信息技術(shù)賦能初中生物教學(xué)的探索與實踐

莫雪斌

廣東省江門市棠下初級中學(xué)(529085)

教育信息化2.0時代，以5G、人工智能、大數(shù)據(jù)等為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，促進了信息化教學(xué)的飛速發(fā)展，信息化教學(xué)成為了當代教師重要的職業(yè)技能，成為了現(xiàn)代教育教學(xué)的重要教學(xué)模式。初中生物學(xué)新課標要求學(xué)生既要掌握基本的理論知識，還要發(fā)展實驗探究等生物實踐能力。在信息技術(shù)賦能學(xué)科教學(xué)進入常態(tài)化、智能化階段的今天，信息技術(shù)賦能初中生物教學(xué)已成為新課改的現(xiàn)實需求和必然選擇。因此，在教學(xué)實踐中，生物教師應(yīng)該加強信息技術(shù)的運用。

1 傳統(tǒng)生物教學(xué)與信息技術(shù)賦能生物教學(xué)比較

信息技術(shù)賦能生物學(xué)教學(xué)，從教學(xué)理念、教學(xué)模式和教學(xué)途徑等方面重構(gòu)中學(xué)生物學(xué)的教與學(xué)的新范式[1]。相對傳統(tǒng)生物教學(xué)而言，信息技術(shù)賦能初中生物教學(xué)具有諸多優(yōu)點(見表1)。從課堂教學(xué)模式來看，教師從“講授者”向“引導(dǎo)者”轉(zhuǎn)變，學(xué)生從“要我學(xué)”向“我要學(xué)”的自主式學(xué)習(xí)模式轉(zhuǎn)變，做到以學(xué)習(xí)的發(fā)生和學(xué)生的發(fā)展為中心，實現(xiàn)教與學(xué)的翻轉(zhuǎn)；從教學(xué)資源來看，豐富的教學(xué)資源在線共享，不僅提升了教學(xué)資源的利用率，還大大減少了教師備課的工作量，減輕備課壓力；從評價方式來看，基于數(shù)據(jù)的量化評價與口頭點評的質(zhì)性評價相結(jié)合的多元評價呈現(xiàn)出評價的診斷、激勵和促進作用；從課堂活動來看，融入精彩紛呈的信息技術(shù)，課堂活動豐富多樣、充滿趣味，學(xué)生能在參與人機互動的活動中感受信息技術(shù)的魅力；從檢測反饋方面來看，云平臺在線檢測顛覆了傳統(tǒng)紙筆測試的片面性與延時性，大大提高了教學(xué)的針對性與實效性[2]。

2 信息技術(shù)賦能初中生物教學(xué)的特征分析

信息技術(shù)與教育教學(xué)的不斷融合,推動著教育信息化、智能化的發(fā)展。當前,信息技術(shù)賦能初中生物教學(xué)主具有以下特征:

表1 傳統(tǒng)生物教學(xué)與信息技術(shù)賦能教學(xué)的比較

(1)直觀性。生物學(xué)作為一門自然科學(xué),研究的對象是具有高度復(fù)雜性、多樣性和統(tǒng)一性的生物界,內(nèi)容抽象,難以理解。信息技術(shù)賦能的初中生物教學(xué)通過圖形、3D模型、動畫、視頻等表現(xiàn)形式,變抽象為直觀,使微觀世界可視化,大大降低學(xué)習(xí)的難度。

(2)實時性。教學(xué)過程中,手機同屏、展臺投影、智慧筆、問卷星、校園時光喵等的使用,使作品展示、評價診斷、檢測反饋等實時化和有效化。

(3)靈活性。學(xué)生關(guān)注微信公眾號“中學(xué)生物通”“初中生物”“初中生物學(xué)”“生物大師”等,根據(jù)自己的需要選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容,可以不受時間、地點、場所的限制,隨時隨地進行學(xué)習(xí)。

(4)創(chuàng)新性。精彩紛呈的信息技術(shù)輔助教學(xué),改變了師生的認知模式與行為范式。線上與線下混合的教學(xué)模式,優(yōu)化了傳統(tǒng)教學(xué)的知識呈現(xiàn)方式,緩解了學(xué)生的認知負荷,促進了深度學(xué)習(xí)。

(5)趣味性。希沃白板5.0的小游戲、在線資源包和小程序等的使用,智能化的人機互動、師生互動、生生互動,實時為初中生物課堂添彩。

3 信息技術(shù)賦能初中生物教學(xué)的實踐與創(chuàng)新

數(shù)字化、多媒體、互聯(lián)網(wǎng)以及人工智能技術(shù)工具,為學(xué)生提供了適應(yīng)信息時代所需要的新型學(xué)習(xí)模式和學(xué)習(xí)資源[3],促進了教與學(xué)全方位的變革和創(chuàng)新。

