數(shù)字化背景下的高中生物實(shí)驗(yàn)課探索

周苑

● 目前高中生物實(shí)驗(yàn)課教學(xué)存在的問(wèn)題

由于課時(shí)緊張、實(shí)驗(yàn)步驟繁雜以及實(shí)驗(yàn)條件不足等諸多因素的限制，高中生物課的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)一直存在如下問(wèn)題：

第一，按照課時(shí)標(biāo)準(zhǔn)直接做實(shí)驗(yàn)。這樣的課堂看起來(lái)熱熱鬧鬧、忙忙碌碌，但由于涉及的原理、添加的試劑較多，操作也比較復(fù)雜，所以學(xué)生整節(jié)課都是按照教材設(shè)計(jì)的步驟盲目地進(jìn)行機(jī)械性操作，現(xiàn)學(xué)現(xiàn)做，照貓畫(huà)虎，并沒(méi)有時(shí)間真正去體會(huì)實(shí)驗(yàn)的原理方法，實(shí)驗(yàn)不具有連貫性，甚至很多學(xué)生到最后還是一頭霧水，難以在一節(jié)課時(shí)內(nèi)達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果。

第二，先讓學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)，然后再去實(shí)驗(yàn)室。這樣的辦法對(duì)部分學(xué)生是有效的，但由于相關(guān)的實(shí)驗(yàn)很抽象、難理解，所以課前學(xué)習(xí)難度較大，需要耗費(fèi)學(xué)生大量的課前時(shí)間。同時(shí)，由于個(gè)體差異，即便是犧牲大量的課前時(shí)間，很多學(xué)生也不一定能掌握實(shí)驗(yàn)方法，課堂實(shí)驗(yàn)效果還是良莠不齊。

由于這些問(wèn)題的存在，師生便都感覺(jué)到實(shí)驗(yàn)做與不做，并沒(méi)有明顯的區(qū)別。于是，衍生出第三種做法，那就是教師紙上談兵，講實(shí)驗(yàn)，這是目前很多學(xué)校實(shí)驗(yàn)課的普遍做法。這種做法，雖然應(yīng)對(duì)了部分考試題目，但卻忽視了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，培養(yǎng)了一批高分低能的學(xué)生。由于沒(méi)有進(jìn)行過(guò)實(shí)驗(yàn)，所以學(xué)生沒(méi)有真正掌握基本概念的原理和方法，題目稍一變化就不會(huì)了。

那最好的辦法是什么呢？數(shù)字化生物實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課堂的探索，讓信息技術(shù)與動(dòng)手實(shí)驗(yàn)有機(jī)融合，為高中生物實(shí)驗(yàn)課開(kāi)辟了一條嶄新的、行之有效的途徑。

● 數(shù)字化生物實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課堂的探索

在微視頻的幫助下，實(shí)驗(yàn)過(guò)程更加形象直觀(guān)，這就解決了之前課前預(yù)習(xí)耗時(shí)耗神的問(wèn)題，使學(xué)生能夠顯而易見(jiàn)地明確實(shí)驗(yàn)流程、方法、步驟，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，輕松完成課前自主學(xué)習(xí)。同時(shí)，技術(shù)支撐下的課上實(shí)驗(yàn)探究和展示活動(dòng)構(gòu)成的微項(xiàng)目學(xué)習(xí)，又能提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力，引發(fā)頭腦風(fēng)暴，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)化知識(shí)、拓展能力的高層次學(xué)習(xí)目標(biāo)。

下面，我以“綠葉中色素的提取和分離”這一探究實(shí)驗(yàn)為例，談?wù)剶?shù)字化背景下，高中生物動(dòng)手實(shí)驗(yàn)課的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)策略。

1.充分的課前準(zhǔn)備

第一，學(xué)習(xí)目標(biāo)層次化。學(xué)生可以選出那些只要按照自己的節(jié)奏、方法和步驟去學(xué)習(xí)就能掌握的內(nèi)容來(lái)作為課前學(xué)習(xí)目標(biāo)。例如，本節(jié)課的課前學(xué)習(xí)目標(biāo)是：發(fā)現(xiàn)色素提取和分離的原理；熟悉實(shí)驗(yàn)操作步驟；了解色素提取時(shí)，研磨、過(guò)濾及濾紙條的制備和畫(huà)濾液細(xì)線(xiàn)的注意事項(xiàng)。

