DIS技術在高中生物探究實驗教學中的應用實踐

摘要：本文基于新課標背景，探討數字化實驗系統（DIS）在高中生物探究實驗教學中的應用。通過分析DIS技術的特點及發展現狀，提出在高中生物實驗教學中應用DIS技術的具體措施。研究表明，DIS技術能夠提高實驗數據采集精度，實現實時動態監測，促進學生實驗探究能力提升。實踐證明，DIS技術的應用有效提升了生物實驗教學質量，培養了學生的科學探究能力和創新思維，對推進高中生物實驗教學改革具有重要意義。

關鍵詞：DIS技術" 高中生物探究實驗" 教學應用" 數據采集

引言：新課標強調“培養學生的科學素養，發展核心素養”，特別指出要“加強實驗探究能力培養，注重現代信息技術在教學中的應用”。數字化實驗系統（DIS）作為現代教育技術與學科教學深度融合的產物，為實現這一目標提供了有力支持。DIS技術通過傳感器和計算機采集、處理實驗數據，突破傳統實驗局限，為生物實驗教學帶來革新。本研究聚焦DIS技術在高中生物探究實驗教學中的實踐應用，旨在提升實驗教學效果，促進學生科學素養發展。

一、優化實驗內容設計，構建數字化實驗體系

在高中生物探究實驗教學中，運用DIS技術改造傳統實驗內容。[1]針對光合作用實驗，引入光強傳感器和二氧化碳濃度傳感器，實現光合速率的精確測定。在“使用高倍顯微鏡觀察幾種細胞”實驗教學中，運用DIS技術優化傳統顯微觀察方法。將數字成像系統與高倍顯微鏡連接，配置圖像采集傳感器和數字處理軟件，實現細胞形態實時成像。選取洋蔥表皮細胞、口腔上皮細胞和草履蟲等典型材料，通過數字顯微系統采集細胞圖像。借助數字圖像分析系統，開展細胞形態測量和對比研究。通過軟件自動測量細胞長度、寬度、面積等參數，建立細胞形態數據庫。引導學生對比分析不同類型細胞的結構特點，探究細胞形態與功能的關系。

二、規范數據采集流程，提升實驗探究質量

在“環境因素參與調節植物的生命活動”實驗中，構建多環節數據采集規范流程。通過搭建DIS植物生長監測系統，部署光照強度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和二氧化碳濃度傳感器等多類環境參數監測設備。針對光照因素研究，設置光量子傳感器采集不同光照強度下植物葉片的光合速率數據，同步記錄葉綠體色素含量變化。在溫度影響研究中，配置溫度傳感器陣列，監測不同溫度梯度下植物的蒸騰速率和呼吸強度變化，數據采集器自動記錄環境溫度和植物生理指標的實時數據。運用數據可視化平臺，將采集數據轉化為動態變化曲線，直觀展示環境因素與植物生命活動的相關性，幫助學生深入理解植物對環境的適應機制。

三、創新教學實施方式，培養實驗探究能力

組織小組協作探究，讓學生分工操作DIS設備。在“影響酶活性的條件”實驗教學中，基于DIS技術創新教學實施模式。將全班學生分為若干探究小組，每組配置溫度傳感器、pH值傳感器和數據采集器，開展影響過氧化氫酶活性條件的探究實驗。學生通過小組合作，分別擔任實驗操作、數據采集、結果分析等不同角色。在探究溫度對酶活性影響時，利用數字溫度傳感器實時監測反應液溫度變化，通過氣體傳感器測定氧氣釋放速率，繪制酶活性-溫度關系曲線。探究pH值影響時，采用pH值傳感器動態監測反應體系酸堿度，結合氣體傳感器記錄產物生成速率，分析最適pH值范圍。探究底物濃度影響時，運用數據采集系統記錄不同濃度過氧化氫溶液的分解速率，建立米氏曲線。各小組通過數據處理軟件分析實驗數據，繪制趨勢圖表，并在班級展示環節交流實驗結果，探討影響酶活性的關鍵因素。通過實時數據可視化呈現，學生直觀理解酶活性變化規律，培養定量分析和科學探究能力。

四、構建多元評價機制，提升教學反饋效果

在實驗操作評價方面，設計傳感器使用規范評分表，包括數據采集器參數設置、傳感器校準操作、實驗系統連接調試等技能指標，建立操作失誤問題庫，完善故障排查評價要點。在數據處理評價層面，開發數據分析能力測評模塊，重點考查數據篩選整理能力、圖表繪制規范性、數據變化趨勢分析能力和實驗誤差處理能力。[2]針對不同類型生物實驗特點，如酶活性測定實驗評估學生對動力學曲線的解讀能力，光合作用實驗考查學生對多參數協同變化的分析能力，呼吸作用實驗評價學生對數據相關性的把握能力。在探究能力評價環節，構建實驗探究全過程評價量表，細化實驗方案設計、變量控制、數據收集、結果分析和結論形成等環節的評價標準。同時建立實驗報告評價體系，強化數據圖表的規范性評價，實驗結論的邏輯性論證，實驗創新點的提煉總結。

結束語：

DIS技術在高中生物探究實驗教學中的應用實踐，推動了實驗教學方式變革，提升了實驗教學質量。通過優化實驗設計、規范操作流程、加強數據分析，促進學生科學探究能力和創新思維的發展。實踐證明，DIS技術的應用不僅提高了實驗數據的精確度和可靠性，也為學生開展自主探究提供了有力支持。期待本研究能為促進高中生物實驗教學改革、培養學生核心素養提供參考。

參考文獻：

[1]余深霞.信息技術在高中生物實驗教學中的應用實踐研究[J].中國新通信，2024，26（16）：230-232.

[2]趙森磊.科學方法在高中生物實驗教學中的應用[D].蘇州大學，2016.