大数据时代生物学案例教学开发策略之变革

卢琳琳+邵晨

摘 要 叙述了大数据主要包含数据量大、技术新、价值大三个层面的含义，分别引起了能力、方式和思维三方面的变革。笔者从生物学案例教学开发的角度着手，依据大数据三方面的变革，提出了三种符合大数据的案例开发策略，培养学生知识迁移的能力，对比分析、辨别真伪的能力，实现个性化的培养。

关键词 大数据 生物学 案例教学 策略变革

中图分类号 G633.91 文献标志码 A

1912年4月15日，载有1 500人的豪华巨轮“泰坦尼克号”沉没，而这艘巨轮曾号称“永不沉没”和“梦幻之船”。船长在没有分析恶劣天气、检修游轮的状况下，只凭借多年经验和对巨轮情况的盲目臆断，就贸然在黑夜下的冰山之间穿行，最终导致悲剧的发生。可见，没有对隐性数据进行建模以及分析便进行决策，就有可能导致灾难性的结果。大数据时代之前的教育就是在这样一种可怕的情形下进行的。传统的教育往往是，教师凭借以往的经验，便将那些自己隐约觉得能够提高课堂效率和学生成绩的教学策略引进课堂，然后通过一次次地实践，验证自己的猜想。但是，这些教学策略是通过改变哪些条件来影响课堂教学的呢？这些教学策略真的很重要吗？教师却是不得而知。在大数据时代，教育信息的获取不再是依靠经验或者是结果性的评价，而是依赖于过程数据的深度挖掘以及学习的分析。这无疑将引起教育的重大变革。笔者旨在从案例教学的视角出发，尝试阐述大数据引起的案例教学开发策略之变革，从而使其更好地应用于课堂教学实践之中。

1 大数据时代的变革

何为“大数据”？《上海推进大数据研究与发展行动计划》对大数据的概念做了较全面的概括：大数据有三层内涵：① 数据量巨大、来源多样和类型多样的数据集；② 新型的数据处理和分析技术；③ 运用数据分析形成价值。从这三层内涵的角度来看，大数据分别引起了三方面的变革：能力变革、方式变革和思维变革。能力变革是指在数据量巨大，真假数据杂糅的大数据时代背景下发展出辨别数据的好坏真伪、制定正确决策的能力；方式变革是指从事工作和学习的方式从以往的“靠经验”“凭想象”转变为“靠数据”；思维变革是指思维形式变为通过数据分析挖掘价值而不是挖掘结果，再将价值应用于其他相关方面，“不是因果性，而是相关性”。

1.1 大数据时代引起的能力变革之一：对比分析、辨别真伪

对于大数据时代教育的变革，印度教育科学家苏伽特·米特拉是一个里程碑式的人物。他提出：教育是一种自组织行为，孩子们可以无师自通。基于这种自组织行为，苏伽特分析，“只有三种最基本的东西在今后的大数据时代是学生要用到的和必须学习的：第一是阅读，第二是搜索，第三是辨别真伪。”在大数据时代，各行各业都面对着信息量的爆发式增长，数据成了唾手可得的东西，但同时数据好坏、真伪性的辨别也成为令人头疼的一个问题。面对形形色色的原始数据以及各种别出心裁的数据“包装”，如何透过现象看到本质，把握大数据的大方向，便成为大数据时代人们追求的“大能力”。

1.2 大数据时代引起的方式变革之一：用数据说话

维克托·迈尔·舍恩伯格曾大胆预测：“在不久的将来，世界许多现在单纯依靠人类判断力的领域都会被计算机系统所改变甚至取代。”用数据说话成为大数据时代的标志。即便像教育这种依靠经验进行的活动，在大数据时代也将变得准确化和清晰化。大数据时代的云技术以及网络平台完全可以在学习过程中，通过记录每个学生点击、重复的次数以及阅读时间的长短来收集数据，然后再聚合、分析全体学生的行为数据，从而了解全体学生的思维状况，由此让学生的思维由“模糊”变“透明”。美国教育部在2012年10月发布的《通过教育数据挖掘和学习分析促进教与学》报告就是旨在通过网络平台进行数据的深度挖掘和学习分析。大数据时代给我们呈现的将是越来越清晰的世界以及越来越透明的自己。

1.3 大数据时代引起的思维变革之一：相关性

维克托·迈尔·舍恩伯格是最早洞见大数据时代发展趋势的数据科学家之一，他前瞻性地指出，大数据将改变我们的工作、生活、学习以及理解世界的思维方式，它将开启一次重大的时代转型。在大数据时代，我们将进行三种思维变革：“首先，不是随机样本，而是全体数据；其次，不是精确性，而是混杂性；最后，不是因果性，而是相关性。”所谓相关性，大体上就是指，在大数据时代，人们不是再走通过样本分析得出结论，再运用结论进行评价或者决策的老路子，而是走推陈出新，通过分析全体数据直接进行决策的新路子。举个例子来说，人们在浏览淘宝网页时，网站有时会根据以前购买过的产品或者经常浏览的店铺，而推荐类似的产品，这便是大数据相关性的运用。

