教育大数据在高中生物教学中的运用

（本文于2024年4月刊发于“新师范”建设丛书：《广东省基础教育高质量教研——理论于实践》）

[摘   要]本文通过梳理国内外教育大数据的应用出发，客观分析当前高中生物教现状及存在的问题，提出在大数据、云计算和移动互联网等技术不断发展的今天，基于大数据的理性分析，充分借助各项专业数据，给高中生物教学带来了新的契机，培养学生的生物学核心素养做到有理有据、有的放矢，进一步优化生物课堂结构，提高课堂效率，提升高中生物教育教学水平。

[关键词]教育大数据  高中生物  核心素养  运用

[作者简介]张寿雄，男，广东，高中生物高级教师，研究方向为学科教学（生物）和学校管理。

[项目介绍]广东省中小学教师信息技术应用能力提升工程2.0专项科研课题“基于大数据的高中生物教学评价和质量监测研究”（TSGCKT2022378）。

大数据具有容量大、实时性强、种类多、真实性等特点.大数据分析是对数据的分析和挖掘，科学总结与发现其中蕴藏的规律和模式，并结合源源不断的动态流式数据去预测事物未来的发展趋势[1]。教育大数据是教育中大数据的具体表现，教育大数据分析可在教学质量评价基础上，通过一定的组织机构，按照一定的程序，进行规划、检测、评价、反馈等环节，以达到顺利开展教育教学的目的，提升教育教学水平。生物教学介入大数据分析，利用现代化的多媒体教学，对学生、教学行为、教学效果进行全方位、多角度横纵向的分析，为生物学核心素养培养提供精准支持，创设实时的、动态的高中生物课堂教学情境，激发学生兴趣，寓教于乐，为高考复习注入新鲜血液。同时加强学生个性化的学习，达到差异化教学，使得高中生物教学凸出教学重难点，优化课堂结构，让生物课堂“活”起来，真正做到教学和管理的有效结合。

1  大数据应用于教育教学的现状

传统生物教学，虽汇聚了大量教学基础数据，但数据来源多样化，多是简单的数据汇总，并未达到理性分析的层面，且在时间上缺少可比性，对数据的深度挖掘也不够，特别是一些隐性信息。五花八门的数据，对教师而言，无法做到客观诊断分析，无法真正全面掌握学情和可持续性的了解学生，容易导致生物教学失去方向性。

随着大数据产业逐步向电信、交通、金融、医疗、教育等领域广泛渗透，教育大数据已转变为教育改革的战略资源和科学力量，成为促进各国教育系统改革的重要信息基础。发达国家在教育大数据布局上走在了前沿，取得了较多研究成果。美国政府通过“公共教育大数据计划”项目，对教育体系进行完善和改革，兴起一股在线教育的潮流并收集了大量的数据，研究世界各地的教学模式和教学行为，打造出适合不同国家学生学习的在线教育平台。2014年大数据在我国教育领域落地生根，之后三年是教育大数据发展的黄金期；新冠疫情冲击下，加速了教育大数据的发展，进一步强调和发展大数据战略，并上升到国家发展战略，加上在线教育、远程教育等新型教育模式的盛行，促进了教育领域对于大数据的需求和依赖。同时我国发布了相关政策支持教育大数据的发展，如《中国教育现代化2035》、《关于深化教育教学改革全面提高义务教育质量的意见》、《关于引导规范教育移动互联网应用有序健康发展的意见》等，从技术发展、产品研发、战略方向等层面给予支持，并加快人工智能、大数据、5G等新技术在教育领域的应用。

