依托時空大數據提升高中生的生態文明素養
——以“生態系統的物質循環”一課為例

甘肅省隴南市文縣第一中學 張滿蘭

習近平總書記強調：“良好生態環境是最普惠的民生福祉。”“最普惠”三個字將生態文明置于了戰略高度的地位。教師應該引領中學生真正認識到人與自然和諧共存的重要性，讓環保意識、可持續發展意識和社會責任感常駐心間，意識到“人們在利用自然、改造自然的同時，必須尊重自然、順應自然、保護自然”[1]，認識“五位一體”總體布局的重要意義，關愛動植物、保護生物多樣性，進而關愛整個地球和全人類；能夠對生物問題尤其是環保問題提出合理化建議，并在實踐中解決問題。

生態文明的滲透離不開生物學科這個載體，離不開“時空大數據”的保駕護航。時空大數據為滲透生態文明搭建了一個更大的舞臺，提供了更寬泛的路徑。時空大數據之“來源廣、數量大、分析精確、視角多維以及更新快速”的綜合特點，決定了生物學習不僅僅是知識的疊加，也是學習方式上的變革、跨界上的融合、生態資源上的開放、多維時空上的連接、生態文明意識的覺醒。下面僅以高中生物必修3中的“生態系統的物質循環”為例進行探討。

一、依托數據分析，確定研究主題

教育當有詩性。就生物課程的學習而言，這里的“詩性”表現在：知識學習與生態文明素養并重，能夠高效依托時空大數據洞悉生物世界中的更多真相，從而提高學習力、創新力和文明程度。既然強調文明程度，凸顯生物核心素養，那么，依托時空大數據進行“資料篩選”，從而確定傾向于人文生態的研究主題就顯得不可或缺。

比如，在“生態系統的物質循環”的教學中，針對“氫循環、硫循環、氨循環和碳循環”等內容，不妨選擇“碳循環——赤潮”進行探究，可以把學生分為三個組：“文獻組”“訪談組”和“問卷組”，分工研究問題。“文獻組”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環境的影響，包括赤潮與浮游生物有什么關系、與水域養殖業有什么關系、與污水排倒在水域中有什么關系等。“問卷組”則依托大數據處理問卷數據，隨時將相關數據實時錄入數據庫，并在客觀、真實、具體分析數據的基礎上，提出解決赤潮問題的富有建設性的方案。

以上資料與設計如何與大數據進行對接呢？首先，利用大數據分析學生對“氫循環、硫循環、氨循環和碳循環”的認知情況。悉心分析，我們發現，學生對碳元素比較熟悉，而對磷元素比較陌生，尤其是來自西北內陸的學生，對大海及藍藻了解甚少。而這，恰恰是培養學生創新力較好的生成性資源，也是加強學生生態道德意識的較好契機。一直在學生熟悉或一看就懂的領域內展開研究，看似有一種親近感，實則造成了學生的惰性與狹窄的學習眼光。向“陌生地帶”挺進，應該成為生物高效學習和生態文明提升中的一種有益嘗試。而這一切，正是利用時空大數據篩選的結果。

其次，“文獻組”“訪談組”和“問卷組”三個組，看似“各自為政”，但實質上是不可分割、互為促進、彼此相連的。“文獻組”搜尋資料，不僅僅幫助學生達到理念嬗變之目的，更重要的是為“訪談組”和“問卷組”提供第一手資料，以便于從時空大數據平臺建設和“生態文明”滲透情況展開實證研究，達到廣泛深入實踐之目的。三個組的聯系、協調、互促以及達成共識的過程中，時空大數據一直發揮著保駕護航的作用，起著“有效梳理、積極反饋、深度盤點”的作用。

二、借助數據分析，夯實實驗過程

在新的技術支撐下，教師應該高效利用大數據，以“加工”實現數據的“增值”[2]。這種“增值”既指向一般教學，也指向具有實踐意義的生物實驗教學。恰到好處地運用時空大數據，能夠簡化實驗方案的出臺，能夠優化實驗環境，夯實實驗過程，提高實驗水平。或許，實驗內容已不再是唯一重要的，在此過程中，學生實驗技能的提高、實驗數據分析能力的提升、生態文明素養的落地生根，才是更值得師生付諸于實踐的目標。為此，我們應善用、活用、深用大數據，重構生物實驗教學的框架與路徑。

