數(shù)字化探究實驗在高中生物教學(xué)中的運用

馬育國

摘 要：生物學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，實驗教學(xué)是高中生物教學(xué)的基本形式之一。文章闡述了數(shù)字化實驗技術(shù)的組成、用數(shù)字化實驗技術(shù)開展數(shù)字化探究實驗教學(xué)的方法以及開展數(shù)字化生物探究實驗在提高生物實驗教學(xué)的效率方面的作用，便于師生更好地對實驗進行設(shè)計和探究，對實驗結(jié)果進行分析和評價，從而有效地提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：高中生物；數(shù)字化技術(shù)；探究實驗

中圖分類號：G633.91

一、引言

高中生物課程標準的理念之一就是以學(xué)生為學(xué)習(xí)主體，倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，強調(diào)新知識的獲取不再是由教師直接灌輸給學(xué)生，而是讓學(xué)生進行自主探究性學(xué)習(xí)，通過科學(xué)探究掌握新的知識，獲得新技能，提高生物學(xué)科素養(yǎng)。生物作為一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，如何開展生物實驗教學(xué)，讓學(xué)生在探究過程中進行知識的再發(fā)現(xiàn)、能力的再提升。筆者就數(shù)字化探究實驗技術(shù)的組成， 如何在生物教學(xué)中對部分高中生物實驗進行數(shù)字化探究式教學(xué)，以及進行數(shù)字化探究實驗的意義進行了探索。

二、數(shù)字化探究實驗技術(shù)的組成

數(shù)字化探究實驗是利用先進的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、多媒體技術(shù)等，將傳統(tǒng)實驗室中的各種實驗資源數(shù)字化，并通過計算機實現(xiàn)實驗教學(xué)管理的高效化。筆者在生物實驗教學(xué)中所使用的數(shù)字化探究實驗系統(tǒng)主要為“數(shù)字化信息實驗系統(tǒng)”（簡稱“DIS”），分為3 個部分：一是傳感器，它主要負責(zé)前端實驗量的采集，把實驗中測量的各種非電信號（如光強、pH值等）轉(zhuǎn)換成標準的電信號；二是數(shù)據(jù)采集器，是傳感器與計算機的接口，主要負責(zé)把傳感器的模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并與計算機進行通信；三是軟件（江蘇省蘇州市吳江汾湖高級中學(xué)（以下簡稱“我?！保嶒炇矣玫氖抢释﨑ISLabV7.0生物專用軟件），它主要負責(zé)數(shù)據(jù)信號的顯示、處理與分析等。另外，數(shù)碼顯微鏡、實驗操作視頻及其他計算機處理程序也可作為數(shù)字化技術(shù)的輔助部分。

三、應(yīng)用數(shù)字化實驗技術(shù)開展生物探究實驗教學(xué)實例

數(shù)字化實驗技術(shù)能夠幫助教師和學(xué)生真實、實時、快速、準確地設(shè)計和實施實驗過程，結(jié)合中學(xué)生物課程的特點，我校在生物教學(xué)中對高中生物的部分實驗進行了改進，融入了數(shù)字化探究技術(shù)，大大提高了實驗的效率和效果。具體有下列生物探究實驗和內(nèi)容。

四、開展數(shù)字化探究實驗的意義

隨著江蘇歷年高考生物實驗試題難度的加深，想單純依靠講實驗來提高教學(xué)質(zhì)量已遠遠不能滿足學(xué)生實驗?zāi)芰Φ目疾橐?，為此教師必須在有限的教學(xué)時間內(nèi)提高實驗教學(xué)的效率，而數(shù)字化探究實驗教學(xué)在這方面有著較大優(yōu)勢。

（1）節(jié)省課堂實驗教學(xué)時間，提高實驗教學(xué)效率。開展數(shù)字化探究實驗，在采集數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)的環(huán)節(jié)上，可以更快、更準確地得到實驗數(shù)據(jù)，大大縮短學(xué)生在數(shù)據(jù)處理方面的時間，這就給學(xué)生提供了更多的時間以小組互助探究的方式進行實驗設(shè)計、實驗圖形分析和實驗結(jié)果評價，這正是新課程理念所倡導(dǎo)的自主探究學(xué)習(xí)所需要的。

例如，在教學(xué)中關(guān)于呼吸作用與光合作用這一教學(xué)重點和難點，學(xué)生往往對相關(guān)數(shù)據(jù)表格、曲線或柱形圖分析感到困惑。而通過利用數(shù)字化實驗技術(shù)進行探究，學(xué)生通過O2傳感器、CO2傳感器較精確地測定綠色植物凈光合作用及呼吸作用，親身體驗光合作用及呼吸作用的測定實驗過程，并匯總相關(guān)實驗數(shù)據(jù)，對得出的相關(guān)實驗數(shù)據(jù)生成的曲線圖和柱形圖進行分析比較，可較好地理解光合作用和呼吸作用的相關(guān)數(shù)據(jù)化處理方法，解答該類試題的能力將會大大提高。

（2）拓展生物實驗的時間和空間，在“做”中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。數(shù)字化實驗技術(shù)的可視性和易操作性，為學(xué)生提供了一種良好的環(huán)境，激勵學(xué)生進行研究性學(xué)習(xí)，自主提出感興趣的研究課題，自主進行實驗研究。例如，我校的研究性學(xué)習(xí)小組利用電導(dǎo)率傳感器、pH傳感器和混濁度傳感器研究水質(zhì)的凈化辦法，針對日常生活中存在的問題尋求解決的方法，通過數(shù)字化技術(shù)分析提出合理的解決方案，從而進一步開展實驗探究，在“做中學(xué)”的實驗探究中增強學(xué)生的創(chuàng)新意識；可培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題的能力以及收集數(shù)據(jù)的能力，學(xué)會交流與合作，形成實事求是、嚴謹認真的科學(xué)精神。

五、結(jié)語

數(shù)字化實驗設(shè)備的應(yīng)用，給高中生物實驗教學(xué)的探究活動提供了最佳手段。隨著教育技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化生物探究實驗將成為實現(xiàn)生物教學(xué)中“以學(xué)生為本，注重知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展”的重要方法，憑借其數(shù)字化、信息化、探究性的特點，為生物教學(xué)中學(xué)生生物學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)和素質(zhì)化教育的實施插上騰飛的翅膀。

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