大数据技术在高中生物实验教学中的应用

[摘 要]大数据技术在高中生物实验教学中发挥优势作用，通过数据资源的整合与科学分析，可优化实验组织，带动高中生物实验教学评价的创新优化，也能调动学生参与生物实验活动的积极性，使得高中生物实验教学更具实效性。选取部分生物实验的案例，结合大数据技术的应用进行高中生物实验教学分析，验证说明大数据技术在高中生物实验教学中的应用优势，为后续高中生物实验教学的优化提供指导与参考。

[关键词]大数据技术；高中生物；实验教学

[中图分类号] G633.91 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058（2018）32-0084-02

二十一世纪是知识经济快速发展的时代，其最显著的特点就是数据信息的激增与迅速传播，带动数据产业的迅猛发展。由此开启了大数据的新时代。在大数据技术的支持下，教育革新不断深入，特别是实验教学方面。新时代背景下，发挥大数据技术的优势，基于大数据技术加强实验室管理系统的开发，借助信息技术手段加强对实验教学相关数据管理模式的创新，进而优化实验教学具有现实紧迫性。生物是高中基础学科，透过现象、借助实验、掌握规律、解决问题是生物实验教学的着眼点与落脚点。因此，借助大数据技术加强高中生物实验教学改革具有现实必要性。

一、大数据的概念及其四大特征

大数据是由数量庞大、结构复杂、类型多元的数据构成的数据集合。通过数据资源的集成分享、交叉复用，达到资源分享和为知识服务的目的。信息时代对人们的数据处理能力提出了更高的要求。借助海量数据背后的精准科学分析，提高决策的科学性，提升信息资源的利用率，就是大数据应用的最主要目的。简单地理解，大数据技术就是加强对海量数据的处理分析，在分类加工及整理分析的基础上做好信息服务工作。实验离不开数据的支持及实验现象的剖析，而大数据技术能将实验数据的分析工作做到位。大数据有四个方面的显著特征，一是数据量庞大，从TB级别到PB级别，实现了海量的数据存储与分析；二是数据类型多元，涉及网络日志、音（视）频、图文、地理位置信息等数据类型；三是价值密度低，以视频为例，在连续的监控中，真正筛选出有价值的数据只有1～2秒时间；四是时效性强，处理速度快。

二、大数据技术在高中生物实验教学中的应用

1.优化生物实验设计

前期的实验设计往往会影响后续实验活动的开展，借助大数据技术可以确保实验准备更到位。教师应在大数据技术的辅助下对高中生物实验进行高效整合、科学分析、有效存储，并加强实验的可行性分析，基于实验资源需求诊断报告进行实验设计的改进。高中生物实验教学的主体是学生，学生的个人经验和直觉指引其做好科学的决策分析，为了避免学生决策的主观盲目性，应借助大数据技术进行决策（更为客观真实）。例如，在检测生物组织中的各类物质的实验中，在如何选择最合适的实验材料方面，可以引入大数据的分析技术，从而获得学生实验的难易度反馈，进一步做好不同材料价格性能的分析，加强对实验效果信息的收集，并基于大数据技术对实验数据进行全面系统的分析。例如，基于实验材料特点，可以选择毛豆、芸豆等豆类植物及蛋清来检测蛋白质；而花生、芝麻可以检测脂肪；水果可以检测糖分。从实验材料成本的角度考虑，可以选取蛋清、豆浆进行蛋白质的检测。在实验材料的选择上，特别是食物类的选择上，应选择当季的食品，根据季节和当地特产优选成本低、易获得的材料。这些实验开展前信息的搜集与分析都是借助大数据技术来完成的。例如，开展“观察细胞质壁分离”的实验时，教师可先让学生思考：选取什么材料最合适？学生借助大数据技术做好不同材料性能的分析，得出结论：洋葱。再让学生思考：为什么要先浸泡一下洋葱？学生对问题进行探索思考，并借助大数据技术了解相关的信息资料，对生物实验有了更多的延伸认识，搜集到更多的课题资料。这样，在大数据技术的支持下，学生参与生物实验活动更主动，对知识的探索学习更积极。

