基于智慧課堂建設(shè)中學(xué)生物學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室

沈續(xù)豐

(淮南市謝家集區(qū)第六中學(xué) 安徽淮南 232046)

教育部頒布的《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》(以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)中的課程目標(biāo)模塊提出了探究實(shí)踐的核心素養(yǎng)內(nèi)涵,其對(duì)探究實(shí)踐的詮釋是源于對(duì)自然界的好奇心、求知欲和現(xiàn)實(shí)需求,解決真實(shí)情境中的問題或完成實(shí)踐項(xiàng)目的能力與品格?！墩n程標(biāo)準(zhǔn)》指出通過生物學(xué)課程的學(xué)習(xí),學(xué)生能夠從生物學(xué)現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)和提出問題、收集和分析證據(jù)、得出結(jié)論;綜合運(yùn)用生物學(xué)和其他學(xué)科的知識(shí)、方法與實(shí)驗(yàn)操作技能。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),教師需要采用多樣的教學(xué)形式,結(jié)合學(xué)校的各種教學(xué)資源,為學(xué)生的發(fā)展提供各種機(jī)會(huì)。其中,實(shí)驗(yàn)室資源為開展探究實(shí)踐活動(dòng)提供技術(shù)和場地支持,若將智慧課堂與初中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室結(jié)合,能進(jìn)一步促進(jìn)初中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)字化發(fā)展。

1 智慧課堂的特點(diǎn)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,特別是人工智能的發(fā)展,各類先進(jìn)的智能教學(xué)技術(shù)在學(xué)校教育教學(xué)中獲得廣泛應(yīng)用,使信息技術(shù)和學(xué)校教育再度結(jié)合,促進(jìn)教師的教和學(xué)生的學(xué)。

新一代智慧課堂是通過智慧教室超腦搭載的一系列在人工智能領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù),將訊飛智慧窗與訊飛智能學(xué)生機(jī)緊密聯(lián)系在一起,通過一塊大屏和一塊小屏的對(duì)話,進(jìn)一步為課堂教學(xué)服務(wù)。智慧教室的安裝便于教師利用科大訊飛提供的軟件和硬件,科學(xué)合理地安排課堂教學(xué),能有效提高課堂教學(xué)中教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位,為精準(zhǔn)、互助和個(gè)性化的教學(xué)提供可能。

2 傳統(tǒng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的不足

首先,在實(shí)驗(yàn)室管理方面,我國各地的中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室還處于手工管理的階段,實(shí)驗(yàn)室的各種登記表需要手工錄入,如教學(xué)儀器明細(xì)賬、藥品明細(xì)賬,實(shí)驗(yàn)室使用記錄等。手工錄入不僅工作量大,容易出錯(cuò)不易修改,而且在儀器藥品破損需要從賬目中作廢時(shí),會(huì)使賬目凌亂、不美觀。

其次,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面,新課改下的許多生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是開放性的實(shí)驗(yàn),學(xué)生必須通過自己的親身實(shí)踐探索發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的目的和內(nèi)容,達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。而在傳統(tǒng)的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室中,學(xué)生很難在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行真正的開放性實(shí)驗(yàn),教師也往往只是圍繞教學(xué)計(jì)劃進(jìn)行生物學(xué)實(shí)驗(yàn),圍繞教材開展實(shí)驗(yàn),缺乏開放性和創(chuàng)新性。

最后,在實(shí)驗(yàn)資源利用方面,生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室是開展生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要場所,能為日常實(shí)驗(yàn)操作提供場所和器材,有利于學(xué)生運(yùn)用科學(xué)的方式解決生物學(xué)問題?，F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室不僅要提供實(shí)驗(yàn)的硬件還要提供軟件資源,而這對(duì)傳統(tǒng)的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室而言是一種挑戰(zhàn)。

3 基于智慧課堂的數(shù)字化生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)

3.1 具有一定的智能性

基于智慧課堂的數(shù)字化生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室,由于配備相應(yīng)的開發(fā)軟件,實(shí)驗(yàn)室具備智能分析和識(shí)錯(cuò)功能,具有一定的智能性。在實(shí)驗(yàn)過程中,實(shí)驗(yàn)室設(shè)備能根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程實(shí)時(shí)、智能地向?qū)W生傳遞信息,讓學(xué)生及時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)做出評(píng)估。

3.2 實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的開放性

基于智慧課堂的數(shù)字化生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室既可以用于教師的演示實(shí)驗(yàn),也可以用于學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn);可以用于實(shí)驗(yàn)的課堂教學(xué),也可以用于學(xué)生的課外綜合實(shí)踐活動(dòng)。因此,數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)開放的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),其表現(xiàn)為時(shí)空、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式上的開放性。