第二，為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，我設(shè)計(jì)了課前自主學(xué)習(xí)任務(wù)單，并發(fā)布了如下學(xué)習(xí)任務(wù)。

任務(wù)一：通過(guò)閱讀教材第97頁(yè)的相關(guān)內(nèi)容，回答：綠葉中色素提取和分離的原理分別是什么？

學(xué)生只要多讀幾遍教材，就都能掌握這個(gè)任務(wù)。因此，將它作為課前學(xué)習(xí)任務(wù)自主學(xué)習(xí)，能幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)原理，為進(jìn)一步的探究實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)，提供依據(jù)。

任務(wù)二：通過(guò)觀(guān)看“綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)”微視頻錄像資料，完成利用仿真模擬軟件模擬實(shí)驗(yàn)。

這個(gè)任務(wù)充分體現(xiàn)了數(shù)字化背景下翻轉(zhuǎn)課堂的特色。由于學(xué)生的個(gè)體差異，他們達(dá)成同樣的目標(biāo)所需要的時(shí)間和步驟是不同的，所以要預(yù)估學(xué)生可能困惑的地方，針對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的微視頻支撐。學(xué)生在自主學(xué)習(xí)時(shí)，可以暫停、倒退、重播微視頻，這有利于他們根據(jù)個(gè)人情況完成學(xué)習(xí)，預(yù)防學(xué)困生的出現(xiàn)。本節(jié)課課前自主學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)思路，是在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，幫助學(xué)生理解“綠葉中色素的提取和分離”這一探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的操作流程，并利用信息技術(shù)提供真實(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程微視頻和仿真模擬實(shí)驗(yàn)。學(xué)生只要通過(guò)反復(fù)觀(guān)看微視頻，就能了解實(shí)驗(yàn)步驟，掌握操作要領(lǐng)，完成仿真模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。

任務(wù)三：通過(guò)閱讀教材第98頁(yè)相關(guān)內(nèi)容，觀(guān)看微視頻，回答下列問(wèn)題：①無(wú)水乙醇、二氧化硅、碳酸鈣等實(shí)驗(yàn)試劑在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中起什么作用？②色素提取時(shí)，研磨、過(guò)濾的注意事項(xiàng)有哪些？③如何對(duì)濾紙條進(jìn)行處理？畫(huà)濾液細(xì)線(xiàn)的要求是什么？

在問(wèn)題引導(dǎo)和微視頻的支持下，學(xué)生自行解決了許多因?yàn)閭€(gè)性差異而產(chǎn)生的落差問(wèn)題，理解了概念、原理所包含的意義。這為學(xué)生進(jìn)一步體驗(yàn)色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)過(guò)程，深刻理解色素的提取和分離原理，掌握色素的種類(lèi)及其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)內(nèi)化知識(shí)、拓展能力奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，由此也培養(yǎng)了學(xué)生核心素養(yǎng)的高層次的課堂學(xué)習(xí)目標(biāo)。

2.適時(shí)轉(zhuǎn)入“檢測(cè)+真實(shí)情境探究”，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)方式創(chuàng)新

在課堂學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生直接利用真實(shí)的實(shí)驗(yàn)材料，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。因?yàn)橛辛顺浞值恼n前自主學(xué)習(xí)準(zhǔn)備，他們的手法快速熟練，配合默契，學(xué)習(xí)情緒高漲，探究欲望強(qiáng)烈，幾乎無(wú)一不達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。于是，他們收獲了成功的喜悅，信心百倍地投入到后續(xù)的學(xué)習(xí)過(guò)程中。

