大数据背景下的物理实验教学改革

钟祝年

【摘要】如今，教育改革不断地深入到各方各面，在教育领域应用大数据研究也是目前教育当局面临的新课题，学生通过不同的学习方式产生的大量数据，通过挖掘和深度剖析这些大数据能，有效的改善学习方式、提高学习效率。以大数据教学为背景，结合物理教学实际特点，对国内外的移动学习、泛在学习和教育大数据进行分析，详细叙述了大数据教学在物理实验教学的方法、作用和如何进行数据挖掘、教育改革的采取措施和评价。

【关键词】大数据 物理实验教学 改革 增强现实技术

【中图分类号】F0-4；G642.423 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）27-0103-02

引言

现代社会是一个信息化的社会，中国教育信息化也是如火如荼的开展，由此推出了中国教育和科研网。中国教育信息化发展是十分迅速的，在仅仅25年的时间内在教育信息化就实现了很大的提高，教育数据量远远超过预期目标。面对如此数量巨大的数据库，如何正确合理有效的利用这些大数据是我们应该面对和解决的一个重要课题。驾驭大数据已经成为教育领域的一个重要组成部分，渗透到教育的方方面面，它不仅仅可以对教育管理提供帮助、方便决策，也可以促进教育和学习。

一、教育大数据促进个性化的自适应学习

2012年10月美国教育部提出来一个简单却又意义重大的问题——利用教育大数据挖掘、数据分析和学习特点分析来提高学生个性化的自主适应性学习能力，最终实现每位学生的个性化学习[1]。

物理这门课程本就贴近生活，实用性很强。物理实验更是将实际与教学密切结合起来的一门综合性课程。它首先要求学生能掌握扎实的课本基础知识和工程课程，然后在此基础上提升学生的实验知识、操作技能和学习的整体质量。在物理实验的过程中，也是培养学生动手能力的开始。这就要求教师改变传统死板的教学模式和课程安排，而教育大数据正满足了这一需求，在未来的教育改革中，教育大数据的开发与利用具有势不可挡的趋势在此之前我们寿面要面对的问题就是如何挖掘开发大数据，使之能够更好的服务于物理实验教学。

二、大学物理实验课程的数字化

大学物理实验课程注重实践，其数字化建设也应该根据每位学生的个性化开展，提高学生的学习热情，为以后的自适应学习打好基础。其数据化建设主要体现在以下几个方面：每位学生的资料数据化、教学内容和方法的数据化和实验安排数据化。物理教学领域应尝试建设数据化的物理实验，使每位学生能够从中获得有价值的数据。可以利用这些数据来建立数学模型，将每位学生的数据与数据模型进行对比，可以详细的了解到学生的学习进度和结果。

（一）学生基本信息的数字化

要想全面的实施因材施教，就一定要做好学生工作，掌握学生的基本信息。学生的基本信息可以用来分析学生各方面的特点。学生可以在指定教育学习平台上先注册个人账号，通过填写问卷调查和个性小测试去完整基本信息。要想能顺利的开展教学数字化工作，首先就要做好信息采集工作。数字化教育的一个重要作用就是利用教育学和心理学的基本原理对每位学生设定了数据模型，学生选择物理实验、心理困惑时，都可以及时的提供相应帮助。

（二）实验学习内容和过程的数字化

学生的数字化可以使教师轻松地了解到学生在实验前的情况，但教师在此之后就无法了解到学生在实验中的进度。在整个物理实验中，学习的进度和方法、学生的各方面因素也是不断发生变化的。因此，根据学生在实验过程中产生的数据，数字化模型也应该不断地调整。要实现这个目标，必须对学生在实验中的内容和过程进行数字化处理。这就要求教师在网络学习平台提供大量的学习资源，如微课、模拟实验等，以供学生在不同实验不同阶段选择适当的实验内容提升自己。同时，学生在利用网络学习过程中的细节，如学生每次学习时间、鼠标的点击量、每张网页的阅读时间和错误的种类等都应记录在电子学习平台上，以方便教师可以更具体更详细的了解学生在实验过程中的动态。除此之外，实验仪器的数据更加直观的显示了学生在实验过程中的操作记录，更重要的意义在于它能够是学生详细的了解到自己在整个实验过程中的优缺点。对于教师全面的分析学生的实验情况，记录完整的实验内容与过程是十分必要的。

2.3数字化的实验报告

物理实验教学中的实验报告是实验教学中的关键内容。要想有效顺利地促进物理实验教学改革，我们可以从改进学生的实验报告，建立科学合理的评分考核制度。传统的教育模式中形成的实验报告存在着一定量的问题，如内容和形式方面都有所落后，不能跟上时代的步伐。而数字化的实验报告的优点大致有以下几方面：

