时间：2023-06-13 16:14:11
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1 问卷调查的目的
本次调查的主要目的是对全校使用现代教育技术增强自主学习能力，提高教学质量的情况作进一步了解，对调查结果进行研究分析，为今后开展教研工作提供有针对性的指导和服务。
2 问卷基本情况：本次研究主要采用了问卷调查法。
3 问卷数据汇总与基本分析
3.1 运用现代教育技术的课堂教学模式，可以激发学生学习兴趣，增强自主学习的能力。
可以看出，80%以上的学生喜欢上多媒体、电子白板课，只有10%的学生不喜欢，这类学生大都是学困生，总觉上课无聊，不管采用什么教法，都没有兴趣。由于地处偏远山区，家中具有上网条件的人数较少，不过大部分家长购买了磁带等设备，为学生有效学习奠定了基础。
可以看出，很感兴趣的学生较多，这部分学生中有的学生也是学困生，据了解，他们喜欢多媒体的声音、动画、图像等，不感兴趣的学生大多是学习差，性格内向，家庭条件差、留守儿童等，今后我们要研究如何调动这部分学生的积极性。分析：在传统课堂教学中能主动预习复习的学生只占20%，教师布置就进行预习复习的学生占45%，可见学生在自主预习复习方面几乎一半是被动的。学生完成作业的情况总体上是好的，30%的学生能够自己独立认真完成；45%的学生能与同学讨论完成。但不容乐观的是仍有25%的学生存在抄袭作业现象，运用现代教育技术上课后，由于出现“大容量、快节奏、高效率”的特点，学生课前预习扎实，当堂检测过关率高，致使抄袭的学生大幅减少。
数据显示：利用多媒体技术后，学生自主学习的激情高了，充分体现了先学后教、学生主体的理念，有利于提高教学质量。
由此可见，近一半的学生体会到自主学习的甜头，并愿意坚持，没有感觉的学生属于学困生，不愿意学习，亟待培养学习激情。
3.2 利用多媒体，突破重难点及疑点，提高学生的综合能力。举行同课异构活动，教学《切线和圆的位置关系》时，利用FLASH动画，让静的圆动起来，使其与直线有1个交点、2个交点、无交点，让学生理解直线与圆的位置关系。另一个教师传统教法，最后课题组经过集体讨论对两个班的当堂作业情况进行了一项综合检测，结果如下实验结果表明，运用电子白板教学的九1班学生的推理能力、空间想象能力、判断能力、应用能力明显优于九2班，差异分别是3%、19.34%、5.9%、11.1%，特别是空间想象能力的差异最高，达19.34%。原因是利用计算机可将几何教学中所涉及的事物、形象、过程等全部内容再现于课堂，使教学过程形象、生动，使难以觉察的东西能清晰地呈现在学生的感觉能力可及的范围之内。
3.3 运用现代教育技术，提高教学质量。经2年长期运用电子白板等教育技术后，对平行班教学成绩进行比较（以语文为例）。由统计表可以看出：运用多媒体技术上课的教学成绩较好，尤以优秀率更为明显，基本上都要高出15个百分点。极差生（36分以下）降为0，进步明显，学困人数36～72分学生数有所增加，均分直线上升，净增8.92分，而平行班（偶尔用电教设备）只增3分，按照如此进步速度，预测下次考试合格率能达到70%。
4 研究反思
[关键词]教师教育技术化作用
一、数字化引领教育技术化
当今社会已逐步进入数字化时代，这就要求教师必须引领学习者学会学习、学会合作，从而使得学习者能够充分挖掘出自己的独特潜能与创造性。相应的，教师的教学模式也需要从传统的集体授课改变为能依据学习者的个性化特点进行定制，教师的授课习惯需要实现从关注教材的呈现到重点分析不同学习风格的学习者需求的转变，让学习者变被动学习为主动学习；并成为合作学习者。
教育是人之自我建构的实践活动，而技术也是人类发展的产物，是使人成为人的一个基本条件，必然先天地以人的价值判断、以人的需求为其存在和发展的基本前提。因此，教育技术的存在基础是教育与技术之“和”———使学习者不断“文化”和“人化”，从使得教育与技术相互交叉融合。例如美国新版NETS•T中十分注重数字化环境中教师教学设计能力的完备。数字化的学习教育环境使得教育逐步呈现技术化的特征。
顾名思义，技术是指人类为了某种目的或者满足某种需要而人为规定的物质、能量或信息的变换方式及其对象化的结果。技术规定了如何将一种物质(形态)变换为另一种物质(形态)，将一种能量变换为另一种能量，将一种结构、形态的信息变换为另一种结构和形态。教育技术化是指在教育与技术“之间”的，特征式微妙转化，“教育技术”不在教育中而是更多地体现在技术中。同时，“教育技术”是教育与技术的相遇，“教育”是实质内容，原本作为载体的“技术”也日益呈现教育的特征。在此前提下，教育与技术相济相合，育生教育技术，并促使其发展。另一方面，教育对技术的要求是不同的，因为技术是多维的，人的价值和需要也是多层次的。
二、教师在教育技术化过程中的作用
有学者指出，作为教育功能的技术要同时满足两个条件:一是解决学习者学习效率的问题，二是解决技术应该怎样为学习者人文化服务的问题。而教师恰恰在这两者的兼具方面具有天然的优势。
如前所述，进入新世纪，数字化技术日新月异，此中教师运用其学科知识教和学，并运用数字化技术更新教学理念和模式，以便获得促进学习者学习、激发学习者创造力与创新性的经验。可以说，新时代的优秀教师必然应成为数字化时代工作和学习的表率，教师应展现出全球化和数字化社会中具有创新精神的专业工作者所应具备的知识、技能与工作方法。
通过展示与推动有效运用数字化工具和资源，教师可以不断提高自身的专业实践，树立终身学习的典范，在学校和专业共同体中表现出领导力。如果说20世纪末还可以成为传统学习方式和数字化(E-learning)学习方式的混合。如今后者已明显在挑战前者的管有地位。例如我们说教师最常用的技术是PPT，而PPT的主要功能之一是代替粉笔黑板来呈现课堂讲授内容。但如果教师固步自封，就会造成教师改革理念的滞后，并由此引发对其他先进技术的降格使用，这在很大程度上限制了教育技术的深层影响。
在当今教育技术化的过程中，教师必须拥有一定的信息化教学设计能力，以培养学习者具有高度创造力为目标，能够决定何时选择何种技术，从变革需求出发，创建有效的数字化学习环境，架设满足学习者个性化学习的平台，改变学习方式、学习文化以及相应的组织方式与学习关系。
这一点在语料库语言学领域体现比较明显，数据驱动语言学习是语料库应用于语言教学中的一种教学模式。这种教学模式使得教师可以建立在语料库的研究基础上，同时吸纳语言习得和认知科学的研究成果。在语料库语言学的授课教师看来，教学研究所依赖的真实语言数据只是一种社会语言现象，这种可观察、可量化和可描述的数据是探索社会文化语境中语言的意义与功能时最为直接和有效的数据，教育在这里已经体现出明显的技术化特征。
三、有效利用教育技术化的价值特征
柯利认为，技术本身不负载价值，而是在技术的使用中，人的思想意识和经济利益导致了技术的价值负载。教师作为数字信息化社会教育技术的使用者，教育技术化对教师提出了更高的要求。教师要不断地提高自身的素养，合理运用信息技术进行教学，掌握好各项技能的使用。在人工智能、虚拟现实等技术飞速发展的今天，信息技术替代了教师的部分教学活动，但不管技术怎样发展，在教育这样的人文学科，更注重的是人本主义的发展，信息技术不可能完全替代教师在教育中的地位。发挥教师的主观能动性，有效利用教育技术化的价值特征，正确处理信息技术与教育的关系是信息时代对教师和教育工作者提出的新的挑战。此外，学校的管理人员也要正确地对待信息技术，因地制宜地选择合理的技术推动教育的发展，发挥其价值的正向导向作用，而不能过分强调信息技术在教育中的作用，须知技术是手段，达到教育的发展才是最终的目的。
有学者成技术化是人类存在的方式。只要人存在，他就要追求自由，而人类追求自由离不开技术化。教育的技术化必然使得教育技术学成为显学，而教育技术的出现不仅仅改变了教育实践的面貌，而且也会带来理解教育的新方式———一种基于复杂性理论和开发取向的理解方式。
参考文献:
[1]安涛，谢英军.关系思维视野中的教育技术图景.电化教育研究，2009，(10):10-14.
