利用大数据探索高中生物学科精准化教学

蒋思彬

一、 引言

尽管课程改革已全面进入新阶段,新课程教学理念也已得到充分论证和广大教师的认同,但传统教育理念根深蒂固,教师教学方式单一固化,新课改的理念难以真正落实落地到课堂中。大数据时代的到来,既改变了人与人之间的沟通和交流方式,也为高中教育教学提供了新的资源和改革路径。大数据为教师实施精准化教学提供重要保障,引领教师根据学生多元化的学习需求精准提供个性化的学习资源、制定精细化的教学计划。此外,运用大数据可以真实记录下每位学生的学习过程和轨迹,成为教师调整和改进教学的“晴雨表”和“指南针”。但大数据的应用并非“包治百病”,要凸显大数据优势,提升高中生物学科的教学质量,基于大数据开展高中生物精准化教学研究很有必要。

二、 利用大数据开展高中生物精准化教学的理论依据

《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》(以下简称“新课标”)对高中生物教学提出了更新、更高要求,强调教师从“生命观念、科学探究、科学思维和社会责任”四个维度去培养学生的学科核心素养,逐步建立融合“学业成就、综合发展、个人进步”为一体的高中生物教学课程体系。研读新课标不难发现,单一的教学目标和方法已经无法满足提升高中生物教学质量的迫切需求。当前高中生虽然都处于同一学习环境下,但他们的成长环境、优势与擅长的领域存在明显差异。因此,学生对生物课程的学习需求不同。传统教学模式主要面向全体学生,这也导致教学活动无法顾及学生个体的多元化发展。虽然在实际教学实践之中,许多教师也开始尝试根据学生的个人需要制定教学计划,但教师的教学精力有限,在课堂教学中需要面对几十位学生,难免增加教师教学压力,甚至影响教学进度和效率。

大数据即巨量资料,指一些资料量巨大到无法通过主流软件而承载的数据。大数据常被用于人工智能、云计算、互联网领域中,许多企业也通过大数据收集、管理、处理等,为企业发展获得资讯。而大数据应用优势不仅体现在社会发展过程中,对高中生物教学也能起到相对积极的作用。以高中生物课程教学为例,以往高中生物教师在课堂中只能依托教材或是其他书面资料丰富教学活动、拓展教学范围,对学生学情的评定也只能根据作业的完成和考试的表现情况。此种获取信息和资源的方式,需要耗费大量的教学精力和教学时间,总体时效性和准确性不高,一定程度上影响课上教学效率。就大数据特点来看,首先,大数据为教师提供更多获取资源的方式。大数据时代下,数据信息呈现“爆炸式”增长,人们只需进入网络平台便可获得多方信息资源,教师可在大数据中挖掘更多隐性资源,以辅助课堂讲解。其次,大数据形式具备多样化特征。其本身涵盖传统结构化数据,更带有不同类型的半结构化和非结构化数据,通过媒介载体可形成对大数据的精准化储存。如运用大数据记录下每位学生的兴趣点和基础学情,围绕学生基本情况制定更具针对性的教学计划,能在提高教与学质量和效率的同时,满足学生个性化的学习需求。最后,大数据背景下的信息处理方式更为高效。教师可根据新课改下高中生核心素养的培育方向,依托大数据收集指向性和目标性更强的教学资源,通过对大数据的筛选、提炼、分析与挖掘,围绕高中生“科学思维、社会责任、生命观念”等多个维度制定详细的教学计划、提供针对性的学习资源,此方式不仅能推进高中生的综合发展,更能为形成精准化生物教学课堂奠定基础。

三、 大数据“催生”高中生物精准化教学

(一)展现“教与学”的直观化

在高中生物课堂中应用大数据,可形成教与学的新样态,即带来教与学结构上的变化。以往教学模式以教为主导,具体而言,高中生面临高考压力,教师为在有限的课堂时间内,将更多的生物知识传递给学生,给予学生自主思考与探究的空间相对有限。而大数据主要以学为核心,可在直观化展现教学内容的同时,满足不同层次学生的个性化需求。此外,在大数据辅助下,教师可应用多种教学资源,结合学生现有的知识储备,优化教学方案,进一步细分教学内容。如大数据可准确分析学生学习特征,形成对其学习能力的精准评估,并根据最终的分析结果,改进教与学的形式,真正在打破固有教学结构的基础上,确保高中生物课堂教学的精准化。

