大數據背景下初中物理創新實驗教學的研究

摘 要：大數據（big data），指無法在一定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，是需要新處理模式才能具有更強的決策力、洞察發現力和流程優化能力的海量、高增長率和多樣化的信息資產。這樣說或許比較抽象，總之大數據就是運用數目極多的數據信息進行整合管理和分析，得到目標結果，這就是大數據技術，其中包含了云計算、分布式處理技術、存儲技術和感知技術等。2013年被認為是大數據元年，這一年里美國出臺了大數據計劃，英國成立了首個大數據開放中心，我國各項互聯網項目蓬勃發展，短短數年時間大數據走進了我們社會的各個方面，各個領域都將受到大數據變革的巨大沖擊。中學物理實驗毫無疑問會受到巨大影響，如何運用大數據改變傳統物理實驗教學，將之提升到更高的教育水平，使它更適用于信息化時代對學生的科學思維的要求，本文將對上述問題進行初步的探討和研究。

關鍵詞：大數據；初中物理；實驗教學；滬科版

在大數據逐漸占據我們生活的方方面面之時，運用大數據對傳統教學方式進行變革也可以成為現實，在傳統教學模式中諸多難以實現的難題，在大數據的處理下將得到完美解決。運用大數據不是說一味地摒棄傳統教學模式，而是對傳統教學模式和信息化多媒體技術進行融合，實現優于傳統教學模式的一種新的教學模式。而實驗教學由于本身的學習性質，有大量的數據需要處理，使用大數據技術會更加明顯的表現出優點，而且在初中物理實驗中，以電參數反映測量結果的最多，即便不是電信號作為參數的，也可以通過簡單的方法快速將其轉化為電參數，所以中學物理實驗是最容易實現數字化，最便于運用大數據進行教學輔助的，再加上中學物理教師一般對傳感器和數字化原理更為熟悉，所以，初中物理創新實驗教學在大數據運用中難度較低，更具有可行性。

一、 大數據技術概念論述

對于“大數據”（Big data）研究機構Gartner給出了這樣的定義：“大數據”是需要新處理模式才能具有更強的決策力、洞察發現力和流程優化能力來適應海量、高增長率和多樣化的信息資產。

麥肯錫全球研究所給出的定義是：一種規模大到在獲取、存儲、管理、分析方面大大超出了傳統數據庫軟件工具能力范圍的數據集合，具有海量的數據規模、快速的數據流轉、多樣的數據類型和價值密度低四大特征。

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。換而言之，如果把大數據比作一種產業，那么這種產業實現盈利的關鍵，在于提高對數據的“加工能力”，通過“加工”實現數據的“增值”。

從技術上看，大數據與云計算的關系就像一枚硬幣的正反面一樣密不可分。大數據必然無法用單臺的計算機進行處理，必須采用分布式架構。它的特色在于對海量數據進行分布式數據挖掘。但它必須依托云計算的分布式處理、分布式數據庫和云存儲、虛擬化技術。

二、 大數據背景下中學物理實驗特點

（一） 傳統物理實驗室與數字化實驗室的區別

傳統物理實驗室使用的器材都是非常常規的，如刻度尺、天平、電流表、電壓表等。實驗精度不高，觀測數據困難，數據記錄繁瑣，雖然可以很好地鍛煉學生的動手實踐能力，但是一場實驗下來，大部分時間花費在數據處理上，對于實驗原理的理解和物理規律的總結完全不夠，而且長時間面對復雜的數據極易導致學生產生厭學情緒，不利于對學生的思維進行激發和培養。而大數據下的物理實驗室大量運用傳感器和計算機軟件等信息化技術，數據測量精確，記錄整理快速，可自動繪制精確的圖像，對于物理現象和規律觀察更加直觀，方便學生自行對實驗結果進行總結，有利于培養學生學習興趣。

（二） 學生自主探究性實驗

以往的教學過程中，教師對于一些傳統實驗的講解往往局限于語言描述和自己演示，學生無法真正參與到實驗中，無法體驗到實驗的樂趣，容易對實驗結論產生疑問。例如在物體動能的影響因素這個實驗中，老師僅通過講解要求學生消化該內容，由于沒有通過實驗證明，學生會一直帶著疑惑學習，對于學生的影響是不利的。而如果在斜坡下設置光電門傳感器，實時記錄小球通過斜坡底部的速度，并將之立即呈現出表格進行對比，學生很快可以理解實驗結論，有助于后面內容的學習。

三、 大數據技術應用方法策論

（一） 物理實驗儀器全面實現數字化

要讓初中物理實驗教學適應大數據時代，首先實驗設備必須實現創新，要具備對教學過程的數據進行采集和儲存的能力，未來中學物理實驗室的建設要突破傳統的界限，可以通過AI人工智能、圖像分析等技術構建起和互聯網進行數據交換的橋梁。同時，DIS Lab數字實驗室的構建，建設成一體的數字化信息采集系統，使其成為實驗室的標配。

