大數(shù)據(jù)背景下大學(xué)物理教學(xué)模式優(yōu)化探究

董文澤，岳景華

(黃河交通學(xué)院，河南 焦作 454950)

0 引言

隨著信息化技術(shù)的高速發(fā)展，其在教育領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用，在這過程中產(chǎn)生的教育數(shù)據(jù)量逐年提升，也促使整個(gè)教育行業(yè)來到了大數(shù)據(jù)時(shí)代，因而如何進(jìn)行有效挖掘與利用這些數(shù)據(jù)，已成為擺在教育工作者面前的重要課題。現(xiàn)如今，大數(shù)據(jù)已成為教育信息化的關(guān)鍵構(gòu)成，并在教育領(lǐng)域全面滲透，其不僅能夠?yàn)榻逃虒W(xué)管理提供決策上的輔助，還能促進(jìn)教學(xué)與學(xué)習(xí)效果，通過教育數(shù)據(jù)與學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的挖掘分析，能夠?qū)崿F(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)[1]。大學(xué)物理學(xué)科既包含專業(yè)基礎(chǔ)課程，也有大量實(shí)驗(yàn)知識(shí)，為了滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)需求以及凸顯出學(xué)生在教育教學(xué)中的主體地位，需要教師改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，在這其中教育大數(shù)據(jù)將發(fā)揮巨大作用，為現(xiàn)代化教育打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

1 大數(shù)據(jù)背景下大學(xué)物理課程的數(shù)字化

課程的數(shù)字化建設(shè)充分滿足了學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，并且能起到數(shù)據(jù)挖掘與學(xué)習(xí)分析的效果。具體來講，其主要包含學(xué)生信息數(shù)字化、學(xué)習(xí)內(nèi)容與過程數(shù)字化，每一位學(xué)生均能從中獲取有效數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行數(shù)學(xué)模型建立，通過與學(xué)生數(shù)據(jù)的比較，科學(xué)評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果與進(jìn)展。

1.1 學(xué)生信息的數(shù)字化

學(xué)生基本信息主要包含智力與非智力兩方面因素，作用在于分析學(xué)生特點(diǎn)。其中智力因素是指認(rèn)知發(fā)展的一般特征，比如認(rèn)知能力、認(rèn)知結(jié)構(gòu)、知識(shí)接受水平等[2]；而非智力因素則包含興趣喜好、情感態(tài)度、意志力、品格等方面。通過在線問卷調(diào)查測試，能夠采集到這部分基本信息，為數(shù)字化打好基礎(chǔ)。結(jié)合與利用數(shù)據(jù)挖掘工具，為所有學(xué)生建立基本模型，學(xué)生可利用模型在學(xué)習(xí)物理知識(shí)時(shí)能夠獲得幫助。

1.2 學(xué)習(xí)內(nèi)容與過程的數(shù)字化

學(xué)生基本信息采集有助于教師全方位了解學(xué)生基本情況，但是并不能對(duì)具體學(xué)習(xí)過程進(jìn)行預(yù)測，而且在物理學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生的智力與非智力因素呈動(dòng)態(tài)變化，所以還要結(jié)合學(xué)習(xí)過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)字化模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。為了獲得這部分?jǐn)?shù)據(jù)，需要將學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容及過程數(shù)字化。學(xué)習(xí)內(nèi)容數(shù)字化需要教師在面向?qū)W生的電子學(xué)習(xí)平臺(tái)推送更多學(xué)習(xí)資源，比如微課視頻等，這類資源將成為不同學(xué)習(xí)階段學(xué)生的選擇。同時(shí)，學(xué)習(xí)過程中的學(xué)習(xí)時(shí)間、點(diǎn)擊數(shù)量、評(píng)論內(nèi)容、測試成績等，也將被記錄在電子學(xué)習(xí)平臺(tái)，形成數(shù)字化的學(xué)習(xí)過程。

2 大數(shù)據(jù)背景下大學(xué)物理教學(xué)改革

在大學(xué)物理教學(xué)中應(yīng)用教育大數(shù)據(jù)，除了要實(shí)現(xiàn)教學(xué)數(shù)字化以外，更重要在于推動(dòng)大數(shù)據(jù)教學(xué)改革，作為大學(xué)物理教師，要深入研究如何在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及教學(xué)模式當(dāng)中應(yīng)用大數(shù)據(jù)。