(二)确保“教学过程”的精准化

传统教学模式下,教师主要根据教材内容制定教学计划,即围绕教材各单元所编排的顺序,确立教学目标、设计教学活动。但此模式难以实现个性化教学要求,也影响精准化教学课堂的稳步实施。大数据能够将教师从重复且单一的角色中“拯救”出来,大数据可直观展现每位学生的学习行为轨迹,为教师制定个性化教学方案提供可靠参照。例如,以往教师主要在课余时间完成备课和学生作业的批改任务,运用大数据可辅助教师完成备课,减少不必要的时间投入。同时,基于大数据应用图像识别技术,也能对学生作业内容进行自动化批改,并且教学智能助手还能依托大数据为学生“答疑解惑”。由此不难看出,大数据的应用,节省了教师备课和教学设计时间,以智能化的教学手段,创新化的教学活动,改变了原有生物教育学模式,真正在提高教学效果的同时,保障了高中生物课堂教学的质量。同时,大数据还能系统呈现出高中生在学习中所存在的共性问题和薄弱环节,教师可根据大数据提供的有效信息开展教学,系统解决学生困惑,此方式更能确保教学的精准化发展,为实现新课标下高中生物教学目标,推进学生综合发展奠定基础。

(三)搭建“学习空间”的网络化

大数据能够为学生提供更丰富的学习资源,达到延伸学生学习视野、拓展学习空间的目的。大数据中包含海量的高中生物“教与学”资源。依托大数据为高中生搭建网络学习空间,以“线上线下”结合的方式开展针对性课堂教学和课后答疑,更能推进高中生物教学的“智能化”发展。在大数据辅助下,教师可结合相关应用软件构建智慧型课堂,形成网络学习空间,稳步实现大数据与高中生物课程的完美融合。同时,智慧课堂和网络学习空间也可在某种程度上增强学习的时效性与教学评价的科学性,拉近师生间的距离,助推教师与学生的互动交流。可以说,大数据所衍生出来的“智能化教学”能推进高中生物教学的精准化发展,为拓展高中生学习空间提供重要依据。值得注意的是,大数据的应用并非易事,尤其在网络学习空间的搭建过程中,教师还需根据高中生“紧张而有难度”的学习情况制定大数据的应用方式,确保能够充分凸显大数据的优势,并结合优质的课堂讲授,激发学生积极开展生物学习活动,为推进高中生在生物科学领域的发展奠定基础。

四、 大数据“赋能”高中生物精准化教学

(一)利用大数据,进行精准化备课

1. 扩充教学材料

新课标提出了培养学生学科核心素养的理念和要求,在此背景下,传统教学方法已然无法满足高中生物教学要求。为此,高中生物教师应立足于核心素养视角,利用大数据收集关于课程的教学资源和素材,以此扩充教学内容,这不仅有助于丰富学生的知识储备,而且也更有利于实现核心素养的培育目标。虽然教学活动中运用大数据可以提高总体教学优势,但是否能够凸显大数据价值,发挥大数据的实质效用,还取决于教师教学方法的制定。在高中生物课程教学活动实施前,“备课”属于首要环节,此环节中,教师需要围绕课标和教材内容确定教学目标、策略和对应的学习活动等。高中生物教材篇幅有限,无法完整地呈现出全部的学科知识体系,为了让学生更加深刻地理解某些知识的内涵及外延,教师需要利用大数据收集更多关于课程主题的资源。如“对细胞膜结构的探索”这部分内容进行备课时,教师可收集更多相关的科学史资料,帮助学生更好地理解细胞膜结构的探索历程的同时,培养学生的科学精神和实证意识。在整理教材重难点内容时,教师还可依托大数据技术将知识点做成思维导图,使零散化的知识以更直观、更有逻辑和结构层次的方式呈现。另外,高中生物课教师可围绕教材主题,融合更多现实生活中存在的生物现象,强化学生对生命构造的认识,以此发展学生“爱护生命,尊重生命”的思想,为推进高中生在生物领域的发展奠定基础,为实现精准化备课作好准备。

