高凱

在當(dāng)今信息化社會(huì)浪潮中，數(shù)字技術(shù)的崛起正在以前所未有的方式改變?nèi)藗兊纳罘绞?。特別是在教育領(lǐng)域，這一變革顯得尤為突出，引領(lǐng)教育創(chuàng)新和發(fā)展的新方向。2024 年1 月，世界數(shù)字教育大會(huì)召開，無疑為數(shù)字技術(shù)在教育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和深度融合注入了新的活力。隨著技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)已經(jīng)成為我們生活中不可或缺的一部分。大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用正在深刻改變?nèi)藗兊纳罘绞胶蜕虡I(yè)模式，推進(jìn)社會(huì)進(jìn)步的步伐。

在數(shù)據(jù)采集中形成正確的科研方法

科學(xué)教育的目標(biāo)之一是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)證思維和批判性思考能力，而數(shù)據(jù)分析恰是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要途徑。通過將數(shù)據(jù)采集與分析融入科學(xué)教育，我們可以讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)如何從大量信息中提取有效數(shù)據(jù)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理進(jìn)行處理和解讀，進(jìn)而形成基于證據(jù)的結(jié)論，提升其解決問題的能力。具體來說，在教學(xué)過程中可以設(shè)計(jì)各種實(shí)驗(yàn)或項(xiàng)目，讓學(xué)生親身參與數(shù)據(jù)的收集過程，了解并掌握如何設(shè)計(jì)合理的數(shù)據(jù)采集方案，使用何種工具和技術(shù)獲取數(shù)據(jù)。同時(shí)，借助信息技術(shù)手段和數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、整理、計(jì)算和可視化展示，讓學(xué)生能夠深入理解數(shù)據(jù)背后的科學(xué)規(guī)律。在科學(xué)研究過程中，每一個(gè)數(shù)據(jù)的變化都可能蘊(yùn)藏著深刻的科學(xué)原理。因此，學(xué)生通過對(duì)客觀數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析，不僅能鍛煉自己的觀察能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛿?shù)據(jù)收集能力，更能深入理解科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性和精確性。數(shù)據(jù)采集的過程需要學(xué)生具備耐心、細(xì)致和認(rèn)真的品質(zhì)，需要仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性。這種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和精確的精神將貫穿學(xué)生的整個(gè)科學(xué)學(xué)習(xí)生涯，為他們未來的科學(xué)研究和職業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

北京二中在技術(shù)學(xué)科的建設(shè)中正在實(shí)踐運(yùn)用更多數(shù)字化和智能化方式，引導(dǎo)學(xué)生理解數(shù)據(jù)在人們?nèi)粘Ｉ钪械囊饬x。2023 年，學(xué)校對(duì)原有農(nóng)業(yè)種植大棚進(jìn)行改造，將更多數(shù)字化和信息設(shè)備融入其中，升級(jí)為智慧農(nóng)業(yè)大棚，比如在土壤中部署矩陣式土壤濕度傳感器，在大棚頂部增加補(bǔ)光燈和函道風(fēng)扇，在大棚四周增設(shè)環(huán)境溫濕度傳感器，在水閥處安裝智能閥門，在特定區(qū)域增設(shè)攝像頭……學(xué)校還與高校一起合作開發(fā)了具有北京二中特色的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)， 實(shí)時(shí)采集智慧農(nóng)業(yè)大棚中的傳感器數(shù)據(jù)，學(xué)生可以通過電腦端察看數(shù)據(jù)變化，還能夠結(jié)合高中信息技術(shù)課程中學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)完成對(duì)數(shù)據(jù)的分析，進(jìn)一步實(shí)施數(shù)據(jù)挖掘，根據(jù)種植需要提供數(shù)據(jù)支持。平臺(tái)的數(shù)據(jù)資源向全校學(xué)生開放，對(duì)科學(xué)研究有興趣的學(xué)生可以進(jìn)行信息采集和分析，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科、多學(xué)科融合發(fā)展，既可以滿足對(duì)植物學(xué)科感興趣學(xué)生的科研需求，也能夠通過光線變化探究四季光照對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的影響，還可以通過遠(yuǎn)程控制的方式遠(yuǎn)程灌溉、精準(zhǔn)灌溉。有了數(shù)據(jù)的支撐，目前學(xué)生正在探究航天種子與普通種子在種植過程中所展現(xiàn)出來的不同特點(diǎn)。

數(shù)據(jù)分析能力已成為學(xué)生適應(yīng)未來智能生活的核心能力之一，對(duì)于未來社會(huì)的人才需求具有重要意義。因此，在科學(xué)教育中強(qiáng)化數(shù)據(jù)意識(shí)、提升數(shù)據(jù)分析技能，不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的綜合素質(zhì)，更能激發(fā)他們探索科學(xué)的熱情，為我國(guó)科技創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展輸送更多具備數(shù)據(jù)素養(yǎng)的優(yōu)秀人才。

