大數據應用于高中生物學實驗教學的實踐

劉瑞琴

摘 要 針對高中生物學實驗教學現狀及存在的問題，充分利用大數據的優(yōu)勢，優(yōu)化實驗材料與實驗裝置，提供預習及實驗教學方案，并適時精準評價學生實驗。大數據平臺系統(tǒng)建設、實驗模型及標準、數據多樣性等方面尚待進一步改進與完善。

關 鍵 詞 大數據;高中生物學;實驗教學;學生實驗

生物學實驗是高中生物學課程的重要特點及基 本的教學形式。近年來大數據廣泛應用于各個行業(yè) 與領域。生物學實驗教學有必要開展大數據的應用 探索，解決高中生物學實驗教學存在的問題，促進實 驗原理分析、實驗方案設計、實驗結果分析與評價等 實驗教學有效開展，踐行“核心素養(yǎng)為宗旨”“教學過 程重實踐”等高中生物學課程基本理念，培養(yǎng)學生的 科學探究能力與實踐能力。

一、高中生物學實驗教學的現狀及問題 當前高中生物學實驗教學普遍存在學校與教師 對生物學實驗教學價值認識不足，實驗設施不完善， 實驗教學方式及其評價方式不科學，學生實驗興趣不 高、實驗操作水平亟待提高等現象。

（一）部分實驗取材尚不合理

實驗取材對高中生物學實驗成敗具有至關重要 的作用。人民教育出版社2007年版《高中生物》教科 書（下文簡稱教科書）中的部分實驗取材存在不合理 現象。例如，“檢測生物組織中糖、脂肪和蛋白質”實 驗材料是蘋果或梨勻漿、馬鈴薯等，由于實驗材料較 固定和單一，使得該實驗探究性不強，不利于激發(fā)學 生的實驗熱情。而“探究光照強弱對光合作用強度影 響”實驗，教科書要求使用打孔器制備實驗材料小圓 形葉片，且該實驗方式較復雜、難度較大，一般高中學 生無法完成。

（二）實驗時間相對不足

教科書中有的實驗需要較長時間才能完成。例 如，“培養(yǎng)液中酵母菌種群數量的變化”實驗需要每天 固定某一個時段進行酵母菌計數，且需要連續(xù)計數至 少七天，耗時太長，不符合教學實際。此外，教科書中 還有一部分探究性實驗如“環(huán)境因素對光合作用強度 的影響”，這是一個較大的探究實驗課題，需要分為 “光照強度對光合作用的影響”“光質對光合作用的影 響”等若干小課題進行探究，因缺乏足夠的課時而無 法全面開展。

（三）實驗操作缺乏科學評價 教師對學生實驗評價方式較為單一，一般是以實 驗報告來評價學生的實驗操作情況，終結性評價占比 過高，形成性評價不足，忽視了對學生的具體操作情 況、學習態(tài)度、學習方法的評價和反饋，造成學生不重 視分析實驗結果和改進實驗方案等。例如，“使用高倍 顯微鏡觀察幾種細胞”實驗，僅以學生在實驗報告冊 中所繪制的細胞結構簡圖來評價實驗情況，無法評價 學生是否正確使用顯微鏡。又如“檢測生物組織中糖、脂 肪和蛋白質”實驗，教師主要通過學生記錄的實驗現 象來評價其實驗操作情況，無法評價學生是否準確添 加組織樣液、斐林試劑和雙縮脲試劑等實驗操作過程。

二、大數據在高中生物學實驗教學中的應用 2015年國務院啟動的“公共服務大數據工程”明 確提出要建設教育大數據，推動大數據在教育領域的 應用，是教育發(fā)展的現實需求和未來趨勢。大數據 （big data）是指無法在一定時間范圍內用常規(guī)軟件工 具進行捕捉、管理和處理的數據集合。大數據具有數 據海量存在、高速變化、表現多樣、價值巨大及真實有 效等五大特征。^[1]

（一）優(yōu)化實驗材料與實驗裝置 教師可以利用大數據平臺收集的海量的實驗資 源信息，分析有關實驗材料特征、實驗所需時間、實驗 條件難易程度、實驗效果等，提供多樣化的實驗材料， 指導學生根據自己的興趣，選擇不同材料進行探究性 實驗，提高學生參與生物學實驗的積極性。^[3]同時，適時分析、更新與補充學生上傳到數據平臺的實驗結果。 例如，“檢測生物組織中糖類、脂肪和蛋白質”實 驗時，根據大數據平臺有關各類生物組織中還原糖、 脂肪與蛋白質含量比例、顏色、價格、是否易于制成勻 漿或薄片等數據，提供豆?jié){、牛奶、花生漿、西瓜汁等 多樣的實驗材料供學生選擇。“探究光照強弱對光合 作用強度影響”實驗時，利用大數據分析，了解金魚藻 進行光合作用時產生氣泡非常明顯，可肉眼直接觀 察，系探究光照強弱對植物光合作用強度影響的極佳 實驗材料，利于簡化實驗過程，克服用打孔器制備實 驗材料小圓形葉片的不便。又如“物質跨膜運輸”實 驗時，通過大數據比較分析不同半透膜的實驗效果， 發(fā)現利用市面上銷售的透析袋代替教科書要求的漏 斗和玻璃紙，可以簡化實驗裝置，使得學生更容易 操作。