2 案例教学概述

2.1 案例及案例教学

“所谓案例就是为了一定的教学目的，围绕选定的一个或几个问题，以事实为素材，而编写成的对某一实际情境的客观描述。”一般说来，案例具有以下几大特点：（1） 真实性。案例必须取材于实际生活或工作实践，不能凭空杜撰。（2） 完整性。案例的叙述要有头有尾，构成一个完整的情节。最好带有戏剧性的冲突。（3） 典型性。挑选的案例要能代表某一类现象或事物的本质特征。（4） 启发性。案例说到底，还是为教学服务的。因此，案例中问题的设置要带有一定的启发性，拓宽学生思路。（5） 时空性。案例在编写时要说明事件发生的时间和地点等。

“所谓案例教学既是以案例为载体，是基于一定的教学目标，选择一定的案例从事教学的一种教学法；它以学生的积极参与为特征，强调师生对案例素材共同进行探讨，并写出有关案例报告；它与案例为本的课程的关系更多地体现为一种内容和形式的关系。”案例教学具有以下几大特点：（1） 明确的目的性。案例教学是为实现教学目标，围绕一定的教学内容而进行的。（2） 客观真实性。这里主要指的是案例的客观真实性。（3） 结果多元性。“案例教学主要是培养学生在一定的情境和条件下，分析问题、思考问题和解决问题的能力，进而提高他们的决策水平。”在分析以及解决问题的过程中可能呈现多个答案，这也是案例教学的特色之处。（4） 突出的实践性。案例教学强调学生自主分析，自主思考，自主决策。（5） 学生的主体性。学生才是案例教学的主体，教师主要负责编写案例，组织讨论，调整气氛以及最后的总结。（6） 较强的综合性。案例教学不仅内涵丰富，分析、解决问题的过程复杂，并且需要学生在课堂上发挥多种能力，如审时度势、权衡应变、果断决策等。（7） 深刻的启发性。案例教学的目的就是通过启发学生积极思考，从而培养学生分析问题、解决问题的能力。（8） 过程的动态性。案例教学与传统课堂最大的区别就是过程的动态性，在案例教学的课堂上，互动成为常态，师生互动、生生互动、小组合作随处可见。

2.2 传统案例教学模式的意义及缺陷

案例教学起初源于法律专业和MBA专业，对于学科教学来说，案例教学的应用算是教学的一大突破。相对于传统的讲授式教学，案例教学法有着不可比拟的优越性。它能够提高学生学习的积极性，提高学生的自学能力以及合作交流的能力；它打破了学科之间的界限，注重学科之间以及学校与社会之间的联系性。通过教师的启发引导，案例教学也能够起到提高学生分析问题、解决问题能力的作用。然而，在大数据时代，面对纷繁复杂的数据和尖端的网络技术平台，仅仅具有这些优越性还是远远不够的。因此，在大数据理论指导下，探寻出新的有效的案例教学开发策略，进而培养出符合时代特征的优秀人才，成为当下摆在教师面前最值得深思和关注的问题。

3 大数据变革在生物学案例教学开发策略上的应用

3.1 基于大数据量，开发猜想型案例，培养学生对比分析、辨别真伪的能力

在大数据时代，人们生活在一个被数据信息包围的世界。数据量呈指数形式增长，量大类多，并且各种数据信息的质量也是良莠不齐，真假难辨。如何快速检索、分拣出所需要的信息，如何辨别信息的好坏真伪，成为人们高质量生活和学习的必要条件。因此，提高学生对比分析、辨别信息真伪的能力，也变得格外重要。

什么是猜想型案例呢？猜想型案例并不是指教师依据教材的相关知识，凭空臆造的案例。因为案例具有真实性的特点，随意杜撰的“案例”便不能称为案例，只能算是教学例子。由于现有技术尚不完善，某些微观物体或现象还不能够被完全展示或者解答，专家、学者便依据实验现象或结论构想出新的模型，解释其原理，与此同时，他们的言论也得到了一部分人的认可。猜想型案例便是依据专家、学者猜想出的新模型或言论而编写的。传统教学强调答案的唯一性，猜想型案例因为理论尚不完善、结论多元化，并且饱受争议，一直以来是一线生物教师教学中的“雷区”，许多教师在教授这方面内容时，经常是一笔带过。而在大数据时代，猜想型案例却有着传统案例不可比拟的优点。在课堂教学中，猜想型案例可以将不同科学家的猜想（包括已经被科学验证为错误的猜想）罗列，接着进行对比分析，甚至优化，从而提高学生比较分析、对比优化、辨别真伪的能力。而这些能力正恰恰是大数据时代所更加需要培养的。