3.3 具備實(shí)驗(yàn)的共享性

以智慧課堂軟、硬件為基礎(chǔ)的數(shù)字化生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室結(jié)合傳統(tǒng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)代信息技術(shù),將各種生物學(xué)實(shí)驗(yàn)操作智能化;利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)資源的校內(nèi)和校際共享,既節(jié)約人力成本也節(jié)約實(shí)驗(yàn)物力成本,從而實(shí)現(xiàn)了信息技術(shù)與理科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效整合。

4 基于智慧課堂建設(shè)中學(xué)生物學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用策略

信息技術(shù)已在學(xué)校教學(xué)中獲得較高程度的普及和應(yīng)用,特別是近幾年來,以科大訊飛為代表的智慧課堂普遍進(jìn)入學(xué)校,廣大學(xué)科教師已通過培訓(xùn)初步了解智慧課堂的優(yōu)點(diǎn)和使用方法。智慧課堂的軟硬件進(jìn)入中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室為實(shí)驗(yàn)室管理的變革提供了可能。

4.1 基于智慧課堂,建設(shè)數(shù)字化生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的管理資料

在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的使用過程中,需要準(zhǔn)備一系列的管理資料,使實(shí)驗(yàn)室的管理人員和使用人員可以按照制度操作,保證實(shí)驗(yàn)室的正常使用和管理。實(shí)驗(yàn)室管理的數(shù)字化,體現(xiàn)在通過智慧課堂的大屏下載相應(yīng)的文字、圖片、文檔和電子表格,將與實(shí)驗(yàn)室管理有關(guān)的資料錄入智慧課堂的大屏中,組建相關(guān)的文件夾,為管理制度的建立、完善和查閱等工作提供便利,并且智慧課堂具有網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn),能對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)時(shí)管理和監(jiān)控。

4.2 基于智慧課堂,建設(shè)數(shù)字化生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的資產(chǎn)賬目

生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的正常使用需要提前準(zhǔn)備儀器設(shè)備和藥品,因此管理儀器設(shè)備和藥品是實(shí)驗(yàn)室管理工作的重要環(huán)節(jié)之一。利用生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的智慧課堂大屏下載文字或數(shù)據(jù)處理的管理軟件,建立儀器、藥品等設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫,實(shí)現(xiàn)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的資產(chǎn)賬目數(shù)字化。

如在實(shí)驗(yàn)室管理軟件錄入藥品儀器設(shè)備的基本信息后,利用軟件的數(shù)字化編輯功能實(shí)時(shí)更新藥品儀器設(shè)備數(shù)據(jù),通過現(xiàn)場或網(wǎng)絡(luò)預(yù)約的方式借還實(shí)驗(yàn)室中的設(shè)備等,利用軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)備的科學(xué)管理,提高實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的使用效率,為順利開展生物學(xué)實(shí)驗(yàn)提供保障。

4.3 基于智慧課堂,建設(shè)數(shù)字化生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源

4.3.1 基于智慧課堂,建設(shè)數(shù)字化生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室虛擬實(shí)驗(yàn)資源

訊飛智慧課堂教學(xué)軟件的操作界面中有各種實(shí)驗(yàn)資源,其中包括各種生物學(xué)教學(xué)同步實(shí)驗(yàn)資源和虛擬實(shí)驗(yàn)室等。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容緊扣《課程標(biāo)準(zhǔn)》和當(dāng)下生物學(xué)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求。生物學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋初中階段的“生物體的結(jié)構(gòu)層次”“生物的多樣性”“生物與環(huán)境”“植物的生活”“人體生理與健康”“遺傳與進(jìn)化”和“生物學(xué)與社會(huì)·跨學(xué)科實(shí)踐”等七大知識(shí)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容形式包括教材中的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)、教師演示型實(shí)驗(yàn)以及學(xué)生的探究活動(dòng)和觀察調(diào)查等。相比于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn),虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軐?shí)驗(yàn)中抽象、虛擬的現(xiàn)象直觀呈現(xiàn),便于學(xué)生理解,加深學(xué)生認(rèn)識(shí)。同時(shí),虛擬實(shí)驗(yàn)室可以無限制地重復(fù)實(shí)驗(yàn),學(xué)生可操作性增強(qiáng),提高實(shí)驗(yàn)的利用效率。

訊飛智慧課堂中帶有NOBOOK 生物學(xué)軟件(以下簡稱“NB 生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室”),其中的虛擬實(shí)驗(yàn)資源是利用信息技術(shù)的虛擬仿真技術(shù)編程開發(fā)而成的跨平臺(tái)、跨學(xué)科使用工具。實(shí)驗(yàn)者可利用多媒體進(jìn)行操作,在編程軟件設(shè)定的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中完成各種事先編排好的實(shí)驗(yàn)操作過程,按照一定的邏輯分析得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論,為實(shí)驗(yàn)操作者和觀看者提供真實(shí)的實(shí)驗(yàn)場景和操作體驗(yàn)。

4.3.2 基于智慧課堂,建設(shè)數(shù)字化生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室微課資源