2  教育大数据在高中生物教学中的实际应用

在教学过程中，课前、课中、课后，每一次单元测试、月考、期中考试、期末考试等，都会产生大量的数据。教师通过收集的相关数据进行横向和纵向，实时评估和监测.通过教育大数据的支撑，对学生个体特征进行精准分析，对学生学习层次进行精准区分，对学生学情进行精准定位，实现个性化、科学化教学，提升教学的有效性，促进学生核心素养的良好发展和综合能力的提升。基于教育大数据的支撑，完善对学业评价体系，实现课堂教学评价从模糊宏观的质量评价转变为量化精准的评价，从每学期之间互不关联的评价转变为常态持续的关联分析，从部分课堂的抽查式评价转变为全面覆盖所有课堂的评价，从事后评价转变为实时动态评价。通过教育大数据的理性分析，优化课堂教学模式，调整教学策略，用数据发现学生兴趣，实现正面激励、精准督导，以提升课堂教学质量.基于教育大数据的采集，建构涵盖课堂大数据、教学模式和方法、学习环境、育人环境等要素的综合评价模型。

2.1  应用教育大数据对生物课堂的自我诊断，提升教学质量

在日常教学活动中，进行教育教学理论数据分析，归纳总结出具有前瞻性的内容，打破多媒体教学的禁锢，使得数据及时分析、及时反馈，有针对性地开展工作。比如用什么方式巩固和提高知识更有效果，什么样的生物教学方法更适合学生的学情，通过什么教学方式学生更能接受等等。特别是借助教学过程中产生的理性数据分析，归纳和总结出学生最近的学习、思想等倾向，有效预防生物教学中的不当行为出现。

2.1.1  应用教育大数据，研究教学现象、提升教学效果

当前高中教育中，教师一般担任多个班级的教育教学，每一个班级的学生组成、学习能力、学习习惯、学习方法、接受程度具有一定的差距，因此学生阅读课本的时长、对生物学概念理解的使用时长，完成学业的平均时长等数据就组成了教育大数据的一部分。教学现象是泛指教学过程中的各个方面，随着教学情况的变化而变化，具有不确定性、多样性、实践性、即时性和历时性的特征。研究教学现象需要在分散和特定的教学现象中找到规律，也需要客观地描述其变异性的研究方法。在运用教育大数据研究教学现象时，可以验证教学效果及学生学习行为习惯。

应用教育大数据，可以帮助教师在教学过程中改变发现问题和解决问题的方式，及时监测学生的学习过程和追踪学生的学习状态，对学习效果较差的学生有针对性地分析其原因，实施针对性的学习指导和教学干预。这既适应当前新教材、新高考的要求，也激发了学生涉猎新知识的求知欲，提高学生面对陌生情境时的信息切入能力。例如，在学习高中生物学必修2《遗传与进化》的“减数分裂”内容时，采用大数据分析，利用翻转课堂的优势，教师课前提供的微视频、预习案等学习资源，学生通过阅读教材、查阅资料、与同学交流等方式进行自主学习，教师通过了解、分析学生自主学习过程，采集相关数据，如对减数分裂相关概念的理解、分裂过程图像判断、分裂过程染色体行为形态和数目变化，通过大数据的分析，掌握学生对“减数分裂”知识和技能的掌握情况，了解每个学生的课前学习行为，准确把握学生的预习学案的完成情况，有针对性地进行教学设计和教学安排，有针对性的进行个体辅导，而不再是课堂中凭经验和直觉去判断学生学习进度，这就提高了学情分析的准确性，对于教师把握课堂进度、难度，研究教学现象有很大的帮助。

2.1.2  应用教育大数据，精准了解学生、研究学习行为

在大数据环境下，学生的学习行为过程考察和个性化发展均成为可能。通过采集学生在学习行为过程中产生的各类状态信息，形成反映学习行为的数据源，在高度实践性、复杂性的教学现象中进行全方位的数据分析，真正了解学生状态和课堂中的各方反馈，从课堂中显性的、隐性的教学信息中探寻出客观的教学规律.例如，在学习 “减数分裂”内容时，课堂可以利用小组评比、上台展示、教学设备平台的使用，通过图表来说明分裂过程中数量的变化、构建分裂模型来区分各个分裂时期细胞图像、课堂即时测评等，收集各种数据反馈，这样的基于大数据的课堂，可以直观、真实地、精准了解学生的学习进度和知识掌握的准确性，甚至将特别优秀的同学的解答过程进行广播而进行示范教学，从而实现了师生之间、生生之间的多向互动、多元交流。同时通过相关的数据分析，可以了解学生的听课状态和效率及影响学生课堂接受力的因素，如知识的难度、自身的积极性、同学的干扰、室外的噪音、教师的语言表达等，教师根据相关数据的层级性、时序性和情境性的相关特点，灵活主动地将课堂中的一些消极因素转化为积极因素，积极的研究学生的课前、课中、课后的学习行为，提高教学有效性。

