基于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的高中生物學(xué)課堂教學(xué)研究

高櫞

摘 要：生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，實(shí)驗(yàn)是高中生物學(xué)的重要組成部分，還是生物學(xué)教學(xué)的重要方式。高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提升學(xué)生科學(xué)探究能力的有效手段，以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)來發(fā)展個(gè)體實(shí)驗(yàn)操作技能、形成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。信息技術(shù)快速發(fā)展，實(shí)驗(yàn)與信息技術(shù)進(jìn)行深度融合，展示出諸多優(yōu)勢，成為生物學(xué)課堂信息化教學(xué)的一大特色。

關(guān)鍵詞：高中生物學(xué);數(shù)字化;實(shí)驗(yàn);教學(xué)

目前，高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)被看作是一種輔助性教學(xué)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方法和步驟了解不夠深入，但能夠掌握實(shí)驗(yàn)結(jié)論，無法形成創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)思維能力，失去了應(yīng)有價(jià)值。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)幫助教師和學(xué)生直觀、快速、準(zhǔn)確地展示實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果，更好地提升實(shí)驗(yàn)的有效性，讓學(xué)生理解和掌握教材內(nèi)容，發(fā)展生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)組成及建議

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是采用傳感器實(shí)驗(yàn)設(shè)備，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入電腦，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析和探究的新型實(shí)驗(yàn)方式。實(shí)驗(yàn)中，教師要把測量的量，如壓強(qiáng)、溫度、pH值等通過傳感器轉(zhuǎn)換為典型，經(jīng)過編碼后成為被計(jì)算機(jī)利用的數(shù)字信號，通過軟件進(jìn)行計(jì)算和總結(jié)形成最后的結(jié)果，展示出表格、圖像、曲線等。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)成為課堂教學(xué)的主要方式，教師在授課中要做好以下幾點(diǎn)應(yīng)用：（1）根據(jù)實(shí)際學(xué)情來選擇是否為數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)并不能完全替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，教師根據(jù)教材內(nèi)容、實(shí)際學(xué)情和實(shí)驗(yàn)器材來決定是否開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，從而做好優(yōu)化;（2）利用好數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)信息化功能，使實(shí)驗(yàn)由定性上升到定量分析，提升實(shí)驗(yàn)結(jié)果精確度，針對實(shí)驗(yàn)中的難點(diǎn)優(yōu)化教學(xué)，以動畫形式加深實(shí)驗(yàn)印象;（3）嘗試同時(shí)開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中體會兩種不同形式的優(yōu)缺點(diǎn)，讓他們從中感受到數(shù)字化實(shí)驗(yàn)帶來的優(yōu)勢，進(jìn)而解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中遇到的問題。生物學(xué)教師要重視數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和過程，提升實(shí)驗(yàn)效益，發(fā)展學(xué)科綜合能力。

二、DIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

在新課改理念影響下，高中生物學(xué)教師利用多種教學(xué)手段開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，進(jìn)行信息化授課取得了良好效果，其中DIS教學(xué)可以優(yōu)化實(shí)驗(yàn)操作步驟，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科探索和創(chuàng)新能力。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)授課中，實(shí)驗(yàn)耗時(shí)較長、操作環(huán)節(jié)較為復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)精度不高，受到測量能力限制，很多數(shù)據(jù)策略并不準(zhǔn)確，DIS實(shí)驗(yàn)具有快捷、精準(zhǔn)特點(diǎn)，可有效彌補(bǔ)上述不足之處，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度探究，最大限度優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，發(fā)揮數(shù)字實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢。

在講解“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例”時(shí)，教材中關(guān)于自由擴(kuò)散內(nèi)容學(xué)習(xí)并沒有設(shè)置實(shí)驗(yàn)，直接以事實(shí)告知形式陳述知識點(diǎn)，但教材中關(guān)于自由擴(kuò)散速率受哪些因素影響并沒有闡述出來，卻又是考試考查的重點(diǎn)。為了幫助學(xué)生記憶內(nèi)容，教師以DIS實(shí)驗(yàn)設(shè)備引導(dǎo)學(xué)生探究自由擴(kuò)散的影響，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、選擇材料（NaCl、清水）和器材（數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)線、試管、燒杯、透析袋等），連接實(shí)驗(yàn)器材后開展實(shí)驗(yàn)、認(rèn)真收集實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)，建立起“電導(dǎo)率——時(shí)間”關(guān)系圖像，從而體會到實(shí)驗(yàn)的樂趣。實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟一步步進(jìn)行DIS操作，對實(shí)驗(yàn)要研究什么、步驟怎么做、收集到數(shù)據(jù)如何處理非常清晰，認(rèn)識到實(shí)驗(yàn)的開展意義，得到理論內(nèi)容，發(fā)展學(xué)科思維能力。

三、傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

新一輪高中生物學(xué)課改倡導(dǎo)在已有知識基礎(chǔ)上提升學(xué)科核心素養(yǎng)，注重與實(shí)際生活相聯(lián)系，特別是培養(yǎng)創(chuàng)新精神和科學(xué)探究能力。目前，傳感器成為生物學(xué)課堂實(shí)驗(yàn)中的重要組成部分，通過傳感器來測量生物學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)處理現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)來繪制成曲線，從中探究得到一定規(guī)律，讓學(xué)生感受到實(shí)驗(yàn)探究過程，體會實(shí)驗(yàn)探究的“樂趣”，實(shí)現(xiàn)探究能力的培養(yǎng)。

與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比，傳感器數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可簡化操作步驟、增加探究時(shí)間，是對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化和補(bǔ)充。在探究“影響光合作用強(qiáng)度的因素”實(shí)驗(yàn)中，教師在傳統(tǒng)教學(xué)中耗時(shí)長，需要的打孔器、臺燈數(shù)量多，影響到實(shí)驗(yàn)質(zhì)量和效率。采取傳感器數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過控制人工光源與實(shí)驗(yàn)裝置距離，使用氧傳感器監(jiān)測氧氣生產(chǎn)多少，進(jìn)而判斷出不同光照強(qiáng)度對植物光合作用的影響，設(shè)置實(shí)驗(yàn)裝置來采集數(shù)據(jù)、使用軟件處理數(shù)據(jù)，進(jìn)而探討得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生實(shí)時(shí)觀測到光合作用中氧氣多少、直觀比較不同光照強(qiáng)度下光合速率的大小，更好地消除傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的弊端，讓他們在實(shí)驗(yàn)中形成動手、數(shù)據(jù)處理和分析能力，加強(qiáng)學(xué)科思維，提升生物學(xué)科學(xué)探究水平。

總之，高中生物學(xué)教師要關(guān)注數(shù)字化實(shí)驗(yàn)發(fā)展趨勢，了解傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)弊端并采取數(shù)字化實(shí)驗(yàn)方式優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從而培養(yǎng)動手實(shí)踐能力、提升探究水平，更好地促進(jìn)生物學(xué)學(xué)科實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Πl(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

江楹華.淺談數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中學(xué)生物學(xué)，2019（6）.