李伟

目前，智慧课堂己在部分学校深入开展和应用。生物学智慧课堂的各个环节产生了多维度、全方位、全程化的教学大数据。这些海量的数据分析对改进教学设计、优化教学过程、差异化课后学习具有重要的价值。基于大数据分析重构高效互动、轻负高质的生物智慧课堂，为解决传统的整齐划一、低效重压课堂教学问题提供了参考。

1基于大数据改进智慧课堂教学设计

教师通常在进行教学设计时，往往是根据课标要求，凭个人经验和理解细化生物学科知识体系，确定教学重点和难点，甚至凭经验设计出教师想当然认为学生应该感兴趣的问题情境，一定程度上将课堂教学中的各种“可能”设定了框架。教师对学生实际学情的了解一般通过作业或阶段考试，具有一定的滞后性。

基于大数据的智慧课堂教学设计是以学生学情大数据的精准分析为起点，以学定教。在教学设计进行前，教师可根据新课标教学要求，遵循学生的认知规律，对教学内容进行预习化设计，联系诸多相关实际问题和学习资源，再通过智慧课堂教学平台推送给学生。学生接受预习任务后，可在规定时间内在智学终端自主安排学习。教师通过智学教学平台教师端进行数据分析，了解学生的问题和关注点，再进一步进行综合分析，结合学生的实际情况，精准定位教学重点和难点，创设最佳问题情境，构建有针对性的教学设计和教学策略。

例如，在“细胞的能量通货——ATP”一节中，为构建更有针对性的教学设计，教师可以先预设以下问题推送给学生（这些问题也可以设计成客观题形式）：

（1）核糖、核糖核苷酸、核糖核酸之间有什么关系？

（2）能为生命活动提供能量的物质有哪些？

（3）请尝试进行下列有关ATP的科学探究：

①ATP荧光检测仪已成为中国卫生监督和中国食品药品监督官方部门指定的卫生监督和食品安全相关的专用检测设备。ATP荧光检测技术基于萤火虫发光原理，利用ATP能使“荧光素酶一荧光素体系”发光快速检测三磷酸腺苷ATP。由于所有生物活细胞中含有恒量的ATP，所以ATP含量可以清晰地表明样品中微生物与其他生物残余的多少，用于判断卫生状况。请结合资料进行下列实验研究。

实验目的：探究能使“荧光素酶一荧光素”溶液发光的物质。

实验材料：萤火虫的萤光器制成的“荧光素酶_荧光素”溶液，ATP溶液，等浓度的葡萄糖溶液，脂肪溶液，蒸馏水，A、B、C、D四支试管及其他实验所需材料。

请写出实验设计思路。

②请设计实验探究萤火虫的萤光器发光强度和发光时间与ATP量的关系。实验材料：萤火虫的萤光器晒干后研磨成的粉末，ATP粉末，蒸馏水，大小相同的小烧杯若干，大小相同的试管若干，标签纸若干及其他实验所需材料。请写出实验设计思路。

③实验探究：结合以下背景资料和提供的实验材料探究主动运输消耗的能量是否由ATP提供。

背景资料：HgCl2是一种可以抑制ATP水解的物质。将番茄在含Ca²⁺和Mg²⁺的培养液中培养一段时间，培养液中Ca²⁺和Mg²⁺浓度会因番茄主动运输吸收而明显下降。

实验材料：A、B两组长势相同的含Ca²⁺和Mg²⁺培养液培养的番茄，蒸馏水，HgCl2溶液。请写出实验设计思路。

（4）1997年诺贝尔化学奖的一半授予了美国的保罗·博耶和英国的约翰·沃克，以表彰他们在进行ATP方面研究所取得的成就。假如你是科学家，你打算对ATP这样一个物质的哪些方面作出一些预期并进一步研究：

①ATP分子必须具备什么样的特点？②ATP在细胞中的含量如何？③ATP能接受糖类等能源物质释放的能量吗？……

教師分析学生课前预习的数据，可以很好地了解学生原有相关知识的掌握情况，并以此来调整课堂教学的难点。教师还可以了解学生感兴趣的问题来设计本节课的问题情境，再围绕问题情境来构建课堂结构进行教学设计：也可以根据大数据分析，改进教学策略和教学方法，为课堂教学以探究方式展开选择最佳切入点，真正落实科学探究、科学思维等学科核心素养的培养。

2基于大数据优化智慧课堂教学过程

传统的教学过程对发现学生的共性问、题收集反馈信息具有一定的滞后性，同时师生间和生生间的交流范围和程度都非常有限，教师得到的反馈信息也是局部的。因而教师发现的关键性问题有可能是片面的、盲目的。大数据可以随时动态精确反馈学生学习情况，教师可以解决学生的共性问题，又可以合理安排适合学生自身发展的课程结构和方法，调动学生的主观能动性，激发学生自身内在需求。同时，教师还可以兼顾学生差异，强调学生间的沟通与合作、交往与共享，真正体现面向全体学生。