2. 了解基本学情

新课改背景下,教育方向发生改变,以教师为主体的传统教学模式,已然无法满足高中生物教学需要。如何凸显“身心快速成长”的高中生在课堂的主体地位,为学生提供更多自主思考和学习的时间,是每位高中生物教师亟待思考及解决的问题。在备课环节利用大数据手段来满足分析学情,能够确保教学过程更具针对性,满足学生个性化学习需求,确保教学活动的顺利进行。实际教学过程中,高中生物课教师可结合大数据系统记录不同课上、不同学期高中生的学习情况,并在备课期间分析系统中所形成的“成绩走势图”,了解近期学生的知识吸收情况。之后,再结合高中生学习的历史数据,形成多元化学情分析报告,以报告为依据制定教学计划。比如,“遗传的基本规律”这部分内容是高中生学习生物时普遍反馈的难点,在备课前,我们可以通过分析往届学生的大数据导出错题集,这样就能更加精准地针对这些痛点和堵点进行备课。如此,高中生物课教师能更精准地掌握每位学生学习情况,通过评估其学习过程,及时发现学生学习中的“盲区”和“雷区”,预设教学中可能出现“突发状况”,从而制定个性化教学策略来因材施教。值得注意的是,高中生物课教师面对的是全体在读高中生,也就是说,每位学生的学习能力都将影响班级整体的教学效果,影响教学目标实现程度。为此,高中生物课教师除以整体教学为抓手,对全班高中生展开学情分析外,还需针对个体进行精准化学情评定,以此把握每位学生的学习情况,深化对其学习能力的了解,为不同层次高中生,包括优等生、中等生、学困生实现协同整体发展做好导引。

(二)基于大数据,形成课中精准决策

1. 实施差异化教学

新课标背景下,为促进大数据在高中生物教学中的有效应用,教师应及时对课上教学方法进行调整。从以往高中生物教学模式来看,教师对学生学情的了解较少,即忽视学生之间存在的个体差异,多以统一化的教学模式开展课堂活动。在此过程中,部分高中生出现“态度懒散、注意力不集中”等问题,影响其对知识点的学习与吸收。另外,统一化的教学模式也会导致学生在学习质量上出现“参差不齐”的情况。虽然许多高中生物课教师也尝试采用分层教学的方法推进课程,但具体实施效果不佳,一定程度上影响教学效率的提高,也不能更好地提升教学质量。如何处理好教学质量与教学效率之间的关系,是每位高中生物教师亟待思考的问题。大数据可支持高中生物课教师完成“差异化”教学活动,在大数据辅助下,教师可于校内搭建“生物网络数据”平台,汇总并收集生物课上教学视频、整理课堂测验资源,并向学生发布在线作业信息。此方式更有助于帮助高中生物课教师掌握高中生的个性化学习需求,同时,教师也可对比视频中学生的表现情况,包括举手发言次数、整体学习态度、学习兴趣方向等。通过对比了解高中生最真实的学情数据,以便于调整自身教学计划,更好满足不同层次、不同学习能力的学生需求。

如以高中生物必修一“细胞的增殖与分化”教学为例,教师可借助大数据下的校内“生物网络数据”平台,了解以往高中生课上的表现情况,如结合大数据分析高中生对细胞结构、细胞代谢与细胞构成等内容的了解。再运用大数据技术对高中生课上表现情况进行能力和层次的划分,结合不同学生学习情况制定差异化教学策略。实际课堂教学过程中,教师可针对不同层次高中生,如优等生、中等生和学困生,提供不同难度的学习问题供学生选择。同时,可根据高中生的薄弱环节,制定精准化学习任务,以此形成个性化引导和精准化辅导。在作业任务的设计上,也应遵循差异化特点,给学困生布置巩固基础类的理论性作业;给中等生和优等生布置拓展型实践任务,以此发展学生特长、弥补其薄弱环节,使每位高中生能在灵活掌握生物知识点的同时,实现学习成绩的提高。应该特别指出的是大数据的应用优势体现在日常教学积累之中。从校内高中“生物网络数据”平台来看,虽然该数据平台具有明显的教学优势,还需依托数据的长期积累,即高中生物课教师需要定期上传学生的学情数据。为此,高中生物课教师应协调各方资源,基于大数据创建以高中生物为核心的“生物网络数据”平台,并定期上传学生学习数据,以便于未来教学决策的精准化制定。

