數(shù)字化實驗技術(shù)在優(yōu)化じ咧猩物實驗教學中的實踐探討

孫堅

【內(nèi)容摘要】實驗教學是高中生物教學的重要組成部分，為有效提升高中生物實驗教學質(zhì)量，教師在教學改革中嘗試將數(shù)字化實驗技術(shù)融入日常實驗教學中。因此，文章結(jié)合數(shù)字化實驗技術(shù)的基本概念，及其優(yōu)化高中生物實驗教學的優(yōu)勢，對如何在高中生物實驗教學中實踐數(shù)字化實驗技術(shù)展開分析，旨在利用更為新穎、數(shù)字化的實驗方法，激發(fā)學生對生物實驗的興趣，保障高中生物教學效果。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化 實驗技術(shù) 高中 生物 實驗教學

高中生物教學屬于高中階段的基礎(chǔ)性教學，實驗是學生學習、運用生物知識的方法之一。數(shù)字化實驗技術(shù)在高中生物教學中的滲透，是利用自身快速、直觀的特點，準確地為學生展示實驗結(jié)果或數(shù)據(jù)，幫助學生在知識探究中總結(jié)實驗規(guī)律，使學生在高中生物實驗教學中更為高效的內(nèi)化生物知識，掌握必要的生物實驗技能。

一、數(shù)字化實驗技術(shù)相關(guān)概述

高中生物實驗是高中生接收生物知識、掌握生活學技能的重要渠道，數(shù)字化實驗技術(shù)屬于新型的生物實驗技術(shù)。數(shù)字化實驗技術(shù)的核心組分為數(shù)據(jù)采集裝置、傳感器，其中傳感器是人類感知覺、感官的擴展，在利用傳感器測量出聲音強弱、環(huán)境或土壤內(nèi)酸堿度、光照強度后，教師可將其作為學生的“感覺中樞”，為學生更為直觀的呈現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)[1]。計算機、數(shù)字化實驗室是數(shù)字化實驗技術(shù)的主要實踐載體，可為高中化學實驗教學提供功能完善的數(shù)據(jù)處理程序，增強高中生物實驗教學效果，使教師能夠在良好的條件下有序地進行生物實驗教學。在此期間，計算機的Windows系統(tǒng)可支撐數(shù)據(jù)開發(fā)（DataStudio）類程序的運行，用數(shù)字、圖表、曲線等方式呈現(xiàn)生物實驗數(shù)據(jù)，而學生可根據(jù)程序內(nèi)分析工具，高效的分析實驗數(shù)據(jù)，保障高中生物實驗教學質(zhì)量。

二、高中生物實驗教學中數(shù)字化實驗技術(shù)的實踐價值

數(shù)字化實驗技術(shù)在高中生物實驗教學中有著不可忽視的優(yōu)勢，具體可體現(xiàn)在兩方面。一方面，傳統(tǒng)高中生物實驗教學中，學生通常需要用眼睛、紙張觀察并記錄數(shù)據(jù)，且實驗只能在室內(nèi)進行。甚至少數(shù)學校因?qū)嶒炘O(shè)備不足，讀取實驗數(shù)據(jù)的時間較長，同時無法確保生物實驗數(shù)據(jù)讀取的準確性，從而使學生在分析實驗結(jié)果時的誤差較大，無法更為系統(tǒng)地掌握高中生物知識[2]。數(shù)字化實驗室可在具體應(yīng)用中，直接利用傳感器采集所測量的實驗數(shù)據(jù)，將其傳輸至教室內(nèi)多媒體設(shè)備、計算機上，使學生在實驗過程中實時獲取實驗數(shù)據(jù)，有利于提高學生分析、記錄數(shù)據(jù)的便捷性，確保生物實驗數(shù)據(jù)整理的準確性。因此，為優(yōu)化高中生物實驗教學，有效培養(yǎng)學生學科素養(yǎng)，教師需正確看待數(shù)字化實驗技術(shù)，將其滲透在生物實驗教學中，使學生在生物知識的探究、實驗中高效率的內(nèi)化生物知識，構(gòu)建完整的高中生物知識體系。

