大數(shù)據(jù)在高中生物實驗教學中的創(chuàng)新應(yīng)用

戴國金

[摘要]隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，大數(shù)據(jù)時代已經(jīng)來臨，這在很大程度上改變了高中生物的教學方式。在高中生物實驗教學中，教師創(chuàng)新應(yīng)用大數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)的作用，可為學生營造良好的學習氛圍，引導(dǎo)學生積極參與實驗活動，從而提高實驗教學質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞]大數(shù)據(jù)；實驗教學；高中生物

[中圖分類號]G633.91[文獻標識碼]A[文章編號]16746058（2018）05008502

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展的時代背景下，大數(shù)據(jù)逐步覆蓋各個領(lǐng)域。2012年10月，美國教育部門正式宣布大數(shù)據(jù)應(yīng)用于教育領(lǐng)域。2015年，我國在啟動的“公共服務(wù)大數(shù)據(jù)工程”中也正式提出應(yīng)建設(shè)“教育大數(shù)據(jù)”，利用大數(shù)據(jù)來促進教育發(fā)展。當前，以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的“實驗室管理系統(tǒng)”正在被開發(fā)與應(yīng)用，通過信息技術(shù)的手段管理實驗教學數(shù)據(jù)的模式開始普及，勢必會改變實驗教學模式。生物作為一門以實驗為基礎(chǔ)的學科，實驗教學在生物課堂教學中占據(jù)著重要地位。本文以人教版高中生物實驗教學為例，重點探究大數(shù)據(jù)的創(chuàng)新應(yīng)用。

一、大數(shù)據(jù)的概念與特征

大數(shù)據(jù)是先進科學技術(shù)、數(shù)據(jù)對象與應(yīng)用方式三者的統(tǒng)一。基于科學技術(shù)的角度分析，大數(shù)據(jù)是不同類型數(shù)據(jù)中，快速獲取有應(yīng)用價值的信息的技術(shù)及其集成；基于數(shù)據(jù)對象的角度分析，大數(shù)據(jù)是指其大小已經(jīng)超出普通數(shù)據(jù)庫軟件收集、存儲、管理、分析等基本能力的集合；基于應(yīng)用方式的角度分析，大數(shù)據(jù)是對指定大數(shù)據(jù)集合應(yīng)用的技術(shù)，主要目的在于獲取具有明顯價值的數(shù)據(jù)。因此，大數(shù)據(jù)不單單是技術(shù)手段，也是一種新型思維方式，即從多維度、多層次去處理、分析數(shù)據(jù)。

維克托·邁爾-舍恩伯格（Viktor Mayer-Schonberger）指出：大數(shù)據(jù)可處理的信息量已經(jīng)超出普通電腦在處理數(shù)據(jù)信息時可使用的內(nèi)存量，即大數(shù)據(jù)是一種新型的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，無須借助傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫表格，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也更為分散、復(fù)雜。此外，大數(shù)據(jù)一般都隱藏著巨大信息量，其數(shù)據(jù)價值較大，且具備以下特征：①信息量巨大（這是大數(shù)據(jù)最關(guān)鍵、最基本的特征）；②信息增長速度快，可以為數(shù)據(jù)分析提供原始素材；③收集、表述信息資源的形式多種多樣；④應(yīng)用價值較高。

二、高中生物實驗教學中存在的問題

生物學科作為高中教育的重要組成部分，直接影響著學生綜合素養(yǎng)的形成。受傳統(tǒng)教學模式的影響，當前高中生物實驗教學中仍存在較多的問題，具體有：（1）生物實驗設(shè)計有待改進與優(yōu)化。從人教版高中生物教材內(nèi)容來看，雖然在一定程度上突出了實驗教學的地位，但通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計可知，其實驗教學效果并不令人滿意，體現(xiàn)在：（1）生物實驗操作較為復(fù)雜、困難，如“觀察RNA和DNA在細胞中分布實驗”；（2）生物實驗器材、原材料安排有安全隱患，如“綠葉中色素提取與分離”實驗中的“苯”含有劇毒，此類因素都有可能導(dǎo)致實驗失敗，從而打擊學生實驗的信心與積極性；（2）缺乏良好的生物實驗組織安排，從實際情況來看，生物實驗的人數(shù)通常超過50人，且學校生物模型、標本等實驗器材并不齊備，學生需要共用或者輪流使用儀器，很大程度上降低了實驗的有效性；（3）教師未重視實驗結(jié)果的分析，完成實驗教學后，大多數(shù)教師都僅要求學生完成生物實驗報告，或者通過相應(yīng)的題目來測試學生，而忽略了對學生實驗過程的態(tài)度、完成情況的評價，這直接影響到學生實驗的積極性和主動性。

三、大數(shù)據(jù)在高中生物實驗教學中的創(chuàng)新應(yīng)用

將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于高中生物實驗教學時，應(yīng)根據(jù)實驗教學的常見問題，綜合考慮學生的個性特征、教學目標等因素，通過大數(shù)據(jù)了解學生對實驗的看法，并優(yōu)化實驗設(shè)計，從而激發(fā)學生的實驗興趣，引導(dǎo)學生全身心參與到實驗探究過程中，提升生物實驗教學的有效性。