（1）教师可以根据学生的性格特点和能力，因材施教地对每位学生推行个性化实验报告，提高其学习兴趣。

（2）数字化的实验报告详细记录了实验的操作方法和过程，全面真实反映了学生的整个实验过程，方便老师查阅记录。

（3）教师在修改电子实验报告时很便利，实验报告中存在的问题也可以参照网络平台的内容加以纠正。

（4）数字化的实验报告可以及时保存，方便以后随时查阅了解学生成绩，建立相应模型。

三、物理實验教学改革

目前我国教育部门一直在推进物理实验教学改革，而其更大的意义在于深化物理实验教学改革，这就要求教师在以大数据为背景下，开展对如何在教学内容、教学方法、教学模式中使用大数据的探索。

（一）教学内容

我国物理实验教学内容一般都会有指定的实验，建立在物理实验教材和操作的指导上。在以大数据为背景下，教育内容也应该进行数字化的改革，以适应学生不断发展的个性爱好。首先，我们要能为学生提供大量的数字化学习资源以满足不同的学生各种各样的学习兴趣，使他们每个人都可以根据自己的向往与爱好挑选适合自己的教材内容。所以，教育者可以在网络平台上发布丰富的视频、音频、微课等教育资源，方便学生的随时预习与复习。其次，也要注意提供实验仪器操作的数字化。在传统的物理教学中，实验仪器的操作都是非数字化的，不利于直观反应学生的操作过程且已经不能满足学生对实验仪器的要求。因此，对于新的实验方法和仪器都要设计教学内容。

（二）教学方法

微课虽然能够扩大传播范围，提高知识的利用率，但针对性不强，不能满足现代教学对个性化的要求。教师主动示范和个例讲解，不利于学生构建知识体系和理解。而且，现在我们教学时往往是将课堂讲解和实验操作分开，那么在做实验时，学生也不可能确切记得课堂上所学的理论。所以，我们应首先来改变这种教学方法。教师可以根据学生的基本信息来设置实验方法，结合实际情况，根据教师和学生的实际情况设计多种实验教学模式，学生可以有选择性的接受[2]；其次，网络学习平台提供大龄的教学资源，学生可以根据自己的时间在闲暇课余时间对有疑问的地方重复学习加深理解，不受时间和空间的限制。数据库中也记录了各种各样的疑难问题的答案，学生也可以不再只依赖于老师，进行自主独立学习。在某些特定的实验中，学生几个也可以结合为一组共同完成一项实验，教师通过分析大数据，可以了解到学生之间的配合操作情况。

（三）探索新的教学模式

在教育大数据背景下，为了充分发挥教学内容和教学方法发生的根本性改变的优势，教师也应该对每个物理实验的教学模式进行创新，以方便发挥数据挖掘和学习的功效。通过数据挖掘，教师可以充分了解到学生的基本情况，可以为学生制定个性化的学习方案。平时注意观察学生的学习进度，了解其学习行为和态度，有针对性的进行指导，随时解决学生学习时遇到的问题。

四、学习物理实验方法的改革

（一）个性化的物理实验

个性化学习强调以学生为主体，注重发展学生的个性和培养学习爱好，采取适当的教学方法、内容和评价促进学生的全面发展，结合学生的基本情况，对每个学生建立数据模型，然后在教学的过程中依据数据模式分析学生的个性特征和发展潜能。个性实验项目是指可以将一定的实验项目分配给学生，学生可以单独或自由组合去制定修改实验方案，通过这种教学方式，可以培养学生的创新能力，也可以使他们在这个过程中发现他们的兴趣爱好，满足了教学目标和学生的双向需求。

（二）物理实验中的混合式学习

混合学习是指“在合适的时间内，利用合适的学习技术通过合适的学习方法，以合适的学习方式使合适的学习者获得最佳的学习效果”。这种学习方法的开展大大提高了学生们的学习效果[3]。该混合意义设计多方面：

（1）课本知识和多媒体课堂的混合

（2）正式的课堂教学与非正式的泛在自学

（3）线上学习与线下交流讨论学习

五、结语

在如今的教育背景下，教育大数据的发展具有很大的应用前景，它正在逐渐改变我们的教育方式，丰富我们的教育内容，根据实际情况改革物理实验教学模式，努力为我国的教育事业创造一片新天地。

參考文献：

[1]马宁生， 吕军， 方恺. 大数据背景下的大学物理实验教学改革[J]. 物理实验， 2016， 36（12）：26-30.

[2]王芳， 杨磊， 郭慧婷，等. 大数据背景下经管类实验教学改革探索[J]. 实验室科学， 2016， 19（3）：72-75.

[3]蓝博. 大数据背景下的实验教学改革——以非线性编辑实验教学为例[J]. 亚太教育， 2016（12）：76-76.