信息技術與初中生物學實驗教學的深度融合研究

[摘? ?要]基于元認知理論，開展信息技術與初中生物學實驗教學的深度融合研究，運用信息技術嘗試解決初中生物學實驗教學中部分實驗術語過于抽象難以理解、實驗過程用時過長不易觀察、教師的講解形式過于單一不利激趣及師生表達與交流范圍過于狹窄不利分享等問題。

[關鍵詞]信息技術;初中生物學;實驗教學;深度融合

[中圖分類號]? ? G633.91? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）20-0090-02

認知教學理論強調，教師在創設學習的外部條件時，必須以學習者的認知規律為前提，變革傳統的教學方式，充分發揮學生的主體作用，重視學生內在認知動機的作用。信息技術的發展，促使以學生為中心的教學快速發展。隨著國家教育信息化十年發展規劃中提出的“信息技術與教育教學融合”理念的進一步深入人心，在學科教學中更好地應用信息技術，發揮信息技術的優勢解決學科教學中的問題成為學科教學研究的重點。為此，我們對信息技術與初中生物學實驗教學的深度融合進行研究，并嘗試運用信息技術解決以下問題。

一、解決部分實驗術語過于抽象難以理解的問題

由于七年級學生還未學過初中物理、化學等課程，沒有這些學科知識的鋪墊，他們對于初中生物學教材中的一些實驗術語很難理解，如“分子運動”“溶解”“擴散”“過濾（濾過）”“能量流動”“能量轉換”“顯微鏡成倒像”“透鏡成像”等。對此，教師可利用虛擬小課件，以課標倡導的“描述概念內涵”的方式來幫助學生理解這些概念。

虛擬小課件，是指以教材內容為背景，不依賴于網絡或平臺，可以直接插入到教師日常教學PPT中，主要以Flash動畫形式呈現的小課件。它一般著重解決某一教學中的問題，由信息技術人員進行設計與制作，具有簡單、科學、針對性強等特點。

以人教版七年級生物上冊第二單元第一章第四節《細胞的生活》中有關分子、溶解的內容為例，教材內容為“科學研究證明，水、氧氣、葡萄糖、蔗糖以及其他許多物質，都是由分子組成的。分子就是構成物質的一種基本微粒，蔗糖在水中溶解，其實就是一個個蔗糖分子分散開來，擠進水分子之間的空隙中”。對于這一抽象內容，學生難以理解，對此可利用虛擬小課件動畫顯示：水由水分子組成，固體蔗糖由蔗糖分子組成，當固體蔗糖進入水中，蔗糖分子不斷運動，從外層開始逐漸分散進入水分子中，固體蔗糖塊慢慢變小，直至所有蔗糖分子全部分散開來進入水分子中后，蔗糖塊消失，形成水分子與蔗糖分子組成的蔗糖溶液（如圖1）。通過虛擬小課件的動態演示，學生可以感性地了解分子運動、溶液的形成過程，促進學生的認知從抽象走向具體。

二、解決實驗過程用時過長不易觀察的問題

初中生物學教學課時緊張，特別是七年級上學期，而人教版教材中有些實驗用時非常長，如七年級上冊第二章第一節《種子的萌發》中“探究種子萌發的環境條件”實驗。在教學實踐中，教師常提前兩周布置學生分組探究溫度、水分、空氣是否是種子萌發的條件，在正式上課時，由不同組別的學生介紹探究過程及結果，也就是所有學生基本都是只研究了一種環境條件。在這種情況下，開展虛擬實驗，可以使學生體驗所有環境條件對種子萌發的影響，解決學生對整個實驗觀察不足的問題。

“探究種子萌發的環境條件”的EXE虛擬實驗文件是由生物學教師撰寫文字腳本，筆者和其他信息技術專業人員聯合制作的。該虛擬實驗可以探究種子萌發的外部條件與內部條件，體現了種子萌發還需要內因，即胚的完好、胚乳或子葉內的營養貯存充足、種皮完整以及處于休眠和壽命之內。根據教材提示，增加了“探究種子萌發是否需要光照”這一條件，設計了每個探究條件的單獨的實驗組與對照組，強化了實驗設計的單一變量原則，展示了實驗的動態過程與結果，注意了畫面、聲音、交互性等多媒體技術元素的融合。特別是在交互性方面，學生可以自己選擇想要探究哪一種實驗條件，自己設置實驗組與對照組;如果感覺一次操作沒有達到學習目標，可以重復操作。教師在課外做了真實的“探究種子萌發的環境條件”實驗之后，可利用該虛擬實驗文件對探究過程做全面的回顧（見圖2）。

