提高大數(shù)據(jù)環(huán)境下個(gè)性化生物作業(yè)有效性的研究

李常德

【摘要】大數(shù)據(jù)環(huán)境需要應(yīng)用者對(duì)數(shù)據(jù)的價(jià)值進(jìn)行挖掘和運(yùn)用。筆者認(rèn)為，大數(shù)據(jù)系統(tǒng)應(yīng)做到精準(zhǔn)定位、科學(xué)分析、優(yōu)化推送，才能充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)環(huán)境優(yōu)勢(shì)，提高大數(shù)據(jù)環(huán)境下個(gè)性化生物作業(yè)有效性，真正滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的需要。

【關(guān)鍵字】大數(shù)據(jù) 個(gè)性化生物作業(yè) 優(yōu)化

【中圖分類號(hào)】G633.91

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1992-7711（ 2020） 06-155-03

2017年的《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》再次提到，教育要“遵循學(xué)生身心發(fā)展規(guī)律，充分反映學(xué)生的成長(zhǎng)需要，促進(jìn)每一位學(xué)生主動(dòng)地、生動(dòng)活潑地發(fā)展”。個(gè)性化作業(yè)是按學(xué)生的個(gè)性特點(diǎn)和能力水平而科學(xué)制定的一種練習(xí)策略。大量的研究表明，個(gè)性化作業(yè)尊重學(xué)生的個(gè)體差異，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，幫助學(xué)生提高知識(shí)和能力的水平，促進(jìn)個(gè)人成長(zhǎng)和發(fā)展。提高個(gè)性化作業(yè)的有效性，是提高教育質(zhì)量的重要途徑之一。

大數(shù)據(jù)是指一類具有海量的、多樣化的信息數(shù)據(jù)集合。大數(shù)據(jù)技術(shù)在教育領(lǐng)域中，將學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行數(shù)據(jù)化，具備分析和記錄的可能。依賴于大數(shù)據(jù)環(huán)境針對(duì)學(xué)生的個(gè)性特點(diǎn)推送個(gè)性化作業(yè)，解決了個(gè)性化作業(yè)設(shè)計(jì)和布置所面臨的學(xué)生人數(shù)眾多與教師精力、時(shí)間有限之間的矛盾等難題，改變了憑教師經(jīng)驗(yàn)主義的模糊性，提高了個(gè)性化作業(yè)設(shè)計(jì)的科學(xué)性，滿足學(xué)生的個(gè)性需求。

本校應(yīng)用數(shù)據(jù)平臺(tái)在多次的共性練習(xí)中采集學(xué)生的得分情況作為個(gè)性數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)推送個(gè)性化作業(yè)的功能。筆者著眼于大數(shù)據(jù)環(huán)境對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)表現(xiàn)情況的采集分析記錄，以及個(gè)性化作業(yè)推送等環(huán)節(jié)的不足之處，對(duì)提高個(gè)性化生物作業(yè)有效性的具體方法開展探究。

大數(shù)據(jù)環(huán)境的個(gè)性化作業(yè)與普通的個(gè)性化作業(yè)一樣，都是基于學(xué)生在學(xué)習(xí)上的知識(shí)水平和能力等情況進(jìn)行推送。學(xué)生個(gè)性數(shù)據(jù)的采集方式會(huì)影響所得數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性和有效性，推送的策略會(huì)影響個(gè)性化作業(yè)的質(zhì)量。

一、精準(zhǔn)分析有利于提高目標(biāo)定位的精度

精準(zhǔn)分析學(xué)情是借助現(xiàn)代信息技術(shù)，以課程標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，精準(zhǔn)測(cè)量學(xué)生的表現(xiàn)，并以數(shù)據(jù)化形式呈現(xiàn)。精準(zhǔn)分析學(xué)情能為個(gè)性化生物作業(yè)提供精準(zhǔn)的推送方向。

平臺(tái)系統(tǒng)通過平時(shí)的共性作業(yè)、測(cè)驗(yàn)或考試，進(jìn)行采集學(xué)生的表現(xiàn)情況的相關(guān)數(shù)據(jù)。一般是以學(xué)生在練習(xí)題中的得分率作為對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的分析數(shù)據(jù)。但高中生物大部分練習(xí)題具有知識(shí)覆蓋面廣、信息量大等特點(diǎn)，僅以整道題目的得分率為單位來采集數(shù)據(jù)的方式，并不能準(zhǔn)確反映學(xué)生知識(shí)點(diǎn)存在的問題。以高三級(jí)進(jìn)行綜合測(cè)驗(yàn)的兩道題目為例：