2.1.3  应用教育大数据，因地制宜个性化教学，促进多元发展

传统生物学习模式，学生把注意力集中在授课教师身上，由教师带着学，学生处于被动接受状态。在教育大数据到来的时代，改变了学生学习知识和获取知识的方式，大量知识需要学生自主学习，让学生“学会学习，学会创造，学会合作，学会生存”，更加能够激发学生的生物学习兴趣，树立正确的生物学习观念，可持续、和谐的学习。

虽然“因材施教”提及多年了，但当前学校教育普遍是群体教育，每个学生的个性、智慧程度、理解能力和学习兴趣点不同，这给高中生物的教学带来很多困难。运用教育大数据技术分析每个学生的学习过程、学习行为和学习问题，可为教师教学提供依据，根据学生个性提供学习服务。例如，在讲授“变异与育种”内容时，涉及的概念较多也较为抽象，教师可以利用大数据精心选择与教学内容、目标关联度较高的内容，尤其是结合本地的“新会柑”和“新会陈皮”的相关知识，一步步的从育种原理到育种过程及各种育种方法的优缺比较，更引起学生兴趣和关注，培养学生正确的价值观，提升学生对本土文化的自信。

2.2  应用教育大数据推进生物教学的信息化，提高教师工作效率

教育大数据能促进以学生为本的学习，应用教育大数据分析，尤其是在一些大型的测评中，可了解到每一个学生的成绩在全校、全区、全市生物学科的发展情况，为教师提供最直接的教学参考，及时、准确的评估学生的当前学业情况，发现学生存在的潜在问题，进而预测学生未来可能的表现。如学生某次生物考试成绩为90分，利用大数据分析，可以得到分数背后的信息：每一道大题的得分、每一个小题的得分、每一个选择题选了什么、每一题花了多久时间、某一个知识点的掌握程度、应试的技巧和心理、答题顺序是怎样的、是否有时间检查等等，这些数据远远比90分重要，它揭示了学生构成最佳学习环境的因素。教师还可以纵向比较学生的各次成绩，通过内在模型诊断学生在课堂学习、考场上的各种行为，全方位的将教育教学与大数据深度结合，提高工作效率.因此利用教育大数据的综合分析，渗透到考试、课堂、课程编排、师生之间、生生之间的各个环节，挖掘出教学、学习的实际情况，从而制定出符合学情的教育教学策略。

2.3  综合运用大数据分析，提高学校教学管理水平

从学校整体来看，大数据在教育方面的研究和应用，给课堂教学评价和质量监测带来变革，对提升整个教育品质、促进教育公平、提高教育质量、优化教育治理都重要作用，是实现教育现代化的重要支撑。基于大数据的教学评价和质量监测平台建设是学校教育发展到注重内涵建设的必然之路，通过教学评价和质量监测的大数据分析，保证学校各个学科教学处于统一性和科学性，对学科的长效发展提供帮助。大数据与现代教育的结合是大势所趋，在教育大数据背景下，可以警醒教师应清晰地认识教育的功能，把关注人的生长提升到重要地位。

总之，在新教材、新高考、新时代的背景下，在高中生物教学中应用教学大数据是非常必要的。教师在大数据教学监测平台的辅助下，不断更新知识储备，掌握学生动态发展过程，提出新要求，改善学生的学习态度、学习方法、学习行为等，从而使得教学质量可调可控，向着教师期待的方向发展。学校对教学基本数据的常态化监测管理，在深入分析和挖掘的基础上，多角度、多层面地对学生和教师进行评价，促进师生全面发展，能帮助学校实现自我诊断和提升，充分调动每个教师、每个部门的积极性，最终达到自我管理、自我完善。

参考文献

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