基于教育大数据的高中物理学情诊断和教学优化策略研究

卢玉斌

【摘 要】在大数据时代，很多事物的本质都是数据。经过分析发现潜藏在其后的规律，能够给予制定决策方案强有力的支撑。本文主要分析基于教育大数据的高中物理学情诊断现状，提出从概念出发，提升学生的深入理解能力;开展更多的专题讲解，形成完善的知识体系;建立系统性的纠错回顾学习机制，形成“肌肉记忆”等基于教育大数据，优化高中物理教学的有效策略，以供参考。

【关键词】教育大数据;高中物理;学情诊断;教学优化策略

【中图分类号】G633.7  【文献标识码】A  【文章编号】1671-8437（2020）28-0047-02

教育大数据，是指将数据分析模式应用于教育领域，通常具备“大量”“高速”“多样”“低价值密度”

“真实性”五个特点，这五个特点分别代表普遍性、信息更新速度快（长时间停滞的信息缺乏分析价值）、涉及的方面多样化（不会遗漏重点）、数量大、能够客观反应真实情况。将该模式应用于高中物理学情诊断分析，可以从根本上确认制约学生成绩的原因，进而“对症下药”。

1   基于教育大数据的高中物理学情诊断现状分析

基于教育大数据得出的高中物理学情诊断现状如下，以某中学物理课教学为例展开分析。

（1）部分学生对“力学”有关概念的理解停留在“表面”阶段，对何种力发挥主要作用缺乏系统性思考。如牛顿第三运动定律：两个物体之间存在作用力与反作用力，且在同一直线上，大小相等，方向相反。从字面意义上看，该定义可理解为“两个物体发生相互作用时，如果一个物体对另一个物体产生了作用力，那么同时另一物体也产生了方向相反、大小相等的反作用力”。但在遇到实际问题时，如“一个箱子A在水平地面上，在外部推力F的作用下，以速度v沿直线匀速移动，路面中间存在一个体积质量完全相同的箱子B，当二者相撞时，两个箱子之间存在何种作用力”，题设围绕“两个箱子”展开，箱子A在向前匀速移动的过程中受到的力为F。由问题入手进行分析，只需考虑“两个箱子”之间的“作用力”与“反作用力”即可，但很多学生往往脱离两个目标物体，甚至将多种作用力产生的实际效果混淆，导致求解过程中经常出现思维性的错误。

（2）针对高中物理课本上的很多概念性内容，一些学生雖然能够理解字面意思，对于每一种参数的含义也能正确认识，但练习题目一旦出现变式（难度增加），学生就往往无从下笔，不知从何处展开分析。“速度与路程”章节的追及和相遇问题是教学难点。如“A、B两地相距720千米，货车和客车同时从两地相对开出，已知客车保持每小时55千米的速度匀速前进，5小时之后，两辆车之间仍然相距30千米，求货车的速度”。如果问题均为此种难度，则学生无论是进行题设分析还是实际解答，均不会出现太大的问题。此题为典型的相遇问题，核心思路为客车路程（客车速度×时间）+货车路程（货车速度×时间）+一定时间后的相距距离=总位移（高中物理概念不够规范），故上述问题中的货车的速度=（720-55×5-30）÷5=83（千米）。增加难度，将“匀速前行”条件改为加速前行，题目中增加新的变量——两辆车不同的加速度为a1和a2，将最终问题由货车速度求解转变为与车辆加速度有关的探讨，则学生能成功解答的概率明显

降低[1]。

教育大数据检测系统通常分为三个层次，即基础设施层、计算层和应用层，如果“笼统”对照高中物理学习过程，则可以转换为“概念理解”“题设分析计算”“知识实际应用”。如果将三项内容“拆开”分别讲解，则学生普遍可以深入理解。但整体来看，“结合”已成为高中物理教学最大的难点之一。很多时候，学生无法梳理题目条件，无法发现起关键作用的条件。换言之，如何在审题过程中确认考查内容很重要。在此基础上，学生要梳理已知条件，找到求解最终答案必须具备的关键参数;经过合理推导，使答案获得足够的过程支撑。而系统性思维的缺乏，使学生无法将知识点连接成一个整体。这是教育大数据分析下高中物理教学面临的最大难题之一。

