大數(shù)據(jù)背景下的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

鐘祝年

【摘要】如今，教育改革不斷地深入到各方各面，在教育領(lǐng)域應(yīng)用大數(shù)據(jù)研究也是目前教育當(dāng)局面臨的新課題，學(xué)生通過不同的學(xué)習(xí)方式產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，通過挖掘和深度剖析這些大數(shù)據(jù)能，有效的改善學(xué)習(xí)方式、提高學(xué)習(xí)效率。以大數(shù)據(jù)教學(xué)為背景，結(jié)合物理教學(xué)實(shí)際特點(diǎn)，對國內(nèi)外的移動學(xué)習(xí)、泛在學(xué)習(xí)和教育大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，詳細(xì)敘述了大數(shù)據(jù)教學(xué)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法、作用和如何進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、教育改革的采取措施和評價(jià)。

【關(guān)鍵詞】大數(shù)據(jù) 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué) 改革 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

【中圖分類號】F0-4；G642.423 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）27-0103-02

引言

現(xiàn)代社會是一個信息化的社會，中國教育信息化也是如火如荼的開展，由此推出了中國教育和科研網(wǎng)。中國教育信息化發(fā)展是十分迅速的，在僅僅25年的時(shí)間內(nèi)在教育信息化就實(shí)現(xiàn)了很大的提高，教育數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過預(yù)期目標(biāo)。面對如此數(shù)量巨大的數(shù)據(jù)庫，如何正確合理有效的利用這些大數(shù)據(jù)是我們應(yīng)該面對和解決的一個重要課題。駕馭大數(shù)據(jù)已經(jīng)成為教育領(lǐng)域的一個重要組成部分，滲透到教育的方方面面，它不僅僅可以對教育管理提供幫助、方便決策，也可以促進(jìn)教育和學(xué)習(xí)。

一、教育大數(shù)據(jù)促進(jìn)個性化的自適應(yīng)學(xué)習(xí)

2012年10月美國教育部提出來一個簡單卻又意義重大的問題——利用教育大數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析和學(xué)習(xí)特點(diǎn)分析來提高學(xué)生個性化的自主適應(yīng)性學(xué)習(xí)能力，最終實(shí)現(xiàn)每位學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)[1]。

物理這門課程本就貼近生活，實(shí)用性很強(qiáng)。物理實(shí)驗(yàn)更是將實(shí)際與教學(xué)密切結(jié)合起來的一門綜合性課程。它首先要求學(xué)生能掌握扎實(shí)的課本基礎(chǔ)知識和工程課程，然后在此基礎(chǔ)上提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)知識、操作技能和學(xué)習(xí)的整體質(zhì)量。在物理實(shí)驗(yàn)的過程中，也是培養(yǎng)學(xué)生動手能力的開始。這就要求教師改變傳統(tǒng)死板的教學(xué)模式和課程安排，而教育大數(shù)據(jù)正滿足了這一需求，在未來的教育改革中，教育大數(shù)據(jù)的開發(fā)與利用具有勢不可擋的趨勢在此之前我們壽面要面對的問題就是如何挖掘開發(fā)大數(shù)據(jù)，使之能夠更好的服務(wù)于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

二、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的數(shù)字化

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程注重實(shí)踐，其數(shù)字化建設(shè)也應(yīng)該根據(jù)每位學(xué)生的個性化開展，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，為以后的自適應(yīng)學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。其數(shù)據(jù)化建設(shè)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：每位學(xué)生的資料數(shù)據(jù)化、教學(xué)內(nèi)容和方法的數(shù)據(jù)化和實(shí)驗(yàn)安排數(shù)據(jù)化。物理教學(xué)領(lǐng)域應(yīng)嘗試建設(shè)數(shù)據(jù)化的物理實(shí)驗(yàn)，使每位學(xué)生能夠從中獲得有價(jià)值的數(shù)據(jù)?？梢岳眠@些數(shù)據(jù)來建立數(shù)學(xué)模型，將每位學(xué)生的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)模型進(jìn)行對比，可以詳細(xì)的了解到學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和結(jié)果。

