依托時(shí)空大數(shù)據(jù)提升高中生的生態(tài)文明素養(yǎng)
——以“生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)”一課為例

甘肅省隴南市文縣第一中學(xué) 張滿蘭

習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)：“良好生態(tài)環(huán)境是最普惠的民生福祉?！薄白钇栈荨比齻€(gè)字將生態(tài)文明置于了戰(zhàn)略高度的地位。教師應(yīng)該引領(lǐng)中學(xué)生真正認(rèn)識(shí)到人與自然和諧共存的重要性，讓環(huán)保意識(shí)、可持續(xù)發(fā)展意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感常駐心間，意識(shí)到“人們?cè)诶米匀?、改造自然的同時(shí)，必須尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然”[1]，認(rèn)識(shí)“五位一體”總體布局的重要意義，關(guān)愛動(dòng)植物、保護(hù)生物多樣性，進(jìn)而關(guān)愛整個(gè)地球和全人類；能夠?qū)ι飭栴}尤其是環(huán)保問題提出合理化建議，并在實(shí)踐中解決問題。

生態(tài)文明的滲透離不開生物學(xué)科這個(gè)載體，離不開“時(shí)空大數(shù)據(jù)”的保駕護(hù)航。時(shí)空大數(shù)據(jù)為滲透生態(tài)文明搭建了一個(gè)更大的舞臺(tái)，提供了更寬泛的路徑。時(shí)空大數(shù)據(jù)之“來源廣、數(shù)量大、分析精確、視角多維以及更新快速”的綜合特點(diǎn)，決定了生物學(xué)習(xí)不僅僅是知識(shí)的疊加，也是學(xué)習(xí)方式上的變革、跨界上的融合、生態(tài)資源上的開放、多維時(shí)空上的連接、生態(tài)文明意識(shí)的覺醒。下面僅以高中生物必修3中的“生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)”為例進(jìn)行探討。

一、依托數(shù)據(jù)分析，確定研究主題

教育當(dāng)有詩性。就生物課程的學(xué)習(xí)而言，這里的“詩性”表現(xiàn)在：知識(shí)學(xué)習(xí)與生態(tài)文明素養(yǎng)并重，能夠高效依托時(shí)空大數(shù)據(jù)洞悉生物世界中的更多真相，從而提高學(xué)習(xí)力、創(chuàng)新力和文明程度。既然強(qiáng)調(diào)文明程度，凸顯生物核心素養(yǎng)，那么，依托時(shí)空大數(shù)據(jù)進(jìn)行“資料篩選”，從而確定傾向于人文生態(tài)的研究主題就顯得不可或缺。

比如，在“生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)”的教學(xué)中，針對(duì)“氫循環(huán)、硫循環(huán)、氨循環(huán)和碳循環(huán)”等內(nèi)容，不妨選擇“碳循環(huán)——赤潮”進(jìn)行探究，可以把學(xué)生分為三個(gè)組：“文獻(xiàn)組”“訪談組”和“問卷組”，分工研究問題?！拔墨I(xiàn)組”重在厘清赤潮的概念，“訪談組”以口頭詢問的方式訪談赤潮對(duì)環(huán)境的影響，包括赤潮與浮游生物有什么關(guān)系、與水域養(yǎng)殖業(yè)有什么關(guān)系、與污水排倒在水域中有什么關(guān)系等。“問卷組”則依托大數(shù)據(jù)處理問卷數(shù)據(jù)，隨時(shí)將相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)錄入數(shù)據(jù)庫，并在客觀、真實(shí)、具體分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提出解決赤潮問題的富有建設(shè)性的方案。

以上資料與設(shè)計(jì)如何與大數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)接呢？首先，利用大數(shù)據(jù)分析學(xué)生對(duì)“氫循環(huán)、硫循環(huán)、氨循環(huán)和碳循環(huán)”的認(rèn)知情況。悉心分析，我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)碳元素比較熟悉，而對(duì)磷元素比較陌生，尤其是來自西北內(nèi)陸的學(xué)生，對(duì)大海及藍(lán)藻了解甚少。而這，恰恰是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新力較好的生成性資源，也是加強(qiáng)學(xué)生生態(tài)道德意識(shí)的較好契機(jī)。一直在學(xué)生熟悉或一看就懂的領(lǐng)域內(nèi)展開研究，看似有一種親近感，實(shí)則造成了學(xué)生的惰性與狹窄的學(xué)習(xí)眼光。向“陌生地帶”挺進(jìn)，應(yīng)該成為生物高效學(xué)習(xí)和生態(tài)文明提升中的一種有益嘗試。而這一切，正是利用時(shí)空大數(shù)據(jù)篩選的結(jié)果。