[2]程桂芳，徐恩芹.新版NETS•T对我国教师教育技术培训的启示.继续教育研究，2009，(11):59-60.
[3]王勇，杨晶.数据驱动的研究路径在英美文化教学中的应用.外语学刊，2009，(5):183-185.
关键词：数字时代；教育；人机系统
一、数字时代的教育方式辨析
“数”乃万物。这是古希腊学者毕达哥拉斯的观点，虽然这个观点产生于距今约2500百年前，但令人不可思议的是，这个2500百年前的观点正邃变为今天的现实。“数字化”像一股势不可挡的狂潮涌入了我们的时代，当人们还沉浸在昨天科技的恩泽并沿着其铺就的道路延续着顺理成章的生存方式时，数字化技术已经开启我们生存的另一个天地。特别是在人类知识的延续、发展与发现上，发挥着难以想象的作用。以其技术为基础所形成的教育手段，不但冲击着昨天的教育模式，也重新规划着人类的明天。
毋庸赘言，数字化已经从概念的幻境中走出来，并接受了今天的洗礼。人们在感受它恩泽的同时也遭遇了意想不到的问题。首先是数字界面与人的认知关系，在教育领域中所突显的是技术性与人性的失调；其次是界面环境与“人态”的相悖。上述问题不但制约了学生对知识的理解，也影响或改变着学生的脑态。
数字时代显现出的最一般的现象是速度与虚拟。速度提升了人们对信息的单位时间接受量，人们通过虚拟技术，实现了用非物质形式感知事物现象或内在规律的愿望。从技术角度讲，速度是实现虚拟的基础，高速度能够实现复杂的虚拟，其价值无可厚非。然而，对人的本能来讲，接收信息的速度是有限能量。虽然阈值对于个体有所差异，但上限与下限的绝对值与数字技术的速度无可比性。这就是数字信息传输速度与人脑接收速度的差异化所在。
实际教学中经常发生下列现象，教师本想利用PPT程序制作课件并通过多媒体教学获得理想教学效果，但得到的结果却有时事与愿违。课堂上学生们难以打起精神，既不做笔记，又不集中精神听课。是学生不热爱学习?还是学生有其他的心理问题?都不是，真正的原因是教师劳神制作的课件，在人机关系上违背了学生们的认知规律。
最普遍的问题是知识信息的输出量严重超过学生的信息接收量。数字技术颠覆传统授课方式的最直接表现，是板书的书写与图像的显示，教师在课前将所有的内容制成课件，为了详尽而准确地描述知识点，输入了大量的文字或其他符号。课堂上，教师只做两件事：其一是对幻灯片内容进行讲解；其二是适时地播放幻灯片。由于课堂上所放映的内容是课前所做好的，因此信息输出速度很快，而学生的信息接收速度难以跟上，从而造成学生的学习障碍，具体表现为：(1)难以保持随意注意；(2)难以形成长时间或永久性记忆；(3)难以形成概念等。
注意是学生学习的基本心理条件，特别是随意注意，是学习效果的基本保证。从注意的理论模型来看，无论是过滤器模型还是反应选择模型，直至中枢能量理论，其共同性都在于刺激与选择，刺激的性质与刺激通道的秩序左右着注意。而数字技术的教学手段由于省略了当堂的书写过程，使听觉通道与视觉通道同时发生知觉或反应，即学生在相应的字符呈现时，要同时完成笔记、视觉追随和听觉追随等任务，依据中枢能量理论，当多通道同时操作时，其注意就会发生被分配状态，各通道的注意指数就会下降。这一点已经被许多心理学家设计的实验所证实。而传统的教学模式却避免了上述问题，原因在于板书的书写过程，就是学生视觉的追随的过程，使视觉通道和听觉通道不同时发生知觉反应。通常教师在黑板上书写时，学生仅发生视觉追随，教师的书写速度比学生的笔记速度略快于5－8个字符，当教师完成书写并进行讲解时，学生的笔记也基本完成，视觉追随活动结束，接下来要进行的是听觉追随活动，在这个过程中学生的注意始终保持在单通道作业状态。因此注意的中枢能量对于各种刺激，始终处于高能状态，从而保证了教学效果。
记忆是人类掌握知识的最一般的基础条件之一，然而记忆的发生是有条件的。本文在此所研究的问题不涉及纯粹的关于记忆的理论，而是从人机工程学的角度探讨形成记忆的条件。通过前人及当代的相关试验证实，人的记忆必须具备以下条件：(1)具备正常的生理和心理机能；(2)在觉醒前提下；(3)所发生的刺激处于意识之内。从认知心理学的理论看，就是对刺激首先产生感知觉反映，并通过对相关通道的注意机制的建立，实现对信息的存储。因此，能够快速而稳定产生对感知觉的刺激，是能否实现注意发生的先决条件。特别是刺激的物理特性决定了刺激的强度，数字技术下的视觉刺激主要是通过光的扫描实现的。因此其显示的条件必须是低照度的环境，这是学习所需的人机环境与数字技术呈现的环境相对立的矛盾点。在环境照度上，能够满足各类视觉作业要求的照度可参照生产车间工作面上的最低照度值表(见表1)：
通过表1可知，能够满足笔记作业的最低照度必须在Ⅳ级，也就是一般照度值须达到100－75／1x，而对于现今普遍使用的投影仪的投影性能来讲，这个照度值显然影响其最基本的显示效果。因此，为了满足投影仪的显示效果，只好采用低于10／lx的照度。这个光环境不仅导致学习者无法做笔记等学习操作，更重要的是这一光环境恰好覆盖了觉醒抑制的范围值，并且促进了睡眠发生的概率，因此丧失了记忆的必要条件。
二、数字时代的教学与人机关系
数字技术使人类的教学方式发生了“突变”，其根本点在于构成其体系之一的教学手段发生了改变。这种改变对于教育来讲是全面的和彻底的，无论是教育者、受教育者、还是教学活动，都得到了革命性的促进和发展。首先，由于技术的进步，使教学的技术结构发生了前所未有的变化，表现在教学活动上的特性不再是机械的。其次，对于教学活动赖以进行的场所而言，原有的人机关系已不再适应，教学的知识和技能将由传统知识技能向驾驭、运用数字技术方面的转变，其结果不仅导致教育者自身知识结构的自然调整，而且也将引起对数字技术下，教学环境及人机关系进行新的探讨。
能够适应数字技术教学环境的人机关系并非单纯取决于数字设备，确切地说应该取决于一个完整的系统。这个系统的技术结构，应该对应于教学环境中的人机关系，具体说应包含下列内容：(1)文字与图形的显示是否与学生记笔记时所要求的环境同化，比如说是否配备不用借助必要照度即可实现笔记的工具。(2)由于数字技术教学界面的特定性，授课最好配置书写装置。因为手写体的字符往往对学生的情感具有主导作用，所以未来的授课过程不再停留于单纯的标准化输入或讲授，而是兼具人性化、个性化的教学方
式。(3)如果无法克服数字技术所特有的界面特性限定的环境，那么是否考虑其他的觉醒刺激方式来保持学习者的兴奋状态。
三、数字时代的教育方式与人机系统发展展望