2.1 教學(xué)內(nèi)容

在當(dāng)前大數(shù)據(jù)背景下，為了適應(yīng)學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，需要追求數(shù)字化教學(xué)內(nèi)容。首先，需要提供數(shù)字化教學(xué)資源。豐富的學(xué)習(xí)資源能夠滿足不同學(xué)習(xí)類型的學(xué)生，讓他們能夠結(jié)合自身學(xué)習(xí)需求去優(yōu)選學(xué)習(xí)資源。因此，在電子學(xué)習(xí)平臺(tái)中應(yīng)當(dāng)提供視頻化、音頻化、虛擬化的物理學(xué)習(xí)資源，讓學(xué)生在預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)階段均可學(xué)習(xí)；其次，要提供與數(shù)字實(shí)驗(yàn)儀器操作相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容。物理學(xué)科中實(shí)驗(yàn)教學(xué)非常關(guān)鍵，但是在傳統(tǒng)教學(xué)中物理實(shí)驗(yàn)儀器并不是數(shù)字化的，雖然能夠在輔助手段加持下成為數(shù)字化，但是這樣的數(shù)字化與大數(shù)據(jù)的要求相差甚遠(yuǎn)，而且實(shí)驗(yàn)儀器數(shù)字化之后，步驟也會(huì)發(fā)生改變。所以，要結(jié)合全新的實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)儀器，重新設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容[3]。在多元化、數(shù)字化的教學(xué)內(nèi)容支持下，凸顯出大學(xué)物理教學(xué)中學(xué)生的主體地位。

2.2 教學(xué)方法

大學(xué)物理教學(xué)主要分為理論知識(shí)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)操作教學(xué)。微課視頻可顯著提升知識(shí)的傳播效率，但是難以適應(yīng)學(xué)生個(gè)性化的學(xué)習(xí)需求。而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)操作教學(xué)，教師一般會(huì)采用示范法和咨詢法，盡管能夠幫助學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn)，但是在幫助學(xué)生理解知識(shí)與建構(gòu)知識(shí)體系方面作用不大。此外，物理理論教學(xué)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在一定脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中難以回憶起相應(yīng)的理論知識(shí)。

基于教育大數(shù)據(jù)的大學(xué)物理教學(xué)，能夠有效改善上述教學(xué)方法的弊端。首先，教師能夠結(jié)合利用學(xué)生基本信息數(shù)據(jù)構(gòu)建的模型去安排教學(xué)計(jì)劃，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生特點(diǎn)去安排不同教學(xué)方法的教學(xué)內(nèi)容，如此可讓學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容全盤接受或部分接受；其次，在電子學(xué)習(xí)平臺(tái)上上傳豐富的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源，讓學(xué)生在課余時(shí)間學(xué)習(xí)理論知識(shí)，而且這部分知識(shí)能夠重復(fù)學(xué)習(xí)，不受時(shí)空局限，倘若學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到難題，還可以直接詢問與檢索，所有問題的答案都會(huì)記錄在數(shù)據(jù)庫中，便于學(xué)生檢索。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生能夠分成若干組展開實(shí)驗(yàn)操作，同組學(xué)生的知識(shí)水平、學(xué)習(xí)能力以及面臨的學(xué)習(xí)問題應(yīng)保持相似。在教育大數(shù)據(jù)的加持下，教師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的指導(dǎo)更具針對(duì)性，這有助于學(xué)生建構(gòu)物理知識(shí)體系。

2.3 教學(xué)模式

大數(shù)據(jù)背景下，大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法發(fā)生了本質(zhì)改變，為了適應(yīng)變化帶來的影響，需要為物理教學(xué)探索全新教學(xué)模式，同時(shí)要保證教學(xué)模式充分發(fā)揮出數(shù)據(jù)挖掘與學(xué)情分析的效果。首先，通過大數(shù)據(jù)挖掘，知曉每一位學(xué)生基本情況，進(jìn)而為學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容；其次，通過學(xué)情分析，知曉學(xué)生學(xué)習(xí)過程中面臨的難點(diǎn)，針對(duì)性地對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行指導(dǎo)；再次，使學(xué)生利用電子學(xué)習(xí)平臺(tái)中的教學(xué)資源對(duì)理論知識(shí)、實(shí)驗(yàn)操作流程進(jìn)行學(xué)習(xí)，教師能夠結(jié)合電子學(xué)習(xí)平臺(tái)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)去分析學(xué)生知識(shí)掌握程度，從而組織教學(xué)活動(dòng)；最后，利用大數(shù)據(jù)對(duì)學(xué)生物理學(xué)習(xí)過程進(jìn)行記錄，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的整體性評(píng)價(jià)。

3 大數(shù)據(jù)背景下學(xué)習(xí)物理方法的改革

大學(xué)物理教學(xué)模式改革的核心在于構(gòu)建以學(xué)生為主體的教學(xué)模式，所以教學(xué)改革一定要滿足學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，可將信息化技術(shù)融入物理學(xué)習(xí)當(dāng)中，這有助于學(xué)生物理知識(shí)體系的構(gòu)建。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)學(xué)習(xí)、泛在學(xué)習(xí)均能良好實(shí)現(xiàn)，在現(xiàn)實(shí)生活中也能夠看到非正式學(xué)習(xí)的身影，在大學(xué)物理教學(xué)模式改革中也可借鑒這類學(xué)習(xí)方法。

3.1 個(gè)性化的物理學(xué)習(xí)

