依托时空大数据提升高中生的生态文明素养

张满兰

摘 要：提升高中生的生态文明素养离不开对时空大数据视域的探索。高中生物教师应该依托数据分析，确定研究主题；借助数据分析，夯实实验过程；拓展内外环境，高效延伸探究。在“生态系统的物质循环”这一渗透生态文明的典型课例教学中，教师应该深挖教材，依托时空大数据，提升高中生的环保意识、生态意识、可持续发展意识和生态文明素养，引导学生践行社会主义核心价值观。

关键词：高中生物；时空大数据；生态文明素养

习近平总书记强调：“良好生态环境是最普惠的民生福祉。”“最普惠”三个字将生态文明置于了战略高度的地位。教师应该引领中学生真正认识到人与自然和谐共存的重要性，让环保意识、可持续发展意识和社会责任感常驻心间，意识到“人们在利用自然、改造自然的同时，必须尊重自然、顺应自然、保护自然”[1]，认识“五位一体”总体布局的重要意义，关爱动植物、保护生物多样性，进而关爱整个地球和全人类；能够对生物问题尤其是环保问题提出合理化建议，并在实践中解决问题。

生态文明的渗透离不开生物学科这个载体，离不开“时空大数据”的保驾护航。时空大数据为渗透生态文明搭建了一个更大的舞台，提供了更宽泛的路径。时空大数据之“来源广、数量大、分析精确、视角多维以及更新快速”的综合特点，决定了生物学习不仅仅是知识的叠加，也是学习方式上的变革、跨界上的融合、生态资源上的开放、多维时空上的连接、生态文明意识的觉醒。下面仅以高中生物必修3中的“生态系统的物质循环”为例进行探讨。

一、依托数据分析，确定研究主题

教育当有诗性。就生物课程的学习而言，这里的“诗性”表现在：知识学习与生态文明素养并重，能够高效依托时空大数据洞悉生物世界中的更多真相，从而提高学习力、创新力和文明程度。既然强调文明程度，凸显生物核心素养，那么，依托时空大数据进行“资料筛选”，从而确定倾向于人文生态的研究主题就显得不可或缺。

比如，在“生态系统的物质循环”的教学中，针对“氢循环、硫循环、氨循环和碳循环”等内容，不妨选择“碳循环——赤潮”进行探究，可以把学生分为三个组：“文献组”“访谈组”和“问卷组”，分工研究问题。“文献组”重在厘清赤潮的概念，“访谈组”以口头询问的方式访谈赤潮对环境的影响，包括赤潮與浮游生物有什么关系、与水域养殖业有什么关系、与污水排倒在水域中有什么关系等。“问卷组”则依托大数据处理问卷数据，随时将相关数据实时录入数据库，并在客观、真实、具体分析数据的基础上，提出解决赤潮问题的富有建设性的方案。

以上资料与设计如何与大数据进行对接呢？首先，利用大数据分析学生对“氢循环、硫循环、氨循环和碳循环”的认知情况。悉心分析，我们发现，学生对碳元素比较熟悉，而对磷元素比较陌生，尤其是来自西北内陆的学生，对大海及蓝藻了解甚少。而这，恰恰是培养学生创新力较好的生成性资源，也是加强学生生态道德意识的较好契机。一直在学生熟悉或一看就懂的领域内展开研究，看似有一种亲近感，实则造成了学生的惰性与狭窄的学习眼光。向“陌生地带”挺进，应该成为生物高效学习和生态文明提升中的一种有益尝试。而这一切，正是利用时空大数据筛选的结果。

其次，“文献组”“访谈组”和“问卷组”三个组，看似“各自为政”，但实质上是不可分割、互为促进、彼此相连的。“文献组”搜寻资料，不仅仅帮助学生达到理念嬗变之目的，更重要的是为“访谈组”和“问卷组”提供第一手资料，以便于从时空大数据平台建设和“生态文明”渗透情况展开实证研究，达到广泛深入实践之目的。三个组的联系、协调、互促以及达成共识的过程中，时空大数据一直发挥着保驾护航的作用，起着“有效梳理、积极反馈、深度盘点”的作用。

二、借助数据分析，夯实实验过程

在新的技术支撑下，教师应该高效利用大数据，以“加工”实现数据的“增值”[2]。这种“增值”既指向一般教学，也指向具有实践意义的生物实验教学。恰到好处地运用时空大数据，能够简化实验方案的出台，能够优化实验环境，夯实实验过程，提高实验水平。或许，实验内容已不再是唯一重要的，在此过程中，学生实验技能的提高、实验数据分析能力的提升、生态文明素养的落地生根，才是更值得师生付诸于实践的目标。为此，我们应善用、活用、深用大数据，重构生物实验教学的框架与路径。

