基于教育大數據的高中物理學情診斷和教學優化策略研究

盧玉斌

【摘 要】在大數據時代，很多事物的本質都是數據。經過分析發現潛藏在其后的規律，能夠給予制定決策方案強有力的支撐。本文主要分析基于教育大數據的高中物理學情診斷現狀，提出從概念出發，提升學生的深入理解能力;開展更多的專題講解，形成完善的知識體系;建立系統性的糾錯回顧學習機制，形成“肌肉記憶”等基于教育大數據，優化高中物理教學的有效策略，以供參考。

【關鍵詞】教育大數據;高中物理;學情診斷;教學優化策略

【中圖分類號】G633.7? 【文獻標識碼】A? 【文章編號】1671-8437（2020）28-0047-02

教育大數據，是指將數據分析模式應用于教育領域，通常具備“大量”“高速”“多樣”“低價值密度”

“真實性”五個特點，這五個特點分別代表普遍性、信息更新速度快（長時間停滯的信息缺乏分析價值）、涉及的方面多樣化（不會遺漏重點）、數量大、能夠客觀反應真實情況。將該模式應用于高中物理學情診斷分析，可以從根本上確認制約學生成績的原因，進而“對癥下藥”。

1? ?基于教育大數據的高中物理學情診斷現狀分析

基于教育大數據得出的高中物理學情診斷現狀如下，以某中學物理課教學為例展開分析。

（1）部分學生對“力學”有關概念的理解停留在“表面”階段，對何種力發揮主要作用缺乏系統性思考。如牛頓第三運動定律：兩個物體之間存在作用力與反作用力，且在同一直線上，大小相等，方向相反。從字面意義上看，該定義可理解為“兩個物體發生相互作用時，如果一個物體對另一個物體產生了作用力，那么同時另一物體也產生了方向相反、大小相等的反作用力”。但在遇到實際問題時，如“一個箱子A在水平地面上，在外部推力F的作用下，以速度v沿直線勻速移動，路面中間存在一個體積質量完全相同的箱子B，當二者相撞時，兩個箱子之間存在何種作用力”，題設圍繞“兩個箱子”展開，箱子A在向前勻速移動的過程中受到的力為F。由問題入手進行分析，只需考慮“兩個箱子”之間的“作用力”與“反作用力”即可，但很多學生往往脫離兩個目標物體，甚至將多種作用力產生的實際效果混淆，導致求解過程中經常出現思維性的錯誤。

（2）針對高中物理課本上的很多概念性內容，一些學生雖然能夠理解字面意思，對于每一種參數的含義也能正確認識，但練習題目一旦出現變式（難度增加），學生就往往無從下筆，不知從何處展開分析。“速度與路程”章節的追及和相遇問題是教學難點。如“A、B兩地相距720千米，貨車和客車同時從兩地相對開出，已知客車保持每小時55千米的速度勻速前進，5小時之后，兩輛車之間仍然相距30千米，求貨車的速度”。如果問題均為此種難度，則學生無論是進行題設分析還是實際解答，均不會出現太大的問題。此題為典型的相遇問題，核心思路為客車路程（客車速度×時間）+貨車路程（貨車速度×時間）+一定時間后的相距距離=總位移（高中物理概念不夠規范），故上述問題中的貨車的速度=（720-55×5-30）÷5=83（千米）。增加難度，將“勻速前行”條件改為加速前行，題目中增加新的變量——兩輛車不同的加速度為a1和a2，將最終問題由貨車速度求解轉變為與車輛加速度有關的探討，則學生能成功解答的概率明顯

降低[1]。

教育大數據檢測系統通常分為三個層次，即基礎設施層、計算層和應用層，如果“籠統”對照高中物理學習過程，則可以轉換為“概念理解”“題設分析計算”“知識實際應用”。如果將三項內容“拆開”分別講解，則學生普遍可以深入理解。但整體來看，“結合”已成為高中物理教學最大的難點之一。很多時候，學生無法梳理題目條件，無法發現起關鍵作用的條件。換言之，如何在審題過程中確認考查內容很重要。在此基礎上，學生要梳理已知條件，找到求解最終答案必須具備的關鍵參數;經過合理推導，使答案獲得足夠的過程支撐。而系統性思維的缺乏，使學生無法將知識點連接成一個整體。這是教育大數據分析下高中物理教學面臨的最大難題之一。