例如高中生物学必修一第二章第二节“细胞膜和细胞壁”中，介绍了目前被大多数学者接受的细胞膜模型——流动镶嵌模型。流动镶嵌模型到目前为止还是在大量实验结果基础上的比较符合科学依据的猜想。在探索细胞膜结构的过程中，科学家们还提出了许多其他猜想，诸如三明治模型、单位膜模型、晶格模型、板块镶嵌模型、脂筏模型等，其中有些已经被证实为错误的猜想。教师在讲授这节课的时候，完全可以将几种模型的作用机制编写成案例材料，简单提供一些背景知识，让学生对几种模型是否符合科学依据的情况进行对比分析，引导学生自主判断哪种模型是优势模型。即使最后学生不认可流动镶嵌模型，而认可其他模型也没有关系，关键是在这过程中培养学生的能力。

3.2 基于现代化的网络技术，开发主题型案例，实现学生的个性化培养

由于大数据时代云技术以及网络平台的发展，教师完全可以根据网络课程中学生的点击次数、时间长短、浏览次数、停顿、内容正误甚至表情变化等内容来判别学生的学习情况，有针对性地讲解内容，将学生的综合水平与全体学生进行对比，制定个性化的培养方案。个性化培养是大数据时代的整体趋势。

研究发现，案例教学效果的好与坏，主要取决于案例题材的选择是否恰当。学生对于案例题材的偏好是由案例题材的科学性、知识性、新颖性、兴奋性四个特点组成。案例题材的科学性以及知识性是必备条件，一般案例都具有这两个特点。在常规的课堂教学中，一个班的学生运用同一个案例，而每个学生个体知识广度不同，兴趣视角也不同，这就使得案例题材新颖性以及兴奋性的特点很难得以实现。在大数据时代，网络平台可以很好地解决这个问题。现在，许多网络平台可以根据个人平时的浏览足迹发现个人的爱好点，进而推选出相关的内容供其浏览。同样的，网络学习平台也可以通过这种方式发现学生的个人爱好点。教师需要做的是开发符合不同学生口味的不同主题案例，并将它们运用到网络教学当中，供网络学习平台推选，从而满足案例的新颖性、兴奋性特点，调动学生的积极性，达到最优的教学效果，实现学生的个性化培养。

3.3 基于相关性原理，开发相关性案例，培养学生知识迁移的能力

在传统的案例教学中，教师也追求运用知识迁移的方法来达到预设的教学效果，但这种知识迁移是基于结果上的迁移，不利于学生的认知发展。传统的案例教学遵循着“提出案例——设置问题——讨论解决——得出结论——拓展升华”的步骤，在得出结论之后，将结论或者原理迁移到其他的案例之中，便算是实现了知识的相关迁移，学生们习惯了先得出结论或者答案，再将结论应用到其他案例中。这种方式与其说是知识的迁移，不如说成知识的运用。然而在大数据时代，依据相关性原理，我们需要的是基于案例自身的迁移，基于案例产生的价值而导致的迁移。这就需要教师从案例自身寻找价值的相关性，在不得出结论的前提下实现知识的真正迁移。

为更好地阐述观点，笔者在这里举一个运用相关性原理进行迁移的例子。高中生物学必修二的第一章主要讲述了孟德尔的两个遗传定律：基因的分离定律和基因的自由组合定律。大多数教师在教授“基因的分离定律”这一节时，会通过生物学史内容进行案例教学：运用资料提出问题，重现孟德尔的实验结果，针对实验结果提出假说，通过测交法验证假说，最后得出结论。再运用同样的方法进行“基因的自由组合定律”的教学。其实这两个定律之间存在着极大的相关性，维系它们的就是假说演绎法。也就是说孟德尔在研究这两个定律时，运用了同样的实验方法。这对生物教师有什么启示呢？生物教师在进行课堂教学时，完全可以在学生了解了第一个定律的实验过程之后，在不讲解实验方法、不得出结论的情况下，紧接着抛出第二个定律的实验问题，让学生依据两个实验之间的相关性，自主设计实验过程，提出假说，提出测交方法，真正实现以案例为依据而进行的知识迁移。需要注意的是，传统案例教学的课堂组织方式尚不完善，更何况基于大数据理论的案例教学，广大一线教师在尝试的过程中要注意引导，积极启发，耐得住性子才能得出成果。

4 结语

基础教育课程改革已经进入深水区。大数据时代的到来无疑会给改革注入了一股新的力量，也会为改革提供一个新的思路和方向。但是新的未必是好的，我们要牢记鲁迅的警告，对一切理论，不能再走同意——解释——宣传——做戏的老路，教那些连自己也不相信的知识。取其精华，去其糟粕，才是改革的王道。在接受大数据理论的同时，教师也应该寻找理论中适用于教育的内容，依据这些内容做出相应的变革，从而构建教学的新生态系统。

参考文献：

[1] 陆璟.大数据及其在教育中的应用[J].上海教育科研， 2013，（09）：5-8.

[2] 魏忠，何立友.大数据：开启面向未来的教育革命[J].中小学信息技术教育，2013，（10）：15-17.

[3] 维克托·迈尔·舍恩伯格，肯尼思·库克著，盛扬燕，周涛译.大数据时代——生活、工作与思维的大变革[M].杭州：浙江人民出版社，2013.

[4] 靳玉乐.案例教学原理[M].重庆：西南师范大学出版社，2003.