傳遞信息 感知生物

朱明

摘 要 在理化生等實驗學科中，各類傳感器的使用，推動了數字化校園建設和學科教學精準度，轉變了原有的學習方式與教學模式，促進了信息技術與其他學科知識技能的整合發展。

關鍵詞 信息技術；生物實驗；傳感器

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）23-0151-02

1 數字化實驗室和傳感器的選擇

實驗室概述 中學階段的數字化實驗室是當前應用非常廣泛的實驗教學平臺，是由各類數字化儀器和相應的分析設備組成的測量系統。它可以通過設計并實施一系列的數字化實驗方案，通過各類傳感設備和分析儀器，快速高效地完成電、熱、力、光、聲等各種數據的實時采集和分析，實現整個數字化實驗數據鏈的存儲、計算、分析，并最終展示想要的實驗結果。

傳感器的選擇 生物數字化實驗中，最為重要的儀器就是各類傳感器。根據傳感器敏感元件的特點，可將其分為三大類：

1）物理類，主要基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應；

2）化學類，主要基于化學反應的原理；

3）生物類，主要基于酶、抗體、激素和核酸等分子特異性識別功能。

根據中學生物學科的自身特點，科學選擇各類傳感器，能夠快速地分析展示出數字化、圖表化、形象化的實驗結果，提高了實驗的趣味性和準確性，體現了現代化數字實驗的優勢，突破了傳統實驗教學的局限性。

傳感器的前景與展望 目前，傳感器的使用仍將圍繞選擇活性強、選擇性高的生物類傳感元件，還將進一步探索如何提高數據采集、轉換設備的使用壽命，解決各類儀器設備在體型、功能、質量等方面的問題。

將來，實驗室中各類傳感器將具備下列特點。

1）功能多樣。將來的各種類型的傳感器，將進一步進入社會和人們生活的方方面面，進一步涉及醫療、環境、能源、食品、航天等行業的各個領域。

2）體型縮小。隨著科學技術的不斷進步，各類傳感器的體型將不斷縮小，各種可攜帶的傳感器將進入普通人們的家庭，實現醫療儀器的家庭化使用，提高人們的生活品質。

3）智能集成。同樣，科技的進步也將進一步帶來各類傳感儀器設備的智能化，使得各類復雜的實驗功能能夠更加集成化，實現從采集到結果的全自動化智能處理。

4）質優價廉。隨著傳感儀器設備的功能和質量的提高，生產成本的不斷降低，將形成高智能化、高集成、低成本的傳感設備產業鏈。

傳感設備關鍵性能的改善，將會帶動傳感器的社會化、產業化和生活化的進程，也會大大提高現代化的數字化實驗教學水平，實現科技對教育的促進作用。

2 生物實驗狀況分析

生物數字化實驗的應用，主要是將實驗數據以數字化方式采集分析歸納，從而得出實驗結論。相對于傳統的實驗，只能強調儀器的操作是否規范，只能關注實驗的結果是否準確，只能起到驗證結論的作用，而無法探究具體的實驗過程，無法提高學生的思維和創新能力。但是，通過數字化實驗的方式，則可以彌補這類缺憾，達到現代化教學的目的。數字化實驗的自身特點尤其體現在下列三類實驗中：

1）傳統實驗中使用常規器材無法觀察到的實驗；

2）實驗數據在過程中不斷變化的動態實驗；

3）一些無法使用傳統器材和思維進行的現代化的復雜實驗。

因此，教師在進行有關實驗教學的安排中，應該結合實際情況，設計好實驗思路和方案，將傳統實驗和數字實驗科學地結合起來，充分發揮各自的優勢。

3 數字化實驗的應用

1）利用數字化實驗器材的超強數據處理能力，不斷提升實驗過程中的精確度和可信度，促進學生對生物實驗的正確認識。在傳統生物實驗中，以觀察實驗現象及實驗結果為主，對實驗的動態過程很難把握。但是使用了現代化的實驗傳感設備，可以對實驗過程中的各項數據進行收集，對實驗中的各種微觀現象進行展示，這樣就使得在教學目標的設計中，不但要得到實驗的結果，還要科學地把握實驗中的重要環節，體現出實驗教學的過程性特點。可以充分利用好數字化實驗的優勢，對過程中的實驗數據進行分析處理，將其結果以表格或圖像等生動的形式展現。讓學生理解實驗教學中過程和結果一樣重要的理念，提高實驗的精確度和可信度，提升他們對實驗過程和結果進行分析和判斷的能力。