【2016年全國(guó)乙卷理綜生物，1】

下列與細(xì)胞相關(guān)的敘述，正確的是：

A核糖體、溶酶體都是具有膜結(jié)構(gòu)的細(xì)胞器

B.酵母菌的細(xì)胞核內(nèi)含有DNA和RNA兩類核酸

C.藍(lán)藻細(xì)胞的能量來源于其線粒體有氧呼吸過程

D在葉綠體中可進(jìn)行CO2的固定但不能合成ATP

本題主要考查細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的相關(guān)內(nèi)容，四個(gè)選項(xiàng)依次是細(xì)胞器的種類和結(jié)構(gòu)，核酸的種類和分布，原核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，以及光合作用主要過程等四個(gè)知識(shí)點(diǎn)，正確答案為選項(xiàng)B.錯(cuò)選選項(xiàng)C的同學(xué)既不了解“核酸的種類和分布”，也受“線粒體是有氧呼吸的主要場(chǎng)所”的影響而忽視“藍(lán)藻細(xì)胞不具有線粒體”的生物知識(shí)。而以整道題目來說，只能模糊地描述為該生對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的某些內(nèi)容不掌握。

【2016年全國(guó)乙卷理綜生物，29】

在有關(guān)DNA分子的研究中，常用32P來標(biāo)記DNA分子。用a、β和γ表示ATP或dATP（d表示脫氧）上三個(gè)磷酸基團(tuán)所處的位置（A-Pa～Pβ～Pγ或dA-Pa～Pβ～Pγ）?；卮鹣铝袉栴}：

（1）某種酶可以催化ATP的一個(gè)磷酸基因轉(zhuǎn)移到DNA末端上，同時(shí)產(chǎn)生ADP。若用該酶把32P標(biāo)記到DNA末端上，那么帶有32P的磷酸基團(tuán)應(yīng)在ATP的一一一（填“a“、“β”或“γ”）位上。

（2）若用帶有32P的dATP作為DNA生物合成的原料，將32P標(biāo)記到新合成的DNA分子上，則帶有32P的磷酸基團(tuán)應(yīng)在ATP的一一一（填“a”、 “β”或“γ”）位上。

（3）將一個(gè)某種噬菌體DNA分子的兩條鏈用32P進(jìn)行標(biāo)記，并使其感染大腸桿菌，在不合有32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)一段時(shí)間。若得到的所有噬菌體雙鏈DNA分子都裝配成噬菌體（n個(gè)）并釋放，則其中含有32P的噬茵體所占比例為2/n，原因是一一一一一。

本題的第（1）小題考查學(xué)生對(duì)ATP的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)化的認(rèn)知，第（2）小題考查學(xué)生對(duì)dATP和作為DNA基本單位的脫氧核苷酸的聯(lián)系。第（3）小題考查學(xué)生對(duì)DNA復(fù)制特點(diǎn)的相關(guān)知識(shí)以及語(yǔ)言表述能力。通過ATP（或dATP）的結(jié)構(gòu)為情境考查了三個(gè)知識(shí)內(nèi)容。

上述例子可以看到，對(duì)于生物綜合性練習(xí)，以選擇題的選項(xiàng)、非選擇題的填空項(xiàng)作為學(xué)生能力水平分析的數(shù)據(jù)依據(jù)，所得到的數(shù)據(jù)價(jià)值遠(yuǎn)高于僅以整道題目得分率為依據(jù)的數(shù)據(jù)價(jià)值，更好地反映學(xué)生的能力水平和發(fā)展趨勢(shì)。改“面”為“點(diǎn)”，精準(zhǔn)細(xì)化地分析學(xué)情，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)學(xué)生，為個(gè)性化生物作業(yè)提供推送精準(zhǔn)依據(jù)。