（二）提供預習要求及針對性的實驗教學方案 實驗教學的成功與否依賴于學生有效地預習實 驗知識、明晰實驗目標，否則僅依靠有限的課堂實驗 時間，難以取得理想的實驗教學效果。利用大數據平 臺可以幫助學生預習相關實驗原理與方法，并根據學 生能力水平優(yōu)化實驗教學設計，提高實驗教學有效性 與針對性。

例如，血細胞計數板使用方法、計數室的體積及 計算酵母菌總數的公式等是“培養(yǎng)液中酵母菌種群數 量的變化”實驗難點。為了幫助學生順利完成實驗， 教師可將課前制作的“血球計數板使用方法及酵母菌 計算公式”微課及相關資料發(fā)布在大數據平臺，供學 生登陸學習。通過收集與分析學生在平臺上點擊數 據次數、發(fā)布感想、提出疑問等數據，了解學生課前對 血細胞計數板使用方法、計數室的體積及酵母菌總數 換算公式等預習與掌握情況，為設計適合學生能力水 平的實驗教學方案奠定基礎。

對于諸如“環(huán)境因素對光合作用強度的影響”等 需要較長時間才能完成的實驗，可以利用智慧校園平 臺收集、分析學生實驗興趣與需求數據，以及學生掌 握有關光合作用強度影響的環(huán)境因素知識的數據，設 計與實施針對學生不同能力水平的實驗教學方案。 如允許基礎薄弱的學生僅做光照強度強、中、弱三組 對照實驗，建議基礎較好的學生進行多組光照強度對 照實驗，幫助學生根據自己的能力水平，選擇平臺上 不同方案開展實驗，讓全體學生都能參與并完成實 驗，提高實驗能力。

大數據平臺分析提煉的信息，具有較強的針對 性，可有效提升學生的預習效果。同時根據學生能力 水平數據，設計與實施不同的實驗方案，有助于因材 施教，使得全體學生都能在原有的水平上有所提高。

（三）適時精準評價學生實驗

大數據平臺可以采集學生課堂討論、實驗現象、 實驗結果及習題完成情況等數據，并根據設定的評價 標準進行分析，及時了解、評價學生實驗結果與實驗 過程出現的問題。

例如，開展“培養(yǎng)液中酵母菌種群數量的變化”實 驗時，借助大數據技術及時了解各組學生的實驗進度 和實驗過程中出現的問題，如血球計數板使用方法是 否錯誤、取培養(yǎng)液計數前試管是否進行輕微震蕩等實 驗操作，指導操作有誤的小組及時修正。同時分析各 組學生上傳的酵母菌計數數據，客觀評價各組學生操 作能力和學習態(tài)度。“使用高倍顯微鏡觀察幾種細胞” 實驗中，當學生使用低倍鏡觀察酵母菌、黑藻葉等臨 時裝片時，大數據平臺能檢測跟蹤到學生放置裝片、 低倍鏡觀察、高倍鏡觀察等顯微鏡操作情況，這樣教 師能適時了解學生的實驗操作情況、實驗進度和實驗 結果，給予提示與指導。再如“檢測生物組織中糖、脂 肪和蛋白質”實驗教學時，教師可利用大數據平臺及 時掌握學生是否準確添加組織液、雙縮脲試劑等實驗 試劑的用量，以及是否搖勻等實驗操作，同時根據學 生上傳至大數據平臺的實驗結果，精準分析學生是否 符合實驗操作要求。

充分利用大數據平臺信息反饋的雙向性、及時 性，改變傳統(tǒng)實驗報告評價學生實驗效果方式的單 一、滯后的缺點，實現適時精準評價學生實驗。

綜上所述，大數據具有優(yōu)化高中生物學實驗材料 與實驗條件、及時了解學生實驗需求與存在問題、使 得實驗評價合理與精確等優(yōu)勢。同時尚存在不足，有 待進一步改進與完善，如平臺系統(tǒng)建設有待加強;實 驗模型及評價標準有待完善;數據多樣性有待提高。

參考文獻：

1. 祁小飛.大數據技術在高中生物實驗教學中的應用

[J].中學教學參考，2018（11）：84-85.

1. 楊桂蘭，蘇云鳳.大數據在高中生物實驗教學中的應 用[J].實驗技術與管理，2017（8）： 162-164.
2. 顧衛(wèi).試論大數據在高中生物實驗教學中的應用[J]. 新課程導學，2018（7）：8-9.

（責任編輯：陳欣）