高中生物數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐運(yùn)用

牛軍銳 馬育國(guó)

摘 要：生物學(xué)作為一門實(shí)驗(yàn)性的學(xué)科，兼具著探究性和實(shí)踐性，隨著數(shù)字化技術(shù)發(fā)展的越來越成熟，在復(fù)雜的生物實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)是必然趨勢(shì)。通過生物數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以很好地讓學(xué)生進(jìn)行探究式的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力。本文從開展數(shù)字化生物實(shí)驗(yàn)所需的設(shè)備、數(shù)字化生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)例以及在高中生物教學(xué)中開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義等方面探討了數(shù)字化技術(shù)在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用及重要性。

關(guān)鍵詞：高中生物 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)

【中圖分類號(hào)】G633.91 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1005-8877（2019）09-0001-02

生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以很好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力，另外在高中生物試卷中，實(shí)驗(yàn)題所占比重非常大，所以重視生物的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，既能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力，又能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)。但在往常的高中生物教學(xué)中，因?yàn)閷W(xué)生的學(xué)習(xí)壓力大，加之教師和學(xué)生的目的都只是為了提高考試成績(jī)，所以往往教師還有學(xué)生都不重視生物的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師往往都只是讓學(xué)生按照教材上的實(shí)驗(yàn)過程做一遍，只是走個(gè)形式，實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和效率都不高，導(dǎo)致了高中生物教學(xué)不能很好的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力。而近年來高考實(shí)驗(yàn)題的考察卻對(duì)中學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了更高的要求，要想提高生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和效率，借助數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn)，是一條行之有效的途徑。

1.生物數(shù)字化實(shí)驗(yàn)所使用的設(shè)備

在比較復(fù)雜的生物實(shí)驗(yàn)中，所需使用到的數(shù)字化設(shè)備是非常多的。在高中生物實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)比較簡(jiǎn)單，所以筆者把實(shí)驗(yàn)所使用的數(shù)字化設(shè)備簡(jiǎn)化為四個(gè)：傳感器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、數(shù)據(jù)分析軟件、輔助實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

傳感器可以把需要測(cè)量的數(shù)據(jù)變?yōu)榭梢暬畔ⅲ⑦@些信息存儲(chǔ)、處理、輸出等。傳感器可以大致分為兩類：物理類和化學(xué)類。物理類傳感器比如壓強(qiáng)傳感器、心跳傳感器等等?；瘜W(xué)類傳感器，比如pH數(shù)值傳感器、氧氣濃度傳感器等等。在高中生物實(shí)驗(yàn)中，選擇一些簡(jiǎn)單合適的傳感器，可以大大增加實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)驗(yàn)的效率。傳感器一般都要與無線顯示設(shè)備——數(shù)據(jù)采集器配合使用。

數(shù)據(jù)采集設(shè)備是把傳感器測(cè)量到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所顯示出來的電子設(shè)備，筆者在實(shí)驗(yàn)中一般使用的是平板電腦數(shù)據(jù)采集設(shè)備。一般數(shù)據(jù)采集設(shè)備都要與數(shù)據(jù)分析軟件相結(jié)合使用。

在現(xiàn)在的數(shù)據(jù)采集設(shè)備上，一般都有自帶的數(shù)據(jù)分析軟件，如果沒有的話，在實(shí)驗(yàn)室還要配備一臺(tái)電腦，安裝數(shù)據(jù)分析軟件。

另外，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是建立在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式的基礎(chǔ)上的，還是需要一些燒瓶、試管、鐵架臺(tái)等實(shí)驗(yàn)輔助設(shè)備。

2.生物數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用教學(xué)實(shí)踐

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)能夠幫助教師和學(xué)生真實(shí)、實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)和實(shí)施實(shí)驗(yàn)過程，利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使學(xué)生由過去的被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)探究，筆者嘗試在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中嘗試開展了一些數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過數(shù)字化技術(shù)的使用，學(xué)生自己動(dòng)手獲取精確的數(shù)據(jù)，改變以往“教師做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生照模仿”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，大大提高了生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量與效率。

教學(xué)案例：借助數(shù)字化技術(shù)開展過氧化氫分解速率的探究實(shí)驗(yàn)

影響過氧化氫的分解速率因素很多：過氧化氫的濃度、溫度、pH，酶的濃度等，因?yàn)檫^氧化氫可以分解為氣體，可以通過測(cè)量容器內(nèi)的壓強(qiáng)（或者氧氣濃度）來表示過氧化氫的分解速率。通過在分別密閉容器中放不同數(shù)量的馬鈴薯、不同類型的生物組織、設(shè)置不同的溫度、不同的pH等單一變量，并控制無關(guān)變量進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：傳感器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備等數(shù)字化設(shè)備，試管、燒瓶等實(shí)驗(yàn)器材，馬鈴薯塊，肝臟研磨液、蘿卜塊、過氧化氫試劑若干、溫度計(jì)、緩沖液、水浴鍋。