3.1 電子白板互動教學(xué),促進師生教學(xué)方式轉(zhuǎn)變

交互式電子白板作為一種新的教育技術(shù),其教學(xué)平臺主要由交互式電子白板、投影機、白板感應(yīng)筆組成。交互式電子白板具備拖放、照相、隱藏、拉幕、涂色、匹配、及時反饋、課堂活動等功能模塊。應(yīng)用交互式電子白板授課時,可以用白板感應(yīng)筆或手指隨意書寫或標注,可以用多媒體資源豐富學(xué)科素材,還可以將教學(xué)過程保存為教學(xué)錄像供學(xué)生課后復(fù)習(xí)和教師之間互動交流。

[案例1]學(xué)習(xí)“人體內(nèi)廢物的排出”時,教師使用交互式電子白板課堂活動中的趣味選擇、趣味分類、超級分類、選詞填空、知識配對、分組競賽、跑步 PK、轉(zhuǎn)盤抽題、砸金蛋、消消樂、抽紅包、拼圖等小游戲,寓教于樂,充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情,在生動有趣的課堂小游戲中內(nèi)化知識。

[案例1解讀]電子白板強大的互動教學(xué)功能,為學(xué)生營造了輕松愉快的學(xué)習(xí)氛圍,使學(xué)生在學(xué)習(xí)活動中獲得成就感。電子白板豐富的教學(xué)資源,為學(xué)生開展自主探究學(xué)習(xí)提供了有力支持,為教師打造高效初中生物課堂提供重要保障。

3.2 微課可視化呈現(xiàn),促進學(xué)生思維能力提升

微課是以視頻為主要載體,將某個教學(xué)知識點或教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計成適合支持移動學(xué)習(xí)或自主學(xué)習(xí)的在線網(wǎng)絡(luò)視頻,并將其作為傳統(tǒng)課堂學(xué)習(xí)的一種重要補充和資源拓展[4]。微課可以將生物學(xué)中某些抽象難懂的重要知識點可視化地呈現(xiàn),集圖、文、聲音、動畫于一體,生動直觀,大大降低學(xué)生學(xué)習(xí)和理解的難度,可供學(xué)生課前、課中、課后學(xué)習(xí)。教學(xué)中使用的微課,教師可以利用EV錄屏、愛剪輯、Camtasia、錄丸、剪映、格式工廠等軟件自己錄制,也可以從樂樂課堂、嗶哩嗶哩、好看視頻、抖音等App中獲取。

[案例2]學(xué)習(xí)“血液循環(huán)的途徑”時,由于體循環(huán)和肺循環(huán)發(fā)生在體內(nèi),且兩條循環(huán)途徑易混難記。微課集文字、圖像、聲音、動畫于一體(見圖1～2),生動形象地呈現(xiàn)兩條循環(huán)途徑以及它們之間的區(qū)別與聯(lián)系,使學(xué)生對血液循環(huán)的途徑有了清晰的認識。

圖1 微課:體循環(huán)(來自樂樂課堂)

圖2 微課:肺循環(huán)(來自樂樂課堂)

[案例2解讀]微課將血液循環(huán)途徑這一抽象的生理活動,以有序化、可視化的方式組織和呈現(xiàn),將體循環(huán)和肺循環(huán)二者的聯(lián)系與區(qū)別以簡單化、明確化的方向梳理和展示,幫助學(xué)生科學(xué)地認識體循環(huán)和肺循環(huán),發(fā)展學(xué)生的思維能力。

3.3 云平臺實時數(shù)據(jù)的共享,促進教學(xué)模式的變革

云平臺即云計算平臺,是基于硬件資源和軟件資源的服務(wù),提供計算、網(wǎng)絡(luò)和存儲能力的平臺,借助云平臺能提高數(shù)據(jù)處理速度,實現(xiàn)信息、資源共享。在教育教學(xué)中,云平臺主要用于教育管理數(shù)據(jù)和教學(xué)教研數(shù)據(jù)的收集,其中教學(xué)教研數(shù)據(jù)主要服務(wù)于教師和學(xué)生,可以提供個性化、智能化的學(xué)習(xí)路徑,大大提高學(xué)習(xí)效率,實現(xiàn)學(xué)生的個性化發(fā)展?；谠破脚_初中生物教學(xué)實踐,教師借助釘釘、騰訊課堂、網(wǎng)易云課堂、幕課、百度傳課、新浪公開課等軟件及相關(guān)硬件可以實現(xiàn)在線備課、授課。在此過程中,教師可以共享備課資源和課件,可以隨時從學(xué)科網(wǎng)、百度、21世紀教育等網(wǎng)絡(luò)資源庫調(diào)取教學(xué)資源,可以利用音樂、動畫、視頻等來活躍生物課堂,可以使用簽到、點名、彈幕等交互功能優(yōu)化教學(xué)方式,可以利用好分數(shù)、七天網(wǎng)、問卷星等系統(tǒng)在線發(fā)布作業(yè)和測試、在線閱卷、在線投票,還可以召開視頻會議。

