大數(shù)據(jù)背景下初中物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究

摘 要：大數(shù)據(jù)（big data），指無法在一定時(shí)間范圍內(nèi)用常規(guī)軟件工具進(jìn)行捕捉、管理和處理的數(shù)據(jù)集合，是需要新處理模式才能具有更強(qiáng)的決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力的海量、高增長(zhǎng)率和多樣化的信息資產(chǎn)。這樣說或許比較抽象，總之大數(shù)據(jù)就是運(yùn)用數(shù)目極多的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合管理和分析，得到目標(biāo)結(jié)果，這就是大數(shù)據(jù)技術(shù)，其中包含了云計(jì)算、分布式處理技術(shù)、存儲(chǔ)技術(shù)和感知技術(shù)等。2013年被認(rèn)為是大數(shù)據(jù)元年，這一年里美國出臺(tái)了大數(shù)據(jù)計(jì)劃，英國成立了首個(gè)大數(shù)據(jù)開放中心，我國各項(xiàng)互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目蓬勃發(fā)展，短短數(shù)年時(shí)間大數(shù)據(jù)走進(jìn)了我們社會(huì)的各個(gè)方面，各個(gè)領(lǐng)域都將受到大數(shù)據(jù)變革的巨大沖擊。中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)毫無疑問會(huì)受到巨大影響，如何運(yùn)用大數(shù)據(jù)改變傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將之提升到更高的教育水平，使它更適用于信息化時(shí)代對(duì)學(xué)生的科學(xué)思維的要求，本文將對(duì)上述問題進(jìn)行初步的探討和研究。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；初中物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；滬科版

在大數(shù)據(jù)逐漸占據(jù)我們生活的方方面面之時(shí)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方式進(jìn)行變革也可以成為現(xiàn)實(shí)，在傳統(tǒng)教學(xué)模式中諸多難以實(shí)現(xiàn)的難題，在大數(shù)據(jù)的處理下將得到完美解決。運(yùn)用大數(shù)據(jù)不是說一味地摒棄傳統(tǒng)教學(xué)模式，而是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式和信息化多媒體技術(shù)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)模式的一種新的教學(xué)模式。而實(shí)驗(yàn)教學(xué)由于本身的學(xué)習(xí)性質(zhì)，有大量的數(shù)據(jù)需要處理，使用大數(shù)據(jù)技術(shù)會(huì)更加明顯的表現(xiàn)出優(yōu)點(diǎn)，而且在初中物理實(shí)驗(yàn)中，以電參數(shù)反映測(cè)量結(jié)果的最多，即便不是電信號(hào)作為參數(shù)的，也可以通過簡(jiǎn)單的方法快速將其轉(zhuǎn)化為電參數(shù)，所以中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是最容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，最便于運(yùn)用大數(shù)據(jù)進(jìn)行教學(xué)輔助的，再加上中學(xué)物理教師一般對(duì)傳感器和數(shù)字化原理更為熟悉，所以，初中物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)在大數(shù)據(jù)運(yùn)用中難度較低，更具有可行性。

一、 大數(shù)據(jù)技術(shù)概念論述

對(duì)于“大數(shù)據(jù)”（Big data）研究機(jī)構(gòu)Gartner給出了這樣的定義：“大數(shù)據(jù)”是需要新處理模式才能具有更強(qiáng)的決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力來適應(yīng)海量、高增長(zhǎng)率和多樣化的信息資產(chǎn)。

麥肯錫全球研究所給出的定義是：一種規(guī)模大到在獲取、存儲(chǔ)、管理、分析方面大大超出了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件工具能力范圍的數(shù)據(jù)集合，具有海量的數(shù)據(jù)規(guī)模、快速的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、多樣的數(shù)據(jù)類型和價(jià)值密度低四大特征。

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(duì)這些含有意義的數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)化處理。換而言之，如果把大數(shù)據(jù)比作一種產(chǎn)業(yè)，那么這種產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)盈利的關(guān)鍵，在于提高對(duì)數(shù)據(jù)的“加工能力”，通過“加工”實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的“增值”。

從技術(shù)上看，大數(shù)據(jù)與云計(jì)算的關(guān)系就像一枚硬幣的正反面一樣密不可分。大數(shù)據(jù)必然無法用單臺(tái)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，必須采用分布式架構(gòu)。它的特色在于對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式數(shù)據(jù)挖掘。但它必須依托云計(jì)算的分布式處理、分布式數(shù)據(jù)庫和云存儲(chǔ)、虛擬化技術(shù)。