在數(shù)據(jù)應(yīng)用中理解數(shù)據(jù)的意義

近年來，人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展無疑成為了科技領(lǐng)域的璀璨明星。這一飛躍性的進(jìn)步，離不開數(shù)據(jù)、算法和算力這三大基石的協(xié)同作用。它們是人工智能技術(shù)的三大支柱，共同支撐起這一技術(shù)領(lǐng)域的廣闊天地。以大語言模型為代表的生成式人工智能，正在以前所未有的方式改變我們獲取知識(shí)、理解知識(shí)的方式。如今，我們不僅能夠通過文字生成文字，更能實(shí)現(xiàn)文字生成圖像，甚至進(jìn)一步生成視頻。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)對(duì)于模型訓(xùn)練和人工智能技術(shù)發(fā)展的重要作用。每一個(gè)精準(zhǔn)的大語言模型，都離不開海量數(shù)據(jù)的滋養(yǎng)。數(shù)據(jù)不僅是模型學(xué)習(xí)的源泉，更是其不斷進(jìn)步、不斷完善的動(dòng)力所在。隨著人工智能技術(shù)的普及和應(yīng)用，越來越多學(xué)校開始開設(shè)與這一技術(shù)相關(guān)的課程內(nèi)容，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科技素養(yǎng)。在這個(gè)過程中，構(gòu)建數(shù)據(jù)集成為引導(dǎo)學(xué)生深入理解人工智能技術(shù)的重要一環(huán)。以人工智能技術(shù)的典型應(yīng)用圖像分類為例，通過深度學(xué)習(xí)算法對(duì)圖像中的特征進(jìn)行提取和分析，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同物體的精準(zhǔn)分類。然而，要想達(dá)到理想的分類效果，前期的數(shù)據(jù)采集和標(biāo)定工作至關(guān)重要。這需要我們對(duì)大量的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、標(biāo)注，確保其準(zhǔn)確性和可靠性。只有這樣，模型才能從中學(xué)習(xí)到有效的特征信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。因此，在教授人工智能技術(shù)過程中，教師不僅要注重對(duì)學(xué)生理論知識(shí)的傳授，更要注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。通過引導(dǎo)學(xué)生參與數(shù)據(jù)集的構(gòu)建和模型的訓(xùn)練過程，讓他們親身體驗(yàn)到數(shù)據(jù)對(duì)于人工智能技術(shù)的重要性，從而更加深入地理解和掌握這一前沿技術(shù)。

在數(shù)據(jù)分析中感悟嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神

嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真是科學(xué)精神的核心要義，要將其貫穿于科學(xué)教育的始終，在基礎(chǔ)教育階段將其根植于學(xué)生的科研基因中，為今后的科研工作奠定正確的價(jià)值觀基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)分析作為科學(xué)研究的重要手段之一，不僅僅是技術(shù)和方法的運(yùn)用，更是一種嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)精神的深刻體現(xiàn)。在數(shù)據(jù)分析的過程中，首先追求的是數(shù)據(jù)的真實(shí)性和完整性，這是數(shù)據(jù)分析的基石，也是其可靠性的保證。只有真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)，才能為我們提供準(zhǔn)確的信息和有價(jià)值的研究成果。數(shù)據(jù)分析還需要我們保持開放的心態(tài)和批判性思維。我們要敢于質(zhì)疑已有的結(jié)論和觀點(diǎn)，不斷挑戰(zhàn)自己的分析和判斷，保持對(duì)新知識(shí)和新技術(shù)的敏感性，不斷更新數(shù)據(jù)獲取的途徑與技術(shù)方式。數(shù)據(jù)分析還需要我們具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S和推理能力，要通過深入的分析和挖掘，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和趨勢(shì)，揭示出隱藏在數(shù)據(jù)中的深層信息。這需要我們具備扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和敏銳的洞察力，能夠準(zhǔn)確地把握問題的本質(zhì)和關(guān)鍵所在。

“運(yùn)用圖像識(shí)別技術(shù)探究阻尼對(duì)物體晃動(dòng)的影響因素”課程，巧妙地結(jié)合了圖像識(shí)別技術(shù)與數(shù)據(jù)分析，為學(xué)生提供了全新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。該課程的核心是通過攝像頭采集物體晃動(dòng)的像素變化，這一步驟不僅涉及到圖像識(shí)別技術(shù)的運(yùn)用，還要求學(xué)生理解像素與物體運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。隨后引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探究阻尼對(duì)物體晃動(dòng)的影響。在數(shù)據(jù)分析過程中，學(xué)生以小組為單位，共同分析晃動(dòng)的幅度與時(shí)間的關(guān)系。學(xué)生利用數(shù)據(jù)繪制出曲線，通過對(duì)曲線的觀察和分析，可以更直觀地理解物體晃動(dòng)的規(guī)律。課程還突出了對(duì)數(shù)據(jù)極值的分析。極值在數(shù)據(jù)分析中往往代表著某種特殊現(xiàn)象或規(guī)律，通過對(duì)極值的探究，學(xué)生可以更深入地理解阻尼對(duì)物體晃動(dòng)的影響機(jī)制。這種深入的分析過程，不僅鍛煉了學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力，還培養(yǎng)了他們的科學(xué)探索精神。

在數(shù)字化、信息化時(shí)代，數(shù)據(jù)被賦予了更多的意義。在科學(xué)教育中引導(dǎo)學(xué)生理解數(shù)據(jù)、應(yīng)用數(shù)據(jù)，能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，也能為他們未來的發(fā)展奠定更加良好的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)的采集、清洗、分析、運(yùn)用是一個(gè)完整的閉環(huán)，將其滲透到不同領(lǐng)域的科學(xué)學(xué)科中，對(duì)于學(xué)生掌握正確的科研方法、形成有效的思維方式、內(nèi)化科學(xué)精神都有重要作用。