综上所述，由于数字时代的教育方式的改变，不可避免地影响到教学的方方面面，要求新的人机系统来适应现代与未来的教育。以此为基点，势必将引起深层次的探索与研究，如以数字技术为对象的人机系统对人的功效意义如何反映；对教、学双方而言，在人机工作界面中，哪些素质的要求被提升在认知系统与情感系统方面，并具有哪些相应的改变等。另一方面是界面环境的“宜人性”，它包括信息互动形式，主要表现为信息的显示形式与人的知觉关系，借以提高获取必要信息的速度和准确性。信息输入形式，表现为人对机器的操作，是提高教学效率的必要手段。对于学习方，生态适应性表现为对人脑状态的可控性，是最大限度地提高人的心智的基本条件。数字时代的标志性物质便是信息，而面对日益膨胀的信息“海量信息”，传统的学习处理模式已显得力不从心，如何应用“语义信息”的概念实现未来的教育目标。是我们在数字技术平台上研究的重要领域，为适应时代的要求，我们有必要投入到这种前瞻性的研究领域中。
(一)人机界面标准化的研究
以人为本，是教育的根本原则。但是，这个原则下的“人”，既是个性的又是共性的，其中更具有决定意义的是共性。然而，长期以来，人机界面的设计一直偏重于个性化，特别是某些中小型软件，为了强调自身风格，界面设计常常是五花八门，令使用者感到困惑而无所适从。由于数字时代各类技术的高速发展，新术语、新图标不断涌现，这种现象一方面使我们欣喜不已，但另一方面也给我们的识别和理解造成了始料不及的麻烦。如果所有软件都以个性化为编写依据，势必会造成人机系统形式的混乱，这难道不是工业革命初期非标准化的翻版吗?所以站在历史的高度，面对未来，数字化人机关系应具有系统性。从人类的认知规律探索界面语言、图标、构成形式等心理与行为的共性，为人机界面的标准化提供必要的理论基础。因此，界面设计要跻身于代表人类最高生产力的数字领域，需要规范和责任。数字技术下的人机界面走向标准化不能不说是人机系统的发展趋势之一。
人与机器(环境)是人机系统中互为矛盾的两个方面，如果片面地强调机器(环境)无条件地服从于“人”，将是非常被动的和盲目的，因为人机界面所反映的信息，对于原始意义的人是无效的。任何一个人要读懂信息的含义，必须凭借其所学的知识，而知识是“人”创造和总结的，是不断发展的。在这方面，人机界面的语言及标志系统，不仅有规范和统一的必要，更重要的是要将其发展为基础性知识来传授和普及，并固定于教育的某个层面，使之成为人类共同遵循且具有准确传播语义的知识，这是人机系统标准化发展的基础保证。
【关键词】教育信息生态学；数字生态校园；生态化建设；可持续发展
【中图分类号】G40-057 【文献标识码】A 【论文编号】1009-8097（2013）04-0050-06
近年来，生态理念在各行各业都得到了极大响应，出现了“生态农业”、“生态文明”、“生态校园”等体现时代特色的名词，高校教育信息化开始呼吁生态可持续发展理念。
一 研究背景
高校数字校园建设不仅仅是技术层面问题，更涉及教育和资源管理问题，当前我国高校数字校园建设与应用的生态性和可持续不佳，具体表现为以下五个方面：
1 理念层面――对数字校园建设认识不到位
认识到位是数字校园建设的基本前提。高校数字校园建设应充分利用信息技术手段为教学、科研、管理与服务等提供全方位的信息化支持，使信息技术成为学校核心竞争力的重要组成部分。然而，当前很多高校领导者对数字校园建设认识不到位：一方面学校领导对数字校园建设的长期性和教育行业固有的周期性认识不足，缺乏长效的投入保障机制，导致数字校园建设项目停滞不前；另一方面，将数字校园建设作为目的，而不是作为提升高校信息化服务水平的手段。如果只是将数字校园建设当作“面子工程”，仅仅注重有形的网络环境建设而忽视无形的软件、管理和服务，则数字校园必将流于形式，难以发挥其实际效用。
2 物质层面一网络宽带不足，设备性能不稳定
随着高校信息用户和应用系统的不断增多，数字校园网络系统存在有线和无线接入点少，宽带不足，系统运行缓慢，关键网络设备质量不一、标准不一、性能不稳定，软件系统升级困难，无法适应业务拓展和模式变更需求等问题，不能很好地满足广大用户群体对便捷上网环境的需求，在很大程度上制约了高校数字校园的可持续发展。
3 信息资源层面――教学资源针对性不强，缺乏个性化信息服务
当前很多高校都购买了大量的信息化教学资源和科研文献资源，但这些资源主要以文字资源的形式存在，资源类型少，教学针对性不强，难以满足师生用户的个性化信息需求。此外，由于缺乏统一的信息资源标准，数字校园系统内外部信息资源难以进行有效地交流和共享，造成了整个教育信息系统资源的极大浪费。
4 管理层面――“三大孤岛”现象的存在导致系统间数据不共享
在高校数字校园建设进程中，各部门相对独立的资源管理与应用方式使得校园内部形成了一个个“数据孤岛”、“信息孤岛”和“应用孤岛”，给学校教学与管理工作带来了诸多不便。另一方面，高校在不同时期建立起来的管理信息系统由于缺乏相应的管理协调机制，再加上技术、人员调动等方面的原因，导致信息系统升级与维护困难，难以适应高校信息化发展需求。
5 应用层面――缺乏对教师队伍的信息技术培训，忽视数字校园的教育教学功能
教育领域“重建设、轻应用”的现象普遍存在，当前很多高校都建立了基础设施相对完备的数字校园系统，但教育层面的应用水平却不高，原因主要有两点：一是没有对用户群体进行信息技术培训，很多教师信息意识和信息能力薄弱，固守传统的教学模式，忽视了学生自主学习和创新能力的培养：二是没有充分重视高校用户群体的信息需求，构建的网络教学平台操作复杂，交互性不强，导致系统的教育教学功能没能很好地发挥。
二 高校数字校园生态化解析
教育信息生态学融合并发展了信息生态学的系统观和教育生态学的生态理念，以“生态化”的视角来解决当前教育信息系统出现的相关问题，为高校数字校园建设及其可持续发展提供了新的视角和思路。
1 教育信息生态学
教育信息生态学（Education Information Ecology）是借用生态学原理与方法来研究教育信息、人、教育信息环境三者之间相互作用过程、规律及其整体生态平衡的一个崭新分支学科。国内关于“教育信息生态学”的研究主要是围绕教育信息化建设和信息化教育应用而展开的，重点强调“系统”与“生态”理念，核心思想是“以人为本，构建和谐的教育信息生态系统”，促进人与教育信息环境的协调可持续发展。
教育信息生态系统是教育信息生态学的重点研究对象，即“在教育信息环境中由人、技术、价值和实践构成的一个有机系统”，该系统将“技术”作为一个重要因素加以强调，但系统的核心要素是技术支持下的人的实践活动，核心价值在于促进“人的信息化发展”。
