基于數(shù)字化實驗的高中生物學課堂教學研究

高櫞

摘 要：生物學是一門以實驗為基礎的自然學科，實驗是高中生物學的重要組成部分，還是生物學教學的重要方式。高中生物學實驗教學是提升學生科學探究能力的有效手段，以實驗為基礎來發(fā)展個體實驗操作技能、形成實事求是的科學態(tài)度。信息技術快速發(fā)展，實驗與信息技術進行深度融合，展示出諸多優(yōu)勢，成為生物學課堂信息化教學的一大特色。

關鍵詞：高中生物學;數(shù)字化;實驗;教學

目前，高中生物學實驗教學被看作是一種輔助性教學，學生在實驗中對實驗設計、方法和步驟了解不夠深入，但能夠掌握實驗結論，無法形成創(chuàng)新性實驗思維能力，失去了應有價值。在實驗教學中，數(shù)字化實驗技術幫助教師和學生直觀、快速、準確地展示實驗探究結果，更好地提升實驗的有效性，讓學生理解和掌握教材內容，發(fā)展生物學學科素養(yǎng)。

一、數(shù)字化實驗技術組成及建議

數(shù)字化實驗是采用傳感器實驗設備，將實驗數(shù)據轉入電腦，進行實驗分析和探究的新型實驗方式。實驗中，教師要把測量的量，如壓強、溫度、pH值等通過傳感器轉換為典型，經過編碼后成為被計算機利用的數(shù)字信號，通過軟件進行計算和總結形成最后的結果，展示出表格、圖像、曲線等。數(shù)字化實驗成為課堂教學的主要方式，教師在授課中要做好以下幾點應用：（1）根據實際學情來選擇是否為數(shù)字化實驗，數(shù)字化實驗并不能完全替代傳統(tǒng)實驗，教師根據教材內容、實際學情和實驗器材來決定是否開展數(shù)字化實驗，從而做好優(yōu)化;（2）利用好數(shù)字化實驗系統(tǒng)信息化功能，使實驗由定性上升到定量分析，提升實驗結果精確度，針對實驗中的難點優(yōu)化教學，以動畫形式加深實驗印象;（3）嘗試同時開展數(shù)字化實驗和傳統(tǒng)實驗，讓學生在實驗中體會兩種不同形式的優(yōu)缺點，讓他們從中感受到數(shù)字化實驗帶來的優(yōu)勢，進而解決傳統(tǒng)實驗中遇到的問題。生物學教師要重視數(shù)字化實驗，優(yōu)化實驗內容和過程，提升實驗效益，發(fā)展學科綜合能力。

二、DIS實驗教學研究

在新課改理念影響下，高中生物學教師利用多種教學手段開展實驗教學，進行信息化授課取得了良好效果，其中DIS教學可以優(yōu)化實驗操作步驟，培養(yǎng)學生的學科探索和創(chuàng)新能力。傳統(tǒng)實驗授課中，實驗耗時較長、操作環(huán)節(jié)較為復雜，實驗數(shù)據精度不高，受到測量能力限制，很多數(shù)據策略并不準確，DIS實驗具有快捷、精準特點，可有效彌補上述不足之處，引導學生進行深度探究，最大限度優(yōu)化實驗內容，發(fā)揮數(shù)字實驗的優(yōu)勢。

在講解“物質跨膜運輸?shù)膶嵗睍r，教材中關于自由擴散內容學習并沒有設置實驗，直接以事實告知形式陳述知識點，但教材中關于自由擴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。為了幫助學生記憶內容，教師以DIS實驗設備引導學生探究自由擴散的影響，引導學生設計實驗方案、選擇材料（NaCl、清水）和器材（數(shù)據采集器、數(shù)據線、試管、燒杯、透析袋等），連接實驗器材后開展實驗、認真收集實驗中的數(shù)據，建立起“電導率——時間”關系圖像，從而體會到實驗的樂趣。實驗過程中，學生根據實驗步驟一步步進行DIS操作，對實驗要研究什么、步驟怎么做、收集到數(shù)據如何處理非常清晰，認識到實驗的開展意義，得到理論內容，發(fā)展學科思維能力。

三、傳感器實驗教學研究

新一輪高中生物學課改倡導在已有知識基礎上提升學科核心素養(yǎng)，注重與實際生活相聯(lián)系，特別是培養(yǎng)創(chuàng)新精神和科學探究能力。目前，傳感器成為生物學課堂實驗中的重要組成部分，通過傳感器來測量生物學實驗數(shù)據，應用計算機處理現(xiàn)實數(shù)據來繪制成曲線，從中探究得到一定規(guī)律，讓學生感受到實驗探究過程，體會實驗探究的“樂趣”，實現(xiàn)探究能力的培養(yǎng)。

與傳統(tǒng)實驗教學相比，傳感器數(shù)字化實驗可簡化操作步驟、增加探究時間，是對傳統(tǒng)實驗的優(yōu)化和補充。在探究“影響光合作用強度的因素”實驗中，教師在傳統(tǒng)教學中耗時長，需要的打孔器、臺燈數(shù)量多，影響到實驗質量和效率。采取傳感器數(shù)字化實驗，學生通過控制人工光源與實驗裝置距離，使用氧傳感器監(jiān)測氧氣生產多少，進而判斷出不同光照強度對植物光合作用的影響，設置實驗裝置來采集數(shù)據、使用軟件處理數(shù)據，進而探討得到實驗結論。數(shù)字化實驗讓學生實時觀測到光合作用中氧氣多少、直觀比較不同光照強度下光合速率的大小，更好地消除傳統(tǒng)實驗的弊端，讓他們在實驗中形成動手、數(shù)據處理和分析能力，加強學科思維，提升生物學科學探究水平。

總之，高中生物學教師要關注數(shù)字化實驗發(fā)展趨勢，了解傳統(tǒng)實驗弊端并采取數(shù)字化實驗方式優(yōu)化實驗內容，從而培養(yǎng)動手實踐能力、提升探究水平，更好地促進生物學學科實驗能力發(fā)展。

參考文獻：

江楹華.淺談數(shù)字化實驗技術在生物學實驗教學中的應用[J].中學生物學，2019（6）.