另一方面，將數(shù)字化實驗技術(shù)應(yīng)用在生物實驗教學中，可實現(xiàn)學會操作、實驗數(shù)據(jù)的同步呈現(xiàn)，使學生直觀感知實驗中數(shù)據(jù)的變化。在采集實驗數(shù)據(jù)時，數(shù)字化實驗技術(shù)可在保證高中生物實驗數(shù)據(jù)可靠性的基礎(chǔ)上，確保實驗數(shù)據(jù)的完整性，幫助學生及時完成高中生物實驗學習任務(wù)，降低實驗教學的難度，避免學生因?qū)嶒灁?shù)據(jù)、實驗操作難度較大而產(chǎn)生厭煩心理。不僅如此，在高中生物實驗教學中，數(shù)字化實驗技術(shù)可憑借自身新穎的呈現(xiàn)方法，吸引學生注意力，激發(fā)學生對生物知識學習的興趣，懂得在生物實驗活動中積極地參與課堂互動，解決生物教學中的實際問題，提高高中生物教學水平[3]。

三、數(shù)字化實驗在高中生物實驗教學中的實踐策略

1.結(jié)合學生實際情況，設(shè)計數(shù)字化生物實驗

教師在高中生物實驗教學中，實踐數(shù)字化實驗技術(shù)時，應(yīng)結(jié)合學生在生物實驗中的具體情況，針對性的數(shù)字化的高中生物實驗。因此，教師應(yīng)根據(jù)生物課本內(nèi)教學內(nèi)容、學生學習進度，選擇是否可應(yīng)用數(shù)字化實驗。原因在于數(shù)字化實驗雖然在生物實驗中有著較大優(yōu)勢，但無法徹底的替代傳統(tǒng)實驗，所以教師需要結(jié)合具體的實驗內(nèi)容，利用數(shù)字化實驗技術(shù)對原有實驗進行優(yōu)化與補充，滿足學生在采集實驗數(shù)據(jù)、整理實驗數(shù)據(jù)時的基本要求[4]。

例如在學習“細胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”的相關(guān)知識時。學生需要通過實驗，了解細胞大小，即細胞體積、表面積的比例，及其與物質(zhì)運輸效率的關(guān)系，從而分析細胞不可能無限長大的原因。教師在實驗教學設(shè)計中，利用數(shù)據(jù)采集器、電導(dǎo)率傳感器、電腦、天平、燒杯、攪拌棒等設(shè)備將其設(shè)計為數(shù)字化實驗，并提前準備蒸餾水、瓊脂、NaCl等材料。學生進入實驗室后，需將瓊脂塊放入1000ml的清水中，隨后加入12～13g的瓊脂粉，待其溶解后，倒入40g的NaCl，攪拌直至誰燒杯內(nèi)的材料沸騰。沸騰后將其冷卻為固體瓊脂。將固體瓊脂劃分為相同大小的瓊脂塊后，連接傳感器、數(shù)據(jù)采集器等實驗儀器，采集實驗結(jié)果分析中所需的數(shù)據(jù)。分析實驗結(jié)果時，學生可在數(shù)字化實驗中直觀地查看瓊脂塊體積變化的曲線圖，從而得出細胞相對表面積越大，其物質(zhì)運輸效率越大的結(jié)論。上述案例中，教師在數(shù)字化實驗技術(shù)的實踐中，按照本節(jié)課的教學內(nèi)容設(shè)計數(shù)字化實驗，讓學生能夠在數(shù)字化實驗設(shè)備的幫助下，更為直觀、高效地完成實驗，掌握實驗教學的重點內(nèi)容，對提升高中生物教學質(zhì)量意義重大[5]。

2.優(yōu)化實驗教學流程，直觀呈現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)

高中生物教學中數(shù)字化實驗技術(shù)的核心在于傳感器、計算機的聯(lián)合應(yīng)用，所以在優(yōu)化傳統(tǒng)生物實驗教學流程，直觀呈現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)時。教師可從多角度分析生物實驗中的數(shù)據(jù)采集方法，將數(shù)字化實驗程序、系統(tǒng)滲透在生物實驗流程中，幫助學生在實驗中進行信息、數(shù)據(jù)交流，總結(jié)歸納實驗數(shù)據(jù)。使學生在實驗數(shù)據(jù)資源的整合中，快速地找出生物實驗數(shù)據(jù)變化規(guī)律，隨后對實驗進行定性分析，確保實驗結(jié)果分析的可靠性[6]。除此之外，數(shù)字化實驗技術(shù)可利用曲線、圖表展示實驗中的實驗數(shù)據(jù)、實驗現(xiàn)象，教師在生物實驗教學過程中，可利用該技術(shù)突出展示實驗現(xiàn)象，深化學生情感體驗。