（一）學(xué)生基本信息的數(shù)字化

要想全面的實(shí)施因材施教，就一定要做好學(xué)生工作，掌握學(xué)生的基本信息。學(xué)生的基本信息可以用來分析學(xué)生各方面的特點(diǎn)。學(xué)生可以在指定教育學(xué)習(xí)平臺上先注冊個人賬號，通過填寫問卷調(diào)查和個性小測試去完整基本信息。要想能順利的開展教學(xué)數(shù)字化工作，首先就要做好信息采集工作。數(shù)字化教育的一個重要作用就是利用教育學(xué)和心理學(xué)的基本原理對每位學(xué)生設(shè)定了數(shù)據(jù)模型，學(xué)生選擇物理實(shí)驗(yàn)、心理困惑時(shí)，都可以及時(shí)的提供相應(yīng)幫助。

（二）實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容和過程的數(shù)字化

學(xué)生的數(shù)字化可以使教師輕松地了解到學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前的情況，但教師在此之后就無法了解到學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的進(jìn)度。在整個物理實(shí)驗(yàn)中，學(xué)習(xí)的進(jìn)度和方法、學(xué)生的各方面因素也是不斷發(fā)生變化的。因此，根據(jù)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，數(shù)字化模型也應(yīng)該不斷地調(diào)整。要實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)，必須對學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的內(nèi)容和過程進(jìn)行數(shù)字化處理。這就要求教師在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺提供大量的學(xué)習(xí)資源，如微課、模擬實(shí)驗(yàn)等，以供學(xué)生在不同實(shí)驗(yàn)不同階段選擇適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)內(nèi)容提升自己。同時(shí)，學(xué)生在利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)過程中的細(xì)節(jié)，如學(xué)生每次學(xué)習(xí)時(shí)間、鼠標(biāo)的點(diǎn)擊量、每張網(wǎng)頁的閱讀時(shí)間和錯誤的種類等都應(yīng)記錄在電子學(xué)習(xí)平臺上，以方便教師可以更具體更詳細(xì)的了解學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的動態(tài)。除此之外，實(shí)驗(yàn)儀器的數(shù)據(jù)更加直觀的顯示了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的操作記錄，更重要的意義在于它能夠是學(xué)生詳細(xì)的了解到自己在整個實(shí)驗(yàn)過程中的優(yōu)缺點(diǎn)。對于教師全面的分析學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況，記錄完整的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與過程是十分必要的。

2.3數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)報(bào)告

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)報(bào)告是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的關(guān)鍵內(nèi)容。要想有效順利地促進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，我們可以從改進(jìn)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，建立科學(xué)合理的評分考核制度。傳統(tǒng)的教育模式中形成的實(shí)驗(yàn)報(bào)告存在著一定量的問題，如內(nèi)容和形式方面都有所落后，不能跟上時(shí)代的步伐。而數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)報(bào)告的優(yōu)點(diǎn)大致有以下幾方面：

（1）教師可以根據(jù)學(xué)生的性格特點(diǎn)和能力，因材施教地對每位學(xué)生推行個性化實(shí)驗(yàn)報(bào)告，提高其學(xué)習(xí)興趣。

（2）數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)報(bào)告詳細(xì)記錄了實(shí)驗(yàn)的操作方法和過程，全面真實(shí)反映了學(xué)生的整個實(shí)驗(yàn)過程，方便老師查閱記錄。

（3）教師在修改電子實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)很便利，實(shí)驗(yàn)報(bào)告中存在的問題也可以參照網(wǎng)絡(luò)平臺的內(nèi)容加以糾正。

（4）數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)報(bào)告可以及時(shí)保存，方便以后隨時(shí)查閱了解學(xué)生成績，建立相應(yīng)模型。

三、物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

目前我國教育部門一直在推進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，而其更大的意義在于深化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，這就要求教師在以大數(shù)據(jù)為背景下，開展對如何在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)模式中使用大數(shù)據(jù)的探索。

（一）教學(xué)內(nèi)容

我國物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容一般都會有指定的實(shí)驗(yàn)，建立在物理實(shí)驗(yàn)教材和操作的指導(dǎo)上。在以大數(shù)據(jù)為背景下，教育內(nèi)容也應(yīng)該進(jìn)行數(shù)字化的改革，以適應(yīng)學(xué)生不斷發(fā)展的個性愛好。首先，我們要能為學(xué)生提供大量的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源以滿足不同的學(xué)生各種各樣的學(xué)習(xí)興趣，使他們每個人都可以根據(jù)自己的向往與愛好挑選適合自己的教材內(nèi)容。所以，教育者可以在網(wǎng)絡(luò)平臺上發(fā)布豐富的視頻、音頻、微課等教育資源，方便學(xué)生的隨時(shí)預(yù)習(xí)與復(fù)習(xí)。其次，也要注意提供實(shí)驗(yàn)儀器操作的數(shù)字化。在傳統(tǒng)的物理教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)儀器的操作都是非數(shù)字化的，不利于直觀反應(yīng)學(xué)生的操作過程且已經(jīng)不能滿足學(xué)生對實(shí)驗(yàn)儀器的要求。因此，對于新的實(shí)驗(yàn)方法和儀器都要設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容。