2.带动实验高效开展

学生的生物认知基础存在差异，基础不同，学习能力也不同。如果在生物实验教学中一概而论，就会限制优等生的思维拓展，也会打击学困生参与实验活动的积极性。通过大数据技术对学生的个人信息和学习信息进行前期分析，可以了解学生的学习特点和实际情况，关注到学生的学习诉求，进而基于学生的个体差异进行分层引导，从而调动学生参与生物实验的积极性。例如，在组织“植物细胞的吸水和失水”实验时，根据“引导学生探究植物细胞是如何吸水和失水的”这一教学目标，利用大数据技术对学情进行摸底，从而精准对学生进行分组。对于认知水平较低的学生，主要是让其依据教材实验，完成植物细胞壁的质壁分离与复原操作，让其探究细胞液与环境浓度的差异，明白植物细胞吸水和失水的原理。而对于认知水平中等的学生，可从等渗性脱水概念的理解入手，引导学生延伸实验，将洋葱外表皮浸泡在不同浓度的蔗糖溶液中，观察不同浓度下洋葱外表皮细胞的质壁分离情况，做好细胞液浓度范围的分析。又如，开展“探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用”实验时，教师可让不同层次的学生借助大数据技术，在资料整合辅助的基础上，由浅入深地学习，从而获得不同的学习体验。同时，让学生思考问题，鼓励学生做出假设，引导学生自主设计实验，组织学生小组讨论，最后得出结论。在这一过程中，借助大数据技术，使得不同层次的学生都参与到实验中，在实验设计与分析中，认识淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用，即使是基础一般的学生，也能积极主动探索，而基础好的学生则能解答生活中的实际问题，培养科学精神。

作为教师，应借助大数据技术做好学生生物实验操作的分层引导，让学生获得与自身需求和能力相契合的实验指导，让其在生物实验操作中获得学习的满足感，能够进行更深层次的学习探讨。

3.精准评估实验效果

传统的实验教学评价方式较单一、片面，实验操作部分的成绩无法单独核算，往往要与理论知识的考核联系在一起，占比小，学生关注度不高。实验课程也长期处于被忽略的地位。此外，很多实验过程无法进行量化评价，实验成效分析深度不够，只是通过每个实验项目的实验报告来评价学生的实验效果，形成性评价不足，终结性评价占比过高。而大数据技术在高中生物实验教学中实现了实验评价的量化分析，使得实验成效评估更精准、科学。另外，利用大数据技术还可加强对传统实验仪器的改造与更新，提升生物实验器械的数字化水平，积极引入人工智能及图像分析技术，提升生物实验与互联网的关联度，提升数据交换能力。借助大数据技术进行实验数据的跟踪与记录、处理与分析，可确保评价的真实与全面。例如，在开展“细胞大小与物质运输的关系”实验时，教师借助大数据技术可获取学生的实验数据，还可了解每个学生的实验进度和实验认知情况，便于对操作有误的学生加以指导与点拨。借助大数据技术收集与分析学生琼脂块的测量数据，从琼脂块的表面积数据到体积数据再到两者比值等，对学生实验操作能力等方面进行客观公正的评价。

总之，大数据时代背景下，将大数据技术应用于高中生物实验教学中具有现实意义和必要性。本文选取部分高中生物实验的案例，结合大数据技术的运用进行了分析，也验证了大数据技术在高中生物实验教学中的积极作用。随着时代的发展，我们必须致力于大数据技术的创新研发和其在教育教学中的创新应用，让大数据技术开启实验教学的新里程。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 梁柏榉.大数据技术专业实验教学与创新驱动型人才培养[J].物联网技术，2017（10）：113-114.

[2] 陳大峰.基于大数据技术的实验课程教学研究[J].连云港师范高等专科学校学报，2016（3）：59-62.

（责任编辑 黄春香）