大數(shù)據背景下高中物理實驗精準教學研究

孫躍玲 孫寶東

摘 要：“精準教學”理論是上世紀六十年代末提出的一種教學設想，由于當時的信息技術尚不成熟，故此使得其實際應用效果并不理想，隨著現(xiàn)代教育技術手段的迅猛發(fā)展，如今不少學者對大數(shù)據時代背景下的精準教學模式展開了研究.本文結合高中物理實驗教學，從大數(shù)據在物理實驗教學中的實施入手，探討精確教學模式、優(yōu)化教學內容、促進師生互動以及開發(fā)物理實驗等方面的教學策略.

關鍵詞：大數(shù)據背景;高中物理;實驗教學;精確教學;教學研究

中圖分類號：G633.7 ? ? 文獻標識碼：B ? ? 文章編號：1008-4134（2021）15-0041-03

基金項目：黑龍江省教育教學“十三五”規(guī)劃2019年度重點課題“中學物理課堂教學科學思維進階培養(yǎng)的實踐研究”（項目編號：JJB1319015）.

作者簡介：孫躍玲（1980-），女，吉林通化人，本科，中學一級教師，研究方向：中學物理教學.

在課程改革的進程中，信息技術與教學活動的融合是現(xiàn)代教育的必然趨勢.在大數(shù)據技術的支持下，教師在教學中能更加精準地把握學生的實際學情，更容易直觀了解學生的學習需求，進而更加有效地與學生展開互動，促使知識在師生交流過程中獲得更好的升華與凝煉.本文以大數(shù)據為背景，探討如何開展高中物理實驗精準教學.

1 大數(shù)據背景下的精準教學在物理實驗課堂中的開展優(yōu)勢

1.1 數(shù)據采集更加精準

高中物理實驗不僅過程繁瑣，還包含著大量的實驗數(shù)據統(tǒng)計工作.因課堂教學時間有限，導致學生在實驗課堂中的操作時間很緊迫，有時無法有效地將實驗數(shù)據呈現(xiàn)出來，因此導致了一些實驗教學末能收獲到理想的教學效果.而在大數(shù)據背景下的精準物理教學則避免了這一現(xiàn)象，比如利用Microcal Origin教學軟件，學生可以在計算機的操作頁面中直接輸入數(shù)據，有系統(tǒng)進行輔助計算并呈現(xiàn)結果，從而減少了學生在實驗過程中出現(xiàn)誤差的概率，并極大地節(jié)省了教學時間，使學生能夠在有限的時間內更好地運用實驗原理開展更多的對比實驗，不但提高了實驗結果的準確性，還有利于學生自主探究得出相關的物理規(guī)律.如圖1所示，盛宇航在“高中物理實驗數(shù)據處理的創(chuàng)新實踐”一文中，學生在“伏安法測阻值”實驗過程中，提前在Microcal Origin教學軟件中輸入關于電流與流經電阻兩端的電壓成正比的計算，隨后在進行相關實驗的過程中，學生只要將電流表或電壓表上的相關數(shù)據錄入到系統(tǒng)當中，即由軟件自動計算數(shù)值并生成相關的線狀統(tǒng)計圖[1].

1.2 數(shù)據的分析更加精確

大數(shù)據系統(tǒng)雖然能夠更加精準地幫助學生分析實驗數(shù)據，但是考慮到要通過物理課程培養(yǎng)學生邏輯思維與推理思維的能力，因此正常情況下教師應當盡量避免學生使用系統(tǒng)來輔助分析數(shù)據.而本文所討論的數(shù)據分析，是基于精準教學模式下教師對于學生實際學情的把握.在傳統(tǒng)教學模式中，教師在實驗課程結束之后，對學生的學習反饋往往只能夠通過實驗數(shù)據來進行收集，這樣的評價方式有失客觀，同時也不夠全面.而大數(shù)據在此方面的優(yōu)勢則體現(xiàn)在可以針對學生的實驗完成度與數(shù)據結果進行綜合統(tǒng)計與歸類.學生在操作實驗的過程中，可以通過錄制視頻的方式將整個實驗過程錄制下來，并上傳到系統(tǒng)當中，而系統(tǒng)則可以根據學生的實驗過程以及實驗數(shù)據來判斷學生的完成情況，進而為教師提供直觀的參考意見，使教師能夠根據學生的真實情況來靈活地調整教學計劃.如圖2所示，倪茫茫在“大數(shù)據背景下的高中物理精準教學”一文中，在學生進入到復習階段之后，教師將學生一段時間以來的學習數(shù)據從系統(tǒng)當中調取出來，并進行對比分析，以此來考查學生對知識的掌握情況，從而有目的地集中為學生鞏固某一方面的知識技能[2].

1.3 講課環(huán)節(jié)更精準

傳統(tǒng)教學模式中，教師由于接收學生反饋信號不及時，因此課堂上的教學計劃設定缺乏一定的精準性，為了避免學生在學習過程中出現(xiàn)疏漏現(xiàn)象，因此只能夠大范圍地為學生展開教學，盡可能全面地為學生介紹知識內容.然而這種教學模式下，由于教學時間的限制，教師往往不得不對一些內容匆匆?guī)н^，使得教學進度慢或學生收效低.由于有了如圖2的數(shù)據參照，教師便可以更加精確地了解學生的學習情況，從而在教學活動中側重設計學生知識薄弱環(huán)節(jié)的有效訓練，如此既避免了教學時間的浪費，同時又可以為學生開展更多的專項訓練，使學生的學習效率獲得提升.例如，在學習了“平拋運動”實驗之后，教師根據系統(tǒng)中儲存的數(shù)據分析，發(fā)現(xiàn)學生雖然完成了實驗內容，但是在數(shù)據計算與統(tǒng)計上依舊存在不小的問題，側面反映了學生對于平拋運動知識的儲備不足，以及對公式的使用不熟練，因此教師在課堂中可以精心設計相應專項實驗幫助學生突破學習難點.

