祁小飛

[摘 要]大數(shù)據(jù)技術(shù)在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮優(yōu)勢(shì)作用，通過數(shù)據(jù)資源的整合與科學(xué)分析，可優(yōu)化實(shí)驗(yàn)組織，帶動(dòng)高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)的創(chuàng)新優(yōu)化，也能調(diào)動(dòng)學(xué)生參與生物實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的積極性，使得高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)更具實(shí)效性。選取部分生物實(shí)驗(yàn)的案例，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)分析，驗(yàn)證說明大數(shù)據(jù)技術(shù)在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，為后續(xù)高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化提供指導(dǎo)與參考。

[關(guān)鍵詞]大數(shù)據(jù)技術(shù)；高中生物；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

[中圖分類號(hào)] G633.91 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-6058（2018）32-0084-02

二十一世紀(jì)是知識(shí)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的時(shí)代，其最顯著的特點(diǎn)就是數(shù)據(jù)信息的激增與迅速傳播，帶動(dòng)數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展。由此開啟了大數(shù)據(jù)的新時(shí)代。在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持下，教育革新不斷深入，特別是實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面。新時(shí)代背景下，發(fā)揮大數(shù)據(jù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的開發(fā)，借助信息技術(shù)手段加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)管理模式的創(chuàng)新，進(jìn)而優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有現(xiàn)實(shí)緊迫性。生物是高中基礎(chǔ)學(xué)科，透過現(xiàn)象、借助實(shí)驗(yàn)、掌握規(guī)律、解決問題是生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的著眼點(diǎn)與落腳點(diǎn)。因此，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)加強(qiáng)高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革具有現(xiàn)實(shí)必要性。

一、大數(shù)據(jù)的概念及其四大特征

大數(shù)據(jù)是由數(shù)量龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、類型多元的數(shù)據(jù)構(gòu)成的數(shù)據(jù)集合。通過數(shù)據(jù)資源的集成分享、交叉復(fù)用，達(dá)到資源分享和為知識(shí)服務(wù)的目的。信息時(shí)代對(duì)人們的數(shù)據(jù)處理能力提出了更高的要求。借助海量數(shù)據(jù)背后的精準(zhǔn)科學(xué)分析，提高決策的科學(xué)性，提升信息資源的利用率，就是大數(shù)據(jù)應(yīng)用的最主要目的。簡(jiǎn)單地理解，大數(shù)據(jù)技術(shù)就是加強(qiáng)對(duì)海量數(shù)據(jù)的處理分析，在分類加工及整理分析的基礎(chǔ)上做好信息服務(wù)工作。實(shí)驗(yàn)離不開數(shù)據(jù)的支持及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的剖析，而大數(shù)據(jù)技術(shù)能將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析工作做到位。大數(shù)據(jù)有四個(gè)方面的顯著特征，一是數(shù)據(jù)量龐大，從TB級(jí)別到PB級(jí)別，實(shí)現(xiàn)了海量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析；二是數(shù)據(jù)類型多元，涉及網(wǎng)絡(luò)日志、音（視）頻、圖文、地理位置信息等數(shù)據(jù)類型；三是價(jià)值密度低，以視頻為例，在連續(xù)的監(jiān)控中，真正篩選出有價(jià)值的數(shù)據(jù)只有1～2秒時(shí)間；四是時(shí)效性強(qiáng)，處理速度快。

二、大數(shù)據(jù)技術(shù)在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

1.優(yōu)化生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

前期的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)往往會(huì)影響后續(xù)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的開展，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)可以確保實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備更到位。教師應(yīng)在大數(shù)據(jù)技術(shù)的輔助下對(duì)高中生物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行高效整合、科學(xué)分析、有效存儲(chǔ)，并加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的可行性分析，基于實(shí)驗(yàn)資源需求診斷報(bào)告進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的改進(jìn)。高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主體是學(xué)生，學(xué)生的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和直覺指引其做好科學(xué)的決策分析，為了避免學(xué)生決策的主觀盲目性，應(yīng)借助大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行決策（更為客觀真實(shí)）。例如，在檢測(cè)生物組織中的各類物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)中，在如何選擇最合適的實(shí)驗(yàn)材料方面，可以引入大數(shù)據(jù)的分析技術(shù)，從而獲得學(xué)生實(shí)驗(yàn)的難易度反饋，進(jìn)一步做好不同材料價(jià)格性能的分析，加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)效果信息的收集，并基于大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析。例如，基于實(shí)驗(yàn)材料特點(diǎn)，可以選擇毛豆、蕓豆等豆類植物及蛋清來檢測(cè)蛋白質(zhì)；而花生、芝麻可以檢測(cè)脂肪；水果可以檢測(cè)糖分。從實(shí)驗(yàn)材料成本的角度考慮，可以選取蛋清、豆?jié){進(jìn)行蛋白質(zhì)的檢測(cè)。在實(shí)驗(yàn)材料的選擇上，特別是食物類的選擇上，應(yīng)選擇當(dāng)季的食品，根據(jù)季節(jié)和當(dāng)?shù)靥禺a(chǎn)優(yōu)選成本低、易獲得的材料。這些實(shí)驗(yàn)開展前信息的搜集與分析都是借助大數(shù)據(jù)技術(shù)來完成的。例如，開展“觀察細(xì)胞質(zhì)壁分離”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可先讓學(xué)生思考：選取什么材料最合適？學(xué)生借助大數(shù)據(jù)技術(shù)做好不同材料性能的分析，得出結(jié)論：洋蔥。再讓學(xué)生思考：為什么要先浸泡一下洋蔥？學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行探索思考，并借助大數(shù)據(jù)技術(shù)了解相關(guān)的信息資料，對(duì)生物實(shí)驗(yàn)有了更多的延伸認(rèn)識(shí)，搜集到更多的課題資料。這樣，在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持下，學(xué)生參與生物實(shí)驗(yàn)活動(dòng)更主動(dòng)，對(duì)知識(shí)的探索學(xué)習(xí)更積極。

