【摘 要】隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，教育教學(xué)中對(duì)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用也變得頻繁起來，特別是在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，大數(shù)據(jù)的影響是顯而易見的，在大數(shù)據(jù)視野下如何通過物理實(shí)驗(yàn)激活初中生的科學(xué)思維，則是現(xiàn)代物理教師值得關(guān)注和深思的問題。

【關(guān)鍵詞】大數(shù)據(jù);物理實(shí)驗(yàn);數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室;科學(xué)思維

【中圖分類號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1005-6009（2015）26-0038-02

【作者簡介】梁建，江蘇省宿遷市沭陽如東實(shí)驗(yàn)學(xué)校（江蘇沭陽，223600）教師。

2013年被稱之為大數(shù)據(jù)（Big Data）元年，在這一年中，美國政府出臺(tái)了大數(shù)據(jù)計(jì)劃，英國建成了首個(gè)大數(shù)據(jù)開放中心，我國的電子商務(wù)蓬勃發(fā)展，政府及個(gè)人博客、網(wǎng)站、各種設(shè)備傳感器等每天都在產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)正在悄然地改變著我們的生活，影響著我們的生活方式，加速著各行各業(yè)變革的進(jìn)程。大數(shù)據(jù)也必將對(duì)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)產(chǎn)生巨大影響，改變我們傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)可以將物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提升到一個(gè)更高的發(fā)展水平，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情，更加有利于實(shí)現(xiàn)物理課程標(biāo)準(zhǔn)提出的培養(yǎng)學(xué)生思維的要求。

一、大數(shù)據(jù)悄然改變著物理實(shí)驗(yàn)

大數(shù)據(jù)主要通過技術(shù)和應(yīng)用改變著中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.大數(shù)據(jù)要求建立的數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室（DISLab）和傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)室的硬件矛盾。

從上世紀(jì)90年代至今，傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)室使用的器材變化不多，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的基本動(dòng)手能力，這些器材測量的數(shù)據(jù)需要學(xué)生記錄、整理和總結(jié)，往往占用了大量的實(shí)驗(yàn)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)在需要重點(diǎn)探究的環(huán)節(jié)花的時(shí)間反而偏少，不利于學(xué)生的理解。大數(shù)據(jù)要求的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室需要相關(guān)部門投入大量的財(cái)力，引入計(jì)算機(jī)群、各類傳感器、數(shù)據(jù)采集器和相關(guān)的云處理軟件等，利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)比如曲線圖像、柱狀圖等，直觀地挖掘物理現(xiàn)象的本質(zhì)。例如在“比熱容”實(shí)驗(yàn)中，由于概念的抽象性，學(xué)生對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析有一定的難度，需要花費(fèi)大量的時(shí)間，而如果利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，將實(shí)驗(yàn)室溫度計(jì)換成溫度傳感器，利用DISLab數(shù)字化信息系統(tǒng)動(dòng)態(tài)地將大量的溫度數(shù)據(jù)和時(shí)間發(fā)送給計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)軟件就可以將這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)“秒處理”，以便于學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)規(guī)律，總結(jié)結(jié)論。

2.教師演示實(shí)驗(yàn)有可能成為學(xué)生的自主探究實(shí)驗(yàn)。

部分傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)由于時(shí)間和空間的局限性，只是由教師做演示，學(xué)生往往沒有參與到實(shí)驗(yàn)中去，缺乏濃厚的興趣。如在“動(dòng)能”演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師往往采用陳述的方式，敘述不同質(zhì)量的小車只要是從斜面的同一高度靜止釋放，到達(dá)水平面時(shí)的速度必然相同的結(jié)論。由于沒有經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，學(xué)生會(huì)對(duì)這一結(jié)論存疑。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，只要在小車即將到達(dá)水平面前的很短的距離內(nèi)（可以是幾毫米），放置兩個(gè)光電門，將信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)，就可以實(shí)時(shí)顯示小車到達(dá)水平面時(shí)的速度。大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自信心，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的結(jié)論就有了更深的認(rèn)識(shí)。

3.傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)獲得新生。

我國傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)經(jīng)過幾十年的教學(xué)沉淀，已經(jīng)逐漸固定為一種模式，大家都按照實(shí)驗(yàn)教材做，創(chuàng)新少。而大數(shù)據(jù)視野可以改變以往的觀念，實(shí)現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的再創(chuàng)造。如“聲現(xiàn)象”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在探究聲音具有能量的實(shí)驗(yàn)中，教材采用錄影機(jī)播放音樂，通過蠟燭火焰“跳舞”的方式來證明聲音具有能量。筆者將書本的實(shí)驗(yàn)改為比賽：讓多名學(xué)生施展“獅吼功”，震碎玻璃杯。利用DISLab數(shù)字化信息系統(tǒng)，將不同的學(xué)生發(fā)出的聲音經(jīng)過聲傳感器反饋給計(jì)算機(jī)，在教室的大屏幕上展示，學(xué)生能夠根據(jù)波形了解不同人在不同時(shí)刻發(fā)出聲音的響度和頻率大小，知道什么樣的聲音能量最大，能夠有效地震碎玻璃杯。

二、大數(shù)據(jù)對(duì)物理教師的要求

大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)來臨，正在悄然地改變著整個(gè)社會(huì)，也必將徹底改變物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，這對(duì)物理教師提出了更高的要求。教師應(yīng)改變自我，學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)的相關(guān)技術(shù)，并且應(yīng)用到我們的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，更加有效地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維習(xí)慣。只有這樣，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中才能夠做到游刃有余，及時(shí)熟練地指導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)據(jù)軟件達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，培養(yǎng)他們的質(zhì)疑能力和創(chuàng)新精神。