2 高校数字校园的生态化内涵
生态校园是指以生态学基本原理为指导思想，进行合理的校园建筑与园林规划设计，形成人与自然环境协调发展的校园生态系。这里的“生态”主要强调的是校园环境的绿化以及利用“绿色科技”对校园进行绿化处理，形成生态科技园。
什么是数字校园的生态化呢？笔者认为，数字校园的生态化是“绿色”、“生态”理念向教育领域渗透的结果，是在生态学原理的指导下，以可持续发展为出发点，将生态理念和信息技术融入到数字校园建设进程中来而构建的一个人与技术高度协调的数字生态系统。
本文提出高校数字校园的生态化建设，就是要反对不遵循数字校园系统内部活动规律和破坏系统平衡的建设行为，强调以提高数字校园人才培养质量为目标，以信息技术在高校信息化教学、科研、管理与服务中的应用为核心，致力于构建一个人、技术与信息环境协调发展的数字生态校园。
3 教育信息生态视域下的高校数字校园生态系统阐释
教育信息生态观认为，高校数字校园生态系统是教育信息环境中由“信息人、教育实践和技术化环境”构成的一个有机生态系统，该系统不仅重视“技术”在教育信息环境构建中的独特作用，更关注教育信息环境下“人的生命发展”，如图1所示。
（1）高校数字校园生态系统的主体
高校数字校园生态系统的主体是具有主观能动性的信息人，包括教师、学生、行政人员和管理人员，能对系统进行主观调控，使之朝着既定的目标发展，是该系统最基本、最活跃的组成部分。按照系统内部能量流动和信息传递过程，信息人可分为信息生产者、信息组织者、信息传递着、信息消费者和信息分解者，在信息资源的生产、组织、传递、消费与分解的过程中形成了互利共生的生态链关系。
（2）高校数字校园生态系统的信息活动
实践活动是信息人与生态环境之间相互作用的桥梁，直接关系到数字校园系统核心价值的实现，是数字校园系统的核心要素。信息人通过一系列的信息活动，包括教学、科研、管理与服务等，对社会信息系统输入的各类物质、能量和信息进行筛选、组织与转换，增强高校信息化核心竞争力，促进人才培养质量的提高。
（3）高校数字校园系统的生态环境
高校数字校园系统的生态环境可分为宏观生态环境和微观生态环境。宏观生态环境即社会信息生态环境，包括自然环境、社会环境和规范环境，是数字校园生存与发展的大环境；微观生态环境主要是指高校内部的网络基础设施环境、信息技术环境、信息资源环境和信息规范环境，是该系统需要特别关注的生态因子，可调控性强。二者相互作用、相互影响，共同构成了高校数字校园系统的内外部生存与发展环境。一方面高校数字校园系统所培养的人才必须符合信息社会需求，信息社会人才培养目标一旦改变，该系统的人才培养方式就必须做出相应调整，否则便会阻碍校园系统的生存与发展；另一方面，数字校园生态系统的变化也会对社会发展产生重大影响，系统培养出的创造性人才会对社会发展产生积极影响，相反低劣的人才会阻碍社会进步。
三 高校数字校园的生态化建设模型
高校数字校园的生态化建设就是要坚持“以人为本”和“可持续发展”的生态理念，利用信息技术打造人性化数字校园，促进高校教学、科研、管理与服务等各方面的均衡可持续发展，充分发挥数字校园系统的生态效益，以最小的成本投入，获得最大的系统产出。本文根据树的结构特征，构建了高校数字校园的生态化建设树状模型，重点突出数字校园的生态可持续发展特征，如图2所示。
1 社会信息环境是高校数字校园生态树生存与发展的“土壤”
数字校园生态系统是一个动态开放的人工生态系统，需要不断地从外界吸收物质、能量和信息，在与外界交互过程中，不断改变自身的功能结构以适应信息时展要求，并且通过向社会输出人才、知识和文化等方式不断改变社会信息环境，为自身的可持续发展做铺垫。
数字校园生态化建设必须保持数字校园内外部系统的协调与平衡发展，确保系统物质流、能量流和信息流输入与输出的总体平衡。作为高校数字校园生态树生存与发展的土壤，外界的物质、能量和信息变化成为该系统进化与发展的外部动力，高校数字校园生态树必须积极吸收土壤中的养料，提高自身对不同环境的适应能力和免疫力，同时不断改变土壤环境使之适应自身发展需求。另一方面，该系统本身就具备信息资源生产能力，应注重校本资源的生态积累，生产出更多的可用性养料，创造出肥沃的土壤，通过内外结合的形式，为系统的健康发展提供有效支撑。
2 网络基础设施和信息资源系统是数字校园生态树的“根系”
网络基础设施是高校数字校园系统的信息高速公路，各类教育信息资源的交流与共享都离不开这个物质载体的支撑，而信息资源则是数字校园系统建设的核心内涵。没有了信息化资源，高校数字校园便如空中楼阁，发挥不了任何作用。二者相辅相成，共同构成了高校数字校园的软硬件支撑环境，成为该系统可持续发展的重要根基。
高校数字校园的生态化建设必须保持生态树的根系发达和稳固，才能保证树体的健康成长。在数字校园生态树中，网络环境和信息资源环境的基本作用就是为这棵树的生存与发展提供物质、能量和信息资源。只有通过构建开放性的技术环境和信息资源环境，不断促进内外部信息资源的交流和共享，才能不断巩固和发展根系，增强根部吸收面积，拓展信息化生存与发展空间，从而增强信息化生存与发展能力。
3 数字校园系统整合平台是数字校园生态树的“主干”
高校数字校园系统整合平台包括公共数据平台、统一身份认证平台和信息门户平台，是高校数字校园的骨骼系统，可以整合高校各类管理信息系统，为不同层面的用户主体提供个性化的综合信息服务，集中体现了高校数字校园的信息服务水平和服务能力。
高校数字校园的生态化建设必须不断提升数字校园生态树“主干”的支撑作用，将养料传递并按需配置到各个枝干，即通过系统整合平台，对各类物质、能量和信息进行合理分配与调度，传输到各部门单位和各类应用系统，包括人事管理系统、财务管理系统、教务管理系统、网络教学系统等，实现各类IT资源的按需分配。随着信息技术的发展和用户需求的变化，生态树会分生出很多新的侧枝，这就要求系统整合平台要有统一标准化接口，以保证各类应用系统的后续接入，并做好整形修剪工作，确保生态树发展的均衡性和持续性。
4 信息活动是数字校园生态树的“果枝”
信息活动包括教学、科研、管理与服务四大类基本活动，是数字校园生态系统核心价值实现的关键，直接关系到数字校园建设和应用成效，决定着数字校园系统的生态效益。
果枝即果树上能开花结果实的枝，这里指高校各类信息活动。信息活动的开展过程就是生态树吸收养料，促进果实早产、优质生长的过程，即通过一系列的传递、吸收与转化活动（学科教学、科研、资源开发等信息活动），提高人才培养质量。高校数字校园生态化建设必须以应用为导向，关注数字校园系统的应用成效，提高信息活动质量。
