大數據技術在高中生物實驗教學中的應用

祁小飛

[摘 要]大數據技術在高中生物實驗教學中發揮優勢作用，通過數據資源的整合與科學分析，可優化實驗組織，帶動高中生物實驗教學評價的創新優化，也能調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，結合大數據技術的應用進行高中生物實驗教學分析，驗證說明大數據技術在高中生物實驗教學中的應用優勢，為后續高中生物實驗教學的優化提供指導與參考。

[關鍵詞]大數據技術；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濟快速發展的時代，其最顯著的特點就是數據信息的激增與迅速傳播，帶動數據產業的迅猛發展。由此開啟了大數據的新時代。在大數據技術的支持下，教育革新不斷深入，特別是實驗教學方面。新時代背景下，發揮大數據技術的優勢，基于大數據技術加強實驗室管理系統的開發，借助信息技術手段加強對實驗教學相關數據管理模式的創新，進而優化實驗教學具有現實緊迫性。生物是高中基礎學科，透過現象、借助實驗、掌握規律、解決問題是生物實驗教學的著眼點與落腳點。因此，借助大數據技術加強高中生物實驗教學改革具有現實必要性。

一、大數據的概念及其四大特征

大數據是由數量龐大、結構復雜、類型多元的數據構成的數據集合。通過數據資源的集成分享、交叉復用，達到資源分享和為知識服務的目的。信息時代對人們的數據處理能力提出了更高的要求。借助海量數據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，就是大數據應用的最主要目的。簡單地理解，大數據技術就是加強對海量數據的處理分析，在分類加工及整理分析的基礎上做好信息服務工作。實驗離不開數據的支持及實驗現象的剖析，而大數據技術能將實驗數據的分析工作做到位。大數據有四個方面的顯著特征，一是數據量龐大，從TB級別到PB級別，實現了海量的數據存儲與分析；二是數據類型多元，涉及網絡日志、音（視）頻、圖文、地理位置信息等數據類型；三是價值密度低，以視頻為例，在連續的監控中，真正篩選出有價值的數據只有1～2秒時間；四是時效性強，處理速度快。

二、大數據技術在高中生物實驗教學中的應用

1.優化生物實驗設計

前期的實驗設計往往會影響后續實驗活動的開展，借助大數據技術可以確保實驗準備更到位。教師應在大數據技術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計的改進。高中生物實驗教學的主體是學生，學生的個人經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，應借助大數據技術進行決策（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，可以引入大數據的分析技術，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，并基于大數據技術對實驗數據進行全面系統的分析。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；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、豆漿進行蛋白質的檢測。在實驗材料的選擇上，特別是食物類的選擇上，應選擇當季的食品，根據季節和當地特產優選成本低、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據技術來完成的。例如，開展“觀察細胞質壁分離”的實驗時，教師可先讓學生思考：選取什么材料最合適？學生借助大數據技術做好不同材料性能的分析，得出結論：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，并借助大數據技術了解相關的信息資料，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，在大數據技術的支持下，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存在差異，基礎不同，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。通過大數據技術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，從而調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“引導學生探究植物細胞是如何吸水和失水的”這一教學目標，利用大數據技術對學情進行摸底，從而精準對學生進行分組。對于認知水平較低的學生，主要是讓其依據教材實驗，完成植物細胞壁的質壁分離與復原操作，讓其探究細胞液與環境濃度的差異，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據技術，在資料整合輔助的基礎上，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，引導學生自主設計實驗，組織學生小組討論，最后得出結論。在這一過程中，借助大數據技術，使得不同層次的學生都參與到實驗中，在實驗設計與分析中，認識淀粉酶對淀粉和蔗糖的作用，即使是基礎一般的學生，也能積極主動探索，而基礎好的學生則能解答生活中的實際問題，培養科學精神。

作為教師，應借助大數據技術做好學生生物實驗操作的分層引導，讓學生獲得與自身需求和能力相契合的實驗指導，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系在一起，占比小，學生關注度不高。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，終結性評價占比過高。而大數據技術在高中生物實驗教學中實現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，利用大數據技術還可加強對傳統實驗儀器的改造與更新，提升生物實驗器械的數字化水平，積極引入人工智能及圖像分析技術，提升生物實驗與互聯網的關聯度，提升數據交換能力。借助大數據技術進行實驗數據的跟蹤與記錄、處理與分析，可確保評價的真實與全面。例如，在開展“細胞大小與物質運輸的關系”實驗時，教師借助大數據技術可獲取學生的實驗數據，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與點撥。借助大數據技術收集與分析學生瓊脂塊的測量數據，從瓊脂塊的表面積數據到體積數據再到兩者比值等，對學生實驗操作能力等方面進行客觀公正的評價。

總之，大數據時代背景下，將大數據技術應用于高中生物實驗教學中具有現實意義和必要性。本文選取部分高中生物實驗的案例，結合大數據技術的運用進行了分析，也驗證了大數據技術在高中生物實驗教學中的積極作用。隨著時代的發展，我們必須致力于大數據技術的創新研發和其在教育教學中的創新應用，讓大數據技術開啟實驗教學的新里程。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 梁柏櫸.大數據技術專業實驗教學與創新驅動型人才培養[J].物聯網技術，2017（10）：113-114.

[2] 陳大峰.基于大數據技術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）