淺談大數(shù)據(jù)時代的高中物理教學

譚崇宇 陳苗

2012年10月，美國教育部發(fā)布了《通過教育數(shù)據(jù)挖掘和學習分析促進教與學》的報告。這一報告的發(fā)布，宣告了“數(shù)據(jù)驅(qū)動學校，分析變革教育”的教育大數(shù)據(jù)時代已經(jīng)來臨，掀起教與學的又一次變革。前面所說的數(shù)據(jù)就是當前頻率最高的一詞“大數(shù)據(jù)”，目前對大數(shù)據(jù)比較流行的解釋是，無法在可承受的時間范圍內(nèi)用常規(guī)軟件工具進行捕捉、管理和處理的數(shù)據(jù)集合。大數(shù)據(jù)具有Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多樣）、Value（價值）4V特點。大數(shù)據(jù)技術(shù)的戰(zhàn)略意義不在于掌握龐大的數(shù)據(jù)信息，而在于對這些含有意義的數(shù)據(jù)進行專業(yè)化處理，在于通過對數(shù)據(jù)的“加工”實現(xiàn)數(shù)據(jù)的“增值”。而大數(shù)據(jù)思維就是對數(shù)據(jù)收集加工的意識。處理速度的變化僅僅是大數(shù)據(jù)的表象，更重要的是有意識地對數(shù)據(jù)價值進行深化。作為基礎(chǔ)教育的重要學科（高中物理）教育，理應(yīng)是貫穿和滲透大數(shù)據(jù)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(xiàn)狀

1.重記憶輕理解

只注重傳統(tǒng)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(chuàng)新能力的培養(yǎng)，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(jié)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(shè)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(shù)學推理：如果v與x成正比，將會得到荒謬的結(jié)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(shè)法用斜面做實驗。通過上百次對不同質(zhì)量的小球沿不同傾角的光滑斜面上運動的定量研究，發(fā)現(xiàn)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(shè)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(guān)系到千家萬戶，豎看關(guān)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(fā)人的創(chuàng)造精神，一是窒息人的創(chuàng)造精神”。顯然，我們現(xiàn)階段的教學方法和手段所產(chǎn)生的力量是不言而喻的，歸宿實在令人擔憂！

二、大數(shù)據(jù)思維對高中物理教學的影響和作用

大數(shù)據(jù)具有四個特點：大量、高速、多樣、價值。其戰(zhàn)略意義不在于掌握龐大的數(shù)據(jù)信息，而在于對這些含有意義的數(shù)據(jù)進行專業(yè)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(xiàn)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(guān)的練習題，就樣就能避免學生做大量的重復(fù)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(jīng)驗講解，通過大數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)思想。

3.在實驗教學過程中，通過傳感器獲取大量的數(shù)據(jù)，從中篩選有用的數(shù)據(jù)來探究和驗證物理規(guī)律，重現(xiàn)科學家的研究過程，這不正體現(xiàn)了新課標的過程與方法、情感態(tài)度與價值觀嗎？如α散射實驗中的大部份粒子幾乎不偏轉(zhuǎn)，少部份粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，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(jié)構(gòu)模型嗎？

三、大數(shù)據(jù)思維滲透高中物理教學的阻礙

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

2.正如前面所講，不是大數(shù)據(jù)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(yè)上利用大數(shù)據(jù)思維最終是要創(chuàng)造商業(yè)價值的話，而我們教師必須關(guān)注所有學生產(chǎn)生的一切數(shù)據(jù)。

3.要讓中學物理實驗教學適應(yīng)大數(shù)據(jù)時代的要求，必須創(chuàng)新物理實驗裝備建設(shè)，使之具備實驗教學全過程的數(shù)據(jù)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(shè)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(shè)中學物理“未來實驗室”，開展基于網(wǎng)絡(luò)學習空間的物理教學實踐，讓“翻轉(zhuǎn)課堂”、“微課程”、“慕課”等信息信化教學模式在基礎(chǔ)教育中生根發(fā)芽，讓基于大數(shù)據(jù)思維的學習分析早日在中學物理教育中充分發(fā)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）