[案例3]在初中生物中考復(fù)習(xí)過程中,教師針對學(xué)生平時測練較易出錯的知識點編制“中考復(fù)習(xí)易錯題”在線發(fā)布(見圖3),學(xué)生在線答題并提交。教師根據(jù)平臺反饋的分析數(shù)據(jù)(見圖4),實時了解學(xué)生對知識點的掌握情況,并能及時、有針對性地講解、訓(xùn)練和輔導(dǎo)。

圖3 在線測試二維碼(問卷星)

[案例3解讀]基于云平臺,教師可以實時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,調(diào)整教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)進度,及時對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進行評價,發(fā)揮“教、學(xué)、評”一體化的發(fā)展和激勵功能。此外,教師還可以充分利用智能化、實時化、可視化、個性化、創(chuàng)新化的教學(xué)環(huán)境優(yōu)勢進行網(wǎng)絡(luò)授課,打破傳統(tǒng)教育所受的時空限制,實現(xiàn)移動學(xué)習(xí),使教學(xué)更加靈活和便捷。

3.4 即時反饋平臺的實時診斷,促進評價方式創(chuàng)新

課堂即時反饋屬于課堂評價的范疇,是實時動態(tài)反饋學(xué)生學(xué)習(xí)情況的直接手段,對課堂教學(xué)起調(diào)節(jié)、導(dǎo)向的作用。在傳統(tǒng)的初中生物課堂教學(xué)中,為了了解學(xué)生的做題情況,教師通常請幾位學(xué)生來回答,或者投影幾位學(xué)生的作業(yè),這樣的反饋方式不能及時、全面地了解學(xué)生的掌握情況,教學(xué)的針對性不強,效率不高。信息技術(shù)賦能的課堂教學(xué),教師利用課堂即時反饋平臺,實時收集和統(tǒng)計學(xué)生的答題情況,給予學(xué)生即時反饋,并能根據(jù)學(xué)生答題情況選擇錯誤較多的題目來講解,根據(jù)學(xué)生學(xué)情調(diào)整教學(xué)策略,提高教學(xué)有效性。課堂即時反饋平臺有多種,常用的有快搶、智慧筆、Kahoot、 Plickers等,大部分的課堂即時反饋平臺都需要學(xué)生手上有電子設(shè)備,Plickers最為值得推薦,它不需要學(xué)生手上有電子設(shè)備,只要教師擁有一部智能手機和打印的Plickers專屬的有編碼的個人卡片,教師用手機掃碼就能夠立刻收集學(xué)生的實時數(shù)據(jù),實現(xiàn)課堂的即時反饋。

[案例4]學(xué)習(xí)“輸送血液的泵——心臟”時,教師課堂上提問或者隨堂測驗,要求學(xué)生用Plickers個人專屬卡片(見圖5)進行作答,學(xué)生回答問題只需要拿起手中的卡片,如果選“A”就把卡片上的字母“A”朝上,選“B”則把卡片上的字母“B”朝上,教師用智能手機一掃就能立即得到學(xué)生回答情況的統(tǒng)計結(jié)果(見圖6),不僅包括學(xué)生回答的正確率,還能針對題目的選項進行分析。

[案例4解讀]課堂及時反饋平臺可以幫助教師及時收集課堂上的回答數(shù)據(jù),教師根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以立即掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,及時調(diào)整教學(xué)的流程和策略,使教學(xué)具有針對性,大大提高教學(xué)效果。在眾多的課堂即時反饋平臺中,Plickers不僅使用門檻低,還能有效地調(diào)動學(xué)生回答問題的積極性,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.5 虛擬仿真實驗沉浸式體驗,促進學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展