2 大數(shù)據背景下的精準教學在物理實驗課堂中的實施途徑

2.1 優(yōu)化高中物理實驗課程的教學內容

物理實驗是通過科學探究培養(yǎng)學生物理觀念和科學思維應用意識的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生辯證思維的有效途徑，通過物理實驗，學生可以掌握自主學習與合作探究的重要能力，對學生進一步的學習和發(fā)展來說有著至關重要的作用.因此在大數(shù)據背景下的精準教學模式，教師應整合傳統(tǒng)實驗教學中的優(yōu)秀資源，利用大數(shù)據平臺的廣闊渠道，進一步為學生開發(fā)更加豐富的學習內容，使學生在此過程中不光是通過物理實驗收獲知識，同時也能夠感受到實驗學習的樂趣所在[3].

高中物理課程中主要涵蓋了“運動”“力學”“電學”“光”“能量”等五大模塊，在精準教學的前提下，教師首先需要分析學生在學習過程中的短板所在，并以此為基礎，重點為學生開展某一方面的教學.例如，高中“電學”知識一直以來都是學生的薄弱項，教師可以通過網絡渠道，來搜集有關電學方面的實驗內容，特別是一些操作程序較為復雜，或是受到教學資源限制而無法為學生展開的內容，利用視頻形式將這些課件上傳到教學軟件的數(shù)據系統(tǒng)當中，教師可以實時在后臺觀察學生的觀看記錄，并通過學生留言來獲取學生在學習過程中產生的一些問題，從而在線為學生進行解答.通過這種方式，不僅簡化了學生的學習難度，同時也提供給學生更好的學習體驗.以“密立根油滴”實驗為例，這是一種觀察電荷量以及元電荷的物理實驗，但是由于設備要求較為嚴格，因此在教學過程中常常無法為學生有效呈現(xiàn)，因此教師可以通過課件為學生進行展示，并在課件最后提出相關問題，引導學生通過不同油滴所帶電量的測量，來總結其電量的變化規(guī)律[4].

2.2 構建大數(shù)據師生交流互動平臺

為了保障師生交流的即時性與有效性，高中物理教師可以利用校園網絡平臺作為基礎，為學生開展無障礙的師生溝通交流渠道.課余時間，師生除了可以通過留言互動進行交流之外，教師還可以將實驗內容提前錄制下來，上傳到網絡平臺當中.如此一來，學生無論是利用手機還是平板電腦，都可以隨時登陸網站進行觀看，從而達到了一定的課前預習效果，使學生進入到實驗室之后對于各種實驗器材不再感到陌生，而是能夠有條不紊地進行實驗操作.例如，在學完人教版高中必修1“用打點計時器測速度”一課之后，教師可以在錄制視頻的過程中為學生詳細介紹每一項實驗器材的作用，并通過遠近鏡頭的切換來幫助學生詳細地觀察實驗細節(jié)，從而促使學生可以熟悉每個操作流程，使得教學活動變得更加精準、高效.

2.3 面向學生全面開放實驗室

開展實驗教學的最終目的是提高學生的自主學習能力、培養(yǎng)學生的學習興趣.因此在實踐教學過程中，教師可以為學生設置半開放的物理實驗室，以此來鼓勵學生能夠主動投入到實驗學習當中[5].

例如，在學習了“電磁場”這一章節(jié)的內容之后，由于電磁現(xiàn)象并不是以實物形象的方式存在于人們的生活當中，因此學生對于這部分內容的掌握并不是很深刻.教師便可以開放物理實驗，允許學生以小組為單位，在課余時間通過臨時權限的許可登錄校園服務器平臺，在系統(tǒng)軟件的輔助下進行自主實驗探究，并根據系統(tǒng)的自動分析功能來總結出一些有關電磁場的物理特性與工作原理，從而使學生對電磁場獲得更加全面的了解.

3 結束語

在物理實驗教學過程中，教師通過大數(shù)據技術的支持為學生開展精準教學，是課程改革的需求，是落實物理學科核心素養(yǎng)的有效途徑之一，如此不僅能夠豐富學生的課程設置，同時還能夠準確地把握學生的學習需求，從而為其開展更加具有針對性的教學活動.

參考文獻：

[1]盛宇航.高中物理實驗數(shù)據處理的創(chuàng)新實踐[J].中國教育技術裝備，2019（15）：102-103

[2]倪茫茫.大數(shù)據背景下的高中物理精準教學[J].中外交流，2019（11）：204-205.

[3]丁彥龍，馬廣平，付靜.基于手機加速度傳感器的高中物理實驗教學探索——以實驗探究“超重與失重”為例[J].中學物理，2019，37（09）：30-32.

[4]張杰.大數(shù)據視野下借助數(shù)字化物理實驗深度開發(fā)初中生科學思維的探討[J].物理教學，2018，40（08）：49-50+13.

[5]曾心，劉健智.Origin軟件在中學物理實驗數(shù)據處理中的應用——以“自由落體運動”實驗教學為例[J].物理教師，2019，40（09）：74-77.

（收稿日期：2021-04-25）