二、 大數(shù)據(jù)背景下中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)

（一） 傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)室與數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的區(qū)別

傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)室使用的器材都是非常常規(guī)的，如刻度尺、天平、電流表、電壓表等。實(shí)驗(yàn)精度不高，觀測(cè)數(shù)據(jù)困難，數(shù)據(jù)記錄繁瑣，雖然可以很好地鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，但是一場(chǎng)實(shí)驗(yàn)下來，大部分時(shí)間花費(fèi)在數(shù)據(jù)處理上，對(duì)于實(shí)驗(yàn)原理的理解和物理規(guī)律的總結(jié)完全不夠，而且長(zhǎng)時(shí)間面對(duì)復(fù)雜的數(shù)據(jù)極易導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，不利于對(duì)學(xué)生的思維進(jìn)行激發(fā)和培養(yǎng)。而大數(shù)據(jù)下的物理實(shí)驗(yàn)室大量運(yùn)用傳感器和計(jì)算機(jī)軟件等信息化技術(shù)，數(shù)據(jù)測(cè)量精確，記錄整理快速，可自動(dòng)繪制精確的圖像，對(duì)于物理現(xiàn)象和規(guī)律觀察更加直觀，方便學(xué)生自行對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，有利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

（二） 學(xué)生自主探究性實(shí)驗(yàn)

以往的教學(xué)過程中，教師對(duì)于一些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的講解往往局限于語言描述和自己演示，學(xué)生無法真正參與到實(shí)驗(yàn)中，無法體驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)的樂趣，容易對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論產(chǎn)生疑問。例如在物體動(dòng)能的影響因素這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，老師僅通過講解要求學(xué)生消化該內(nèi)容，由于沒有通過實(shí)驗(yàn)證明，學(xué)生會(huì)一直帶著疑惑學(xué)習(xí)，對(duì)于學(xué)生的影響是不利的。而如果在斜坡下設(shè)置光電門傳感器，實(shí)時(shí)記錄小球通過斜坡底部的速度，并將之立即呈現(xiàn)出表格進(jìn)行對(duì)比，學(xué)生很快可以理解實(shí)驗(yàn)結(jié)論，有助于后面內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

三、 大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用方法策論

（一） 物理實(shí)驗(yàn)儀器全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化

要讓初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代，首先實(shí)驗(yàn)設(shè)備必須實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，要具備對(duì)教學(xué)過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和儲(chǔ)存的能力，未來中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)要突破傳統(tǒng)的界限，可以通過AI人工智能、圖像分析等技術(shù)構(gòu)建起和互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的橋梁。同時(shí)，DIS Lab數(shù)字實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建，建設(shè)成一體的數(shù)字化信息采集系統(tǒng)，使其成為實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)配。

（二） 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入

據(jù)了解，已經(jīng)有不少中學(xué)實(shí)驗(yàn)室引入了DIS系統(tǒng)，但都是通過數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，傳感器的使用和數(shù)據(jù)采集受到線纜的限制，使用不夠方便，而且這樣的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)分享受到限制，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組成為一個(gè)信息孤島，這不是真正大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)室存在的現(xiàn)象，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入，通過激光掃描、紅外感應(yīng)器等信息傳感設(shè)備，可將任何物品和互聯(lián)網(wǎng)連接，進(jìn)行信息交換共享，實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別、管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以免除線纜障礙的困擾，突破傳感器數(shù)量的限制，整個(gè)實(shí)驗(yàn)室成為一個(gè)整體協(xié)同工作，增加小組間交流學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，將DIS系統(tǒng)真正用到實(shí)處。

四、 激活學(xué)生科學(xué)思維策略分析

（一） 科學(xué)使用多媒體授課

有些淺顯易懂的實(shí)驗(yàn)不需要進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行操作，可以利用教室內(nèi)的多媒體系統(tǒng)給學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)課件和實(shí)驗(yàn)視頻，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，在升學(xué)考試的復(fù)習(xí)中利用這些數(shù)據(jù)資源展示物理實(shí)驗(yàn)也是非常好的選擇。比如滬科版多彩的光這一章節(jié)，“凸透鏡成像”實(shí)驗(yàn)的探究學(xué)習(xí)時(shí)，老師將提前制作完成的課件傳輸?shù)綄W(xué)生的平板電腦中，再通過互聯(lián)網(wǎng)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)共享，并在軟件中反饋出實(shí)驗(yàn)規(guī)律，幾分鐘之內(nèi)就可將整個(gè)實(shí)驗(yàn)完全消化，還可以立即對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行回顧，加深記憶，理清實(shí)驗(yàn)的科學(xué)思維。一些類似的實(shí)驗(yàn)教學(xué)都可以采用這種方法，就可以節(jié)省大量時(shí)間，起到事半功倍的效果。

