個地方的每位老師還要不斷地加工、改編新題，新課程標準要求的知識點是有限的，而現在提出的新要求也是有限的，但每一年衍生出來的題是無窮的。

1.老師要從大量的題海中提煉出與本知識點相關的練習題，就樣就能避免學生做大量的重復性的題，這對老師要求更高了，但卻可以做到。

2.雖然每一年、每一屆學生的個性、思維等都不一樣，但學生知識、思維的盲點、易錯易混點都差不多，以前老師是憑借經驗講解，通過大數據思想后就可以有目的、有針對性的講解，可以精準到位每位同學的每一個知識點，這樣精準的練習和訓練，就是大數據思想。

3.在實驗教學過程中，通過傳感器獲取大量的數據，從中篩選有用的數據來探究和驗證物理規律，重現科學家的研究過程，這不正體現了新課標的過程與方法、情感態度與價值觀嗎？如α散射實驗中的大部份粒子幾乎不偏轉，少部份粒子發生了大角度偏轉，而極少部份粒子幾乎被反彈回去，不就很科學地解釋了原子的核式結構模型嗎？

三、大數據思維滲透高中物理教學的阻礙

1.老師對大數據的理解還遠遠不夠。有效數據源收集不豐富，認為數據只局限于電子表格中像學生的成績分數之類的數值，其實在教學中不同的學生在不同的時期產生的一切信息都可以歸納成廣義上的“大數據”。

2.正如前面所講，不是大數據有多大、多豐富，而是要從中挖掘出有利用教育、教學的針對性和有效性。如果說在商業上利用大數據思維最終是要創造商業價值的話，而我們教師必須關注所有學生產生的一切數據。

3.要讓中學物理實驗教學適應大數據時代的要求，必須創新物理實驗裝備建設，使之具備實驗教學全過程的數據采集和儲存功能，

全國各地都在按照教育部的要求，加快“三通兩平臺”建設進度，建議有條件的中學和物理老師可以嘗試按照本文提出的思路，建設中學物理“未來實驗室”，開展基于網絡學習空間的物理教學實踐，讓“翻轉課堂”、“微課程”、“慕課”等信息信化教學模式在基礎教育中生根發芽，讓基于大數據思維的學習分析早日在中學物理教育中充分發揮其作用。

（作者單位：四川省成都市石室中學物理組；四川省成都市石室中學信息中心）