2. 完善实验教学过程

实践是验证真理最为有效的途径之一,对于高中生物课教学而言亦是如此。高中生物实践多以实验活动为主,并且生物课程特点决定高中生在学习过程中将接触诸多实验类型。但因教学时间、实验材料和安全性等方面的限制,高中生能够亲身参与实验过程的机会较少,而这也是高中生理论学习不足问题的主要诱因。许多理论知识无法以直观和形象化的方式呈现,这就需要高中生物课教师结合大数据,在保证课上教学效率的前提下,增强高中生对理论知识的吸收与运用。大数据技术可将实验过程以真实且完整的形式呈现,打破传统实验教学束缚,帮助学生轻松掌握实验数据,为提高学生生物理论学习能力和实验探索能力指路引航。

以高中生物必修一“生物组织油脂检测”一课教学为例,为兼顾每位高中生实验操作过程,在实验教学前,可将学生分为不同小组,并运用相关设备记录各小组成员在实验中的表现情况,最后通过大数据来呈现各小组的实验操作行为,一方面帮助高中生自我回顾,反思实验中是否存在不当操作问题,另一方面帮助学生了解其他小组的实验方法,从而掌握更多的生物实验技巧,积累更全面的实验经验,为实现实验学习效率、学习质量的提升奠定基础。结合上述分析不难发现,影响高中生物实验推进的主要原因在于高中生即将面临高考,参与实验的时间相对有限,这种方式能够确保实验过程的顺利进行,也能在高中生的自我反思和回顾中,促使学生掌握更多的生物学习技巧,促进他们对理论知识的吸收。

实验安全性也是阻碍高中生物实验推进的主要因素。从高中生实验的安全性角度出发,教师可运用大数据形成对实验操作过程的优化。如在高中生物必修一“植物细胞有丝分裂装片”一课教学中不难发现,与其他实验相比,该实验具有一定危险性,为避免实验中出现安全事故,高中生物课教师应运用大数据提前做好实验准备工作。在传统实验教学模式下,学生需要结合洋葱材料完成实验操作,但对一些存在呼吸道疾病的学生而言,洋葱材料的刺激性过强,会影响学生在实验中的体验。为此,高中生物课教师可结合大数据将实验过程中需注意的事项、采用的材料、具体的步骤等,以完整直观的形式呈现于学生面前。同时,引导高中生思考如何选用其他材料替代洋葱,并结合大数据系统,从材料本身特点、难易程度、价格等多方面确定能够替换的材料,在不影响实验结果的基础上,降低实验危险性。此方式不仅拓展了高中生的生物思维,帮助其了解不同植物细胞成分,还提高了实验过程的安全性,确保实验的顺利进行。此外,高中生物课教师还可定期为学生收集并播放安全教育视频,使学生能够重视实验安全问题,在确保自身安全的前提下开展生物课实验,由此形成正确的生物实验探究的安全意识和自我保护认知,为提升高中生综合素养奠定基础。

3. 营造情境教学活动

知识来源于生活,高中生物课程亦是如此。在人们日常生活中,生物元素随处可见。基于生活的角度开展生物知识讲解,也能帮助高中生挖掘生物隐性学习资源,推进学生在生物领域的长远发展。大数据为高中生物课教师提供了多种获取生物资源的方式,也进一步促进生活与生物之间的联系。基于此,高中生物课教师可结合大数据构建生活化学习情境,在其中融合一些生物研究数据、主流价值观等,以此拓展学生生物思维,促进学生对生物知识的理解,为达成知识的迁移目标做好铺垫。

