大數(shù)據(jù)技術(shù)在高中生物實驗教學中的應(yīng)用

祁小飛

[摘 要]大數(shù)據(jù)技術(shù)在高中生物實驗教學中發(fā)揮優(yōu)勢作用，通過數(shù)據(jù)資源的整合與科學分析，可優(yōu)化實驗組織，帶動高中生物實驗教學評價的創(chuàng)新優(yōu)化，也能調(diào)動學生參與生物實驗活動的積極性，使得高中生物實驗教學更具實效性。選取部分生物實驗的案例，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用進行高中生物實驗教學分析，驗證說明大數(shù)據(jù)技術(shù)在高中生物實驗教學中的應(yīng)用優(yōu)勢，為后續(xù)高中生物實驗教學的優(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；實驗教學

[中圖分類號] G633.91 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）32-0084-02

二十一世紀是知識經(jīng)濟快速發(fā)展的時代，其最顯著的特點就是數(shù)據(jù)信息的激增與迅速傳播，帶動數(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，特別是實驗教學方面。新時代背景下，發(fā)揮大數(shù)據(jù)技術(shù)的優(yōu)勢，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)加強實驗室管理系統(tǒng)的開發(fā)，借助信息技術(shù)手段加強對實驗教學相關(guān)數(shù)據(jù)管理模式的創(chuàng)新，進而優(yōu)化實驗教學具有現(xiàn)實緊迫性。生物是高中基礎(chǔ)學科，透過現(xiàn)象、借助實驗、掌握規(guī)律、解決問題是生物實驗教學的著眼點與落腳點。因此，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)加強高中生物實驗教學改革具有現(xiàn)實必要性。

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，達到資源分享和為知識服務(wù)的目的。信息時代對人們的數(shù)據(jù)處理能力提出了更高的要求。借助海量數(shù)據(jù)背后的精準科學分析，提高決策的科學性，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。簡單地理解，大數(shù)據(jù)技術(shù)就是加強對海量數(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。實驗離不開數(shù)據(jù)的支持及實驗現(xiàn)象的剖析，而大數(shù)據(jù)技術(shù)能將實驗數(shù)據(jù)的分析工作做到位。大數(shù)據(jù)有四個方面的顯著特征，一是數(shù)據(jù)量龐大，從TB級別到PB級別，實現(xiàn)了海量的數(shù)據(jù)存儲與分析；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，真正篩選出有價值的數(shù)據(jù)只有1～2秒時間；四是時效性強，處理速度快。

二、大數(shù)據(jù)技術(shù)在高中生物實驗教學中的應(yīng)用

1.優(yōu)化生物實驗設(shè)計

前期的實驗設(shè)計往往會影響后續(xù)實驗活動的開展，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)可以確保實驗準備更到位。教師應(yīng)在大數(shù)據(jù)技術(shù)的輔助下對高中生物實驗進行高效整合、科學分析、有效存儲，并加強實驗的可行性分析，基于實驗資源需求診斷報告進行實驗設(shè)計的改進。高中生物實驗教學的主體是學生，學生的個人經(jīng)驗和直覺指引其做好科學的決策分析，為了避免學生決策的主觀盲目性，應(yīng)借助大數(shù)據(jù)技術(shù)進行決策（更為客觀真實）。例如，在檢測生物組織中的各類物質(zhì)的實驗中，在如何選擇最合適的實驗材料方面，可以引入大數(shù)據(jù)的分析技術(shù)，從而獲得學生實驗的難易度反饋，進一步做好不同材料價格性能的分析，加強對實驗效果信息的收集，并基于大數(shù)據(jù)技術(shù)對實驗數(shù)據(jù)進行全面系統(tǒng)的分析。例如，基于實驗材料特點，可以選擇毛豆、蕓豆等豆類植物及蛋清來檢測蛋白質(zhì)；而花生、芝麻可以檢測脂肪；水果可以檢測糖分。從實驗材料成本的角度考慮，可以選取蛋清、豆?jié){進行蛋白質(zhì)的檢測。在實驗材料的選擇上，特別是食物類的選擇上，應(yīng)選擇當季的食品，根據(jù)季節(jié)和當?shù)靥禺a(chǎn)優(yōu)選成本低、易獲得的材料。這些實驗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“觀察細胞質(zhì)壁分離”的實驗時，教師可先讓學生思考：選取什么材料最合適？學生借助大數(shù)據(jù)技術(shù)做好不同材料性能的分析，得出結(jié)論：洋蔥。再讓學生思考：為什么要先浸泡一下洋蔥？學生對問題進行探索思考，并借助大數(shù)據(jù)技術(shù)了解相關(guān)的信息資料，對生物實驗有了更多的延伸認識，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，學生參與生物實驗活動更主動，對知識的探索學習更積極。