所謂個(gè)性化學(xué)習(xí)，指的是學(xué)習(xí)過程需要與學(xué)生個(gè)性、發(fā)展?jié)摿ο喾\(yùn)用合適的教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)評(píng)價(jià)，推動(dòng)學(xué)生的全面發(fā)展。從教育學(xué)與心理學(xué)層面來看，教育大數(shù)據(jù)通過數(shù)字化模型的建立，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況記錄去分析學(xué)生的個(gè)性以及發(fā)展?jié)摿Γ瑫r(shí)數(shù)字化模型與數(shù)據(jù)也應(yīng)該呈現(xiàn)更豐富的變化，使學(xué)生能夠選擇相應(yīng)的數(shù)字化模型去學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)。我們以大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，個(gè)性化的物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)包含實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，其中實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目個(gè)性化指的是系統(tǒng)能夠?qū)⑾嘁说捻?xiàng)目分配給學(xué)生，學(xué)生能夠?qū)?xiàng)目進(jìn)行修改，這一方式既能實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，也能滿足學(xué)生學(xué)習(xí)需求；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容個(gè)性化則是指利用大數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)進(jìn)展、學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)進(jìn)行分析，然后結(jié)合分析結(jié)構(gòu)為其分配實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容。必要情況下，教師可與學(xué)生進(jìn)行面對(duì)面輔導(dǎo)。此外，個(gè)性化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也包含對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)潛力的預(yù)測。

3.2 混合式學(xué)習(xí)

混合式學(xué)習(xí)指的是在適當(dāng)時(shí)機(jī)，利用適當(dāng)學(xué)習(xí)技術(shù)，通過適當(dāng)學(xué)習(xí)方法，以適當(dāng)?shù)膫鬟f方式讓學(xué)習(xí)者獲得最好的學(xué)習(xí)效果。在傳統(tǒng)的大學(xué)物理學(xué)習(xí)中，主要以教材和課堂教學(xué)活動(dòng)為載體，這種教學(xué)模式帶來的學(xué)習(xí)效率偏低，無法滿足每一位學(xué)生的需求。大數(shù)據(jù)背景下大學(xué)物理混合式學(xué)習(xí)涉及多方面，如：(1)基于教材與基于多媒體資源的學(xué)習(xí)之間的混合；(2)正式的課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)與非正式的泛在學(xué)習(xí)活動(dòng)的混合；(3)線上交流與線下交流的混合[4]。當(dāng)然，以上種種混合并不能隨意為之，需要滿足上述提出的4個(gè)“適當(dāng)”。在大學(xué)物理教學(xué)中，教材依舊是學(xué)生學(xué)習(xí)的主要資源，其中有著完整的知識(shí)與邏輯體系。而多媒體資源的呈現(xiàn)形式更加多元，在助力學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解方面有更好效果。所以，物理理論知識(shí)可用泛在學(xué)習(xí)方式完成，線上交流能夠拓寬交流時(shí)間與空間，而泛在學(xué)習(xí)與線上交流都會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析便能為后續(xù)的物理學(xué)習(xí)形成指導(dǎo)。

4 大數(shù)據(jù)背景下大學(xué)物理教學(xué)評(píng)價(jià)改革

在大學(xué)物理教學(xué)當(dāng)中，教學(xué)評(píng)價(jià)屬于其中的核心環(huán)節(jié)。終結(jié)性評(píng)價(jià)能夠?qū)W(xué)生的實(shí)際能力進(jìn)行檢查，而診斷性評(píng)價(jià)與形成性評(píng)價(jià)能夠準(zhǔn)確定位到學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的問題且向教師反饋。評(píng)價(jià)作為教與學(xué)之間的銜接紐帶，不同形式的評(píng)價(jià)方法并不是無法共存的關(guān)系，相反它們彼此間聯(lián)系十分緊密，不管是形成性評(píng)價(jià)，抑或是終結(jié)性評(píng)價(jià)，均帶有診斷“色彩”。在實(shí)際的大學(xué)物理教學(xué)中，教學(xué)評(píng)價(jià)包含預(yù)習(xí)、過程與練習(xí)等方面，但是這種評(píng)價(jià)過程非常粗淺，效果十分有限。利用大數(shù)據(jù)則能改變這一現(xiàn)狀，它通過對(duì)學(xué)生物理學(xué)習(xí)過程的全程記錄，能夠細(xì)致地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，真實(shí)且客觀地反映出學(xué)生的學(xué)習(xí)水平。

5 結(jié)語

大數(shù)據(jù)在教育事業(yè)發(fā)展中能夠發(fā)揮巨大作用，其發(fā)展前景非常廣闊。同時(shí)，教育大數(shù)據(jù)也勢(shì)必對(duì)現(xiàn)代教育理念與教學(xué)模式形成沖擊，在大學(xué)物理教學(xué)模式改革中，需要及時(shí)構(gòu)建大學(xué)物理大數(shù)據(jù)庫、電子學(xué)習(xí)平臺(tái)等。立足大數(shù)據(jù)背景，通過數(shù)據(jù)挖掘與分析，不斷推進(jìn)以學(xué)生為核心主導(dǎo)的教學(xué)改革。