三、大數(shù)據(jù)視野下通過物理實(shí)驗(yàn)激活學(xué)生科學(xué)思維的策略

1.充分利用計(jì)算機(jī)交互性實(shí)驗(yàn)信息。

有時(shí)學(xué)生并不需要走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，可以利用計(jì)算機(jī)交互性實(shí)驗(yàn)課件和實(shí)驗(yàn)視頻等數(shù)據(jù)資源讓學(xué)生簡單地自學(xué)。在初三的第一輪復(fù)習(xí)中也可以利用這些數(shù)據(jù)資源給學(xué)生展示物理實(shí)驗(yàn)。比如在進(jìn)行“凸透鏡成像規(guī)律”的第一輪復(fù)習(xí)時(shí)，教師課前制作好凸透鏡成像規(guī)律的相關(guān)課件。上課的時(shí)候，利用網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，將每名學(xué)生實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)通過平板電腦提交給服務(wù)器，在軟件中實(shí)時(shí)反饋相關(guān)規(guī)律。在很短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的再回顧，厘清實(shí)驗(yàn)的科學(xué)思維過程，大大提高了復(fù)習(xí)效率。

2.實(shí)驗(yàn)實(shí)錄、制作微課。

每一次的物理實(shí)驗(yàn)都是很好的教學(xué)素材，可利用攝像頭數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行錄制。如在“流體壓強(qiáng)與流速”一節(jié)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，在純凈水水桶口安裝兩個(gè)力傳感器，兩個(gè)力傳感器之間放一個(gè)小紙團(tuán)，教師安排實(shí)驗(yàn)小組代表依次往紙團(tuán)吹氣，結(jié)果發(fā)現(xiàn)紙團(tuán)不僅沒有被吹入桶內(nèi)，反而從桶口射出，而且越是用力，效果越明顯。此時(shí)學(xué)生的質(zhì)疑精神被激發(fā)出來：為什么紙團(tuán)反而射出了？再經(jīng)過老師的引導(dǎo)，利用軟件分析后知道原來是前后紙團(tuán)兩個(gè)表面存在壓強(qiáng)差，紙團(tuán)被吹的那一面流速大氣壓小。教師將整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)錄制下來，存儲(chǔ)到學(xué)校服務(wù)器，供學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)觀看和學(xué)習(xí)。

3.建立歷年物理實(shí)驗(yàn)中考真題網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。

統(tǒng)一將歷年物理中考真題分類匯編，配有相關(guān)答案，利用Web2.0技術(shù)制作交互網(wǎng)頁，學(xué)生能夠利用網(wǎng)絡(luò)在線答題，及時(shí)反饋錯(cuò)誤。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，能夠研究學(xué)生多次大量答題錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)記錄，分析中考易錯(cuò)知識(shí)點(diǎn)，找出實(shí)驗(yàn)教學(xué)難點(diǎn)，有針對(duì)性地對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)再鞏固，對(duì)個(gè)別學(xué)困生再關(guān)注。

4.DISLab數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室。

（1）利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備提高實(shí)驗(yàn)效率。

DISLab數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備正在走入各個(gè)學(xué)校，充分利用大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的缺陷。在筆者的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，一直存在著將測量定值電阻阻值的實(shí)驗(yàn)和測量小燈泡電阻以及電功率的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一起來的想法。但是由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間限制，都是將這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)分在兩節(jié)實(shí)驗(yàn)課，由于有一定的時(shí)間跨度，教學(xué)效果降低了，就要再花更多的時(shí)間強(qiáng)調(diào)該知識(shí)點(diǎn)，給學(xué)生的學(xué)習(xí)造成了一定的困難。而利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，則可以將定值電阻和小燈泡電阻以及小燈泡電功率的測量，利用一節(jié)實(shí)驗(yàn)課全部完成。具體做法是利用霍爾傳感器測電壓、電流和電功率，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)反饋給數(shù)據(jù)庫保存，利用軟件分析定值電阻和小燈泡阻值的不同點(diǎn)，根據(jù)不同電壓下的電功率，學(xué)生利用軟件圖像，就可以直觀地知道如下結(jié)論：燈泡阻值和溫度有關(guān)，電功率變大，造成燈絲溫度升高，電阻變大。

（2）利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)促進(jìn)思維方式的變革。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生處理大量的數(shù)據(jù)，耗時(shí)費(fèi)力，由于學(xué)生學(xué)習(xí)能力參差不齊，繪圖會(huì)有一定的偏差，造成對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。學(xué)生循規(guī)蹈矩，按照實(shí)驗(yàn)步驟亦步亦趨，不敢做稍微的變更，這些都束縛了學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)要求教師創(chuàng)造性地開展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，這就必然會(huì)對(duì)學(xué)生起到引領(lǐng)示范作用，有助于激活學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)思維。

大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)到來，這對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展既是機(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，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)，是改變以往培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方式的有效途徑。通過大數(shù)據(jù)的技術(shù)和應(yīng)用，學(xué)生能完成傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)想做而又無法做的實(shí)驗(yàn)，克服畏難情緒，充分發(fā)揮想象力，創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，提高科學(xué)思維能力。相信隨著大數(shù)據(jù)的迅猛發(fā)展，大數(shù)據(jù)在未來的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中必將大放異彩。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張國杰.大數(shù)據(jù)視角下圖書館服務(wù)發(fā)展走向及策略研究[J].圖書館工作與研究，2014（06）.

[2]魏雪峰，楊俊鋒.同步網(wǎng)絡(luò)課堂的理念、應(yīng)用及未來發(fā)展[J].中國電化教育，2014（09）.