2? ?基于教育大數據，優化高中物理教學的有效策略

2.1? 從概念出發，提升學生的深入理解能力

在應試教育體系下，高中物理教師往往是課堂絕對的“主導者”，為控制整個班級學生的整體學習進度，而忽視學生在教學中的主體地位。盡管絕大部分教師兢兢業業，將書本內容按照章節體系總結成精致的“知識點”，但對于學生思維層面的提升起到的實際效果極為有限。從基于教育大數據反饋的高中物理教學現狀來看，從知識的概念出發，提升學生的深入理解能力，是優化高中物理教學方式、提升學生物理成績、提升學生物理學習水平的首要工作。如“簡諧運動”的定義為“物體總是在跟其偏離平衡位置的位移大小成正比，方向總指向平衡位置的回復力的作用下的振動”。需要注意的是，不同學生具有不同的邏輯思維能力、語言表達能力、事物分析能力，盡管上述定義十分清楚，但部分學生在腦海中根本無法呈現出簡諧運動的變化趨勢圖。故必須深入解讀定義，讓學生用自己的語言完整闡述簡諧運動的核心特性。如“偏離平衡位置的位移大小成正比，并總是指向平衡位置的回復力的作用”需要分四個層面理解。

（1）平衡位置。其可以視為“中心位置”或“中心點位”，在該點位的上下或左右范圍內保持“平衡運動”，即物體向左移動一定距離，回到該位置后，也會向右移動相同的位置，且軌跡、時間等完全一致，具有對稱性。

（2）與位移大小成正比的是“回復力”。即物體向特定方向移動的距離越大，回復力也會越大;移動的距離越小，回復力也越小。

（3）指向平衡位置。其表明移動方向處于一條直線，物體必然反復穿過平衡位置。

（4）物體受此種“回復力”的作用控制，進行振動的全過程，被稱為簡諧運動[2]。

按照上述四個層面，將一段較為復雜的物理學定義拆解，能在加深學生對知識點的理解的同時，促進學生形成知識體系。

2.2? 開展更多的專題講解，形成完善的知識體系

從基于教育大數據得出的高中物理學情診斷分析結論來看，造成物理課程學習質量較低的另一項重要原因在于部分學生對于物理知識應該如何應用存在疑問。換言之，“學以致用”理念長期無法得到貫徹落實。此問題需要一分為二看待：其一，一些學生對理解知識概念沒有問題，無論是練習還是考試，均不會出現較大差錯，但無法結合實際應用，即學生無法解決圍繞知識點進行延展而出具的習題;其二，部分學生不知道物理知識在現實生活中的具體應用，導致缺乏學習目標。面對此類情況，筆者認為，教師不僅應開展更多的專題講解，使學生形成完善的知識體系，還應在教學中，引導學生“角色扮演”，解決實際問題，從而達到“帶動”的目的。如2020年7月，我國自主研發的北斗衛星定位系統的最后一顆組網衛星成功發射，徹底打破了GPS的戰略威脅，并狠狠地打擊了歐盟將中國排除在“伽利略計劃”之外的不良居心（伽利略計劃至今已然破產）。而與北斗衛星有關的物理知識涉及天體運動、宇宙速度等，當教師將教學與熱點信息相結合，并開展專題講解時，學生的興趣必然得到激發[3]。

2.3? 建立系統性糾錯回顧學習機制，形成“肌肉記憶”

社會上存在“天才”，其異于常人的大腦提供的抽象思維視角，使其能夠發現普通人無法看到的新事物。對于絕大多數人來說，“熟能生巧”“書山有路勤為徑”是獲得成功的唯一途徑。物理知識趣味性十足，但也十分強調嚴謹性和精確度。從基于教育大數據的統計結果來看，學生普遍存在“差不多”心態，這從本質上造成了學生“無法完全掌握知識”的客觀現狀。基于此，必須建立系統性糾錯回顧學習機制，引導學生形成“肌肉記憶”。所謂肌肉記憶，最早出現在軍隊以及職業競技體育訓練中，指通過高強度、高頻率的練習，使人在面對特定事物時，無需大腦思考，身體肌肉下意識地做出正確的應對反應。此原理同樣適用于高中物理教學，只有引導學生反復思考錯誤成因，不斷查缺補漏，才能牢固掌握有關知識，使物理教學效果得到提升。

近年來，應用教育大數據分析模式對不同學科進行學情分析，雖然獲得了一定的真實信息，但由于統計的結構化數據維度較少，數據來源并不豐富。此外，校園不應該成為學生獲取知識的唯一場所，地方的圖書館系統、網絡資源平臺系統等尚未與教育大數據實現全面對接，使得學生的真實想法、學習習慣等重要因素無法得到實時的反饋，因而需要進一步加強。

【參考文獻】

[1]盧瑜.高中物理教學中學生創新精神和創新能力的培養[J].科學咨詢（科技·管理），2020（8）.

[2]曹懷春.新課程理念下高中物理有效性課堂教學探討[J].科學咨詢（教育科研），2020（7）.

[3]黃俊喜.高中物理學習策略及其教學對策淺探[J].科學咨詢

（教育科研），2020（7）.