如在以“环保”为主题的生物课程讲解过程中,高中生物课教师可尝试结合大数据技术,统计我国近些年的环保数据,以数据的形式呈现环境污染、城市污染等问题,包括每年一次性筷子、垃圾袋的使用情况、城市尾气排放量等。展现关于环保教育举措以及所达成的成果,如每年共有多少群体加入环保组织、植物种植数量增长情况等,并形成城市污染数据、环保数据之间的对比。通过直观的数据,提高高中生对保护生态环境的重视程度,使其能够逐步确立正确的生态观念,并养成良好的生活习惯。此方式不仅以数据的形式集中展现高中生物教学主题,更能深化高中生在课堂上的学习体验。以往高中生物课教学活动中,虽然学生也能通过课堂学习理解教师所传递的环保理念,但受到生活环境、模式和习惯等多方面限制,大部分高中生无法深刻体悟到环保带来的益处。此教学方式可以真正从核心素养的角度,帮助学生形成正确价值观念,为提高学生生物素养与综合学习能力奠定基础。

(三)融合大数据,开展课后精准化评价

评价是检验教与学最终成果最为有效的方式之一,也是高中生物精准化教学过程不可或缺的重要环节。以往的评价内容多以学科成绩为标准,即根据高中生物分数检验学生学习成果。但此评价模式过于单一,无法形成对学生学习过程、学习表现和学习行为更系统的评估。此外,“重结果、轻过程”的评价方法,也影响了新课标准则的实施。大数据为高中生物课教师开展精准化评价提供了“智能化”支持,在大数据的辅助下,高中生可以更清晰地了解自身优势和薄弱环节。为此,高中生物课教师有必要利用大数据做好精准分析和差异化评价,以此完善评价过程,发挥评价优势,提升高中生生物学习能力。

具体而言,大数据背景下所开展的高中生物教学评价活动可以从两个方向来实施。首先,依托大数据形成精准分析。在大数据支持下,高中生物课教师可以创建“评价平台”,设置“同步训练”板块。在该板块中,高中生物课教师可围绕课上教学要点设计练习、复习习题,并根据高中学习能力差异提供不同难度的习题内容,如基础型、巩固型和拓展型。高中生可根据自身情况选择适合自身能力的习题板块,在同一板块中也便于同层次学生开展学习内容的交流、学习经验的分享。在高中生答题结束后,教师可利用系统带有的校对功能,完成对习题的批改。利用大数据的系统化功能,高中生物课教师可清晰掌握每位学生的答题过程,包括最终的答题成绩、用时情况、答对人数和平均分数等。这些数据均可为高中生物教师制定精准化的教学策略提供“学情地图”,确保评价的公正公平性。传统评价模式以教师为主导,忽略学生的学习过程。而这种评价方法,增进高中生物课教师对学生学情的了解,也使学生了解到自身与他人之间的差距,从而明确未来学习方向。其次,展开科学且全面的差异化评价。与传统评价模式相比,大数据带有明显的学业成绩评定优势,大数据中可长期储存高中生的作业数据。在大数据所形成的评价系统中,高中生物课教师不仅可了解学生每周、每月或是每学期的考试情况,还能结合学生每日作业的完成情况,制定更精准的生物教学方案和课后辅导计划。同时,大数据还能汇总不同高中生在生物学习中的薄弱环节,为发展高中生核心素养,提高其综合水平。例如,在大数据系统中,高中生物课教师可用错题分析板块自动生成错题集,并将错题集以数据报告的方式呈现,定期带领学生再次完成相关错题的解答,以此直观了解不同班级、不同小组乃至不同学生学习与进步情况,从而开展更具差异性的评价。此外,高中生物课教师还可利用大数据生成“学生能力数据”表,直观展现学生在入学后的学习进步情况、日常表现等,为达成大数据下的精准化测评提供更加真实的“参照坐标”。

五、 结论

总而言之,新课标背景下,高中生物教学方向已经发生较大改变,传统的教学模式已然无法适应高中生物课程教学发展的需要。尤其在大数据背景下,如何依托大数据呈现更精准化的高中生物教学课堂,是每位教师亟待思考并解决的问题。基于此,高中生物课教师应立足于大数据,精准理解高中生物精准化教学的理论依据,从大数据优势层面掌握高中生物教学方向。同时,系统化了解大数据下高中生物精准化教学的新样态,包括教与学方面、教学策略的实施、学习空间的拓展等。另外,整合大数据资源,优化高中生物课前、课中、课后活动。如在备课环节,结合大数据扩充教学材料、精准掌握学情;在教学阶段,丰富实验教学、差异化教学等;在评价环节,作好评价数据的分析,为实现大数据与高中生物教学的融合奠定基础。