“e學習”在生物教學中的應用

摘? ?要

以觀察植物根尖細胞有絲分裂、探究酵母菌呼吸方式中氣體量的測定、培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量計數(shù)、葉綠體中色素的提取和分離、細胞中糖類的模型分析為例，探究基于顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)、數(shù)字采集分析系統(tǒng)、智能手機攝像傳輸與鏡像投影功能的“e學習”。

關(guān)鍵詞

顯微數(shù)碼? 數(shù)字采集? 智能手機

E-learning（e學習）是以網(wǎng)絡為基礎(chǔ)的學習方式。既有以筆記本、平板、臺式電腦為終端的學習活動，也有以數(shù)字采集分析系統(tǒng)、顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)[1]等為終端的學習活動，甚至還有以智能手機為終端的學習活動。“e學習”與傳統(tǒng)學習的最大區(qū)別是教與學、學與學的互動，在互動中促進、發(fā)展和提高核心素養(yǎng)。本文對“e學習”在高中生物教學中的應用進行了一定的探究。

一、基于數(shù)字化平臺開展實驗學習活動

以網(wǎng)絡為支撐的“e學習”，在生物教與學中有一個重要的領(lǐng)域——數(shù)字化實驗，包括利用數(shù)字采集分析、顯微數(shù)碼互動等系統(tǒng)進行實驗教學的活動。實驗教學的數(shù)字化具有獨到的簡便性、準確性、交互性、共享性、直觀性優(yōu)勢。

1.利用顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)開展“e學習”

高中生物實驗活動中，有許多使用顯微鏡的實驗，用普通顯微鏡進行這些實驗活動時，往往存在諸多困難。例如當某學習小組在鏡下觀察到理想圖像時，卻無法進行圖像交流與共享，導致理想效果不能與教師及其他學習小組充分分享;當某學習小組長時間找不到所要觀察的目標時，卻因缺乏直觀顯示而難以被教師發(fā)現(xiàn)，導致無法及時指導;當學生對所觀察到的圖像難以判斷是否是需觀察的對象時，卻因缺乏互動而不能通過實物圖像進行示教;學生實驗活動是否完成預設(shè)的觀察任務，因不能交互而難以檢測，等等。

借助數(shù)字攝像與網(wǎng)絡聯(lián)系的顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)，便能有效克服這些困難，優(yōu)化教學過程，改進教學方法，提高教學效果。例如，在使用數(shù)碼顯微系統(tǒng)觀察植物根尖細胞有絲分裂實驗中，教師可以利用數(shù)碼顯微系統(tǒng)的攝像功能，將學生實驗活動時所觀察材料中的各時期圖像進行拍照，及時推送給學生，用以進行針對性較強的指導，避免選用與學生實際觀察圖像失真的網(wǎng)上圖片開展指導;利用系統(tǒng)顯示屏實時顯現(xiàn)學生鏡下圖像的功能，教師能及時掌握學生實驗活動的結(jié)果，以便對學習小組進行及時的個性化指導;當發(fā)現(xiàn)某小組鏡下觀察到典型圖像時，可利用系統(tǒng)的交互功能，指令拍照并上傳，實現(xiàn)活動成果的共享……借助教師機可隨時觀察任意學生小組鏡下圖像的功能，在一次實驗活動中，筆者竟然驚奇地發(fā)現(xiàn)，某小組學生的顯微鏡視野中，同時存在間期早期、間期晚期、前期晚期、中期、后期、末期形成細胞板的圖像，這難得一見的視野，在系統(tǒng)交互、攝像功能的支持下，被迅速地抓拍、儲存下來，并且被即時投影到大屏幕和推送到其他學習小組的電腦屏上，實現(xiàn)觀察現(xiàn)象的共享，實現(xiàn)不同小組間的借鑒與鞭策。

2.利用數(shù)字采集分析系統(tǒng)開展“e學習”

一些高中生物實驗，如溫度對過氧化氫分解的影響、pH對酶活性的影響、外界因素對光合作用的影響等，是相關(guān)氣體量發(fā)生改變的定量實驗;生物體維持pH穩(wěn)定的機制、酵母菌有氧呼吸過程中O2消耗量與CO2產(chǎn)生量等，是極微弱的量變測定實驗。相比于傳統(tǒng)實驗，利用數(shù)字采集分析系統(tǒng)進行這些實驗，具有明顯的即時性、準確性、探究性、可操作性優(yōu)勢。