5 人的信息化发展是数字校园生态树的“果实”
人的信息化发展是数字校园生态系统的核心价值所在，也是数字校园建设的根本目的与制高点。信息人的发展不仅包括用户群体思想层面的变化，也包括实践层面的变化，具体表现为思想素质的提升和信息能力的提高。
数字校园的生态化建设必须以人的发展为基本出发点，为用户构建良好的信息化生存与发展环境，提高师生群体的信息化生存和发展能力，保证系统知识、文化和人才输出的稳定性和优质性。
6 系统思想和生态理念是数字校园生态化建设的“灵魂”
数字校园生态系统是一个多因子相互作用、相互联系，并在功能上协调一致共同发挥作用的有机系统，任何一个生态因子的变化都将对系统的发展产生重大影响。高校数字校园生态化建设必须以系统和生态理念为指导，在坚持以人为本和可持续发展原则的基础上，综合考虑各因素之间的相互作用关系，系统规划和统筹设计数字校园系统，注重系统的生态效益，保证生态树的健康发展。
四 高校数字校园的生态化建设对策
1 以人为本，重视数字校园系统规划和设计
高校数字校园系统建设是一项复杂的系统工程，受到多种生态因子（技术因子、人力因子、资源因子、文化因子等）的影响。从一定程度上说，数字校园建设与发展的过程就是协调数字校园各子系统使其持续满足高校用户需求的过程，数字校园的发展水平在很大程度上取决于诸要素相互协调与合作的程度。
高校数字校园的生态化建设需要综合考虑并协调好人、信息资源、教学实践、技术化环境等各要素间的相互作用关系，运用“以人为本”和“可持续发展”的战略理念，从整体着眼，根据高校信息化建设现状和用户需求，对数字校园进行系统规划和设计，寻求最佳方案，从而最大限度地发挥系统整体效应，促进数字校园的生态可持续发展。
2 积极利用云计算技术，构建可持续发展的技术环境
在信息时代，数字校园建设必须具备一定的超前性和前瞻性，不能只是追踪式地建设，要向可持续发展模式转变，即数字校园建设要以“技术对抗技术”，建设符合国际主流技术标准的数字校园系统平台，包括公共数据平台、统一身份认证平台和信息门户平台，形成可持续发展的技术环境。
云计算技术为高校数字校园的可持续发展提供了技术支撑。作为一种“一切皆服务”的计算模式，云计算具有五大基本特性：通用性、虚拟化、动态伸缩、规模大和按需服务，用于数字校园服务平台建设不仅可以整合高校分散的信息资源，实现IT资源的统一管理和按需分配，还可以为用户提供个性化信息服务。基于云计算的数字校园系统服务可以分为校园内部的“私有”云服务和校园外部的“租赁”云服务两大基本模式，用户只需利用计算机、笔记本电脑、手机、Pad等终端设备接入云服务平台即可获取相应的服务，如图3所示。
高校数字校园生态化建设应坚持可持续发展的基本原则，采用平台化和服务化的建设思路，构建数字校园云服务平台，创造以人为本，惠及全民，让广大用户用得上、用得好的信息化服务环境，推动高等教育的大众化发展。
3 加强信息资源的动态积累，促进信息资源的共建共享
信息资源是数字校园系统非常重要的生态因子，也是学校重要的战略资源，对高校教育教学质量和科研质量的提高具有最直接的影响。高校作为人才培养和科研基地，十分重视对信息资源的“内涵”建设，每年都会购买大量的信息资源为教学和科研服务。从生态学的角度看，数字校园的发展需要经历一个“静态一动态一生态”的发展进程，高校信息资源建设不能仅仅作为一种投资行为，游离于教育教学活动，而应在实践活动中实现信息资源的增值和再创造，如图4。
高校信息资源的生态化建设应最大限度地促进静态资源向动态资源的转换，鼓励师生在课堂教学、科学研究和社会实践活动中创造动态化信息资源，最大化信息资源的生命价值。高校应建立相应的信息资源共建共享机制，鼓励并动员高校师生贡献个人信息资源，将有价值的信息资源迁移到云端，实现信息资源的按需服务和共享。
4 加强教师种群信息技术培训，促进教师思想观念转变
新的教育思想、教育理念的渗透是数字校园建设的灵魂。教师作为数字校园生态系统的“关键物种”，充当着信息和技术“把关人”的角色，师资队伍的信息化素质直接关系到数字校园的应用成效，对高校数字校园生态系统产品（学生）质量有绝对影响。教师种群应通过信息技术培训掌握现代化的教育思想和理念，不断提高自身的信息意识和信息能力，尤其是信息整合水平和能力，大力支持新技术在教育中的应用，保证信息技术与课程整合落到实处，加快实现教学方式变革。
数字校园环境下的教育技术培训，应通过数字校园远程教育平台来进行，积极采用先进的视频和通讯技术开展网络培训，建立专门的网络培训平台，形成一个长期性的教师专业发展和研讨平台，便于教师学习共同体成员在培训期间和培训后的信息交流与共享，促进教师的专业化发展。
5 积极采用物联网技术，加快实现数字校园与实体校园之间的耦合
21世纪的高校教育载体有两个：实体校园和数字校园，二者是相辅相成，共同成长的关系。为避免数字校园与实体校园的割裂或数字校园被束之高阁等现象的出现，在高校数字校园建设过程中应积极采用物联网技术，构建“智慧校园”，借助物联网技术实现人与人、人与物、物与物的信息交互，形成全校范围内的“物联网”，对校园基础设施设备进行可视化管控，提高物理校园内各类IT资源的利用率。在学习环境应用方面，智慧校园可以有效实现数字学习环境到智能学习环境的转变。在数字学习环境的基础上利用先进的信息技术如人工智能技术、传感器技术、富媒体技术和学习终端技术等可以主动识别学习情境、记录学习过程，按需推送个性化学习资源，形成个性化和智能化的网络学习环境，促进有效学习的发生。
数字校园建设应紧跟时展趋势，积极采用物联网技术构建智慧校园，实现传统校园与数字校园之间的高度融合与协调发展，在更广泛的空间领域内实现高校的动态可持续发展。
6 构建高校信息化建设利益共同体，促进政府、企业与学校的协同发展
高校数字校园的生态化建设需要转变思维方式，运用开放生态系统思维视角，构建信息化教育开放系统，在开放性系统架构、开放性信息技术标准和开源代码的引领下，在政府、企业和学校之间建立长期满意的合作关系，形成高校信息化建设利益共同体，如图5所示。