以“影響酶活性的條件”這節(jié)實驗課為例。學生在實驗中需掌握“探索影響酶活性的條件的方法”，知道在不同溫度、pH酸堿度條件下，氧化氫酶在催化后的水解情況。實驗過程中，教師需準備氧氣傳感器、試管夾、量筒、三腳架、試管、酒精燈、石棉網(wǎng)、大小燒杯、溫度計等實驗用具。在給試管編號后，教師知道學生在1號、2號、3號試管中倒入可溶性淀粉液，搖勻后依次加入37攝氏度的水、沸水、放有冰塊的水中，保持5分鐘后。滴入碘液，分別搖勻三個試管，記錄試管中溶液顏色變化，同時利用氧氣傳感器，直接測試1號、2號、3號試管中壓強的變化，將測試數(shù)據(jù)整理為曲線圖，傳輸至PPT上，組織學生按照實驗數(shù)據(jù)，分析不同條件下酶活性的變化值，學習實驗中的生物實驗知識。教師在實驗過程中，利用數(shù)字化實驗技術(shù)優(yōu)化傳統(tǒng)實驗流程，可降低生物實驗數(shù)據(jù)采集、記錄與分析難度，使學生在實驗數(shù)據(jù)的直觀呈現(xiàn)中，有效內(nèi)化教學內(nèi)容，對生物實驗產(chǎn)生興趣[7]。

3.改進傳統(tǒng)實驗方法，引導(dǎo)學生主動探究

學生作為高中生物課堂的主體，教師在實踐數(shù)字化實驗技術(shù)時，還應(yīng)在改進傳統(tǒng)生物實驗方法的前提下，引導(dǎo)學生主動探究。具體來說，教師應(yīng)設(shè)計數(shù)字化生物實驗時，應(yīng)以傳統(tǒng)實驗為載體，聯(lián)系學生熟悉的生活情境、游戲情境，融合小組合作、自主探究、任務(wù)驅(qū)動等教學方法，促使學生在數(shù)字化實驗過程中主動探索問題、發(fā)現(xiàn)實驗教學中的問題，借此培養(yǎng)學生知識探究、問題解決能力[8]。

例如在“光合作用的原理和應(yīng)用”的學習中，學生需要通過實驗探究活動，分析環(huán)境因素、光合作用的基本關(guān)系。在學生了解光合的應(yīng)用等基本概念后，教師啟發(fā)學生總結(jié)光合作用強度的概念，學習CO2+H2O=（CH2O）+O2這一光合作用的表示方法，知道單位時間內(nèi)，光合作用會產(chǎn)生二氧化碳、氧氣、糖類。了解實驗基礎(chǔ)知識后，教師請學生拿出提前撿拾的樹葉，用打孔器在樹葉上打出直徑為1厘米左右的小孔，但需避開葉脈。完成后，將圓形的葉片放入水中，抽出葉片周圍的氣體。之后，教師將學生分為4個小組，請2組學生將燒杯放在40W的臺燈下，另外兩組學生將燒杯放在暗處，然后用溶解氧傳感器記錄燒杯所釋放的氧氣，生成曲線圖，幫助學生分析環(huán)境對光合作用強度造成的影響。實驗過程中，教師在設(shè)計數(shù)字化生物實驗時，使用學生熟悉的生活素材進行實驗，并通過小組學習、自主探究與思考等方式，調(diào)動學生在實驗中的積極性，讓學生在溶解氧傳感器的幫助下，清晰的了解實驗中的變化，探究生物實驗規(guī)律，從而提高學生在生物實驗教學中的學習能力。

結(jié)語

綜上所述，為發(fā)揮高中生物實驗教學對學生內(nèi)化生物知識、掌握生物學科技能的積極作用，教師應(yīng)將數(shù)字化實驗技術(shù)應(yīng)用在高中生物實驗教學中，從而通過數(shù)字化實驗的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、分類整理功能，提高學生采集實驗數(shù)據(jù)的效率。但是為確保高中生物實驗教學設(shè)計方案的可行性，教師在數(shù)字化實驗技術(shù)實踐中，仍需深入分析高中生生物學科特點、學生認知特點，采用多樣化的實驗教學模式，增強高中生物實驗教學實效性，提出數(shù)字化實驗在高中生物教學中的應(yīng)用優(yōu)勢。

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[5]張進霞.多媒體信息技術(shù)助力高中生物實驗教學[J].數(shù)字通信世界，2020（07）：223-223.

[6]卓 李.信息化環(huán)境下信息技術(shù)在高中生物實驗教學中的應(yīng)用研究[J].教育研究，2019（11）：25-27.

[7]周雪榮.DIS實驗技術(shù)讓高中生物學探究實驗“動起來”[J].信息記錄材料，2019（10）：101-102.

[8]田華.高中生物課堂教學中新技術(shù)的應(yīng)用[J].中學生物教學，2017（12）：118-120.

（作者單位：江蘇省口岸中學）