仍然以“生态系统的物质循环”的教学为例，其“碳循环——赤潮”的实验操作，就可以将时空大数据运用到实验设计阶段、组织阶段、精准分析与评价阶段。教师必须考虑要选取哪些实验材料，如果成本较高的话，应该如何遴选、其种子是否能够在这样的季节或时间段发芽、学校实验室或家里适合于做这样的实验吗？这一切，不是师生随意选择的，而是通过大数据进行地毯式的搜寻与处理，在电脑中生成一份相对全面、可行、细微而又具体的实验方案。这个方案中明确表明，选择含磷洗衣粉、无磷洗衣粉和自来水浸泡绿豆的实验是最可行的，暗含了低成本实验“经济、环保、操作简单、效果明显”之优势。

实验的组织阶段，亦可以利用大数据技术进行适度选择和优化组合并科学地加以应用[3]。不妨将学生的年龄、兴趣、学习负荷力、接受力、认可程度、实验风格等信息录入到数据库中进行分析，依据分析结果确定实验的分组名单及实验达成的目标。比如，上述实验中，学困生可以进行自来水浸泡绿豆的实验，认可度较高的学生不妨进行含磷洗衣粉和无磷洗衣粉浸泡绿豆的对比实验。然后根据比较浸泡后种子萌发后在单位时间内的实验现象进行分析。评价阶段，更是时空大数据一展神威的时刻。教师不妨充分利用人工智能及图像分析等技术，从时间和空间两方面进行细致分析，真正反映出学生对实验的掌握、理解、反馈等环节，力争让实验数据清晰化，实验结果可视化，达到事半功倍的效果。

从实验过程和大数据的分析中，学生理解到磷含量过高竟然对绿豆、鱼类、赤潮、环境等有如此大的影响，原来生活中洗衣服这样的小事儿竟然对水体有潜在的影响……诸多的深入理解，彰显着学生内在思维的加深，意味着生态文明意识的一点一滴的滋生，而这不得不归功于大数据的全面与高效。有时，小组与小组甚至不用见面就实现了高效的对接和资源的共享，真正发挥了“1+1大于2”的功效。

三、拓展内外环境，高效延伸探究

理想的教學不拘囿于课堂[4]。时空大数据的介入恰恰可以帮助学生实现拓展于课外的目标。实践多次证明，时空大数据能够更好地装点高中生物实验教学的“内环境”和“外环境”，能够更好地助力于“生态文明”的渗透，更深地助力于生物教学的信息化发展和内涵式改革。

“生态系统的物质循环”的教学临结束时，引领学生利用大数据做好“外环境”的丰富及延伸拓展活动：调查及分析“温室效应”，陇南市文县市民低碳生活的情况，尤其重点梳理本地市民在氢循环、硫循环、氨循环和碳循环方面的数据，并以此进行精准分析，提出合理化、建设性和创新性建议，以实验报告、科技小论文、建议书等形式呈现出来，让基于大数据的实践探究活动延伸到更广的时空。

在此基础上，由家乡过渡到整个国家的生态文明情况，同样，通过大数据搜寻，让以下数据或详情出现在学生视野：2018年，我国的碳排放强度比13年前整整下降了45.8%，这样的数字令人欣喜，有力地证明了全民生态文明意识的不断提升。同样是2018年，“五位一体”从首次出现在高层会议上到首次写在“宪法”中的过渡，意味着党和国家的高瞻远瞩……这一切通过大数据鲜明地呈现在学生面前，一点一滴地加深了学生的生态文明理解。

大数据不仅仅是技术的叠加，也意味着处理问题的多维视角，对于学生潜能、创新精神的激发有莫大的帮助，即将抽象、前卫的知识显性化、趣味化，使教学与时俱进[5]。当然，对于学生生态文明意识的提高，更有不可或缺的助力。愿高中生物教师能够从时空大数据平台建设和“生态文明”渗透情况展开扎扎实实的行动，有顺序递进，有层次发展，有重点突破，全面而强力地提升学生的生态文明素养。

参考文献：

[1]刘洪来.在中学生物学教学中开展生态文明教育[J].生物学教学，2015（40）.

[2]刘辉.大数据在高中生物学实验教学中的应用[J].中学生物教学，2020（06）.

[3]张琳琳.高中信息技术与生物教学融合的实践思考[J].基础教育参考，2019（17）.

[4]汪豪浩.高中生物学教学中融入生态文明教育初探[J].中学生物教学，2021（14）.

[5]黄裕花.新媒体环境下中学生物实验教学创新性分析——评《中学生物实验教学研究》[J].中国教育学刊，2020（12）.

课题项目：甘肃省教育科学“十四五”规划2021年度一般课题“时空大数据视域下高中生物教学中渗透生态文明的实践研究”（GS[2021]GHB0948）

见习编辑/张婷婷