2.帶動實驗高效開展

學生的生物認知基礎(chǔ)存在差異，基礎(chǔ)不同，學習能力也不同。如果在生物實驗教學中一概而論，就會限制優(yōu)等生的思維拓展，也會打擊學困生參與實驗活動的積極性。通過大數(shù)據(jù)技術(shù)對學生的個人信息和學習信息進行前期分析，可以了解學生的學習特點和實際情況，關(guān)注到學生的學習訴求，進而基于學生的個體差異進行分層引導(dǎo)，從而調(diào)動學生參與生物實驗的積極性。例如，在組織“植物細胞的吸水和失水”實驗時，根據(jù)“引導(dǎo)學生探究植物細胞是如何吸水和失水的”這一教學目標，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對學情進行摸底，從而精準對學生進行分組。對于認知水平較低的學生，主要是讓其依據(jù)教材實驗，完成植物細胞壁的質(zhì)壁分離與復(fù)原操作，讓其探究細胞液與環(huán)境濃度的差異，明白植物細胞吸水和失水的原理。而對于認知水平中等的學生，可從等滲性脫水概念的理解入手，引導(dǎo)學生延伸實驗，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胞的質(zhì)壁分離情況，做好細胞液濃度范圍的分析。又如，開展“探索淀粉酶對淀粉和蔗糖的作用”實驗時，教師可讓不同層次的學生借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，在資料整合輔助的基礎(chǔ)上，由淺入深地學習，從而獲得不同的學習體驗。同時，讓學生思考問題，鼓勵學生做出假設(shè)，引導(dǎo)學生自主設(shè)計實驗，組織學生小組討論，最后得出結(jié)論。在這一過程中，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，使得不同層次的學生都參與到實驗中，在實驗設(shè)計與分析中，認識淀粉酶對淀粉和蔗糖的作用，即使是基礎(chǔ)一般的學生，也能積極主動探索，而基礎(chǔ)好的學生則能解答生活中的實際問題，培養(yǎng)科學精神。

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

3.精準評估實驗效果

傳統(tǒng)的實驗教學評價方式較單一、片面，實驗操作部分的成績無法單獨核算，往往要與理論知識的考核聯(lián)系在一起，占比小，學生關(guān)注度不高。實驗課程也長期處于被忽略的地位。此外，很多實驗過程無法進行量化評價，實驗成效分析深度不夠，只是通過每個實驗項目的實驗報告來評價學生的實驗效果，形成性評價不足，終結(jié)性評價占比過高。而大數(shù)據(jù)技術(shù)在高中生物實驗教學中實現(xiàn)了實驗評價的量化分析，使得實驗成效評估更精準、科學。另外，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)還可加強對傳統(tǒng)實驗儀器的改造與更新，提升生物實驗器械的數(shù)字化水平，積極引入人工智能及圖像分析技術(shù)，提升生物實驗與互聯(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)進行實驗數(shù)據(jù)的跟蹤與記錄、處理與分析，可確保評價的真實與全面。例如，在開展“細胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”實驗時，教師借助大數(shù)據(jù)技術(shù)可獲取學生的實驗數(shù)據(jù)，還可了解每個學生的實驗進度和實驗認知情況，便于對操作有誤的學生加以指導(dǎo)與點撥。借助大數(shù)據(jù)技術(shù)收集與分析學生瓊脂塊的測量數(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，對學生實驗操作能力等方面進行客觀公正的評價。

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

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 梁柏櫸.大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)實驗教學與創(chuàng)新驅(qū)動型人才培養(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)的實驗課程教學研究[J].連云港師范高等?？茖W校學報，2016（3）：59-62.

（責任編輯 黃春香）