實(shí)驗(yàn)過程1：一是先裝好三套相同的氧氣傳感器數(shù)字化技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置。二是在實(shí)驗(yàn)容器中放入相同的過氧化氫溶液，并在三個(gè)實(shí)驗(yàn)容器中放入不同數(shù)量的馬鈴薯塊。三是采集氧氣濃度數(shù)據(jù)變化，輸入數(shù)據(jù)分析軟件，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)過程2：一是先裝好三套相同的壓強(qiáng)傳感器數(shù)字化技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置。二是在實(shí)驗(yàn)容器中放入相同的過氧化氫溶液，并在三個(gè)實(shí)驗(yàn)容器中放入不同數(shù)量的馬鈴薯塊。三是采集壓強(qiáng)數(shù)據(jù)變化，輸入數(shù)據(jù)分析軟件，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)過程3：一是先裝好三套相同的壓強(qiáng)傳感器數(shù)字化技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置。二是分組分別設(shè)計(jì)不同的溫度（不同的pH、不同的生物組織、加入不同的過氧化氫的量）進(jìn)行分組探究。三是采集壓強(qiáng)數(shù)據(jù)變化，輸入數(shù)據(jù)分析軟件，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

結(jié)果展示、討論交流：每組同學(xué)收集本組數(shù)字化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（曲線圖和柱形圖）匯報(bào)展示本組實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)自變量，展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、陳述實(shí)驗(yàn)結(jié)論。班級(jí)實(shí)驗(yàn)情況匯總，共同總結(jié)不同因素對(duì)過氧化氫的分解速率的具體影響，形成對(duì)過氧化氫的整體認(rèn)知。

數(shù)字探究實(shí)驗(yàn)的分析：通過不同影響因素的對(duì)比實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、探究，激勵(lì)學(xué)生留心觀察、大膽猜想、互助合作，學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和記錄、知道用數(shù)據(jù)說明問題，讓學(xué)生有很大的成就感。通過這樣簡(jiǎn)單的數(shù)字化設(shè)備來進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以大大減少實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間成本，增加教學(xué)效率，并培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力，加深學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力和思維寬度，培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。

3.生物數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的益處

在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)，可以更加方便快捷地改進(jìn)課堂實(shí)驗(yàn)方法，更好地優(yōu)化課堂教學(xué)過程，有助于提升學(xué)生的生物學(xué)習(xí)興趣，并大大 增強(qiáng)他們的生物學(xué)習(xí)素養(yǎng)。

傳感器設(shè)備是非常靈敏的，測(cè)得的數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確、直觀，可以通過數(shù)字表、曲線、圖表等多種形式實(shí)時(shí)顯示實(shí)驗(yàn)的變化過程。在實(shí)驗(yàn)過程中，一些肉眼難以看見的現(xiàn)象和用肉眼只能得出大概數(shù)值的數(shù)據(jù)，用傳感器都可以精確的測(cè)量到。比如，在測(cè)量試劑的pH值時(shí)，往常都是用pH試紙的顏色和比色卡相對(duì)比，用肉眼觀察得到一個(gè)pH值的范圍，這樣得到的pH值可能會(huì)有一定的誤差，但是用pH值傳感器就可以精確地測(cè)量出試劑的pH值。

用數(shù)字化設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)還可以縮減實(shí)驗(yàn)過程，讓實(shí)驗(yàn)效率變得更高，減少實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間成本。比如，在測(cè)量試劑的pH值時(shí)，如果要測(cè)量幾十種試劑的pH值呢？用往常的實(shí)驗(yàn)方式，一般都是一組一組的用pH試紙來測(cè)量，再比對(duì)比色卡，記錄每一組的數(shù)據(jù)，再轉(zhuǎn)化為圖表等。因?yàn)檫@樣的實(shí)驗(yàn)過程大多都是在重復(fù)的操作相同的步驟，很容易讓學(xué)生感到枯燥無聊，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間成本也太高。所以，用pH傳感器來測(cè)量試劑的pH值，不僅得到的pH值更為精確，而且得到的數(shù)據(jù)直接輸入電腦，通過數(shù)據(jù)分析軟件直接轉(zhuǎn)化為圖表等，可以大大增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。

4.結(jié)語

隨著新課程改革的實(shí)施和發(fā)展，要求通過使用最新的技術(shù)設(shè)備來教學(xué)的水平也越來越高。高中生物實(shí)驗(yàn)利用現(xiàn)代社會(huì)的數(shù)字化技術(shù)來教學(xué)，是教育改革的大趨勢(shì)，也是新課程改革的要求。生物高中生物教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，要以教材為基礎(chǔ)，將生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)與數(shù)字化技術(shù)相結(jié)合，更好的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和效率。

參考文獻(xiàn)

[1]黃瑋.利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2005（11）