1.優(yōu)化實驗設(shè)計

在生物實驗設(shè)計階段

，教師應(yīng)

融合大數(shù)據(jù)技術(shù)深度加工實驗數(shù)據(jù)，以大數(shù)據(jù)中收集、儲存、管理的能力為基礎(chǔ)，獲取更加準確、真實的實驗資源以及需求報告，再改進基于特定實驗環(huán)境下的實驗設(shè)計方案，改變傳統(tǒng)實驗?zāi)Ｊ街薪處熞揽孔陨斫?jīng)驗進行生物實驗的方法。以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對生物實驗進行優(yōu)化設(shè)計，可讓生物實驗變得更加科學、客觀。

例如，在做“用高倍顯微鏡觀察葉綠體和線粒體”實驗時，教師利用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析實驗原材料特征、實驗原材料獲取難易度等信息，其具體結(jié)果為：（1）實驗原材料特征：高等綠色植物的葉綠體均存在于葉片中，無須染色就可通過高倍顯微鏡觀察，因此，其實驗材料可選擇蘚類葉片（黑藻葉等）或者菠菜葉下表皮，并配置質(zhì)量分數(shù)為1.0%的健那綠染液；（2）實驗原材料的獲取難易度：通過大數(shù)據(jù)來分析學生生活中常見的實驗材料，依據(jù)最好隨處可見且學生熟悉、節(jié)約成本、材料價格低廉等標準，應(yīng)選擇“黑藻葉”“質(zhì)量分數(shù)為1.0%的健那綠染液”為原材料；（3）實驗原材料的地方性和季節(jié)性：教師應(yīng)根據(jù)學生所處區(qū)域的外部環(huán)境條件，如氣候、光照、溫差等，選擇恰當?shù)脑牧稀膶嶒炘诮滩闹械陌才艁砜?，“用高倍顯微鏡觀察葉綠體和線粒體”這一實驗通常在秋冬季節(jié)進行，因此不可選擇夏季才有的原材料。

2.優(yōu)化實驗組織

教師可依托大數(shù)據(jù)技術(shù)，對學生的基本情況（年齡、性別、興趣愛好、認知特征、知識掌握情況、學習習慣等）進行了解，然后對其進行聚類分析，再根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，安排好學生生物實驗的分組，再給出不同層次的實驗要求，合理優(yōu)化生物實驗組織，讓學生根據(jù)自身的情況有效探究生物知識。

例如，在進行“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗時，教師可借助大數(shù)據(jù)技術(shù)對學生的情況進行分析，然后依據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果將學生分為三個小組，即基礎(chǔ)組、提升組和優(yōu)秀組。基礎(chǔ)組學生的知識基礎(chǔ)較為薄弱，教師可要求他們根據(jù)教材安排，初步掌握探索酶的催化效率方法，自主觀察實驗現(xiàn)象并記錄。提升組學生的基礎(chǔ)知識較為牢固，但其學習方法不太不科學，教師可要求他們在進行實驗時思考：無機催化劑氯化鐵溶液中的Fe3+和過氧化氫酶都可使過氧化氫分解為水、氧，那么在相同條件下，與Fe3+相比，過氧化氫酶催化作用的特征是什么？通過問題來培養(yǎng)學生的良好學習習慣。優(yōu)秀組學生的基礎(chǔ)知識掌握牢固，且對實驗有自己的想法，教師應(yīng)給予他們充分的思考空間，促使他們自主設(shè)計實驗步驟，有效開展實驗活動。

3.輔助實驗建設(shè)與評價學生

學校在利用大數(shù)據(jù)技術(shù)建設(shè)生物實驗室時，應(yīng)當及時更新、改進傳統(tǒng)實驗設(shè)備，最大限度地推進實驗設(shè)備的數(shù)字化進程，如果無法實現(xiàn)實驗數(shù)字化，建議使用圖像分析、人工智能等技術(shù)，增強其與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)據(jù)交換能力。通過大數(shù)據(jù)技術(shù)進行跟蹤、分析和處理，對學生進行多層次、全方位的評價，讓學生感受到來自教師的關(guān)心，提升生物實驗教學的有效性。

綜上所述，大數(shù)據(jù)技術(shù)作為促進教育發(fā)展的重要力量，為實驗教學提供了新的數(shù)據(jù)利用途徑。作為生物教師，應(yīng)將高中生物教學與大數(shù)據(jù)技術(shù)有機結(jié)合，創(chuàng)新生物實驗教學，優(yōu)化實驗設(shè)計與組織，引導(dǎo)學生自主動手獲取準確的實驗結(jié)果，從而提升學生的動手操作能力和探究能力，增強學生的綜合素養(yǎng)。同時，大數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)收集、存儲、挖掘、可視化等先進功能，可有效打破傳統(tǒng)教學模式的限制，因此教師應(yīng)結(jié)合學生的個性特征，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)合理優(yōu)化生物實驗教學，從而最大限度地提升生物教學質(zhì)量。

（責任編輯黃春香）