二、科學(xué)分析有利于提高個(gè)性數(shù)據(jù)的效度

在常規(guī)的試題分析中，除了考慮試題的難度（得分率）外，還要從區(qū)分度、信度和效度等方面進(jìn)行分析。單項(xiàng)選擇題難度系數(shù)（P=平均值/滿分值）低于0.2、試題區(qū)分度（D=（XH-XL）/W）低于0.3或信度系數(shù)（R=ST2/SX2）低于0.7的題目，一般認(rèn)為該題沒有考核上的意義，教師可以不對(duì)學(xué)生進(jìn)行講評(píng)。這種數(shù)據(jù)分析方法對(duì)于個(gè)性數(shù)據(jù)分析也起重要作用。

難度過高的題目，其區(qū)分度、信度一般較低。特別是對(duì)于單項(xiàng)選擇題，學(xué)生可能是“蒙對(duì)”答案，結(jié)果具有隨機(jī)性。因些，學(xué)生的得失分情況難以反映其學(xué)習(xí)水平和能力，相關(guān)的個(gè)性數(shù)據(jù)應(yīng)直接淘汰，避免降低個(gè)性數(shù)據(jù)的信度和效度。如下例：

【2014年全國(guó)乙卷理綜生物，5】

下圖為某種單基因常染色體隱性遺傳病系譜圖（深色代表的個(gè)體是該遺傳病患者，其余為表現(xiàn)型正常個(gè)體）。近親結(jié)婚時(shí)該遺傳病發(fā)病率較高，假定圖中第Ⅳ代的兩個(gè)個(gè)體婚配生出一個(gè)患該遺傳病子代的概率為1/48，那么，得出此概率值需要的限定條件是

A.I-2和I-4必須是純合子

BⅡ-1、Ⅲ一1和Ⅲ-4必須是純合子

C.Ⅱ一2、Ⅱ-3、Ⅲ一2和Ⅲ-3必須是雜合子

DⅡ-4、Ⅱ-5、Ⅳ-1和Ⅳ一2必須是雜合子

該題考查基因的自由組合定律的分析和計(jì)算能力，在考試說明中屬于Ⅱ類的要求。在平臺(tái)中顯示該題作答人數(shù)超過23000人，參試者平均得分率為31.18%，缺乏該題區(qū)分度和信度等數(shù)據(jù)顯示。從大數(shù)據(jù)的題目難度來說，本題屬于難題，有一定的測(cè)量?jī)r(jià)值。而在本年級(jí)理科班的測(cè)驗(yàn)中，355人有49人本題得分，年級(jí)得分率13.8%，區(qū)分度為0.16。調(diào)查過程中，學(xué)生普遍反映在考試過程中時(shí)間有限，不值得在該題上耗費(fèi)時(shí)間來演算，得分的同學(xué)絕大多數(shù)是“純屬幸運(yùn)”。說明這道題目并不能很好地區(qū)分本校學(xué)生層次，對(duì)分析本校學(xué)生是否掌握基因的自由組合定律的知識(shí)水平毫無意義。

另外，雖然同一知識(shí)點(diǎn)在不同試卷中呈現(xiàn)方式必然有所差異，但學(xué)生個(gè)體在歷次練習(xí)中知識(shí)點(diǎn)得分率的記錄，一定程度上也反映出個(gè)體的綜合表現(xiàn)，可看作是重測(cè)法所建立的信度指標(biāo)，對(duì)分析學(xué)生當(dāng)次練習(xí)中的表現(xiàn)的有效性也有一定的幫助。

【2019年廣州理綜一測(cè)，32】

小鼠毛色由x染色體上的一對(duì)等位基因（ B/b）控制，基因B控制黑色，基因b控制白色，同時(shí)含有基因B和b的個(gè)體表現(xiàn)為黑白鑲嵌。小鼠的尾長(zhǎng)性狀由常染色體上一對(duì)等位基因（ T/t）控制，T對(duì)t完全顯性?，F(xiàn)一長(zhǎng)尾黑斑雌鼠與另一短尾白斑雄鼠進(jìn)行雜交獲得F1，其中無論雌雄都有長(zhǎng)尾和短尾個(gè)體。

（1）根據(jù)F1的結(jié)果，一一一（填“能”或“不能”）判斷出長(zhǎng)尾與短尾的顯隱性，親本長(zhǎng)尾黑斑鼠的基因型是一一一一一，F(xiàn)1中短尾白斑雄鼠所占比例是一一一一。

