大數據背景下大學物理教學模式優化探究

董文澤，岳景華

(黃河交通學院，河南 焦作 454950)

0 引言

隨著信息化技術的高速發展，其在教育領域也得到了廣泛應用，在這過程中產生的教育數據量逐年提升，也促使整個教育行業來到了大數據時代，因而如何進行有效挖掘與利用這些數據，已成為擺在教育工作者面前的重要課題。現如今，大數據已成為教育信息化的關鍵構成，并在教育領域全面滲透，其不僅能夠為教育教學管理提供決策上的輔助，還能促進教學與學習效果，通過教育數據與學習數據的挖掘分析，能夠實現個性化學習[1]。大學物理學科既包含專業基礎課程，也有大量實驗知識，為了滿足學生個性化學習需求以及凸顯出學生在教育教學中的主體地位，需要教師改變傳統的教學模式，在這其中教育大數據將發揮巨大作用，為現代化教育打下堅實的技術基礎。

1 大數據背景下大學物理課程的數字化

課程的數字化建設充分滿足了學生的個性化學習需求，并且能起到數據挖掘與學習分析的效果。具體來講，其主要包含學生信息數字化、學習內容與過程數字化，每一位學生均能從中獲取有效數據，這些數據能夠進行數學模型建立，通過與學生數據的比較，科學評估學生的學習效果與進展。

1.1 學生信息的數字化

學生基本信息主要包含智力與非智力兩方面因素，作用在于分析學生特點。其中智力因素是指認知發展的一般特征，比如認知能力、認知結構、知識接受水平等[2]；而非智力因素則包含興趣喜好、情感態度、意志力、品格等方面。通過在線問卷調查測試，能夠采集到這部分基本信息，為數字化打好基礎。結合與利用數據挖掘工具，為所有學生建立基本模型，學生可利用模型在學習物理知識時能夠獲得幫助。

1.2 學習內容與過程的數字化

學生基本信息采集有助于教師全方位了解學生基本情況，但是并不能對具體學習過程進行預測，而且在物理學習過程中，學生的智力與非智力因素呈動態變化，所以還要結合學習過程產生的數據，對數字化模型進行動態調整。為了獲得這部分數據，需要將學生學習內容及過程數字化。學習內容數字化需要教師在面向學生的電子學習平臺推送更多學習資源，比如微課視頻等，這類資源將成為不同學習階段學生的選擇。同時，學習過程中的學習時間、點擊數量、評論內容、測試成績等，也將被記錄在電子學習平臺，形成數字化的學習過程。

2 大數據背景下大學物理教學改革

在大學物理教學中應用教育大數據，除了要實現教學數字化以外，更重要在于推動大數據教學改革，作為大學物理教師，要深入研究如何在教學內容、教學方法以及教學模式當中應用大數據。

2.1 教學內容

在當前大數據背景下，為了適應學生的個性化學習需求，需要追求數字化教學內容。首先，需要提供數字化教學資源。豐富的學習資源能夠滿足不同學習類型的學生，讓他們能夠結合自身學習需求去優選學習資源。因此，在電子學習平臺中應當提供視頻化、音頻化、虛擬化的物理學習資源，讓學生在預習、復習階段均可學習；其次，要提供與數字實驗儀器操作相關的教學內容。物理學科中實驗教學非常關鍵，但是在傳統教學中物理實驗儀器并不是數字化的，雖然能夠在輔助手段加持下成為數字化，但是這樣的數字化與大數據的要求相差甚遠，而且實驗儀器數字化之后，步驟也會發生改變。所以，要結合全新的實驗方法及實驗儀器，重新設計教學內容[3]。在多元化、數字化的教學內容支持下，凸顯出大學物理教學中學生的主體地位。

2.2 教學方法

大學物理教學主要分為理論知識教學與實驗操作教學。微課視頻可顯著提升知識的傳播效率，但是難以適應學生個性化的學習需求。而傳統的實驗操作教學，教師一般會采用示范法和咨詢法，盡管能夠幫助學生順利完成實驗，但是在幫助學生理解知識與建構知識體系方面作用不大。此外，物理理論教學與物理實驗教學存在一定脫節，導致學生在實驗過程中難以回憶起相應的理論知識。

基于教育大數據的大學物理教學，能夠有效改善上述教學方法的弊端。首先，教師能夠結合利用學生基本信息數據構建的模型去安排教學計劃，結合教學內容與學生特點去安排不同教學方法的教學內容，如此可讓學生對教學內容全盤接受或部分接受；其次，在電子學習平臺上上傳豐富的數字化學習資源，讓學生在課余時間學習理論知識，而且這部分知識能夠重復學習，不受時空局限，倘若學生在學習中遇到難題，還可以直接詢問與檢索，所有問題的答案都會記錄在數據庫中，便于學生檢索。物理實驗教學中，學生能夠分成若干組展開實驗操作，同組學生的知識水平、學習能力以及面臨的學習問題應保持相似。在教育大數據的加持下，教師對學生實驗操作的指導更具針對性，這有助于學生建構物理知識體系。