例如在探究酵母菌呼吸方式的實驗中，筆者利用充滿清水的500mL輸液袋、輸液軟管、500mL細口瓶及雙導管瓶塞構(gòu)成自動充氣裝置一[2]，當進行有氧呼吸實驗時，細口瓶內(nèi)充滿空氣，當進行無氧呼吸實驗時，細口瓶內(nèi)則充滿去除氧氣的空氣;用20mL試管裝入10mL NaOH，塞上帶雙導管的管塞，構(gòu)成排除通入氣體中原有二氧化碳的裝置二，其入口導管連接裝置一的出口，出口導管通過醫(yī)用三通閥與裝置三的入口導管相連接，閥的剩余出口與剪短的50mL注射器細口相連接，注射器粗口處插入氧氣或二氧化碳傳感器探頭;用20mL具支試管裝入10mL酵母菌葡萄糖培養(yǎng)液，塞上帶雙導管的管塞，構(gòu)成發(fā)生呼吸作用的裝置三，其管塞出口處密封插入溫度傳感器探針，用于進行溫度變化情況的檢測，其分支出口導管處連接醫(yī)用三通閥，閥的一個出口連接導管通入BTB水溶液或澄清石灰水，閥的剩余出口用途與前述相同。

學生在進行常規(guī)實驗操作的同時，將用于測定氣體中氧氣含量的傳感器、數(shù)據(jù)采集器、電腦連接起來，并將數(shù)字采集分析系統(tǒng)的相關(guān)軟件設(shè)置為“時間一濃度”變化曲線。一切準備妥當后，首先將傳感器探頭插入有氧呼吸裝置二三間的注射器粗口中，測定通入氣體中氧氣含量，然后再將傳感器探頭插入裝置三后的注射器粗口中，測定排出氣體中氧氣含量，兩含量之差即為一定時間內(nèi)有氧呼吸消耗氧氣的體積量;將氧氣傳感器更換為二氧化碳傳感器，采用同樣的方法，測定出相同時間內(nèi)有氧呼吸產(chǎn)生二氧化碳的體積量，從而完成常規(guī)實驗無法實施的探究活動——有氧呼吸消耗氧氣體積等于產(chǎn)生二氧化碳體積的測定。

當完成上述實驗活動后，打開無氧呼吸自動充氣裝置，讓有氧與無氧兩實驗的充氣速率相等，保證氣體流通量對兩種酵母菌培養(yǎng)液溫度變化的影響相同。在此基礎(chǔ)上，連接溫度傳感器與數(shù)據(jù)采集器，設(shè)置電腦中相應軟件為即時顯示溫度數(shù)據(jù)的形式，再將溫度傳感器的探針依次插入有氧呼吸、無氧呼吸培養(yǎng)液中，分別測得兩者的溫度數(shù)據(jù)，實施常規(guī)實驗無法進行的有氧呼吸比無氧呼吸釋放能量多的探究活動。

高靈敏度傳感器的使用，能高準確性區(qū)分相關(guān)氣體濃度以及溫度的極細微差異，使學習活動順利成功;數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)即時顯示的直觀性很強的動態(tài)曲線或數(shù)據(jù)變化，增強了學習的感染力。因此，運用數(shù)字化儀器開展的“e學習”，具有傳統(tǒng)學習方式無法比擬的優(yōu)越性。

二、基于智能手機開展學習活動

隨著網(wǎng)絡、信息技術(shù)的發(fā)展，智能手機的拍攝、直播、QQ、微信等功能不斷完善，智能手機已成為取用方便的低成本教學器材，為生物教學提供新的方法和途徑。

1.利用智能手機攝像傳輸功能開展“e學習”

在沒有顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)的情況下，借助Wifi無線網(wǎng)絡功能，筆者利用手機顯微攝影支架，將智能手機與普通顯微鏡組合[3]起來開展實驗學習活動，可以取得與顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)相似的學習效果。