【答案】

（1）不能（1分）TtX8XB或ttXBXB（2分） O（1分）

該非選擇題第（1）小題在2019年廣州市第一次綜合測(cè)試中有較高的區(qū)分度和信度。在高三年級(jí)測(cè)驗(yàn)中，得分率53.25%，區(qū)分度為0.31，題目具有測(cè)量記錄的價(jià)值。本班的學(xué)生關(guān)某在本小題中得3分，得分率為75010。關(guān)某雖然不屬于個(gè)性化作業(yè)的推送對(duì)象，系統(tǒng)中仍保留有他的表現(xiàn)數(shù)據(jù)，在基因的分離定律和自由組合定律的推理和計(jì)算方面，歷次有關(guān)得分率分別為0%、25%、0%、33.33%、0%、33.33%，平均得分率15.79%，表現(xiàn)不佳但比較穩(wěn)定。筆者單獨(dú)和關(guān)某談心，在表?yè)P(yáng)了他的成績(jī)變化后，再讓他描述分析過程，從中得知關(guān)某的推斷過程混亂，他的得分具有偶然性而非具備相應(yīng)的解題能力。從科學(xué)角度來說，關(guān)某本題的表現(xiàn)情況不應(yīng)該納入到他的學(xué)情記錄中。

科學(xué)采集和分析個(gè)性數(shù)據(jù)，對(duì)效度低的數(shù)據(jù)直接淘汰，對(duì)信度低的數(shù)據(jù)有所保留，提高個(gè)性數(shù)據(jù)的有效性，也是提高大數(shù)據(jù)環(huán)境下個(gè)性化生物作業(yè)有效性的重要原則。

三、優(yōu)化推送策略有利于提高個(gè)性化作業(yè)推送的質(zhì)量

多位學(xué)者在研究中都提出個(gè)性化作業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循分層原則。以學(xué)生的能力水平為準(zhǔn)則分層推送個(gè)性化生物作業(yè)，滿足學(xué)生的個(gè)性需求，是因材施教原則的發(fā)展和延伸，適應(yīng)素質(zhì)教育的要求。

分層推送個(gè)性化作業(yè)，既要求“穩(wěn)”的，也要求“進(jìn)”，滿足學(xué)生發(fā)展的需求。從心理學(xué)角度來考慮，查爾迪尼指出人們由“低”開始逐步接受更高要求;斯金納認(rèn)為學(xué)習(xí)反應(yīng)會(huì)隨刺激的增強(qiáng)而強(qiáng)化;維果斯基認(rèn)為學(xué)生需要主動(dòng)積極地學(xué)習(xí)具有一定難度的知識(shí)，激發(fā)潛能，逾越“最近發(fā)展區(qū)”而進(jìn)入下階段的發(fā)展水平。因此，階梯式分層原則是優(yōu)化個(gè)性化作業(yè)推送的重要原則。充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)環(huán)境的題庫(kù)處理優(yōu)勢(shì)，對(duì)實(shí)施階梯式分層推送起到重要作用。

以下面高三學(xué)生王某在綜合性測(cè)驗(yàn)一道遺傳錯(cuò)題的推送內(nèi)容為例。

【共性練習(xí)題】

某白花傳粉植物紅花（E）對(duì)黃花（e）為顯性，高莖（D）對(duì)矮莖（d）為顯性，兩對(duì)性狀獨(dú)立遺傳，當(dāng)花粉含有DE基因時(shí)花粉管不能萌發(fā)而不參與受精。用植株DdEe自交產(chǎn)生子一代的表現(xiàn)型之比為

A.5：3：3：1

B.1：1：1：l

C.9：2：2：1

D.7：2：2：1

本題考察基因自由組合定律的基本運(yùn)算能力，正確答案為選項(xiàng)A。在平臺(tái)中顯示該題作答人數(shù)超過17000人，參試者平均得分率為64.19%，難度屬于適中。年級(jí)測(cè)試中本題平均得分率為0.52，區(qū)分度為0.43。推送對(duì)象王某的“基因自由組合定律的計(jì)算能力”綜合得分率為0.16。推送的三道題目如下。

【推送題目1】

設(shè)基因A控制視網(wǎng)膜，基因B控制視神經(jīng)，是視覺正常所需。兩對(duì)基因分別位于不同的同源染色體上。都為AaBb的雙親的后代中，視覺正常的概率為