在政府层面，通过制定信息化发展政策和教育行业管理规范，可以保证各级教育部门和各类教育信息系统之间的横向和纵向互联，形成高校信息化建设的技术规范和制度环境，促进信息标准和规范的推广和应用，从而带动整个教育行业的发展。在企业层面，通过校企合作的形式，企业可以根据用户需求来生产教育信息产品，有助于提高教育产品的效益和价值，推动企业技术和产品服务创新，促进企业利益的最大化，另一方面开放性的技术架构和信息技术标准有助于企业间的相互合作，形成优势互补的教育产业链，有助于教育市场的健康发展。在数字校园层面，随着高校管理软件市场的兴起，高校信息化投入不断向教育产品和服务倾斜，高校可以利用企业先进成熟的信息技术和软件系统来解决数字校园早起局部建设遗留下来的问题，促进异构的教育信息系统的进化与互联，加快实现高校教学与管理体制变革。
近年来，量化考核已渗透到学校管理工作的方方面面，无论是教职工考核、班级百分竞赛还是职称评聘、评优树先，都随处可见这种考核方式的影子。量化考核的管理方式被学校处处运用之后，让人不禁心生疑惑，难道量化考核真的是学校管理工作中的“万金油”吗？笔者在教育教学工作中发现，量化考核这种管理方式在教师管理和学生管理工作中虽然起到了一定的积极作用，但不能“一药治百病”。
在教职工考核中，最容易量化的当属学科教学成绩，学生考试成绩好，教师在考核中分数就高。但教职工考核的另一项重要指标---师德修养，却很难通过量化得到准确评价。一个教师的论文可以量化，但他的学术水平很难通过数字来衡量。一个教师的备课可以量化，但其品质对学生的影响也很难在短期内被定量评断。对考核分数的过分追求，使教师不得不放弃对学生进行综合素质的培养，而将工作重心放在无休止的加班加点、给学生布置大量作业上，希望以此提高自己的考核成绩。
在班级考核中，量化指标更堪称细致入微。学生的个人卫生、穿校服、戴红领巾、吃饭跑步、停自行车、自修纪律等情况，都被量化为分数，并且与先进班级评选和班主任考核成绩直接挂钩。结果，几乎整个学校的工作都围着分数团团转。更有甚者，有的学校竟然制订了这样的卫生工作考核办法：如果甲班的学生发现乙班的学生扔了杂物并报告检查人员后，学校可在当日常规卫生检查中给甲班加分，给乙班扣分。这样一来，下课的时候就会有不少学生挖空心思地去寻找“猎物”，以便为本班“建功立业”。这种貌似得力的考核措施其实是与我们的教育目标背道而驰的。它将导致学生从小就学会努力挑剔别人的缺点，甚至面对别人的缺点或不足时产生幸灾乐祸的不健康心态。
其实，量化考核是将数理统计方法引入考核之中，将整个考核内容分解成若干指标，以定量的形式为定性考核提供量化依据。这种量化方法确实能够使定性更为准确，营造绩效面前人人平等的管理氛围。对于企业生产来说，这种考核方法无疑具有公平性和公正性。但对于学校来说，由于其管理对象具有特殊性和复杂性，量化考核这种管理方式就在应用过程中显现出了机械性和片面性。育人的指标往往是整体性的，很多指标是由多部门共同承担完成的，分解不了也量化不了。但是，从当前一些学校的管理现状来看，该量化考核的工作被量化了，不能量化考核的工作也被量化了。
如果一个学校完全陷入一种仅靠数字来评价教师工作和学生学习好坏的境地，那么这个学校的教育教学工作就会变成简单的机械运动，师生就会只为数字而奋斗。这样的教育教学工作不仅毫无生机，更会使人与人之间的感情变得逐渐淡漠，学校会因此失去凝聚力和竞争力。因此，学校教育作为一种培养人的活动，其管理工作不应全部采取量化考核的方式。如果学校事事讲量化、时时讲量化，则极易走入管理简单化、粗放化的误区。作为学校管理者，一定要注重学校管理方法和形式的多样性，能量化的就量化考核，不能量化的就不要强求。要注意在量化管理的同时不忘人文关怀、情感管理，让师生尽可能多地感受到工作和学习的愉快。学校管理者只有将量化考核与人文关怀有机融合，量化考核才能真正发挥出提高教师教育教学水平、提高学校教育教学质量的积极作用。
一、数字化技术手段在音乐教育中运用的作用
通过前文所述，可以看到数字化教育发展的迅速和其强大的辅助教学力量，在音乐教育中的作用与意义也是显而易见。一是有利于教师调动学生学习音乐的兴趣，多少年来，如何在中小学的音乐课堂上激发学生的学习热情一直是一个存在争议并仍然在摸索、探讨之中的话题，即便是在高师院校的音乐专业课堂上也存在类似的问题———许多学生对某些本方向之外的其他音乐学科的知识的接受不能达到应有的要求从而存在偏科的现象；探究其中的原因，应该是非常复杂的，但是，两个最为基本的问题是大家达成共识的———音乐教育的理念和音乐教学的手段，或者称之为音乐教学的模式，传统音乐教育理念强调的是知识本位，音乐课和其他自然学科、人文学科一样，重在知识的解读、灌输、记忆，割裂了音乐本质的东西，即“听觉感悟”和“审美”，学生面对抽象、生涩的概念相当反感；数字化技术手段的运用，可以全方位的调动学生的感知器官，通过声音、图像、文字的加工处理，刺激学生的听觉、视觉甚至是嗅觉、味觉的联觉反应，通过形象化加强理解、便于记忆。二是有利于教师实现知识的交叉、整合，现在的社会对人才、对知识的要求强调“多元”融合，传统教学模式，一架琴、一只粉笔、一台录音机，很难实现这一目标；数字化技术手段则可以大容量的容纳各个相关的知识，教学中多媒体的运用就能足以说明这一点，教师可以通过对相关软、硬件知识的把握合理的将所传授的内容通过各种方式表达给学生。三是有利于教师自身业务水平的提高，利用数字技术手段进行音乐课堂教学，对教师有着相当的要求，首先，要能够熟练操作电脑、了解并掌握电脑的使用、维修等知识；其次，要能够熟练的运用相关软件的安装、使用等；还要经常广泛的涉猎各门学科的知识，不断的对自己的知识进行更新，这样才能顺应时代和社会的需要。四是对于学生而言，借助现代化的数字音乐技术手段能够促进学生自主学习，使学生产生学习的兴趣并渐渐由被动学习转向主动学习。由被动接受转化为主动创造式学习。
二、小结
综上所述，数字化音乐教育手段，能使教师的教学更明朗化、便捷化、生动化，让学生的学习更自主化、全面化、开放化。艺术类、高校师范音乐专业已经开设了类似课程，这说明市场对数字化音乐教育的师资是有需求的，数字音乐教育的发展是比较乐观的。有关课程设置的先关问题尚未形成统一的意见和建议，相信随着越来越多的人对数字技术手段在音乐教学中的重视和在教学实际中的运用，将会开发出非常多元化的数字音乐教学模式，数字化技术手段的巨大能量也会得到释放。
作者：赵静单位：郑州财经学院公共艺术教学部
人类社会的进步取决于生产技术的进步，机械化生产节省了生产时间，提高了社会效率，获得了经济利益。机械化生产最主要的来源是机械设计，机械设计是设计人员根据生产的要求，利用机械的原理再加上物理、数学的计算方式和遵守能量守恒定律，对机械的各个零件的大小和形状进行分析运用，最后呈现设计出的机械。新型的机械设计在继承原有机械的基础上进行改良或者是创新，可以解决一些机械生产问题，提高生产效率。对设计进行变形，可以适应新出现的产品和生产方式。这些新型设计、继承设计和变形设计都是由设计人员进行开发处理，设计人员也是从老师的教学中明白设计的原理和过程。由此可见，加强行业职业院校教师数字化机械设计教学能力就显得尤为重要了。