2   基于教育大数据，优化高中物理教学的有效策略

2.1  从概念出发，提升学生的深入理解能力

在应试教育体系下，高中物理教师往往是课堂绝对的“主导者”，为控制整个班级学生的整体学习进度，而忽视学生在教学中的主体地位。尽管绝大部分教师兢兢业业，将书本内容按照章节体系总结成精致的“知识点”，但对于学生思维层面的提升起到的实际效果极为有限。从基于教育大数据反馈的高中物理教学现状来看，从知识的概念出发，提升学生的深入理解能力，是优化高中物理教学方式、提升学生物理成绩、提升学生物理学习水平的首要工作。如“简谐运动”的定义为“物体总是在跟其偏离平衡位置的位移大小成正比，方向总指向平衡位置的回复力的作用下的振动”。需要注意的是，不同学生具有不同的逻辑思维能力、语言表达能力、事物分析能力，尽管上述定义十分清楚，但部分学生在脑海中根本无法呈现出简谐运动的变化趋势图。故必须深入解读定义，让学生用自己的语言完整阐述简谐运动的核心特性。如“偏离平衡位置的位移大小成正比，并总是指向平衡位置的回复力的作用”需要分四个层面理解。

（1）平衡位置。其可以视为“中心位置”或“中心点位”，在该点位的上下或左右范围内保持“平衡运动”，即物体向左移动一定距离，回到该位置后，也会向右移动相同的位置，且轨迹、时间等完全一致，具有对称性。

（2）与位移大小成正比的是“回复力”。即物体向特定方向移动的距离越大，回复力也会越大;移动的距离越小，回复力也越小。

（3）指向平衡位置。其表明移动方向处于一条直线，物体必然反复穿过平衡位置。

（4）物体受此种“回复力”的作用控制，进行振动的全过程，被称为简谐运动[2]。

按照上述四个层面，将一段较为复杂的物理学定义拆解，能在加深学生对知识点的理解的同时，促进学生形成知识体系。

2.2  开展更多的专题讲解，形成完善的知识体系

从基于教育大数据得出的高中物理学情诊断分析结论来看，造成物理课程学习质量较低的另一项重要原因在于部分学生对于物理知识应该如何应用存在疑问。换言之，“学以致用”理念长期无法得到贯彻落实。此问题需要一分为二看待：其一，一些学生对理解知识概念没有问题，无论是练习还是考试，均不会出现较大差错，但无法结合实际应用，即学生无法解决围绕知识点进行延展而出具的习题;其二，部分学生不知道物理知识在现实生活中的具体应用，导致缺乏学习目标。面对此类情况，笔者认为，教师不仅应开展更多的专题讲解，使学生形成完善的知识体系，还应在教学中，引导学生“角色扮演”，解决实际问题，从而达到“带动”的目的。如2020年7月，我国自主研发的北斗卫星定位系统的最后一颗组网卫星成功发射，彻底打破了GPS的战略威胁，并狠狠地打击了欧盟将中国排除在“伽利略计划”之外的不良居心（伽利略计划至今已然破产）。而与北斗卫星有关的物理知识涉及天体运动、宇宙速度等，当教师将教学与热点信息相结合，并开展专题讲解时，学生的兴趣必然得到激發[3]。

2.3  建立系统性纠错回顾学习机制，形成“肌肉记忆”

社会上存在“天才”，其异于常人的大脑提供的抽象思维视角，使其能够发现普通人无法看到的新事物。对于绝大多数人来说，“熟能生巧”“书山有路勤为径”是获得成功的唯一途径。物理知识趣味性十足，但也十分强调严谨性和精确度。从基于教育大数据的统计结果来看，学生普遍存在“差不多”心态，这从本质上造成了学生“无法完全掌握知识”的客观现状。基于此，必须建立系统性纠错回顾学习机制，引导学生形成“肌肉记忆”。所谓肌肉记忆，最早出现在军队以及职业竞技体育训练中，指通过高强度、高频率的练习，使人在面对特定事物时，无需大脑思考，身体肌肉下意识地做出正确的应对反应。此原理同样适用于高中物理教学，只有引导学生反复思考错误成因，不断查缺补漏，才能牢固掌握有关知识，使物理教学效果得到提升。

近年来，应用教育大数据分析模式对不同学科进行学情分析，虽然获得了一定的真实信息，但由于统计的结构化数据维度较少，数据来源并不丰富。此外，校园不应该成为学生获取知识的唯一场所，地方的图书馆系统、网络资源平台系统等尚未与教育大数据实现全面对接，使得学生的真实想法、学习习惯等重要因素无法得到实时的反馈，因而需要进一步加强。

【参考文献】

[1]卢瑜.高中物理教学中学生创新精神和创新能力的培养[J].科学咨询（科技·管理），2020（8）.

[2]曹怀春.新课程理念下高中物理有效性课堂教学探讨[J].科学咨询（教育科研），2020（7）.

[3]黄俊喜.高中物理学习策略及其教学对策浅探[J].科学咨询

（教育科研），2020（7）.