三、解決教師的講解形式過于單一不利激趣的問題

傳統實驗教學的教師講解環節，主要是采用講授形式，長期使用，不利于激發學生的學習興趣。而利用信息技術，使用部分專用軟件，可以解決教師講解形式過于單一的問題，實現教師講解環節的創新。如利用MindMaster，XMind 、MindManager（國人開發），以及iMindMap（由思維導圖概念創始人托尼·巴贊開發）等軟件繪制實驗教學講解環節需要的思維導圖，構建相關知識框架與實驗流程，創設理論與實踐相結合的高效教學情境。

以七年級上冊第三單元第二章第一節“探究種子萌發的環境條件”實驗為例，該探究性實驗是教材第一次要求學生自己設計實驗、動手操作實驗、觀察研究，以培養學生收集與分析數據、交流與表達等能力。因此，實驗教學講解環節的思維導圖應包含實驗設計的原理與原則，如要設置實驗組和對照組，要保持單一變量，還要體現實驗結果的分析、討論并得出實驗結論等。另外，本節的探究活動中還專門設有科學方法欄目“實驗組和對照組”。鑒于七年級學生生活經驗和閱歷不夠豐富，邏輯思維不夠縝密，提出問題、設計實驗、觀察現象、分析綜合容易膚淺單一，不能觸及實質，教師在講解該探究內容時，可以聯系種子實際播種的季節等資料，利用思維導圖幫助學生以科學研究的方式進行探究。見圖3，此案例的創意來自廣州市黃埔區新港中學羅青老師，思維導圖由北京師范大學廣州實驗學校胡汝琴老師利用MindMaster軟件進行制作。

四、解決師生表達與交流范圍過于狹窄不利分享的問題

實驗教學的“師生表達與交流”環節主要完成以下幾個方面的教學任務。第一，總結實驗結果;第二，找出、彌補實驗的不足，并討論如何修正;第三，討論、解決實驗中發現的疑難問題，對于不能在課堂上解決的問題，可作為課后二次探究的課題;第四，交流實驗的創新做法，列舉和討論，部分內容也可作為課后二次探究的課題;第五，用各種方法評價實驗過程。其中最重要的就是師生之間、生生之間的分享。傳統實驗教學中，師生表達與交流的范圍過于狹窄不利于分享，隨著信息技術的飛速發展，基于投影和實物展示的智慧平臺的使用打破了班級實驗教學的空間限制，使師生表達與交流的范圍大大增加。

“希沃”交互智能平板教學平臺是一種新型電子教學平臺，它具備Windows、Android雙系統一體化設計，能借助計算機的數據處理功能運行任何應用程序。利用特定的定位筆代替鼠標，在計算機上利用鍵盤及鼠標可以實現的操作功能均能在智能交互平板教學平臺上實現。如果結合“希沃教學助手”軟件，可為實驗課實現移動教學提供很好的助力。

初中生物學的實驗結果，有些是動態變化的，例如“觀察小魚尾鰭內血液的流動”“觀察蚯蚓”等實驗。在傳統的實驗教學中，當實驗課中出現需要表達實驗結果的動態變化時，或者需要表達、展示個別學生優秀的實驗操作設計方案時，坐在后幾排的同學就無法看清。如果配合使用“希沃教學助手”軟件中的“屏幕同步”功能，就可以把移動端鏡頭下動態的實驗結果變化及時地分享在“希沃”智能交互平板中。例如，使用“希沃教學助手”軟件中的“拍照上傳”功能，可以把移動端鏡頭拍到的實驗現象實時地投到“希沃”智能交互平板中，成功地把實驗現象分享給全班學生;使用“希沃教學助手”軟件中的“屏幕同步”功能，可以把移動端鏡頭下動態的實驗結果變化及時地分享在“希沃”智能交互平板中，如圖4。

“希沃教學助手”上實驗課

美國卡耐基教育委員會的學者曾指出：“技術應該為教學服務，而不是相反。在教學中采用各種技術手段時，決不能為技術而技術……實際上在教學中使用了某種復雜的教學技術，并不一定就意味著能改善教學、提高教學效果。關鍵的問題在于，教育者是否真正理解了教學技術與教學過程之間的復雜關系以及教學技術的運用是否符合學科的特點和需要。”基于信息技術的初中生物學實驗教學，只有在先進的教學理念引領下，以解決初中生物學教學中的問題為目標，才能經受住實踐的檢驗，在未來的實驗教學中發揮更加重要的作用。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 楊宗凱，楊浩，吳砥.論信息技術與當代教育的深度融合[J].教育研究，2014（3）：88-95.

[2]? 金鑫.“探究種子萌發的條件”的課件設計 [J].實驗教學與儀器，2014（Z1）：94-95.

（責任編輯? ? 黃春香）