其次，“文獻(xiàn)組”“訪談組”和“問卷組”三個(gè)組，看似“各自為政”，但實(shí)質(zhì)上是不可分割、互為促進(jìn)、彼此相連的?！拔墨I(xiàn)組”搜尋資料，不僅僅幫助學(xué)生達(dá)到理念嬗變之目的，更重要的是為“訪談組”和“問卷組”提供第一手資料，以便于從時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)和“生態(tài)文明”滲透情況展開實(shí)證研究，達(dá)到廣泛深入實(shí)踐之目的。三個(gè)組的聯(lián)系、協(xié)調(diào)、互促以及達(dá)成共識(shí)的過程中，時(shí)空大數(shù)據(jù)一直發(fā)揮著保駕護(hù)航的作用，起著“有效梳理、積極反饋、深度盤點(diǎn)”的作用。

二、借助數(shù)據(jù)分析，夯實(shí)實(shí)驗(yàn)過程

在新的技術(shù)支撐下，教師應(yīng)該高效利用大數(shù)據(jù)，以“加工”實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的“增值”[2]。這種“增值”既指向一般教學(xué)，也指向具有實(shí)踐意義的生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)。恰到好處地運(yùn)用時(shí)空大數(shù)據(jù)，能夠簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)方案的出臺(tái)，能夠優(yōu)化實(shí)驗(yàn)環(huán)境，夯實(shí)實(shí)驗(yàn)過程，提高實(shí)驗(yàn)水平?；蛟S，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容已不再是唯一重要的，在此過程中，學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的提高、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析能力的提升、生態(tài)文明素養(yǎng)的落地生根，才是更值得師生付諸于實(shí)踐的目標(biāo)。為此，我們應(yīng)善用、活用、深用大數(shù)據(jù)，重構(gòu)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的框架與路徑。

仍然以“生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)”的教學(xué)為例，其“碳循環(huán)——赤潮”的實(shí)驗(yàn)操作，就可以將時(shí)空大數(shù)據(jù)運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段、組織階段、精準(zhǔn)分析與評(píng)價(jià)階段。教師必須考慮要選取哪些實(shí)驗(yàn)材料，如果成本較高的話，應(yīng)該如何遴選、其種子是否能夠在這樣的季節(jié)或時(shí)間段發(fā)芽、學(xué)校實(shí)驗(yàn)室或家里適合于做這樣的實(shí)驗(yàn)嗎？這一切，不是師生隨意選擇的，而是通過大數(shù)據(jù)進(jìn)行地毯式的搜尋與處理，在電腦中生成一份相對(duì)全面、可行、細(xì)微而又具體的實(shí)驗(yàn)方案。這個(gè)方案中明確表明，選擇含磷洗衣粉、無磷洗衣粉和自來水浸泡綠豆的實(shí)驗(yàn)是最可行的，暗含了低成本實(shí)驗(yàn)“經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、操作簡(jiǎn)單、效果明顯”之優(yōu)勢(shì)。

實(shí)驗(yàn)的組織階段，亦可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行適度選擇和優(yōu)化組合并科學(xué)地加以應(yīng)用[3]。不妨將學(xué)生的年齡、興趣、學(xué)習(xí)負(fù)荷力、接受力、認(rèn)可程度、實(shí)驗(yàn)風(fēng)格等信息錄入到數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行分析，依據(jù)分析結(jié)果確定實(shí)驗(yàn)的分組名單及實(shí)驗(yàn)達(dá)成的目標(biāo)。比如，上述實(shí)驗(yàn)中，學(xué)困生可以進(jìn)行自來水浸泡綠豆的實(shí)驗(yàn)，認(rèn)可度較高的學(xué)生不妨進(jìn)行含磷洗衣粉和無磷洗衣粉浸泡綠豆的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。然后根據(jù)比較浸泡后種子萌發(fā)后在單位時(shí)間內(nèi)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析。評(píng)價(jià)階段，更是時(shí)空大數(shù)據(jù)一展神威的時(shí)刻。教師不妨充分利用人工智能及圖像分析等技術(shù)，從時(shí)間和空間兩方面進(jìn)行細(xì)致分析，真正反映出學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的掌握、理解、反饋等環(huán)節(jié)，力爭(zhēng)讓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)清晰化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可視化，達(dá)到事半功倍的效果。