二、如何加强教师教学能力
1.进行农村调研，提升专业水准
行业职业院校培养的数字化机械设计人才最终是要为社会的发展做出贡献。根据有关调查，就读于行业职业院校的学生大多来源于农村，由于家庭经济的原因，学生希望可以早日工作，减轻家庭负担。行业职业院校的教师们应该认识到这一点，从多方面提升自身的专业水准。老师可以在假期期间跟随着学生来到农村进行调研，发掘农村数字化机械所需。教师在调研中跟随着农民在田地进行实践，可以直接了解到农民需要什么样的数字化机械来提高农业生产效率。老师在调研的过程中，通过自身的感受去平衡书本与实际的差距，也能更加深刻地理解数字化机械设计的必要性。
2.走进工厂，提高教学能力
老师提高教学能力最主要的目标就是让学生利用数字化机械设计的专业知识服务于社会。那么，首先，老师就要明白在大生产的城市中，数字化机械设计都是怎样运用于各行各业的生产的。把所见、所得、所想记录在教学备案中，在教学时根据课本进行一定的变化，告诉学生们现在的社会对数字化机械设计是什么样的态度，学生们应该重点学习什么科目。这样，学生自然可以学好知识，满足社会的要求，其所学的数字化机械设计知识便有了用武之地。这就直接地证明了老师具有良好的教学能力。
3.大胆创新，引领教学
关键词：音频水印；短时能量；过零率；自适应；鲁棒性
中图分类号：TP309.7
近年来，音频数字水印[1]正逐渐成为数字水印中的一个重要方向。由于数字音频单位时间内的采样点较少，可嵌入的水印的容量相对较小；同时人类听觉系统比人类视觉系统更为敏感，也使得嵌入水印的难度增大。基于小波变换[2]的数字音频水印技术因其具有良好的多分辨率表示、时域局部分析等特性，且易于兼容MPEG-4压缩标准等特点，被人们广泛应用。
Logistic映射[3]混沌序列对原始水印进行加密，增强水印的安全性，本文对音频特征[4]进行分析，结合音频帧的过零率及短时能量，寻找适合水印嵌入的音频帧。为了更好的提高音频水印的鲁棒性和去同步攻击能力，本文算法在所选定的音频帧中采用了能量动态调整嵌入强度自适应[5]的方法来嵌入水印，提高了算法的不可感知性和鲁棒性。
1 音频特征的分析及选取
1.1 音频帧的过零率与短时能量特征
设第n帧音频信号的短时能量用En表示，则其定义为： 。音频帧的短时能量直接反映了一段时间内音频信号的强度，越强掩蔽特性越好。
设第n帧音频信号的过零率用Zn表示，其定义为：
其中，sgn[]是符号函数，即
过零率反映音频在一帧中幅值变化的剧烈程度，过零率小的音频帧具有更好的稳定性。
2 数字音频水印的嵌入
2.1 嵌入水印图像的预处理
（1）设原始水印图像为U，则其表示为：
U={u（I，j），1≤i≤M，1≤j≤N，u（i，j）∈{0，1}}
首先要将水印图像降维至一维序列
V={ν（k）=u（i，j），1≤i≤M，1≤j≤N，k=（i-1）×N+j，1≤k≤M×N}
（2）采用Logistic映射混沌序列对水印进行置乱加密。对Logistic序列进行截断，选取任意起始位置α开始截取，设定阈值λ，初值x0，得到Logistic序列P为P={p（k），1≤k≤M×N，p（k）∈{0，1}}。
2.2 原始音频信号的预处理
设音频信号A={a（k），1≤k≤L}，L是音频信号长度，将A进行分帧后表示为：
akj=a（（k-1）×F+j），1≤k≤K，1≤j≤F
其中αkj表示第K帧音频的第j个信号值；k表示音频信息的总帧数；F表示样点数。
2.3 音频帧的选取
依次计算K帧的过零率Zn和短时能量En。对于每一种类型的音选取满足条件：过零率Zn≤Z0且短时能量En≥E0的音频帧，将音频帧拼接到一起得到待嵌入水印的音频帧Ae，将其分成M×N段，则每段含有 个音频数据。记为。Ae={Ae（k），1≤k≤Q}
2.4 数字音频水印的嵌入
对分段的音频信号Ae（k）进行H层小波变换[6]，本文的水印信息将被嵌入到低频系数中。
=
式中αk为嵌入水印强度，假如水印嵌入强度越大，受攻击时鲁棒性越好，但对信号的影响大。嵌入强度越小，虽然不易被察觉，但抗干扰性能差。本算法针对这一问题，通过计算小波变化后每段音频的近似分量系数的平均能量，再结合基础嵌入强度β，根据近似分量能量动态调整音频数据段嵌入强度这一方法，为每个音频数据段自适应确定一个嵌入强度。
按照上式得到修改的小波系数，将其进行小波逆变换，得出嵌入水印的数字音频部分。
3 数字音频水印的提取
（1）将嵌入水印后的音频信号进行H层的DWT操作，得到每段的低频系数AeH′K。
（2）计算每个音频数据段的嵌入强度α，提取水印信息，提取公式为：
（3）根据起始位置，阈值，初值生成Logistic序列，根据阈值对其进行二值化处理，得到P（k），则一维水印序列V（k）=W（k）P（k），再将其升为二维就可得到原始水印图像。
4 仿真实验与结果分析
本文使用比特误码率BER和归一化相关系数NC[7]来衡量算法的性能。
4.1 检测性能测试。图1分别为原始音频信号、嵌入水印后的音频信号、原始水印图像、从含水印的音频信号中提取出的水印图像 。
5 结束语
该算法首先对水印进行混沌置乱，通过过零率和短时能量选出需要嵌入水印的音频，分段后通过求每段的平均能量以动态调整嵌入强度，对于固定嵌入强度所带来问题作了改进。实验表明，该算法对一般常见攻击具有较好的鲁棒性和不可感知性。
参考文献：
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[2]汪飞，檀结庆.基于DWT和均值量化的音频水印算法[J].计算机应用，2009，29（2）：444-446.
[3]陈雪松，张寒，杨勇田.基于混沌理论的音频数字水印算法研究[J].计算机工程与应用，2007，43（24）：59-60.
[4]彭宏，王.基于音频特征的多小波域水印算法[J].计算机研究与发展，2010，47（2）：216-222.
[5]康旭，张秋余，袁占亭.基于能量自适应的同步小波音频水印算法[J].科学技术与工程，2008，8（23）：6240-6243.
[6]彭宏，王.基于音频特征的多小波域水印算法[J].计算机研究与发展，2010，47（2）：216-222.
[7]李伟.鲁棒性数字音频水印算法研究[D].上海：复旦大学，2004.