（二） 應(yīng)用信息化教學(xué)模式

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式屬于信息化教學(xué)的一種方式，是基于大數(shù)據(jù)時(shí)代發(fā)展的教育教學(xué)產(chǎn)物，其將知識(shí)學(xué)習(xí)的場(chǎng)所不再局限在教室里，通過PC、平板、智能手機(jī)等移動(dòng)終端隨時(shí)隨地可以進(jìn)行學(xué)習(xí)，傳統(tǒng)的課堂發(fā)展成為教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間交流互動(dòng)的場(chǎng)所，包括答疑解惑、知識(shí)運(yùn)用等，從而實(shí)現(xiàn)更好地教學(xué)效果。如在滬科版第十七章“電流的磁場(chǎng)”的教學(xué)過程中，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法完美呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)效果，在課后通過電子設(shè)備播放微視頻等，對(duì)相應(yīng)的重點(diǎn)難點(diǎn)反復(fù)學(xué)習(xí)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(xué)模式也都已經(jīng)在教育領(lǐng)域掀起了教與學(xué)的新浪潮。家長(zhǎng)學(xué)生也開始嘗試?yán)眠@些教學(xué)資源進(jìn)行學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、提升、變通，收獲了良好的效果，信息化教學(xué)模式受到極大的歡迎，這種成績(jī)和效益，推動(dòng)著傳統(tǒng)課堂不斷創(chuàng)新思維，給予學(xué)生自由學(xué)習(xí)的空間，有利于激活學(xué)生的科學(xué)思維。

（三） 建立物理實(shí)驗(yàn)真題數(shù)據(jù)庫

將歷年的物理實(shí)驗(yàn)中考真題統(tǒng)一收集起來，按知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分類匯編，配齊相關(guān)參考答案與解析，使用慕課、微課程、翻轉(zhuǎn)課堂等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，制作成習(xí)題庫。可以方便同學(xué)們?cè)诰€答題，自行查找答案，及時(shí)糾正錯(cuò)誤，并且可以和老師進(jìn)行線上溝通答疑。同時(shí)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以針對(duì)學(xué)生的答題類型、錯(cuò)誤情況等分析題目陷阱、易錯(cuò)點(diǎn)和失分點(diǎn)，針對(duì)不同的情況推薦進(jìn)行針對(duì)性學(xué)習(xí)訓(xùn)練，對(duì)重難點(diǎn)及時(shí)鞏固。

（四） 數(shù)字化教學(xué)促進(jìn)思維變革

傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要學(xué)生手動(dòng)收集數(shù)據(jù)，手動(dòng)繪圖，這樣的方式不但會(huì)花費(fèi)更多的時(shí)間和精力，并且最后的數(shù)據(jù)不一定準(zhǔn)確，而且各同學(xué)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)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(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)論，造成對(duì)學(xué)生的誤導(dǎo)。另外在傳統(tǒng)物理下學(xué)生更多的是嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行具體操作，幾乎不會(huì)違背教科書上的步驟，這極大地束縛了學(xué)生思維的發(fā)散性，嚴(yán)重阻礙了對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的激發(fā)與培養(yǎng)。而數(shù)字化的教學(xué)最為注重的就是對(duì)學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)與鍛煉，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)要求教師進(jìn)行創(chuàng)造性、開放性的教學(xué)，引導(dǎo)并且培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考，提高創(chuàng)新思維與科學(xué)思維。

五、 結(jié)語

大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來是不可阻擋的，在大數(shù)據(jù)時(shí)代，初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)要想進(jìn)步，必然要順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，這對(duì)于現(xiàn)在的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式既是機(jī)遇，也是挑戰(zhàn)。大數(shù)據(jù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，是教育現(xiàn)代化的標(biāo)志，也是新時(shí)代教育對(duì)學(xué)生和教師能力的要求，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的新途徑。在大數(shù)據(jù)的背景下對(duì)初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新的研究，具有重要意義，能夠促進(jìn)教師、學(xué)生共同發(fā)展，為培養(yǎng)素質(zhì)全面、具有創(chuàng)新思維的社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國的建設(shè)者們夯實(shí)基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：

黃艷娟，福建省福州市，福州外國語學(xué)校。