淺談大數(shù)據(jù)時(shí)代的高中物理教學(xué)

譚崇宇 陳苗

2012年10月，美國(guó)教育部發(fā)布了《通過(guò)教育數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析促進(jìn)教與學(xué)》的報(bào)告。這一報(bào)告的發(fā)布，宣告了“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)學(xué)校，分析變革教育”的教育大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，掀起教與學(xué)的又一次變革。前面所說(shuō)的數(shù)據(jù)就是當(dāng)前頻率最高的一詞“大數(shù)據(jù)”，目前對(duì)大數(shù)據(jù)比較流行的解釋是，無(wú)法在可承受的時(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。大數(shù)據(jù)具有Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多樣）、Value（價(jià)值）4V特點(diǎn)。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(zhuān)業(yè)化處理，在于通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的“加工”實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的“增值”。而大數(shù)據(jù)思維就是對(duì)數(shù)據(jù)收集加工的意識(shí)。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(shí)地對(duì)數(shù)據(jù)價(jià)值進(jìn)行深化。作為基礎(chǔ)教育的重要學(xué)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(xué)的精準(zhǔn)性和針對(duì)性。

一、高中物理教學(xué)現(xiàn)狀

1.重記憶輕理解

只注重傳統(tǒng)知識(shí)的簡(jiǎn)單記憶，甚至將物理定理、定律的表達(dá)式用來(lái)聽(tīng)寫(xiě)、默寫(xiě)，“背多分”作為獲取成績(jī)的主要途徑。將學(xué)生作為純粹的知識(shí)載體或解題機(jī)器，忽視對(duì)學(xué)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(jī)械地吸收，而對(duì)牛頓定律的局限性不加任何懷疑和詮釋。對(duì)萬(wàn)有引力定律只記表達(dá)式，對(duì)牛頓利用開(kāi)普勒第三定律、牛頓第二定律、牛頓第三定律得到萬(wàn)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(xué)生講清楚。特別是稍偏遠(yuǎn)的學(xué)校，這種情況尤為突出。

2.重結(jié)果輕探究

如自由落體運(yùn)動(dòng)的下降高度公式h= gt2，當(dāng)時(shí)的速度很難測(cè)量，他假設(shè)了兩種情況：一是速度對(duì)位移x是均勻變化的，一是速度對(duì)時(shí)間t是均勻變化的，然后通過(guò)數(shù)學(xué)推理：如果v與x成正比，將會(huì)得到荒謬的結(jié)論；如果v與t成正比，它通過(guò)的位移x就與t2成正比。后用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：為了便于測(cè)量時(shí)間，伽利略設(shè)法用斜面做實(shí)驗(yàn)。通過(guò)上百次對(duì)不同質(zhì)量的小球沿不同傾角的光滑斜面上運(yùn)動(dòng)的定量研究，發(fā)現(xiàn)小球沿光滑斜面運(yùn)動(dòng)時(shí)通過(guò)的位移x確實(shí)與t2成正比，小球的運(yùn)動(dòng)是勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)就越接近于自由落體運(yùn)動(dòng)；當(dāng)斜面的傾角達(dá)到90°時(shí)，小球就做自由落體運(yùn)動(dòng)。從而，自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為0的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，且所有物體自由下落時(shí)的加速度都相同，這是多么完美和嚴(yán)密的邏輯推理，這是多么有趣的科學(xué)研究歷程，如果讓學(xué)生的思維隨著伽利略的思維去探究，學(xué)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(wàn)戶(hù)，豎看關(guān)系到千秋萬(wàn)代，這一獨(dú)木橋又要過(guò)千軍萬(wàn)馬，使得教師不得不成了教書(shū)匠，學(xué)生成了知識(shí)行囊。《學(xué)會(huì)生存》中有一句話(huà)說(shuō)得好“教育對(duì)人具有雙重力量：一是開(kāi)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(xué)方法和手段所產(chǎn)生的力量是不言而喻的，歸宿實(shí)在令人擔(dān)憂(yōu)！

二、大數(shù)據(jù)思維對(duì)高中物理教學(xué)的影響和作用

大數(shù)據(jù)具有四個(gè)特點(diǎn)：大量、高速、多樣、價(jià)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(duì)這些含有意義的數(shù)據(jù)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化處理，在如此多的題目中，每年每個(gè)地方的每位老師還要不斷地加工、改編新題，新課程標(biāo)準(zhǔn)要求的知識(shí)點(diǎn)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(lái)的題是無(wú)窮的。

1.老師要從大量的題海中提煉出與本知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的練習(xí)題，就樣就能避免學(xué)生做大量的重復(fù)性的題，這對(duì)老師要求更高了，但卻可以做到。

2.雖然每一年、每一屆學(xué)生的個(gè)性、思維等都不一樣，但學(xué)生知識(shí)、思維的盲點(diǎn)、易錯(cuò)易混點(diǎn)都差不多，以前老師是憑借經(jīng)驗(yàn)講解，通過(guò)大數(shù)據(jù)思想后就可以有目的、有針對(duì)性的講解，可以精準(zhǔn)到位每位同學(xué)的每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，這樣精準(zhǔn)的練習(xí)和訓(xùn)練，就是大數(shù)據(jù)思想。

3.在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)傳感器獲取大量的數(shù)據(jù)，從中篩選有用的數(shù)據(jù)來(lái)探究和驗(yàn)證物理規(guī)律，重現(xiàn)科學(xué)家的研究過(guò)程，這不正體現(xiàn)了新課標(biāo)的過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀嗎？如α散射實(shí)驗(yàn)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(xué)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(xué)的阻礙

1.老師對(duì)大數(shù)據(jù)的理解還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。有效數(shù)據(jù)源收集不豐富，認(rèn)為數(shù)據(jù)只局限于電子表格中像學(xué)生的成績(jī)分?jǐn)?shù)之類(lèi)的數(shù)值，其實(shí)在教學(xué)中不同的學(xué)生在不同的時(shí)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(xué)的針對(duì)性和有效性。如果說(shuō)在商業(yè)上利用大數(shù)據(jù)思維最終是要?jiǎng)?chuàng)造商業(yè)價(jià)值的話(huà)，而我們教師必須關(guān)注所有學(xué)生產(chǎn)生的一切數(shù)據(jù)。

3.要讓中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代的要求，必須創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)裝備建設(shè)，使之具備實(shí)驗(yàn)教學(xué)全過(guò)程的數(shù)據(jù)采集和儲(chǔ)存功能，

全國(guó)各地都在按照教育部的要求，加快“三通兩平臺(tái)”建設(shè)進(jìn)度，建議有條件的中學(xué)和物理老師可以嘗試按照本文提出的思路，建設(shè)中學(xué)物理“未來(lái)實(shí)驗(yàn)室”，開(kāi)展基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間的物理教學(xué)實(shí)踐，讓“翻轉(zhuǎn)課堂”、“微課程”、“慕課”等信息信化教學(xué)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(xué)習(xí)分析早日在中學(xué)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(xué)物理組；四川省成都市石室中學(xué)信息中心）