仍然以“生態系統的物質循環”的教學為例，其“碳循環——赤潮”的實驗操作，就可以將時空大數據運用到實驗設計階段、組織階段、精準分析與評價階段。教師必須考慮要選取哪些實驗材料，如果成本較高的話，應該如何遴選、其種子是否能夠在這樣的季節或時間段發芽、學校實驗室或家里適合于做這樣的實驗嗎？這一切，不是師生隨意選擇的，而是通過大數據進行地毯式的搜尋與處理，在電腦中生成一份相對全面、可行、細微而又具體的實驗方案。這個方案中明確表明，選擇含磷洗衣粉、無磷洗衣粉和自來水浸泡綠豆的實驗是最可行的，暗含了低成本實驗“經濟、環保、操作簡單、效果明顯”之優勢。

實驗的組織階段，亦可以利用大數據技術進行適度選擇和優化組合并科學地加以應用[3]。不妨將學生的年齡、興趣、學習負荷力、接受力、認可程度、實驗風格等信息錄入到數據庫中進行分析，依據分析結果確定實驗的分組名單及實驗達成的目標。比如，上述實驗中，學困生可以進行自來水浸泡綠豆的實驗，認可度較高的學生不妨進行含磷洗衣粉和無磷洗衣粉浸泡綠豆的對比實驗。然后根據比較浸泡后種子萌發后在單位時間內的實驗現象進行分析。評價階段，更是時空大數據一展神威的時刻。教師不妨充分利用人工智能及圖像分析等技術，從時間和空間兩方面進行細致分析，真正反映出學生對實驗的掌握、理解、反饋等環節，力爭讓實驗數據清晰化，實驗結果可視化，達到事半功倍的效果。

從實驗過程和大數據的分析中，學生理解到磷含量過高竟然對綠豆、魚類、赤潮、環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水體有潛在的影響……諸多的深入理解，彰顯著學生內在思維的加深，意味著生態文明意識的一點一滴的滋生，而這不得不歸功于大數據的全面與高效。有時，小組與小組甚至不用見面就實現了高效的對接和資源的共享，真正發揮了“1+1大于2”的功效。

三、拓展內外環境，高效延伸探究

理想的教學不拘囿于課堂[4]。時空大數據的介入恰恰可以幫助學生實現拓展于課外的目標。實踐多次證明，時空大數據能夠更好地裝點高中生物實驗教學的“內環境”和“外環境”，能夠更好地助力于“生態文明”的滲透，更深地助力于生物教學的信息化發展和內涵式改革。

“生態系統的物質循環”的教學臨結束時，引領學生利用大數據做好“外環境”的豐富及延伸拓展活動：調查及分析“溫室效應”，隴南市文縣市民低碳生活的情況，尤其重點梳理本地市民在氫循環、硫循環、氨循環和碳循環方面的數據，并以此進行精準分析，提出合理化、建設性和創新性建議，以實驗報告、科技小論文、建議書等形式呈現出來，讓基于大數據的實踐探究活動延伸到更廣的時空。

在此基礎上，由家鄉過渡到整個國家的生態文明情況，同樣，通過大數據搜尋，讓以下數據或詳情出現在學生視野：2018年，我國的碳排放強度比13年前整整下降了45.8%，這樣的數字令人欣喜，有力地證明了全民生態文明意識的不斷提升。同樣是2018年，“五位一體”從首次出現在高層會議上到首次寫在“憲法”中的過渡，意味著黨和國家的高瞻遠矚……這一切通過大數據鮮明地呈現在學生面前，一點一滴地加深了學生的生態文明理解。

大數據不僅僅是技術的疊加，也意味著處理問題的多維視角，對于學生潛能、創新精神的激發有莫大的幫助，即將抽象、前衛的知識顯性化、趣味化，使教學與時俱進[5]。當然，對于學生生態文明意識的提高，更有不可或缺的助力。愿高中生物教師能夠從時空大數據平臺建設和“生態文明”滲透情況展開扎扎實實的行動，有順序遞進，有層次發展，有重點突破，全面而強力地提升學生的生態文明素養。