例如，在開展用血球計數(shù)板對培養(yǎng)液中酵母菌進行計數(shù)實驗前，將學習小組要使用的顯微鏡，于低倍鏡下調(diào)節(jié)焦距，待目鏡里能看清晰計數(shù)室時，將安裝有智能手機的支架固定在顯微鏡上，打開智能手機攝像功能并處于永不休眠狀態(tài)，調(diào)整手機位置，使其攝像頭對準顯微鏡的目鏡，調(diào)節(jié)手機支架的高度，當智能手機顯示屏中出現(xiàn)清楚的計數(shù)室圖像時，徹底鎖定智能手機與顯微鏡目鏡之間的位置關(guān)系。學生小組實驗活動時，只要將制作好的血球計數(shù)板放在載物臺上，使其中的計數(shù)區(qū)位于通光孔的正中央，正確完成低倍鏡操作流程，便非常容易在智能手機屏上觀察到計數(shù)室的圖像。轉(zhuǎn)換成高倍鏡后，一方面可以運用智能手機與電腦的鏡像投影功能，將手機屏上的圖像投影到大屏幕上進一步放大;另一方面可以利用智能手機攝像時的放大功能，將手機屏上的酵母菌圖像進一步放大。兩種放大均可獲得更理想的觀察計數(shù)效果。

利用智能手機與普通顯微鏡的組合終端開展實驗學習活動，既能克服使用普通顯微鏡開展實驗活動的弊端，又具備數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)在實驗活動中優(yōu)勢，因而越來越得到廣泛的應用。

2.利用智能手機鏡像投影功能開展“e學習”

生物教學中的實驗活動、模型建構(gòu)活動等，通常是以學習小組的形式進行。傳統(tǒng)的分組活動中，組與組之間的交互性較弱，教師在各小組活動中發(fā)揮的作用因來回穿梭而被嚴重削弱，師生對實驗的總結(jié)、評價往往缺少現(xiàn)場共享的直觀素材。有鑒于此，筆者借助課題研究，對智能手機鏡像投影功能的運用進行了探究。智能手機鏡像投影，是指利用同一Wifi，通過對電腦與智能手機進行相關(guān)設(shè)置，使智能手機屏幕即時投影到電腦屏幕，并進一步投影到大屏幕。藉此分享智能手機的攝像頭，既可實現(xiàn)前文所述的顯微投影放大，又可在投影儀上放大展示學習活動的場景，實現(xiàn)即時“直播”。

例如，在開展“葉綠體中色素的提取和分離”實驗活動中，教師開啟智能手機攝像功能，將學生對綠葉不同研磨程度的結(jié)果即時大屏“直播”，及時點評，指出存在的問題與糾正措施，指明對綠葉研磨應該達到的程度;將學生層析分離色素時，燒杯加蓋與否的操作，濾紙條上濾液細線有無觸及層析液的操作，現(xiàn)場鏡像投影到大屏幕上，供學生評判、借鑒。

再如，在“細胞中的糖類”學習活動中，筆者選用白色硬質(zhì)亮光紙，制作正五邊形、帶一分支正五邊形、正六邊形、帶一分支正六邊形的紙片作為相關(guān)單糖模型，并將部分單糖模型用釘書釘連接成相關(guān)二糖、多糖模型。在學生開展模型分析活動中，教師即時開啟智能手機的攝像功能，將某學習小組把所有糖模型按單糖、二糖、多糖進行歸類的活動場景大屏直播，將某學習小組按動植中分布對模型進行分類的活動鏡像投影到大屏幕，用于全班性的啟發(fā)，使學習活動有困難的小組快速領(lǐng)悟。

時代的腳步從不停歇，施教者應當適應網(wǎng)絡信息時代的發(fā)展，把傳統(tǒng)的生物教學與嶄新的技術(shù)有機地結(jié)合起來，讓生物教學更加多樣化、高效化。

參考文獻

[1] 劉嵐，唐榮榮.探索“E學習”模式 助力課堂效率提升[J].基礎(chǔ)教育參考，2014（24）：54-56.

[2] 楊建忠，王其鶴.跨學科融合改進“酵母菌細胞呼吸方式”實驗[J].生物學教學，2019（12）：31-33.

[3] 黃秋生，婁玥.智能手機攝像在生物學實驗教學中的應用[J].生物學教學，2014（11）：39-40.

【責任編輯? 郭振玲】