例如，在“细胞的能量通货——ATP”一节教学中，学生讨论建构ATP的分子结构模型时，教师往往会让学生利用纸条、剪刀和胶带等构建ATP分子结构模型，形式较为单一，教学效果一般。在智慧课堂中可以设计成活动进行推送，如图1所示。

学生只需拖动智慧教学终端屏幕上的相关图片，进行ATP分子结构模型的构建，然后提交到智学平台。教师利用智学平台可以及时知道学生的思维过程和模型构建情况。学生提交后，可以看到其他同学的模型构建情况，实现互动交流。教师依据智学平台，对教学信息进行智能化处理，实施精准教学，有针对性地展示、交流，在师生和生生互动、反馈中把学生的共性问题进行充分挖掘，同时进行教学内容的实时调整，开展有针对性的讲解，进而促进学生归纳出ATP分子结构特点，提炼结构与功能相统一的生物学观点。在此基础上，教师还可以进一步利用ATP的结构模型引入ADP结构，拓展与RNA基本单位核糖核苷酸的关系。这样不仅加大了师生间、生生间交流的范围和深度，也真正实现了深度学习，充分拓展了课堂教学学生思维的时间和空间。同时，还可将教学过程中生成的问题分类储存，为后续的教学积累数据，也可为学生的学习收藏错题和模糊问题，建立题库。教师还可以依据大数据反馈的学生问题的具体信息，适当个性化推送微课、慕课等教学辅助资源，精准帮助学生及时解决学习过程中没有解决或理解的问题，提高学习效率。

基于大数据的生物智慧课堂也为满足不同层次学生学习需求，实现差异化教学提供了实现路径。由于学生的个体差异具有多层次性、多结构性、多变化性等特点，教师仅靠课堂教学过程中对学生的观察和理解，往往难以达到对学生的准确诊断，因而难以实现对学生的推进教学。大数据分析和精准及时的反馈既可解决学生共性的问题，又能精准定位不同层次的学生。通过教师差异化推送不同的学习任务，满足不同层次学生的学习需求，然后通过智学平台进行师生互动交流，生生间合作学习，真正提高了课堂教学的实效性和针对性，在因材施教的同时实现学生个性化发展。

3基于大数据分析提供差异化课后学习内容

课堂教学完成后，教师结合大数据的分析，发掘学生优势，针对学生个体差异，通过智学平台，给每个学生推送“处于学生最近发展区”且学生乐意接受的具有挑战意义的学习内容，使不同水平的学生都有收获。在课后学习内容安排上，按照学生的实际状态，设计灵活多样、层次各异的生物学习内容（包括相关实际问题的探究，个性化的思维导图、复习资料以及课后习题等）供学生选择，帮助学生巩固和理解课堂学习内容，为学生提供更广阔的生物学习空间。

设计有层次的课后学习内容时考虑学生的差异，并不意味着消极被动地适应学生的差异。教师推送的差异化课后学习内容要力求让所有的学生通过努力都能完成，而不会带来过大的压力，使每个学生的学习潜能都在原有的基础上得到充分的发展。

课后学习内容可以是传统纸质的形式，学生完成后，统一扫描输入智学平台进行数据分析，也可以以电子文档的形式推送至智学平台，学生在智学终端完成再进行数据分析。智学平台处理的数据分析精准反馈到教师端。通过数据分析，教师可以准确把握学生的学习情况：时间分配上是否存在问题，各类题目上的得失分情况如何，哪些知识的应用上存在缺陷;同时与班级其他學生进行横向对比，薄弱项目和失分较多的题型又有哪些，分析学生的知识缺陷所在，等等。这样，教师可以及时对学生的学习进行干预，利用大数据提出精准的纠错方案。同时也为教师进一步的教学提供精准的反馈信息，及时调整课堂教学的难易度及进度，进而对学生有针对性地开展课后辅导。教师还可以利用大数据实现精准的教学反思，优化自身课堂教学，根据数据分析所得出的结果，改进教学方案，提升教学效果。学生不仅能即时核对答案，还能通过微课、慕课等看到不同形式的解析，同时师生间可互动交流。错题被收藏在错题本，方便学生错题重做，也可分阶段随机选择性重做。这种大数据分析实现了对每位学生的实时跟踪精准诊断，并且还能构建数据库，生成学生学习情况的诊断分析报告，以及学生在一定时期内学业发展的曲线变化趋势图等，对学生学习过程的评价更加客观真实精准。

总而言之，大数据下的高中生物学智慧课堂将大数据与课前教学设计、课堂教学、课后学习等环节深度融合。教师要充分挖掘大数据所蕴含的价值，做出基于数据的教学决策，重构课堂生态，促进课堂教学的优化与发展，加速教育教学改革，提高教育质量，真正实现基于数据的教育。