導(dǎo)語(yǔ)：物理教育數(shù)據(jù)素養(yǎng)的培育一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

信息時(shí)代給科學(xué)教育帶來(lái)的挑戰(zhàn)之一是在科學(xué)課程與教學(xué)之中貫徹探究式教學(xué)，挑戰(zhàn)之二是在科學(xué)課程與教學(xué)之中貫徹信息技術(shù)與科學(xué)課程整合(以下簡(jiǎn)稱為“整合”)。然而，科學(xué)教育在將探究式教學(xué)與“整合”推向更深層次時(shí)卻遇到了困惑與困難。這既有理論研究不足的問(wèn)題，也有科學(xué)教學(xué)實(shí)踐不夠的問(wèn)題。

一、數(shù)據(jù)素養(yǎng)是一種基于計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)探究的科學(xué)素養(yǎng)

數(shù)據(jù)(Data)是載荷或記錄信息并按照一定規(guī)則排列組合的物理符號(hào),是一種留下明確印跡的信息。數(shù)據(jù)可以是數(shù)字、文字、圖像,也可以是計(jì)算機(jī)代碼。對(duì)數(shù)據(jù)背景的解讀是獲得信息的一種途徑。在信息技術(shù)成為社會(huì)顯在技術(shù)的今天，科學(xué)素養(yǎng)包含著既相互區(qū)別又密不可分的3個(gè)方面，即理論素養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)和數(shù)據(jù)素養(yǎng)。理論素養(yǎng)是一種基于邏輯運(yùn)算的素養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)是一種基于真實(shí)實(shí)驗(yàn)的素養(yǎng)，而數(shù)據(jù)素養(yǎng)是一種基于計(jì)算機(jī)計(jì)算的素養(yǎng)?？v觀科學(xué)發(fā)展史,量化是科學(xué)的重要科學(xué)方法特征。物理學(xué)相對(duì)其他理科而言偏向于哲學(xué)的普遍方法層面,堪稱為其他自然學(xué)科的基石。經(jīng)過(guò)開(kāi)普勒、伽利略、牛頓、愛(ài)因斯坦等一大批科學(xué)家的努力,物理學(xué)已經(jīng)從萌芽期走向成熟期。形成了一整套成熟的研究客觀世界的方法體系。其中伽利略的工作具有里程碑性質(zhì),他將實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)引入自然科學(xué)研究,物理學(xué)因此而獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展。物理學(xué)的發(fā)展同時(shí)也帶動(dòng)了其他學(xué)科的發(fā)展?？梢哉f(shuō),數(shù)學(xué)與實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)或者物理教育的兩只翅膀。在電子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之前的科學(xué)研究中,數(shù)據(jù)是研究目標(biāo)的附屬品,是研究假設(shè)的驗(yàn)證者。物理學(xué)家主要采用基于數(shù)學(xué)的理論手段和實(shí)驗(yàn)手段來(lái)研究物理現(xiàn)象,早期具有良好科學(xué)素養(yǎng)的人應(yīng)該具有理論素養(yǎng)和實(shí)踐素養(yǎng)?？茖W(xué)發(fā)展到近代,一方面實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`會(huì)產(chǎn)生巨大的數(shù)據(jù),另一方面模擬也會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。雖然計(jì)算機(jī)可以輔助人們處理數(shù)據(jù),處理速度大約每18周翻一倍，其存儲(chǔ)容量大約每9個(gè)月翻一番，但是實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐或模擬產(chǎn)生的數(shù)據(jù)迅速占滿可用的存儲(chǔ)空間。數(shù)據(jù)從來(lái)沒(méi)有像今天這樣受到如此廣泛地關(guān)注。面對(duì)龐雜的數(shù)據(jù)，研究結(jié)論對(duì)數(shù)據(jù)分析方法的依賴性空前增強(qiáng)，數(shù)據(jù)挖掘和知識(shí)發(fā)現(xiàn)隨之產(chǎn)生?？茖W(xué)家和工程師的工作方式也發(fā)生了變化。這些數(shù)據(jù)就像一個(gè)金礦，可以從中提取信息，還可以通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘，將信息轉(zhuǎn)化成為有價(jià)值的知識(shí)。數(shù)據(jù)挖掘從2005年開(kāi)始已經(jīng)成為熱門的研究領(lǐng)域，具體案例涉及物理學(xué)、環(huán)境科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、生命科學(xué)、管理科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域。