（二）教學(xué)方法

微課雖然能夠擴(kuò)大傳播范圍，提高知識的利用率，但針對性不強(qiáng)，不能滿足現(xiàn)代教學(xué)對個性化的要求。教師主動示范和個例講解，不利于學(xué)生構(gòu)建知識體系和理解。而且，現(xiàn)在我們教學(xué)時(shí)往往是將課堂講解和實(shí)驗(yàn)操作分開，那么在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生也不可能確切記得課堂上所學(xué)的理論。所以，我們應(yīng)首先來改變這種教學(xué)方法。教師可以根據(jù)學(xué)生的基本信息來設(shè)置實(shí)驗(yàn)方法，結(jié)合實(shí)際情況，根據(jù)教師和學(xué)生的實(shí)際情況設(shè)計(jì)多種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，學(xué)生可以有選擇性的接受[2]；其次，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺提供大齡的教學(xué)資源，學(xué)生可以根據(jù)自己的時(shí)間在閑暇課余時(shí)間對有疑問的地方重復(fù)學(xué)習(xí)加深理解，不受時(shí)間和空間的限制。數(shù)據(jù)庫中也記錄了各種各樣的疑難問題的答案，學(xué)生也可以不再只依賴于老師，進(jìn)行自主獨(dú)立學(xué)習(xí)。在某些特定的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生幾個也可以結(jié)合為一組共同完成一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，教師通過分析大數(shù)據(jù)，可以了解到學(xué)生之間的配合操作情況。

（三）探索新的教學(xué)模式

在教育大數(shù)據(jù)背景下，為了充分發(fā)揮教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法發(fā)生的根本性改變的優(yōu)勢，教師也應(yīng)該對每個物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式進(jìn)行創(chuàng)新，以方便發(fā)揮數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)的功效。通過數(shù)據(jù)挖掘，教師可以充分了解到學(xué)生的基本情況，可以為學(xué)生制定個性化的學(xué)習(xí)方案。平時(shí)注意觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，了解其學(xué)習(xí)行為和態(tài)度，有針對性的進(jìn)行指導(dǎo)，隨時(shí)解決學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)遇到的問題。

四、學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)方法的改革

（一）個性化的物理實(shí)驗(yàn)

個性化學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，注重發(fā)展學(xué)生的個性和培養(yǎng)學(xué)習(xí)愛好，采取適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法、內(nèi)容和評價(jià)促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，結(jié)合學(xué)生的基本情況，對每個學(xué)生建立數(shù)據(jù)模型，然后在教學(xué)的過程中依據(jù)數(shù)據(jù)模式分析學(xué)生的個性特征和發(fā)展?jié)撃?。個性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是指可以將一定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分配給學(xué)生，學(xué)生可以單獨(dú)或自由組合去制定修改實(shí)驗(yàn)方案，通過這種教學(xué)方式，可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，也可以使他們在這個過程中發(fā)現(xiàn)他們的興趣愛好，滿足了教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生的雙向需求。

（二）物理實(shí)驗(yàn)中的混合式學(xué)習(xí)

混合學(xué)習(xí)是指“在合適的時(shí)間內(nèi)，利用合適的學(xué)習(xí)技術(shù)通過合適的學(xué)習(xí)方法，以合適的學(xué)習(xí)方式使合適的學(xué)習(xí)者獲得最佳的學(xué)習(xí)效果”。這種學(xué)習(xí)方法的開展大大提高了學(xué)生們的學(xué)習(xí)效果[3]。該混合意義設(shè)計(jì)多方面：

（1）課本知識和多媒體課堂的混合

（2）正式的課堂教學(xué)與非正式的泛在自學(xué)

（3）線上學(xué)習(xí)與線下交流討論學(xué)習(xí)

五、結(jié)語

在如今的教育背景下，教育大數(shù)據(jù)的發(fā)展具有很大的應(yīng)用前景，它正在逐漸改變我們的教育方式，豐富我們的教育內(nèi)容，根據(jù)實(shí)際情況改革物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，努力為我國的教育事業(yè)創(chuàng)造一片新天地。

參考文獻(xiàn)：

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