将数据技术有效融入科学教育“加法” 赋能学生成长

高凯

在当今信息化社会浪潮中，数字技术的崛起正在以前所未有的方式改变人们的生活方式。特别是在教育领域，这一变革显得尤为突出，引领教育创新和发展的新方向。2024 年1 月，世界数字教育大会召开，无疑为数字技术在教育领域的广泛应用和深度融合注入了新的活力。随着技术的快速发展，数据已经成为我们生活中不可或缺的一部分。大数据技术的应用正在深刻改变人们的生活方式和商业模式，推进社会进步的步伐。

在数据采集中形成正确的科研方法

科学教育的目标之一是培养学生的实证思维和批判性思考能力，而数据分析恰是实现这一目标的重要途径。通过将数据采集与分析融入科学教育，我们可以让学生在实践中学习如何从大量信息中提取有效数据，运用统计学原理进行处理和解读，进而形成基于证据的结论，提升其解决问题的能力。具体来说，在教学过程中可以设计各种实验或项目，让学生亲身参与数据的收集过程，了解并掌握如何设计合理的数据采集方案，使用何种工具和技术获取数据。同时，借助信息技术手段和数据分析软件进行数据清洗、整理、计算和可视化展示，让学生能够深入理解数据背后的科学规律。在科学研究过程中，每一个数据的变化都可能蕴藏着深刻的科学原理。因此，学生通过对客观数据进行采集、分析，不仅能锻炼自己的观察能力、实验能力和数据收集能力，更能深入理解科学研究的严谨性和精确性。数据采集的过程需要学生具备耐心、细致和认真的品质，需要仔细观察实验现象，准确记录数据，确保数据的真实性和可靠性。这种严谨的态度和精确的精神将贯穿学生的整个科学学习生涯，为他们未来的科学研究和职业发展奠定坚实的基础。

北京二中在技术学科的建设中正在实践运用更多数字化和智能化方式，引导学生理解数据在人们日常生活中的意义。2023 年，学校对原有农业种植大棚进行改造，将更多数字化和信息设备融入其中，升级为智慧农业大棚，比如在土壤中部署矩阵式土壤湿度传感器，在大棚顶部增加补光灯和函道风扇，在大棚四周增设环境温湿度传感器，在水阀处安装智能阀门，在特定区域增设摄像头……学校还与高校一起合作开发了具有北京二中特色的物联网平台， 实时采集智慧农业大棚中的传感器数据，学生可以通过电脑端察看数据变化，还能够结合高中信息技术课程中学习的数据处理技术完成对数据的分析，进一步实施数据挖掘，根据种植需要提供数据支持。平台的数据资源向全校学生开放，对科学研究有兴趣的学生可以进行信息采集和分析，实现跨学科、多学科融合发展，既可以满足对植物学科感兴趣学生的科研需求，也能够通过光线变化探究四季光照对农作物生长的影响，还可以通过远程控制的方式远程灌溉、精准灌溉。有了数据的支撑，目前学生正在探究航天种子与普通种子在种植过程中所展现出来的不同特点。

数据分析能力已成为学生适应未来智能生活的核心能力之一，对于未来社会的人才需求具有重要意义。因此，在科学教育中强化数据意识、提升数据分析技能，不仅有助于培养学生适应时代发展的综合素质，更能激发他们探索科学的热情，为我国科技创新和经济社会发展输送更多具备数据素养的优秀人才。

在数据应用中理解数据的意义

近年来，人工智能技术的迅猛发展无疑成为了科技领域的璀璨明星。这一飞跃性的进步，离不开数据、算法和算力这三大基石的协同作用。它们是人工智能技术的三大支柱，共同支撑起这一技术领域的广阔天地。以大语言模型为代表的生成式人工智能，正在以前所未有的方式改变我们获取知识、理解知识的方式。如今，我们不仅能够通过文字生成文字，更能实现文字生成图像，甚至进一步生成视频。教师应引导学生认识到数据对于模型训练和人工智能技术发展的重要作用。每一个精准的大语言模型，都离不开海量数据的滋养。数据不仅是模型学习的源泉，更是其不断进步、不断完善的动力所在。随着人工智能技术的普及和应用，越来越多学校开始开设与这一技术相关的课程内容，旨在培养学生的创新能力和科技素养。在这个过程中，构建数据集成为引导学生深入理解人工智能技术的重要一环。以人工智能技术的典型应用图像分类为例，通过深度学习算法对图像中的特征进行提取和分析，能够实现对不同物体的精准分类。然而，要想达到理想的分类效果，前期的数据采集和标定工作至关重要。这需要我们对大量的图像数据进行整理、标注，确保其准确性和可靠性。只有这样，模型才能从中学习到有效的特征信息，进而实现目标。因此，在教授人工智能技术过程中，教师不仅要注重对学生理论知识的传授，更要注重学生实践能力的培养。通过引导学生参与数据集的构建和模型的训练过程，让他们亲身体验到数据对于人工智能技术的重要性，从而更加深入地理解和掌握这一前沿技术。

在数据分析中感悟严谨的科学精神

严谨、认真是科学精神的核心要义，要将其贯穿于科学教育的始终，在基础教育阶段将其根植于学生的科研基因中，为今后的科研工作奠定正确的价值观基础。数据分析作为科学研究的重要手段之一，不仅仅是技术和方法的运用，更是一种严谨科学精神的深刻体现。在数据分析的过程中，首先追求的是数据的真实性和完整性，这是数据分析的基石，也是其可靠性的保证。只有真实可靠的数据，才能为我们提供准确的信息和有价值的研究成果。数据分析还需要我们保持开放的心态和批判性思维。我们要敢于质疑已有的结论和观点，不断挑战自己的分析和判断，保持对新知识和新技术的敏感性，不断更新数据获取的途径与技术方式。数据分析还需要我们具备严谨的逻辑思维和推理能力，要通过深入的分析和挖掘，发现数据背后的规律和趋势，揭示出隐藏在数据中的深层信息。这需要我们具备扎实的专业知识和敏锐的洞察力，能够准确地把握问题的本质和关键所在。

“运用图像识别技术探究阻尼对物体晃动的影响因素”课程，巧妙地结合了图像识别技术与数据分析，为学生提供了全新的学习体验。该课程的核心是通过摄像头采集物体晃动的像素变化，这一步骤不仅涉及到图像识别技术的运用，还要求学生理解像素与物体运动之间的关系。随后引导学生对这些数据进行分析，探究阻尼对物体晃动的影响。在数据分析过程中，学生以小组为单位，共同分析晃动的幅度与时间的关系。学生利用数据绘制出曲线，通过对曲线的观察和分析，可以更直观地理解物体晃动的规律。课程还突出了对数据极值的分析。极值在数据分析中往往代表着某种特殊现象或规律，通过对极值的探究，学生可以更深入地理解阻尼对物体晃动的影响机制。这种深入的分析过程，不仅锻炼了学生的数据分析能力，还培养了他们的科学探索精神。

在数字化、信息化时代，数据被赋予了更多的意义。在科学教育中引导学生理解数据、应用数据，能够更好地培养学生的科学素养，也能为他们未来的发展奠定更加良好的基础。数据的采集、清洗、分析、运用是一个完整的闭环，将其渗透到不同领域的科学学科中，对于学生掌握正确的科研方法、形成有效的思维方式、内化科学精神都有重要作用。