信息時(shí)代的科學(xué)除去理論與實(shí)驗(yàn)，出現(xiàn)了第三種科學(xué)形態(tài)—模擬。物理學(xué)家的研究方式也發(fā)生了很大變化。首先，學(xué)科邊界走向消融，正像趙凱華先生所說(shuō)的，有的時(shí)候很難從一個(gè)物理學(xué)家研究課題的字面意思來(lái)判斷他研究的問(wèn)題是物理學(xué)課題，還是生命科學(xué)課題，或者經(jīng)濟(jì)學(xué)課題。我們只能認(rèn)為，只要系統(tǒng)采用物理學(xué)已經(jīng)形成的獨(dú)特的研究方法來(lái)研究課題，就是在從事物理學(xué)研究。其次，當(dāng)代的物理學(xué)家的工作越來(lái)越依賴于科學(xué)共同體的數(shù)據(jù)交流。最后，隨著傳感器等實(shí)驗(yàn)手段和仿真模擬手段的發(fā)展，使得物理學(xué)家面臨海量的數(shù)據(jù)，物理學(xué)家需要采用現(xiàn)代數(shù)據(jù)挖掘手段發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律。數(shù)據(jù)挖掘在有的時(shí)候只能通過(guò)觀察數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)而發(fā)現(xiàn)有價(jià)值的東西。這和過(guò)去傳統(tǒng)的研究范式不同。

總之,一個(gè)具有良好科學(xué)素養(yǎng)的現(xiàn)代人除了具有理論素養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)(或者實(shí)踐)素養(yǎng)之外,還應(yīng)該具有數(shù)據(jù)素養(yǎng)。比如伽利略在教堂做禮拜的過(guò)程中利用身體的脈搏計(jì)數(shù),發(fā)現(xiàn)了教堂里吊燈擺動(dòng)的等時(shí)性規(guī)律。再如具有數(shù)據(jù)素養(yǎng)的紅學(xué)專家則可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)《紅樓夢(mèng)》前80回和后40回的文言虛詞的使用頻率來(lái)確定《紅樓夢(mèng)》前80回為曹雪芹撰寫,后40回為他人續(xù)寫。當(dāng)代具有良好數(shù)據(jù)素養(yǎng)的人能夠掌握數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),在海量的數(shù)據(jù)中,探索數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)或者規(guī)律,不斷地挖掘出新的科學(xué)數(shù)據(jù)價(jià)值。

二、貫徹?cái)?shù)據(jù)探究是提高數(shù)據(jù)素養(yǎng)水平的基本途徑

因?yàn)榭茖W(xué)素養(yǎng)包括理論素養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)和數(shù)據(jù)素養(yǎng)，所以科學(xué)探究包括理論探究、實(shí)驗(yàn)探究和數(shù)據(jù)探究。探究式教學(xué)是提高科學(xué)素養(yǎng)水平的基本途徑，由此數(shù)據(jù)探究是提高數(shù)據(jù)素養(yǎng)水平乃至科學(xué)素養(yǎng)水平的基本途徑。討數(shù)據(jù)素養(yǎng)的指標(biāo)構(gòu)造對(duì)于評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)探究、引領(lǐng)數(shù)據(jù)探究和提高科學(xué)素養(yǎng)水平具有重要意義。由此看出，科學(xué)思想、科學(xué)方法和科學(xué)精神是數(shù)據(jù)素養(yǎng)的重要內(nèi)容。在物理教學(xué)中，數(shù)據(jù)素養(yǎng)主要體現(xiàn)于：其一，采集實(shí)驗(yàn)或觀察數(shù)據(jù)；其二,計(jì)算科學(xué)數(shù)據(jù)；其三，模擬、圖景與思維；其四，交流與傳播科學(xué)知識(shí)。其中,模擬既是信息技術(shù)與物理教學(xué)整合的主要內(nèi)容，又是一種重要的科學(xué)方法或科學(xué)形態(tài)。而數(shù)據(jù)探究是信息技術(shù)融合于物理教學(xué)的重要特征，也是提高數(shù)據(jù)素養(yǎng)水平乃至科學(xué)素養(yǎng)水平的重要途徑。