學(xué)生先利用5分鐘時(shí)間播放另一種提取色素的方法視頻資料：95%的酒精5ml+綠葉碎片→沸水浴2分鐘→取色素液分離。然后基于上述情境，探究“前后兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理是否相同”。有了前面的鋪墊，學(xué)生們摩拳擦掌，相互碰撞各種設(shè)想，實(shí)現(xiàn)了已有知識(shí)重組和不斷訪(fǎng)問(wèn)、知識(shí)要素遷移和多重鏈接。小組學(xué)生興高采烈，取長(zhǎng)補(bǔ)短，主動(dòng)交流發(fā)言，通過(guò)討論達(dá)成了共識(shí)。

可見(jiàn)，有了信息技術(shù)的支持，我們?cè)佻F(xiàn)了真實(shí)的探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程，從而設(shè)計(jì)出基于真實(shí)情境的探究主題，引發(fā)了學(xué)生思考，充分地提高了課堂效率。微視頻與動(dòng)手操作相結(jié)合，創(chuàng)新了實(shí)驗(yàn)課，能形象化地呈現(xiàn)枯燥的書(shū)本知識(shí)，刺激了學(xué)生的感官，激發(fā)了他們的興趣，更好地培訓(xùn)了他們的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力和科學(xué)素養(yǎng)。

3.微項(xiàng)目學(xué)習(xí)是實(shí)現(xiàn)課堂學(xué)習(xí)目標(biāo)的主渠道

“協(xié)作探究+展示活動(dòng)”構(gòu)成的微項(xiàng)目學(xué)習(xí)，是實(shí)現(xiàn)課堂學(xué)習(xí)目標(biāo)的主渠道，能夠讓絕大多數(shù)的學(xué)生走進(jìn)尖子生的行列。微項(xiàng)目學(xué)習(xí)應(yīng)具備如下特點(diǎn)：

第一，學(xué)生可以自由思考，依據(jù)問(wèn)題所依存的情境對(duì)其中一些元素提出自己的界定或假設(shè)，在群策群力的基礎(chǔ)上盡可能地激發(fā)創(chuàng)造性，產(chǎn)生盡可能多的設(shè)想、方法，并允許提出質(zhì)疑，然后尋找證明假說(shuō)的方法和理論依據(jù)等有效途徑。endprint

第二，解決問(wèn)題的過(guò)程是一個(gè)開(kāi)放的過(guò)程。答案可能唯一也可能不唯一，還可能到最后也沒(méi)有答案，但在不斷的探究過(guò)程中卻能引導(dǎo)學(xué)生積極思考、探究，發(fā)現(xiàn)事物的本質(zhì)和規(guī)律，甚至可以在解決問(wèn)題的同時(shí)發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題，這是根據(jù)學(xué)生的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)需求而設(shè)計(jì)的。一個(gè)問(wèn)題得到解決，新的問(wèn)題可能隨之產(chǎn)生，探索沒(méi)有止境。正如英國(guó)科學(xué)哲學(xué)家波普爾所說(shuō)，“科學(xué)和知識(shí)的增長(zhǎng)永遠(yuǎn)始于問(wèn)題，終于問(wèn)題……越來(lái)越深化的問(wèn)題，越來(lái)越啟發(fā)新問(wèn)題的問(wèn)題”。

第三，能促進(jìn)反思和知識(shí)遷移。真實(shí)情境中的問(wèn)題隱含在事實(shí)背后，學(xué)生在協(xié)作探究、解決問(wèn)題的過(guò)程中需要進(jìn)行認(rèn)真思考、不斷反思，整理自己的認(rèn)識(shí)和知識(shí)結(jié)構(gòu)，激發(fā)靈感，使思維得到最大限度的開(kāi)發(fā)。同時(shí)，將一種情境中獲得的技能、知識(shí)或態(tài)度應(yīng)用于新問(wèn)題的探究過(guò)程，來(lái)完成知識(shí)的遷移。這個(gè)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)，依賴(lài)于真實(shí)情境的探究問(wèn)題引發(fā)的頭腦風(fēng)暴。