虛擬仿真實驗是指采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)(VR技術(shù))實現(xiàn)的虛擬實驗環(huán)境。虛擬仿真實驗由實驗所依賴的模擬程序、實驗單元、工具和參考資料等組成了一個創(chuàng)造和引導(dǎo)模擬實驗的交互環(huán)境,可以帶給實驗者身臨其境的感覺和強烈的實操代入感,使實驗者像在真實實驗環(huán)境那樣完成各項預(yù)定的實驗操作,獲得沉浸式的直觀體驗,對中學(xué)生物實驗教學(xué)產(chǎn)生了變革性影響。在初中生物教學(xué)實踐過程中,常用的虛擬仿真實驗教學(xué)平臺(或軟件)有:智慧宮虛擬仿真實驗室、NOBOOK虛擬實驗、矩道初中生VR 3D虛擬仿真實驗室(演示版)、3DBbody等。虛擬仿真實驗支持反復(fù)練習(xí),不受時空、空間、安全、儀器設(shè)備、實驗材料等的限制,學(xué)生可以自主選擇不同實驗、在虛擬的環(huán)境下進行實驗觀摩、模擬實驗、拓展訓(xùn)練、實訓(xùn)考核等操作,有效地補充真實實驗的不足,提高了初中生物實驗教學(xué)的廣度和效率。

[案例5]在做“綠葉在光下制造有機物實驗”實驗時,學(xué)生經(jīng)常出現(xiàn)實驗失敗的現(xiàn)象。實驗失敗的原因主要有:暗處理時間不夠,葉片原有的淀粉未被消耗盡;對葉片進行遮光處理的黑紙片太小,葉片未遮光部分的淀粉轉(zhuǎn)運到遮光部分;葉片遮光處理后光照強度和時間不足;酒精脫去葉綠素不充分; 實驗材料選擇錯誤,用綠蘿、吊蘭等難以脫色的植物替代天竺葵等。用虛擬仿真實驗可以使每個學(xué)生參與實驗過程,基于實現(xiàn)現(xiàn)象推導(dǎo)實驗結(jié)論,在實驗中認識和理解綠色植物光合作用制造有機物的科學(xué)現(xiàn)象(見圖7)。

[案例5解讀] 虛擬仿真實驗的實驗操作、過程、現(xiàn)象逼真，完全模擬真實實驗操作，實驗數(shù)據(jù)仿真、正確，還能夠根據(jù)需要創(chuàng)建實驗場景，多方位進行實驗、探索、分析、研究得出實驗結(jié)論，增加了學(xué)生的參與感和代入感，打破了實驗條件、時間、素材等因素限制，課堂無法完成的學(xué)生實驗借助虛擬仿真實驗技術(shù)得以體驗。虛擬仿真實驗使每位學(xué)生都有機會親自設(shè)計實驗步驟、選擇實驗器材、實施實驗、完成記錄，體驗實驗探究的過程，收獲實驗成功的喜悅，在與同學(xué)交流、探討、解決問題的過程中發(fā)展自主、合作、探究能力。

4 信息技術(shù)賦能初中生物教學(xué)的效果分析

4.1 信息技術(shù)賦能課堂教學(xué),促進師生教與學(xué)方式的轉(zhuǎn)變

一方面,教師從“知識的傳授者”變成了“引導(dǎo)者”;另一方面,學(xué)生從“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”,從被動的學(xué)習(xí)者變?yōu)榱酥鲃拥膶W(xué)習(xí)者。

4.2 信息技術(shù)賦能實驗教學(xué),促進學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的提升

生物科學(xué)作為一門以實驗為主的自然科學(xué),實驗是學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的重要途徑。VR(虛擬現(xiàn)實)和AR(增強現(xiàn)實)技術(shù)開辟了學(xué)生動手實驗的新路徑,使更多的學(xué)生獲得參與實驗操作的機會,促進了學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展和提升。

4.3 信息技術(shù)賦能科學(xué)探究,促進了學(xué)生實踐能力的發(fā)展

在初中生物探究性學(xué)習(xí)過程中,運用信息技術(shù)能夠降低教學(xué)難度,使抽象內(nèi)容具體化,靜止關(guān)系動態(tài)化,直觀呈現(xiàn)生物的演變和知識的遷移過程,能夠有效地幫助學(xué)生克服初中生物課程的認知障礙[5],使學(xué)生在獲取知識的過程中培養(yǎng)科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神,在運用所學(xué)知識解決問題的過程中發(fā)展科學(xué)探究和實踐能力。

4.4 信息技術(shù)賦能教學(xué)評價,促進了“教—學(xué)—評”一體化發(fā)展

運用信息技術(shù),可以實時進行師生間、學(xué)生間、小組間互動評價,定量診斷學(xué)生得分率及完成速度等指標數(shù)據(jù),有利于調(diào)整教學(xué)流程和管理教學(xué)進度,充分發(fā)揮“教、學(xué)、評”一體化的激勵和發(fā)展功能。