三、提升數(shù)據(jù)素養(yǎng)水平的建議

基礎(chǔ)物理教育要重視實(shí)驗(yàn)和理論教育，但是也不能忽視數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育。創(chuàng)新物理教育，提高物理教學(xué)效率，需要探討基于數(shù)據(jù)素養(yǎng)的物理課程與教學(xué)問(wèn)題。依據(jù)數(shù)據(jù)探究理論提出如下建議：

1.培養(yǎng)數(shù)據(jù)價(jià)值感物理教學(xué)終究需要解決學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的“信、懂、用”問(wèn)題，必須將物理知識(shí)和實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)、生活經(jīng)驗(yàn)、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)。因此在物理教學(xué)中需要重視數(shù)據(jù)的觀測(cè)環(huán)節(jié)，要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)于一些常見(jiàn)的物理數(shù)據(jù)或者物理量進(jìn)行估計(jì)，并關(guān)注物理數(shù)據(jù)對(duì)于自身的意義和價(jià)值，還要激發(fā)學(xué)生科學(xué)探索的興趣和習(xí)慣等。

2.培養(yǎng)數(shù)據(jù)探究意識(shí)傳統(tǒng)物理教學(xué)重視培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)處理能力,如強(qiáng)調(diào)習(xí)題的演練,但是傳統(tǒng)物理教學(xué)對(duì)數(shù)據(jù)探究意識(shí)和能力培養(yǎng)重視不夠。需要加強(qiáng)練習(xí)或者新授課中的思想實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練,發(fā)揮圖景素養(yǎng)作用,幫助學(xué)生由模仿走向創(chuàng)新。數(shù)據(jù)探究意識(shí)首先表現(xiàn)為量化的意識(shí)。

3.培養(yǎng)數(shù)據(jù)探究能力探究式教學(xué)不僅包括實(shí)驗(yàn)探究和理論探究，還包括數(shù)據(jù)探究，因此在物理教學(xué)中還應(yīng)該重視數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)，特別是數(shù)據(jù)挖掘的方法教育。在數(shù)據(jù)的獲取(選定待研究的數(shù)據(jù)集、選擇合適的信息源)，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)(剔除冗余數(shù)據(jù)，選擇易用的存儲(chǔ)形式)，數(shù)據(jù)的分析(選定分析方法，知識(shí)發(fā)現(xiàn)，找到或修正研究問(wèn)題)，數(shù)據(jù)的表達(dá)(選定表達(dá)形式，共享成果)中蘊(yùn)含的大量數(shù)據(jù)探究方法和技巧。善于選用文字處理、圖像處理、信息集成的數(shù)字化工具，對(duì)物理知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行重組、創(chuàng)作和研究。

4.開(kāi)發(fā)基于科學(xué)方法的“整合”選修課后現(xiàn)代教學(xué)觀認(rèn)為，教學(xué)應(yīng)該注重具有普遍意義的方法教學(xué)。數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境、數(shù)字化學(xué)習(xí)資源和數(shù)字化學(xué)習(xí)方式為“整合”提供了必要條件?！罢稀毙枰幚砗门c傳統(tǒng)物理課程的關(guān)系，開(kāi)設(shè)基于科學(xué)方法的“整合”選修課程。