從實(shí)驗(yàn)過程和大數(shù)據(jù)的分析中，學(xué)生理解到磷含量過高竟然對(duì)綠豆、魚類、赤潮、環(huán)境等有如此大的影響，原來生活中洗衣服這樣的小事兒竟然對(duì)水體有潛在的影響……諸多的深入理解，彰顯著學(xué)生內(nèi)在思維的加深，意味著生態(tài)文明意識(shí)的一點(diǎn)一滴的滋生，而這不得不歸功于大數(shù)據(jù)的全面與高效。有時(shí)，小組與小組甚至不用見面就實(shí)現(xiàn)了高效的對(duì)接和資源的共享，真正發(fā)揮了“1+1大于2”的功效。

三、拓展內(nèi)外環(huán)境，高效延伸探究

理想的教學(xué)不拘囿于課堂[4]。時(shí)空大數(shù)據(jù)的介入恰恰可以幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)拓展于課外的目標(biāo)。實(shí)踐多次證明，時(shí)空大數(shù)據(jù)能夠更好地裝點(diǎn)高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“內(nèi)環(huán)境”和“外環(huán)境”，能夠更好地助力于“生態(tài)文明”的滲透，更深地助力于生物教學(xué)的信息化發(fā)展和內(nèi)涵式改革。

“生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)”的教學(xué)臨結(jié)束時(shí)，引領(lǐng)學(xué)生利用大數(shù)據(jù)做好“外環(huán)境”的豐富及延伸拓展活動(dòng)：調(diào)查及分析“溫室效應(yīng)”，隴南市文縣市民低碳生活的情況，尤其重點(diǎn)梳理本地市民在氫循環(huán)、硫循環(huán)、氨循環(huán)和碳循環(huán)方面的數(shù)據(jù)，并以此進(jìn)行精準(zhǔn)分析，提出合理化、建設(shè)性和創(chuàng)新性建議，以實(shí)驗(yàn)報(bào)告、科技小論文、建議書等形式呈現(xiàn)出來，讓基于大數(shù)據(jù)的實(shí)踐探究活動(dòng)延伸到更廣的時(shí)空。

在此基礎(chǔ)上，由家鄉(xiāng)過渡到整個(gè)國(guó)家的生態(tài)文明情況，同樣，通過大數(shù)據(jù)搜尋，讓以下數(shù)據(jù)或詳情出現(xiàn)在學(xué)生視野：2018年，我國(guó)的碳排放強(qiáng)度比13年前整整下降了45.8%，這樣的數(shù)字令人欣喜，有力地證明了全民生態(tài)文明意識(shí)的不斷提升。同樣是2018年，“五位一體”從首次出現(xiàn)在高層會(huì)議上到首次寫在“憲法”中的過渡，意味著黨和國(guó)家的高瞻遠(yuǎn)矚……這一切通過大數(shù)據(jù)鮮明地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，一點(diǎn)一滴地加深了學(xué)生的生態(tài)文明理解。

大數(shù)據(jù)不僅僅是技術(shù)的疊加，也意味著處理問題的多維視角，對(duì)于學(xué)生潛能、創(chuàng)新精神的激發(fā)有莫大的幫助，即將抽象、前衛(wèi)的知識(shí)顯性化、趣味化，使教學(xué)與時(shí)俱進(jìn)[5]。當(dāng)然，對(duì)于學(xué)生生態(tài)文明意識(shí)的提高，更有不可或缺的助力。愿高中生物教師能夠從時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)和“生態(tài)文明”滲透情況展開扎扎實(shí)實(shí)的行動(dòng)，有順序遞進(jìn)，有層次發(fā)展，有重點(diǎn)突破，全面而強(qiáng)力地提升學(xué)生的生態(tài)文明素養(yǎng)。