（二） 物聯網技術的引入

據了解，已經有不少中學實驗室引入了DIS系統，但都是通過數據線進行數據采集，傳感器的使用和數據采集受到線纜的限制，使用不夠方便，而且這樣的實驗系統，數據分享受到限制，每一個實驗小組成為一個信息孤島，這不是真正大數據實驗室存在的現象，而物聯網技術的引入，通過激光掃描、紅外感應器等信息傳感設備，可將任何物品和互聯網連接，進行信息交換共享，實現智能識別、管理。物聯網技術可以免除線纜障礙的困擾，突破傳感器數量的限制，整個實驗室成為一個整體協同工作，增加小組間交流學習的機會，將DIS系統真正用到實處。

四、 激活學生科學思維策略分析

（一） 科學使用多媒體授課

有些淺顯易懂的實驗不需要進實驗室進行操作，可以利用教室內的多媒體系統給學生展示實驗課件和實驗視頻，讓學生自主學習，在升學考試的復習中利用這些數據資源展示物理實驗也是非常好的選擇。比如滬科版多彩的光這一章節，“凸透鏡成像”實驗的探究學習時，老師將提前制作完成的課件傳輸到學生的平板電腦中，再通過互聯網對實驗數據共享，并在軟件中反饋出實驗規律，幾分鐘之內就可將整個實驗完全消化，還可以立即對實驗進行回顧，加深記憶，理清實驗的科學思維。一些類似的實驗教學都可以采用這種方法，就可以節省大量時間，起到事半功倍的效果。

（二） 應用信息化教學模式

翻轉課堂教學模式屬于信息化教學的一種方式，是基于大數據時代發展的教育教學產物，其將知識學習的場所不再局限在教室里，通過PC、平板、智能手機等移動終端隨時隨地可以進行學習，傳統的課堂發展成為教師與學生、學生與學生之間交流互動的場所，包括答疑解惑、知識運用等，從而實現更好地教學效果。如在滬科版第十七章“電流的磁場”的教學過程中，傳統實驗教學無法完美呈現實驗效果，在課后通過電子設備播放微視頻等，對相應的重點難點反復學習鞏固，解決課堂上的困惑。其他的一些如微課程、慕課等新興的教學模式也都已經在教育領域掀起了教與學的新浪潮。家長學生也開始嘗試利用這些教學資源進行學習、訓練、提升、變通，收獲了良好的效果，信息化教學模式受到極大的歡迎，這種成績和效益，推動著傳統課堂不斷創新思維，給予學生自由學習的空間，有利于激活學生的科學思維。

（三） 建立物理實驗真題數據庫

將歷年的物理實驗中考真題統一收集起來，按知識點進行分類匯編，配齊相關參考答案與解析，使用慕課、微課程、翻轉課堂等網絡教學平臺，制作成習題庫。可以方便同學們在線答題，自行查找答案，及時糾正錯誤，并且可以和老師進行線上溝通答疑。同時，利用大數據技術可以針對學生的答題類型、錯誤情況等分析題目陷阱、易錯點和失分點，針對不同的情況推薦進行針對性學習訓練，對重難點及時鞏固。

（四） 數字化教學促進思維變革

傳統物理實驗教學需要學生手動收集數據，手動繪圖，這樣的方式不但會花費更多的時間和精力，并且最后的數據不一定準確，而且各同學的實驗動手能力不同，在圖像的繪制上也往往存在一定程度的偏差，由此會得出錯誤的結論，造成對學生的誤導。另外在傳統物理下學生更多的是嚴格按照實驗步驟進行具體操作，幾乎不會違背教科書上的步驟，這極大地束縛了學生思維的發散性，嚴重阻礙了對學生科學思維的激發與培養。而數字化的教學最為注重的就是對學生科學思維能力的培養與鍛煉，數字化實驗要求教師進行創造性、開放性的教學，引導并且培養學生獨立思考，提高創新思維與科學思維。

五、 結語

大數據時代的到來是不可阻擋的，在大數據時代，初中物理實驗教學要想進步，必然要順應時代的發展，這對于現在的物理實驗教學方式既是機遇，也是挑戰。大數據在物理實驗教學中的應用，是教育現代化的標志，也是新時代教育對學生和教師能力的要求，是培養學生科學思維的新途徑。在大數據的背景下對初中物理實驗教學創新的研究，具有重要意義，能夠促進教師、學生共同發展，為培養素質全面、具有創新思維的社會主義現代化強國的建設者們夯實基礎。

參考文獻：

[1]樊琳.深入實踐大數據，點綴物理真悟理[J].名師在線，2017（15）：80-8.

[2]苗壯.數據思維與中學物理教學創新[J]考試周刊，2014（69）：137-138.

[3]梁建.大數據視野下物理實驗激活初中生科學思維的策略研究[J].中學物理，2015，33（18）：5-6.

作者簡介：

黃艷娟，福建省福州市，福州外國語學校。