2.帶動(dòng)實(shí)驗(yàn)高效開展

學(xué)生的生物認(rèn)知基礎(chǔ)存在差異，基礎(chǔ)不同，學(xué)習(xí)能力也不同。如果在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一概而論，就會(huì)限制優(yōu)等生的思維拓展，也會(huì)打擊學(xué)困生參與實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的積極性。通過大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)學(xué)生的個(gè)人信息和學(xué)習(xí)信息進(jìn)行前期分析，可以了解學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和實(shí)際情況，關(guān)注到學(xué)生的學(xué)習(xí)訴求，進(jìn)而基于學(xué)生的個(gè)體差異進(jìn)行分層引導(dǎo)，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生參與生物實(shí)驗(yàn)的積極性。例如，在組織“植物細(xì)胞的吸水和失水”實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)“引導(dǎo)學(xué)生探究植物細(xì)胞是如何吸水和失水的”這一教學(xué)目標(biāo)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)學(xué)情進(jìn)行摸底，從而精準(zhǔn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組。對(duì)于認(rèn)知水平較低的學(xué)生，主要是讓其依據(jù)教材實(shí)驗(yàn)，完成植物細(xì)胞壁的質(zhì)壁分離與復(fù)原操作，讓其探究細(xì)胞液與環(huán)境濃度的差異，明白植物細(xì)胞吸水和失水的原理。而對(duì)于認(rèn)知水平中等的學(xué)生，可從等滲性脫水概念的理解入手，引導(dǎo)學(xué)生延伸實(shí)驗(yàn)，將洋蔥外表皮浸泡在不同濃度的蔗糖溶液中，觀察不同濃度下洋蔥外表皮細(xì)胞的質(zhì)壁分離情況，做好細(xì)胞液濃度范圍的分析。又如，開展“探索淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖的作用”實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可讓不同層次的學(xué)生借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，在資料整合輔助的基礎(chǔ)上，由淺入深地學(xué)習(xí)，從而獲得不同的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。同時(shí)，讓學(xué)生思考問題，鼓勵(lì)學(xué)生做出假設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，組織學(xué)生小組討論，最后得出結(jié)論。在這一過程中，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，使得不同層次的學(xué)生都參與到實(shí)驗(yàn)中，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析中，認(rèn)識(shí)淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖的作用，即使是基礎(chǔ)一般的學(xué)生，也能積極主動(dòng)探索，而基礎(chǔ)好的學(xué)生則能解答生活中的實(shí)際問題，培養(yǎng)科學(xué)精神。

作為教師，應(yīng)借助大數(shù)據(jù)技術(shù)做好學(xué)生生物實(shí)驗(yàn)操作的分層引導(dǎo)，讓學(xué)生獲得與自身需求和能力相契合的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，讓其在生物實(shí)驗(yàn)操作中獲得學(xué)習(xí)的滿足感，能夠進(jìn)行更深層次的學(xué)習(xí)探討。

3.精準(zhǔn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)效果

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)方式較單一、片面，實(shí)驗(yàn)操作部分的成績(jī)無(wú)法單獨(dú)核算，往往要與理論知識(shí)的考核聯(lián)系在一起，占比小，學(xué)生關(guān)注度不高。實(shí)驗(yàn)課程也長(zhǎng)期處于被忽略的地位。此外，很多實(shí)驗(yàn)過程無(wú)法進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)成效分析深度不夠，只是通過每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)報(bào)告來評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效果，形成性評(píng)價(jià)不足，終結(jié)性評(píng)價(jià)占比過高。而大數(shù)據(jù)技術(shù)在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)的量化分析，使得實(shí)驗(yàn)成效評(píng)估更精準(zhǔn)、科學(xué)。另外，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)還可加強(qiáng)對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器的改造與更新，提升生物實(shí)驗(yàn)器械的數(shù)字化水平，積極引入人工智能及圖像分析技術(shù)，提升生物實(shí)驗(yàn)與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)聯(lián)度，提升數(shù)據(jù)交換能力。借助大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的跟蹤與記錄、處理與分析，可確保評(píng)價(jià)的真實(shí)與全面。例如，在開展“細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸?shù)年P(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師借助大數(shù)據(jù)技術(shù)可獲取學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，還可了解每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度和實(shí)驗(yàn)認(rèn)知情況，便于對(duì)操作有誤的學(xué)生加以指導(dǎo)與點(diǎn)撥。借助大數(shù)據(jù)技術(shù)收集與分析學(xué)生瓊脂塊的測(cè)量數(shù)據(jù)，從瓊脂塊的表面積數(shù)據(jù)到體積數(shù)據(jù)再到兩者比值等，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力等方面進(jìn)行客觀公正的評(píng)價(jià)。

總之，大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中具有現(xiàn)實(shí)意義和必要性。本文選取部分高中生物實(shí)驗(yàn)的案例，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)的運(yùn)用進(jìn)行了分析，也驗(yàn)證了大數(shù)據(jù)技術(shù)在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的積極作用。隨著時(shí)代的發(fā)展，我們必須致力于大數(shù)據(jù)技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)和其在教育教學(xué)中的創(chuàng)新應(yīng)用，讓大數(shù)據(jù)技術(shù)開啟實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新里程。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 梁柏櫸.大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)型人才培養(yǎng)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2017（10）：113-114.

[2] 陳大峰.基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)研究[J].連云港師范高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2016（3）：59-62.

（責(zé)任編輯 黃春香）