2）利用數字化實驗中數據處理和結果展示的優勢，提升教學目標、重難點的達成度，提高教學效率。在常規的教學過程中，知識點的概念和原理較難理解，學生也無法接觸和體驗到具體過程，但是通過數字化實驗中數據的收集和分析，可以掌握各種內在的、本質的、重要的內容，便于學生進一步的理解和接受。在實驗結果的展示中，也可以采用豐富的多媒體形式，對實驗結果進行各種探討和加工，形成學生探究的學習過程，不僅激發了學生的學習興趣，而且優化了教學過程，提升了教學目標的達成度，提高了課堂的教學效率。

3）利用數字化傳感設備在數據處理中精確度高的優勢，可以對傳統實驗進行科學驗證和判斷，提升學生的科學素養。由于數字化實驗的精確度高、過程清晰，因此，使用數字化實驗所得出的結果可能與以往結論有不一致的地方。因此，應該利用數字化實驗的優勢，引導學生對以往傳統實驗進行科學判斷和分析，探討理論與實際、結果與預期差異性產生的原因，進一步改進實驗方法和手段，進一步提升實驗操作水平。

通過以上過程可以發現，傳統實驗結論是經過多年的驗證得以形成的，但對于學生來說，要有質疑科學的精神，要有主動探究的能力，更要有分析總結的水平，并最終形成自身獨有、終身受用的科學素養。

4）利用在數字化實驗中對傳感器和計算機的使用，提高學生對信息技術設備和軟件的操作水平，提升學生的信息綜合素養。在數字化實驗中，由于實驗過程和操作的需要，學生必須不斷接觸各類傳感儀器和計算機中的相關應用軟件。因此，在完成生物實驗任務的同時，他們也在不斷接觸各類儀器設備的連接和使用，以及各類專業軟件的調試和運行，其中滲透著很多信息技術學科的知識和要領，對學生提出跨學科的更高要求，也不斷提高學生對于信息技術學科求知和探索的欲望，最終也提升了學生的信息綜合素養。

4 數字化實驗面臨的困擾

采用數字化實驗教學模式，能夠較好地彌補傳統實驗教學的不足，但在實際運用過程中也容易走入一定的誤區。

很多教師畏懼開設數字化實驗課程 不少教師對于實驗課程中加入數字化實驗設備有抵觸情緒，這打破了他們一貫的教學形式，對他們也提出了更高的要求。另外，也有部分教師對于數字化實驗剛開始熱情高漲，但經過一段時間沒有達到預期目標，他們便沒了持之以恒的決心，也就中途放棄了。

教學內容安排與教學實際情況的矛盾 在新課程內容的設置中，雖然學生探究性實驗多了，但相應的實驗課時安排還不夠；在數字化實驗中，對于操作要求的嚴謹性較高，但學生對于探究實驗過程的體驗則無法很好實現；另外，在數字化實驗操作中，由于學生的操作技巧水平不高，容易導致設備的頻繁損壞，不適宜進行廣泛的平行授課。

學生現代信息技術與傳統實驗技能培養的矛盾 如計算機軟件自動化顯示、計算實驗結果，減少了學生對實驗現象和實驗數據分析、計算的時間，弱化了實驗操作中細節分析和理解接受的過程，這也很容易養成學生的依賴性。

5 總結反思

數字化實驗是一種工具，以其豐富的傳感器、精確快速的測量、多功能的軟件為支撐，提供了一個科學探索的技術平臺。這不僅開拓了現代中學生物實驗教學的新領域，也對信息技術教師提出新的要求，在完成課程標準的同時，還要進行多學科、跨學科知識技能的思考與研究，幫助學生利用好信息技術手段，在學校教學的各方面充分體現出信息技術的優勢。