A 9/16

B.4/16

C.1/16

D. 7/16答案為選項(xiàng)A，難度86.68%。

【推送題目2】

某學(xué)習(xí)小組以紫花豌豆與白花豌豆為親本進(jìn)行雜交，F(xiàn)，全為紫花。F1自交，F(xiàn)2中紫花：粉花：白花=9：6：1。下列敘述錯(cuò)誤的是

A.豌豆的花色可能由兩對(duì)等位基因控制

B.F，代紫花測(cè)交，后代出現(xiàn)紫花的概率為1/4

C.F，代粉花與白花豌豆雜交，后代不會(huì)出現(xiàn)紫花

D.F，代紫花中純合子占1/16

答案為選項(xiàng)D，難度74.48%。

【推送題目3】

某生物個(gè)體減數(shù)分裂產(chǎn)生的雌雄配子種類和比例均為Ab：aB：AB：ab=3：3：2：2，若該生物進(jìn)行自交，其后代出現(xiàn)純合體的概率是

A.l/4

B.1/16 C.13/50

D. 1/100答案為選項(xiàng)C，難度62.22%。

三道推送題目都與基因的自由組合定律的知識(shí)點(diǎn)有關(guān)。推送內(nèi)容的難度分為基礎(chǔ)層次，發(fā)展層次和目標(biāo)層次等三個(gè)層次，難度逐步遞增，符合學(xué)生王某的知識(shí)水平層次。推送的題目精準(zhǔn)針對(duì)同一知識(shí)點(diǎn)，有利于深化題組中蘊(yùn)含的知識(shí)通性，幫助學(xué)生鞏固知識(shí)。題目難度以階梯方式遞增，在學(xué)生完成現(xiàn)有水平的任務(wù)后再增強(qiáng)刺激，讓學(xué)生有效地進(jìn)行知識(shí)的遷移和轉(zhuǎn)化，進(jìn)入并逐步超越自己的“最近發(fā)展區(qū)”，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與求知欲望。因此，這種推送策略能有效提高個(gè)性化作業(yè)推送的質(zhì)量。

大數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)今各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域都有重大影響，也逐漸滲透到教育教學(xué)的不同環(huán)節(jié)。但任何事實(shí)都存在利弊的兩面性，海量數(shù)據(jù)中存在價(jià)值密度低的問題，需要應(yīng)用者對(duì)數(shù)據(jù)的價(jià)值進(jìn)行挖掘和運(yùn)用。充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化個(gè)性化作業(yè)推送系統(tǒng)，更系統(tǒng)地滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的需要，更好地培養(yǎng)、塑造不同的素質(zhì)化人才。大數(shù)據(jù)環(huán)境在個(gè)性化生物作業(yè)的應(yīng)用上還有待進(jìn)一步的深入研究，在日后的研究中需要不斷補(bǔ)充和改進(jìn)，使其能夠得到進(jìn)一步的推廣與使用。

“本文為廣東教育學(xué)會(huì)2019年度教育科研規(guī)劃小課題“大數(shù)據(jù)環(huán)境下個(gè)性化生物作業(yè)高效性研究”（ GDXKT20474）的階段性成果之一。

[參考文獻(xiàn)]

[1]張忻忻，牟智佳.數(shù)據(jù)化學(xué)習(xí)環(huán)境下面向個(gè)性化學(xué)習(xí)的精準(zhǔn)教學(xué)模式設(shè)計(jì)研究[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)距離教育，2018，179（05）：66-73.

[2]楊雪，姜強(qiáng)，趙蔚大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)分析支持個(gè)性化學(xué)習(xí)研究——技術(shù)回歸教育本質(zhì)[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)距離教育（4期）：71-78.

[3]徐存杰，個(gè)性化作業(yè)的設(shè)計(jì)原則和實(shí)施策略[J].教育研究與評(píng)論：課堂觀察，2016（4）：15-17.

[4]莊曉蕙，劉慶歡，何雪萍，蔣玲我國(guó)個(gè)性化作業(yè)：現(xiàn)狀、問題與展望——基于讀秀學(xué)術(shù)搜索數(shù)據(jù)庫(kù)與中國(guó)知網(wǎng)（ CNKI）期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)證研究[J].教育學(xué)術(shù)月刊，2014，（10）： 104-111.