作者简介：杨得国（1971-），男，教授，硕士生导师，主要从事网络与多媒体的教学；王荣萍（1988-），女，硕士，研究方向：数字水印与多媒体信息处理技术。
【关键词】大数据;物理实验;数字化实验室;科学思维
【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】1005-6009（2015）26-0038-02
【作者简介】梁建，江苏省宿迁市沭阳如东实验学校（江苏沭阳，223600）教师。
2013年被称之为大数据（Big Data）元年，在这一年中，美国政府出台了大数据计划，英国建成了首个大数据开放中心，我国的电子商务蓬勃发展，政府及个人博客、网站、各种设备传感器等每天都在产生大量的数据。大数据正在悄然地改变着我们的生活，影响着我们的生活方式，加速着各行各业变革的进程。大数据也必将对中学物理实验教学产生巨大影响，改变我们传统的实验教学，运用大数据可以将物理实验教学提升到一个更高的发展水平，激发学生的创新热情，更加有利于实现物理课程标准提出的培养学生思维的要求。
一、大数据悄然改变着物理实验
大数据主要通过技术和应用改变着中学物理实验，主要表现在以下几个方面。
1.大数据要求建立的数字化信息系统实验室（DISLab）和传统物理实验室的硬件矛盾。
从上世纪90年代至今，传统的物理实验室使用的器材变化不多，强调学生的基本动手能力，这些器材测量的数据需要学生记录、整理和总结，往往占用了大量的实验时间。实验在需要重点探究的环节花的时间反而偏少，不利于学生的理解。大数据要求的数字化实验室需要相关部门投入大量的财力，引入计算机群、各类传感器、数据采集器和相关的云处理软件等，利用先进的数据处理技术比如曲线图像、柱状图等，直观地挖掘物理现象的本质。例如在“比热容”实验中，由于概念的抽象性，学生对这些数据的分析有一定的难度，需要花费大量的时间，而如果利用大数据技术，将实验室温度计换成温度传感器，利用DISLab数字化信息系统动态地将大量的温度数据和时间发送给计算机，利用计算机软件就可以将这些实验数据“秒处理”，以便于学生及时发现规律，总结结论。
2.教师演示实验有可能成为学生的自主探究实验。
部分传统的物理实验由于时间和空间的局限性，只是由教师做演示，学生往往没有参与到实验中去，缺乏浓厚的兴趣。如在“动能”演示实验教学中，教师往往采用陈述的方式，叙述不同质量的小车只要是从斜面的同一高度静止释放，到达水平面时的速度必然相同的结论。由于没有经过实验验证，学生会对这一结论存疑。利用大数据技术，只要在小车即将到达水平面前的很短的距离内（可以是几毫米），放置两个光电门，将信号传送给计算机，就可以实时显示小车到达水平面时的速度。大数据技术的应用，增强了学生学习的自信心，学生对实验产生的结论就有了更深的认识。
3.传统的物理实验获得新生。
我国传统的物理实验经过几十年的教学沉淀，已经逐渐固定为一种模式，大家都按照实验教材做，创新少。而大数据视野可以改变以往的观念，实现物理实验教学的再创造。如“声现象”的实验教学，在探究声音具有能量的实验中，教材采用录影机播放音乐，通过蜡烛火焰“跳舞”的方式来证明声音具有能量。笔者将书本的实验改为比赛：让多名学生施展“狮吼功”，震碎玻璃杯。利用DISLab数字化信息系统，将不同的学生发出的声音经过声传感器反馈给计算机，在教室的大屏幕上展示，学生能够根据波形了解不同人在不同时刻发出声音的响度和频率大小，知道什么样的声音能量最大，能够有效地震碎玻璃杯。
二、大数据对物理教师的要求
大数据时代已经来临，正在悄然地改变着整个社会，也必将彻底改变物理实验教学的现状，这对物理教师提出了更高的要求。教师应改变自我，学数据的相关技术，并且应用到我们的物理实验教学中，更加有效地培养学生的科学思维习惯。只有这样，教师在实验教学过程中才能够做到游刃有余，及时熟练地指导学生利用数据软件达到实验目的，培养他们的质疑能力和创新精神。
三、大数据视野下通过物理实验激活学生科学思维的策略
1.充分利用计算机交互性实验信息。
有时学生并不需要走进实验室，可以利用计算机交互性实验课件和实验视频等数据资源让学生简单地自学。在初三的第一轮复习中也可以利用这些数据资源给学生展示物理实验。比如在进行“凸透镜成像规律”的第一轮复习时，教师课前制作好凸透镜成像规律的相关课件。上课的时候，利用网络互联，将每名学生实验的数据通过平板电脑提交给服务器，在软件中实时反馈相关规律。在很短的时间内实现对整个实验的再回顾，厘清实验的科学思维过程，大大提高了复习效率。
2.实验实录、制作微课。
每一次的物理实验都是很好的教学素材，可利用摄像头数据采集系统对学生的实验过程、实验数据进行录制。如在“流体压强与流速”一节的实验教学中，在纯净水水桶口安装两个力传感器，两个力传感器之间放一个小纸团，教师安排实验小组代表依次往纸团吹气，结果发现纸团不仅没有被吹入桶内，反而从桶出，而且越是用力，效果越明显。此时学生的质疑精神被激发出来：为什么纸团反而射出了？再经过老师的引导，利用软件分析后知道原来是前后纸团两个表面存在压强差，纸团被吹的那一面流速大气压小。教师将整个实验过程、实验数据录制下来，存储到学校服务器，供学生利用互联网随时观看和学习。
3.建立历年物理实验中考真题网络数据库。
统一将历年物理中考真题分类汇编，配有相关答案，利用Web2.0技术制作交互网页，学生能够利用网络在线答题，及时反馈错误。利用大数据技术，能够研究学生多次大量答题错误的数据记录，分析中考易错知识点，找出实验教学难点，有针对性地对相关知识点再巩固，对个别学困生再关注。
4.DISLab数字化实验室。
（1）利用数字化实验设备提高实验效率。
DISLab数字化实验设备正在走入各个学校，充分利用大数据的优势弥补传统实验的缺陷。在笔者的实验教学过程中，一直存在着将测量定值电阻阻值的实验和测量小灯泡电阻以及电功率的实验统一起来的想法。但是由于传统实验的时间限制，都是将这两个实验分在两节实验课，由于有一定的时间跨度，教学效果降低了，就要再花更多的时间强调该知识点，给学生的学习造成了一定的困难。而利用数字化实验设备，则可以将定值电阻和小灯泡电阻以及小灯泡电功率的测量，利用一节实验课全部完成。具体做法是利用霍尔传感器测电压、电流和电功率，将实验数据反馈给数据库保存，利用软件分析定值电阻和小灯泡阻值的不同点，根据不同电压下的电功率，学生利用软件图像，就可以直观地知道如下结论：灯泡阻值和温度有关，电功率变大，造成灯丝温度升高，电阻变大。
（2）利用数字化实验促进思维方式的变革。
传统的实验需要学生处理大量的数据，耗时费力，由于学生学习能力参差不齐，绘图会有一定的偏差，造成对实验结论的错误认识。学生循规蹈矩，按照实验步骤亦步亦趋，不敢做稍微的变更，这些都束缚了学生科学思维的培养。数字化实验要求教师创造性地开展物理实验教学，这就必然会对学生起到引领示范作用，有助于激活学生的创新能力和科学思维。
大数据时代已经到来，这对于物理实验教学的开展既是机遇也是挑战。大数据在物理实验教学中的应用，是实验教学发展的必然趋势，是改变以往培养学生科学思维方式的有效途径。通过大数据的技术和应用，学生能完成传统实验想做而又无法做的实验，克服畏难情绪，充分发挥想象力，创新设计实验，提高科学思维能力。相信随着大数据的迅猛发展，大数据在未来的物理实验教学中必将大放异彩。
【参考文献】
