高中生物DIS實驗教學探究

陳忠慧　楊海玉

2017年以來的課程改革，重視發展學生的科學探究能力，提倡提高學生的生物科學素養，強調促進信息技術與學科課程的整合。DIS實驗用時短、精確度高、使用方便快捷等優點，剛好彌補了落后陳舊的傳統生物實驗教學中的相關缺點。通過將DIS實驗應用于生物實驗教學，進一步應用于生物探究性新課教學中，實驗結果更加可視化和精準化，實驗過程更加快捷和簡單，實驗標準更加客觀和統一，從而更加有效提高學生的探究效果，提升學生的學習效率。

問題的提出

《普通高中生物學課程標準（2017年最新修訂版）》對教育教學提出了新要求。新標準重視發展學生的科學探究能力，提倡提高學生的生物科學素養。而生物作為一門以實驗為基礎，以理論為指導的學科，生物實驗是實現學生生物探究能力提高的基礎途徑。同時基礎教育改革綱要中提倡：要推進信息技術在教學中的大力應用。同時，還提出：要促進信息技術與學科課程的整合。而教育部早在2006年就將計算機數據采集系統（DIS）采納列入儀器裝備標準中 。

生物實驗教學現狀的要求：當前生物實驗教學存在很多問題，已經不能適應提高學生素質和教育改革的需要：耗時長、計算繁瑣、誤差大;實驗現象在課時內很難分辨清楚;實驗現象分辨不明顯。而DIS實驗用時短、精確度高、使用方便快捷等優點剛好彌補了生物實驗教學中的這些缺點。

DIS實驗系統介紹

DIS是數字化信息實驗系統的簡稱。由各種傳感器前采集各種物理量（如pH、氧氣濃度等），通過通用數據采集器將采集信號轉換，傳送到電腦上并經專門軟件數據處理結果并顯示在屏幕上。

DIS實驗的優勢：實驗時間從漫長到快捷、迅速;實驗過程從單調的重復到簡單的觀察分析;實驗結果從大范圍的定性分析到精確的定量分析;實驗數據從大間隔離散數據到幾乎連續的小間隔數據;實驗過程更加清晰地展示出現象的變化和發展，可以實現定性實驗推進到定量實驗，便于建立數形關系。

高中生物實驗中DIS實驗：目前，人教版生物教材課標要求的探究性實驗中，可以采用DIS技術的共有6個（如表）。

DIS實驗和生物新課教學

傳統的生物實驗教學都是在探究性新課上完之后，再來一節專門的實驗課時，這樣需要至少兩節課時來完成探究教學和實驗的相關內容。而且探究課堂的40分鐘，總的來說學生活動討論時間20分鐘和教師授課20分鐘。由于DIS實驗的快捷性、可視性、定量性，實驗時間大多在20分鐘以內，這和探究課堂學生的活動討論時間很接近，因此可以直接將DIS實驗引入生物新課教學中。

例如，《比較過氧化氫在不同條件下的分解》一課，使用氧氣傳感器測量氧氣的生成量，可以在60秒內看到氧氣含量的變化曲線;相對于課本上用衛生香燃燒的劇烈程度，來驗證氧氣含量變化更有可視性和定量性。《影響酶活性的條件》一課，使用pH傳感器測量酶活性的變化可以在200秒以內看到明顯的生物現象;而課本上需要主觀的判斷實驗現象的一致來確定酶活性的高低，DIS實驗更加客觀和明顯。《探究酵母菌細胞呼吸的方式》一課使用溶氧傳感器檢測呼吸作用氧氣濃度的變化可以在200秒內獲得結果，使用二氧化碳傳感器測量二氧化碳的變化可以在500秒獲得結果;相對于課本上的液滴移動等的檢測方式更直接和快捷。《環境因素對光合作用強度的影響》一課使用氧氣傳感器，可以在10分鐘左右檢測到氧氣濃度的較大變化;而課本上觀察小圓片的浮起數量多少來分析氧氣濃度變化，DIS實驗測量更精準和方便。

DIS實驗教學總結與展望

上文總結并分析了實驗技術中DIS技術的應用現狀，認為DIS實驗可以在生物新課教學中大有作為，并且可以應用于生物探究性課堂新課教學中：

DIS實驗教學的特點：DIS實驗由于在實驗過程中融合前沿高新技術，而相對傳統實驗優點明顯，優化實驗效率、提升了實驗結果、增強了實驗過程，可以強化教學效果，改善課堂探究過程和學生對實驗過程的感知。

DIS實驗教學的缺點和問題：盡管DIS實驗在國內已經有了20多年的實踐，國內發展狀況不盡如人意。除去相關設備價格高昂、器材和設施的配套、學校教師的重視度等客觀原因之外，目前的DIS實驗教學案例缺乏、使用過程過于繁瑣等問題也是相當大的一個原因。

DIS實驗教學的展望：在新的素質教育教學改革形勢下，如果DIS實驗能夠進一步融合現代教育技術如微課教學、混合化教學等，必然會給生物實驗探究性教學帶來嶄新的面貌。

【本文系2020年度河南省基礎教育教學研究項目《高中生物DIS實驗的探究性教學研究》（課題編號 JCJYC20081314）研究成果之一】

（作者單位：河南省內鄉縣高級中學）