2.3 教學模式

大數據背景下，大學物理教學內容與教學方法發生了本質改變，為了適應變化帶來的影響，需要為物理教學探索全新教學模式，同時要保證教學模式充分發揮出數據挖掘與學情分析的效果。首先，通過大數據挖掘，知曉每一位學生基本情況，進而為學生提供個性化的學習內容；其次，通過學情分析，知曉學生學習過程中面臨的難點，針對性地對學生的學習進行指導；再次，使學生利用電子學習平臺中的教學資源對理論知識、實驗操作流程進行學習，教師能夠結合電子學習平臺的數據統計去分析學生知識掌握程度，從而組織教學活動；最后，利用大數據對學生物理學習過程進行記錄，實現對學生的整體性評價。

3 大數據背景下學習物理方法的改革

大學物理教學模式改革的核心在于構建以學生為主體的教學模式，所以教學改革一定要滿足學生的個性化學習需求，可將信息化技術融入物理學習當中，這有助于學生物理知識體系的構建。隨著信息化技術的發展，移動學習、泛在學習均能良好實現，在現實生活中也能夠看到非正式學習的身影，在大學物理教學模式改革中也可借鑒這類學習方法。

3.1 個性化的物理學習

所謂個性化學習，指的是學習過程需要與學生個性、發展潛力相符，運用合適的教學手段、教學內容、教學評價，推動學生的全面發展。從教育學與心理學層面來看，教育大數據通過數字化模型的建立，根據學生的學習狀況記錄去分析學生的個性以及發展潛力，同時數字化模型與數據也應該呈現更豐富的變化，使學生能夠選擇相應的數字化模型去學習，實現個性化學習。我們以大學物理實驗教學為例，個性化的物理實驗學習包含實驗項目與實驗內容，其中實驗項目個性化指的是系統能夠將相宜的項目分配給學生，學生能夠對項目進行修改，這一方式既能實現教學目標，也能滿足學生學習需求；實驗內容個性化則是指利用大數據對實驗項目、實驗進展、學生認知特點進行分析，然后結合分析結構為其分配實驗學習內容。必要情況下，教師可與學生進行面對面輔導。此外，個性化實驗內容也包含對學生學習潛力的預測。

3.2 混合式學習

混合式學習指的是在適當時機，利用適當學習技術，通過適當學習方法，以適當的傳遞方式讓學習者獲得最好的學習效果。在傳統的大學物理學習中，主要以教材和課堂教學活動為載體，這種教學模式帶來的學習效率偏低，無法滿足每一位學生的需求。大數據背景下大學物理混合式學習涉及多方面，如：(1)基于教材與基于多媒體資源的學習之間的混合；(2)正式的課堂學習活動與非正式的泛在學習活動的混合；(3)線上交流與線下交流的混合[4]。當然，以上種種混合并不能隨意為之，需要滿足上述提出的4個“適當”。在大學物理教學中，教材依舊是學生學習的主要資源，其中有著完整的知識與邏輯體系。而多媒體資源的呈現形式更加多元，在助力學生對專業知識的理解方面有更好效果。所以，物理理論知識可用泛在學習方式完成，線上交流能夠拓寬交流時間與空間，而泛在學習與線上交流都會產生大量數據，對這些數據進行分析便能為后續的物理學習形成指導。

4 大數據背景下大學物理教學評價改革

在大學物理教學當中，教學評價屬于其中的核心環節。終結性評價能夠對學生的實際能力進行檢查，而診斷性評價與形成性評價能夠準確定位到學生在學習中遇到的問題且向教師反饋。評價作為教與學之間的銜接紐帶，不同形式的評價方法并不是無法共存的關系，相反它們彼此間聯系十分緊密，不管是形成性評價，抑或是終結性評價，均帶有診斷“色彩”。在實際的大學物理教學中，教學評價包含預習、過程與練習等方面，但是這種評價過程非常粗淺，效果十分有限。利用大數據則能改變這一現狀，它通過對學生物理學習過程的全程記錄，能夠細致地了解學生的學習行為，真實且客觀地反映出學生的學習水平。

5 結語

大數據在教育事業發展中能夠發揮巨大作用，其發展前景非常廣闊。同時，教育大數據也勢必對現代教育理念與教學模式形成沖擊，在大學物理教學模式改革中，需要及時構建大學物理大數據庫、電子學習平臺等。立足大數據背景，通過數據挖掘與分析，不斷推進以學生為核心主導的教學改革。