傳統(tǒng)的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多由教師講解起始,教師先細(xì)致講解實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、目的、器材和步驟等,待學(xué)生基本理解后再引導(dǎo)學(xué)生觀看教師演示實(shí)驗(yàn)或自主動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。由于學(xué)生的領(lǐng)悟和實(shí)操能力具有差異,不少學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解可能存在偏差,甚至在實(shí)驗(yàn)操作后預(yù)期的操作技能并沒有提升。因此,盡管在實(shí)驗(yàn)課中引入了虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備,讓學(xué)生可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬操作,但對(duì)于部分領(lǐng)悟能力較差的學(xué)生而言這還不夠。基于班級(jí)部分群體的理解能力,在中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入實(shí)驗(yàn)微課資源,應(yīng)最大限度地提高生物學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生理解生物學(xué)基本概念和基礎(chǔ)知識(shí)的助力。

微課實(shí)驗(yàn)教學(xué)和虛擬實(shí)驗(yàn)一樣,是一種開放性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式,但要求教師針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容制作教學(xué)視頻,生物學(xué)實(shí)驗(yàn)微視頻應(yīng)包括實(shí)驗(yàn)的知識(shí)點(diǎn)、目標(biāo)、重難點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備材料和步驟等基本內(nèi)容。

智慧課堂的AI 錄課為教師制作生物學(xué)實(shí)驗(yàn)微課提供技術(shù)和軟件支持,教師可在課堂或課余時(shí)間利用微課呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的操作步驟和操作過程;如果條件允許,部分沒有安全隱患的實(shí)驗(yàn),教師可以安排學(xué)生完成微課錄制。

通過準(zhǔn)備生物學(xué)實(shí)驗(yàn)微課資源,利用實(shí)驗(yàn)微課教學(xué),可以讓學(xué)生在課前、課中、課后反復(fù)學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不理解的信息,提高學(xué)生對(duì)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的理解能力和生物學(xué)學(xué)習(xí)興趣。

4.3.3 基于智慧課堂,建設(shè)數(shù)字化生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室在線教學(xué)資源

訊飛智慧課堂和安徽基礎(chǔ)教育應(yīng)用資源平臺(tái)(皖教云)互通,學(xué)?？山y(tǒng)一安排學(xué)生注冊(cè)安徽基礎(chǔ)教育應(yīng)用平臺(tái)(皖教云)賬號(hào),利用訊飛智慧課堂進(jìn)入個(gè)人中心。在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,為學(xué)生配備了相應(yīng)的學(xué)習(xí)平板,借助智慧課堂的軟硬件設(shè)施,實(shí)現(xiàn)教師和學(xué)生、學(xué)生和學(xué)生、學(xué)生和智慧課堂軟件間的交流互動(dòng)。教師完成相應(yīng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容的推送,學(xué)生在平板端進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的學(xué)習(xí)和確認(rèn)。利用智慧課堂實(shí)時(shí)反饋的特性,教師能了解班級(jí)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況,收集并分析相應(yīng)數(shù)據(jù),開展動(dòng)態(tài)的個(gè)性化學(xué)情分析,針對(duì)學(xué)生特質(zhì)推送個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)資源,進(jìn)行個(gè)性化輔導(dǎo),實(shí)現(xiàn)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的精準(zhǔn)教學(xué)。

同時(shí),訊飛智慧課堂、學(xué)科網(wǎng)和科大訊飛的云資源,以及校本資源共同構(gòu)建了科大訊飛在線教學(xué)資源,其中的實(shí)驗(yàn)資源也比較豐富,為師生教學(xué)提供大量資源,使教師獲得更為豐富的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源,使學(xué)生能體驗(yàn)和探究更多的生物學(xué)謎團(tuán)。

4.4 基于智慧課堂,建設(shè)數(shù)字化生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室使用過程性資料

生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理過程中會(huì)面臨各種檢查,需要準(zhǔn)備相應(yīng)的使用過程性資料。依賴于原始的手工記錄謄寫工作量較大且易于丟失,而生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室裝備智慧課堂后,利用其文字處理和電子表格等軟件,可將實(shí)驗(yàn)室工作計(jì)劃、工作總結(jié)和使用記錄等過程性資料數(shù)字化。在智慧課堂大屏的存儲(chǔ)器中創(chuàng)建過程性檢查文件夾,既便于查找和編輯資料,也助于應(yīng)對(duì)各種有關(guān)實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)檢查。

在人工智能的大環(huán)境下,生物學(xué)教師可以依托智慧課堂建設(shè)中學(xué)生物學(xué)數(shù)字實(shí)驗(yàn)室,創(chuàng)建智慧型的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂,將自己打造為與時(shí)俱進(jìn)的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理員,努力為學(xué)生創(chuàng)造智慧型的學(xué)習(xí)資源和場所,促進(jìn)學(xué)生探究實(shí)踐核心素養(yǎng)的發(fā)展。