本節(jié)課另一個(gè)基于真實(shí)情境的課堂探究，同樣具備以上特點(diǎn)，也取得了良好的效果。

“通常情況下，植物的葉子為什么春夏翠綠，深秋金黃”這樣的探究問(wèn)題來(lái)源于真實(shí)的生活情境，圍繞學(xué)習(xí)內(nèi)容展開(kāi)探索，能激發(fā)學(xué)生的探究動(dòng)機(jī)和學(xué)習(xí)積極性。學(xué)生主動(dòng)4人一組，兩兩分工，分別提取和分離綠色葉片和黃色葉片中的色素，進(jìn)行比對(duì)，片刻便找到了綠葉和黃葉中色素種類(lèi)和含量的差別。

然后立馬分析“為什么”，并追根溯源提出秋天黃葉中葉黃素和類(lèi)胡蘿卜素多，而春夏綠葉中葉綠素多的原因的各種設(shè)想，衍生出許許多多的探究問(wèn)題。例如，影響色素合成的主要環(huán)境因素有哪些？色素的合成是否需要酶的調(diào)控？色素的合成與植物激素之間的關(guān)系怎樣？……這些問(wèn)題使課堂探究活動(dòng)在課后延伸了好久，產(chǎn)生了很多意想不到的“生成”。

學(xué)生通過(guò)查閱資料、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)光照強(qiáng)度、溫度、礦質(zhì)元素、水分、溫度等都會(huì)影響色素的合成，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)影響光合作用的主要環(huán)境因素，并對(duì)重難點(diǎn)“光合作用的過(guò)程及影響因素”有了更深刻的理解；對(duì)酶通過(guò)控制代謝過(guò)程控制色素的合成，從而進(jìn)一步衍生出色素的合成與遺傳的關(guān)系等，都有了清晰的認(rèn)識(shí)。

這樣一個(gè)開(kāi)放的過(guò)程，減輕了學(xué)生懼怕說(shuō)錯(cuò)的心理壓力，激勵(lì)他們發(fā)揮了自己的最高水平。同時(shí)，學(xué)生要展示自己的觀(guān)點(diǎn)，試圖說(shuō)服別人，在這種心理驅(qū)使下，對(duì)知識(shí)的鉆研就更加深刻，容易引發(fā)自己真正發(fā)自?xún)?nèi)心的思考，從而實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，為核心素養(yǎng)的發(fā)展鋪平道路。

在這一探究過(guò)程中，數(shù)字技術(shù)的支持使展示活動(dòng)嵌入的評(píng)價(jià)更加適切、直觀(guān)。各個(gè)小組可以將自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以圖片的形式上傳至微信群，然后通過(guò)大屏幕進(jìn)行對(duì)比展示，于是實(shí)驗(yàn)結(jié)果一目了然。同時(shí)，展示者要接受同伴質(zhì)疑，做好闡釋準(zhǔn)備。這些細(xì)節(jié)都能激發(fā)起學(xué)生的表現(xiàn)欲，使他們?cè)诓粩嗟馁|(zhì)疑、探究、闡釋中收獲成功的喜悅！

由此可見(jiàn)，信息技術(shù)支持下的翻轉(zhuǎn)課堂能夠再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，提供虛擬化的教學(xué)環(huán)境，提升課前自主學(xué)習(xí)質(zhì)量，為實(shí)驗(yàn)課堂上的深度學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。基于真實(shí)情境的協(xié)作探究，能引發(fā)學(xué)生思考，實(shí)現(xiàn)資源共享，激發(fā)思想碰撞，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化背景下生物動(dòng)手實(shí)驗(yàn)與信息技術(shù)有機(jī)融合，提高實(shí)驗(yàn)課堂效率和教育教學(xué)質(zhì)量的重要措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]金陵.翻轉(zhuǎn)課堂與微課程教學(xué)法[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2015.

[2]馮英群.生物分組實(shí)驗(yàn)與學(xué)生科學(xué)探究能力的養(yǎng)成[J].太原教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2002（6）.

[3]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)[Z].北京：人民教育出版社，2015.

[4][美]加里.D.鮑里奇.有效教學(xué)方法[M].南京：江蘇教育出版社，2002.endprint