戴国金

[摘要]随着科学技术的飞速发展，大数据时代已经来临，这在很大程度上改变了高中生物的教学方式。在高中生物实验教学中，教师创新应用大数据，充分发挥大数据的作用，可为学生营造良好的学习氛围，引导学生积极参与实验活动，从而提高实验教学质量。

[关键词]大数据；实验教学；高中生物

[中图分类号]G633.91[文献标识码]A[文章编号]16746058（2018）05008502

在互联网技术不断发展的时代背景下，大数据逐步覆盖各个领域。2012年10月，美国教育部门正式宣布大数据应用于教育领域。2015年，我国在启动的“公共服务大数据工程”中也正式提出应建设“教育大数据”，利用大数据来促进教育发展。当前，以大数据为基础的“实验室管理系统”正在被开发与应用，通过信息技术的手段管理实验教学数据的模式开始普及，势必会改变实验教学模式。生物作为一门以实验为基础的学科，实验教学在生物课堂教学中占据着重要地位。本文以人教版高中生物实验教学为例，重点探究大数据的创新应用。

一、大数据的概念与特征

大数据是先进科学技术、数据对象与应用方式三者的统一。基于科学技术的角度分析，大数据是不同类型数据中，快速获取有应用价值的信息的技术及其集成；基于数据对象的角度分析，大数据是指其大小已经超出普通数据库软件收集、存储、管理、分析等基本能力的集合；基于应用方式的角度分析，大数据是对指定大数据集合应用的技术，主要目的在于获取具有明显价值的数据。因此，大数据不单单是技术手段，也是一种新型思维方式，即从多维度、多层次去处理、分析数据。

维克托·迈尔-舍恩伯格（Viktor Mayer-Schonberger）指出：大数据可处理的信息量已经超出普通电脑在处理数据信息时可使用的内存量，即大数据是一种新型的数据处理技术，无须借助传统的数据库表格，数据结构也更为分散、复杂。此外，大数据一般都隐藏着巨大信息量，其数据价值较大，且具备以下特征：①信息量巨大（这是大数据最关键、最基本的特征）；②信息增长速度快，可以为数据分析提供原始素材；③收集、表述信息资源的形式多种多样；④应用价值较高。

二、高中生物实验教学中存在的问题

生物学科作为高中教育的重要组成部分，直接影响着学生综合素养的形成。受传统教学模式的影响，当前高中生物实验教学中仍存在较多的问题，具体有：（1）生物实验设计有待改进与优化。从人教版高中生物教材内容来看，虽然在一定程度上突出了实验教学的地位，但通过数据统计可知，其实验教学效果并不令人满意，体现在：（1）生物实验操作较为复杂、困难，如“观察RNA和DNA在细胞中分布实验”；（2）生物实验器材、原材料安排有安全隐患，如“绿叶中色素提取与分离”实验中的“苯”含有剧毒，此类因素都有可能导致实验失败，从而打击学生实验的信心与积极性；（2）缺乏良好的生物实验组织安排，从实际情况来看，生物实验的人数通常超过50人，且学校生物模型、标本等实验器材并不齐备，学生需要共用或者轮流使用仪器，很大程度上降低了實验的有效性；（3）教师未重视实验结果的分析，完成实验教学后，大多数教师都仅要求学生完成生物实验报告，或者通过相应的题目来测试学生，而忽略了对学生实验过程的态度、完成情况的评价，这直接影响到学生实验的积极性和主动性。

三、大数据在高中生物实验教学中的创新应用

将大数据技术应用于高中生物实验教学时，应根据实验教学的常见问题，综合考虑学生的个性特征、教学目标等因素，通过大数据了解学生对实验的看法，并优化实验设计，从而激发学生的实验兴趣，引导学生全身心参与到实验探究过程中，提升生物实验教学的有效性。

1.优化实验设计

在生物实验设计阶段

，教师应

融合大数据技术深度加工实验数据，以大数据中收集、储存、管理的能力为基础，获取更加准确、真实的实验资源以及需求报告，再改进基于特定实验环境下的实验设计方案，改变传统实验模式中教师依靠自身经验进行生物实验的方法。以数据为基础，对生物实验进行优化设计，可让生物实验变得更加科学、客观。

例如，在做“用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体”实验时，教师利用大数据技术分析实验原材料特征、实验原材料获取难易度等信息，其具体结果为：（1）实验原材料特征：高等绿色植物的叶绿体均存在于叶片中，无须染色就可通过高倍显微镜观察，因此，其实验材料可选择藓类叶片（黑藻叶等）或者菠菜叶下表皮，并配置质量分数为1.0%的健那绿染液；（2）实验原材料的获取难易度：通过大数据来分析学生生活中常见的实验材料，依据最好随处可见且学生熟悉、节约成本、材料价格低廉等标准，应选择“黑藻叶”“质量分数为1.0%的健那绿染液”为原材料；（3）实验原材料的地方性和季节性：教师应根据学生所处区域的外部环境条件，如气候、光照、温差等，选择恰当的原材料。从实验在教材中的安排来看，“用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体”这一实验通常在秋冬季节进行，因此不可选择夏季才有的原材料。

2.优化实验组织

教师可依托大数据技术，对学生的基本情况（年龄、性别、兴趣爱好、认知特征、知识掌握情况、学习习惯等）进行了解，然后对其进行聚类分析，再根据数据分析结果，安排好学生生物实验的分组，再给出不同层次的实验要求，合理优化生物实验组织，让学生根据自身的情况有效探究生物知识。

例如，在进行“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验时，教师可借助大数据技术对学生的情况进行分析，然后依据数据分析结果将学生分为三个小组，即基础组、提升组和优秀组。基础组学生的知识基础较为薄弱，教师可要求他们根据教材安排，初步掌握探索酶的催化效率方法，自主观察实验现象并记录。提升组学生的基础知识较为牢固，但其学习方法不太不科学，教师可要求他们在进行实验时思考：无机催化剂氯化铁溶液中的Fe3+和过氧化氢酶都可使过氧化氢分解为水、氧，那么在相同条件下，与Fe3+相比，过氧化氢酶催化作用的特征是什么？通过问题来培养学生的良好学习习惯。优秀组学生的基础知识掌握牢固，且对实验有自己的想法，教师应给予他们充分的思考空间，促使他们自主设计实验步骤，有效开展实验活动。

3.辅助实验建设与评价学生

学校在利用大数据技术建设生物实验室时，应当及时更新、改进传统实验设备，最大限度地推进实验设备的数字化进程，如果无法实现实验数字化，建议使用图像分析、人工智能等技术，增强其与互联网技术的数据交换能力。通过大数据技术进行跟踪、分析和处理，对学生进行多层次、全方位的评价，让学生感受到来自教师的关心，提升生物实验教学的有效性。

综上所述，大数据技术作为促进教育发展的重要力量，为实验教学提供了新的数据利用途径。作为生物教师，应将高中生物教学与大数据技术有机结合，创新生物实验教学，优化实验设计与组织，引导学生自主动手获取准确的实验结果，从而提升学生的动手操作能力和探究能力，增强学生的综合素养。同时，大数据中的数据收集、存储、挖掘、可视化等先进功能，可有效打破传统教学模式的限制，因此教师应结合学生的个性特征，借助大数据技术合理优化生物实验教学，从而最大限度地提升生物教学质量。

（责任编辑黄春香）