數字化探究實驗在高中生物教學中的運用

馬育國

摘 要：生物學是一門以實驗為基礎的學科，實驗教學是高中生物教學的基本形式之一。文章闡述了數字化實驗技術的組成、用數字化實驗技術開展數字化探究實驗教學的方法以及開展數字化生物探究實驗在提高生物實驗教學的效率方面的作用，便于師生更好地對實驗進行設計和探究，對實驗結果進行分析和評價，從而有效地提高學生的生物科學素養。

關鍵詞：高中生物；數字化技術；探究實驗

中圖分類號：G633.91

一、引言

高中生物課程標準的理念之一就是以學生為學習主體，倡導探究性學習，強調新知識的獲取不再是由教師直接灌輸給學生，而是讓學生進行自主探究性學習，通過科學探究掌握新的知識，獲得新技能，提高生物學科素養。生物作為一門以實驗為基礎的學科，如何開展生物實驗教學，讓學生在探究過程中進行知識的再發現、能力的再提升。筆者就數字化探究實驗技術的組成， 如何在生物教學中對部分高中生物實驗進行數字化探究式教學，以及進行數字化探究實驗的意義進行了探索。

二、數字化探究實驗技術的組成

數字化探究實驗是利用先進的計算機技術、網絡通訊技術、多媒體技術等，將傳統實驗室中的各種實驗資源數字化，并通過計算機實現實驗教學管理的高效化。筆者在生物實驗教學中所使用的數字化探究實驗系統主要為“數字化信息實驗系統”（簡稱“DIS”），分為3 個部分：一是傳感器，它主要負責前端實驗量的采集，把實驗中測量的各種非電信號（如光強、pH值等）轉換成標準的電信號；二是數據采集器，是傳感器與計算機的接口，主要負責把傳感器的模擬電信號轉換成數字信號并與計算機進行通信；三是軟件（江蘇省蘇州市吳江汾湖高級中學（以下簡稱“我?！保嶒炇矣玫氖抢释﨑ISLabV7.0生物專用軟件），它主要負責數據信號的顯示、處理與分析等。另外，數碼顯微鏡、實驗操作視頻及其他計算機處理程序也可作為數字化技術的輔助部分。

三、應用數字化實驗技術開展生物探究實驗教學實例

數字化實驗技術能夠幫助教師和學生真實、實時、快速、準確地設計和實施實驗過程，結合中學生物課程的特點，我校在生物教學中對高中生物的部分實驗進行了改進，融入了數字化探究技術，大大提高了實驗的效率和效果。具體有下列生物探究實驗和內容。

四、開展數字化探究實驗的意義

隨著江蘇歷年高考生物實驗試題難度的加深，想單純依靠講實驗來提高教學質量已遠遠不能滿足學生實驗能力的考查要求，為此教師必須在有限的教學時間內提高實驗教學的效率，而數字化探究實驗教學在這方面有著較大優勢。

（1）節省課堂實驗教學時間，提高實驗教學效率。開展數字化探究實驗，在采集數據及數據的環節上，可以更快、更準確地得到實驗數據，大大縮短學生在數據處理方面的時間，這就給學生提供了更多的時間以小組互助探究的方式進行實驗設計、實驗圖形分析和實驗結果評價，這正是新課程理念所倡導的自主探究學習所需要的。

例如，在教學中關于呼吸作用與光合作用這一教學重點和難點，學生往往對相關數據表格、曲線或柱形圖分析感到困惑。而通過利用數字化實驗技術進行探究，學生通過O2傳感器、CO2傳感器較精確地測定綠色植物凈光合作用及呼吸作用，親身體驗光合作用及呼吸作用的測定實驗過程，并匯總相關實驗數據，對得出的相關實驗數據生成的曲線圖和柱形圖進行分析比較，可較好地理解光合作用和呼吸作用的相關數據化處理方法，解答該類試題的能力將會大大提高。

（2）拓展生物實驗的時間和空間，在“做”中培養學生的科學素養。數字化實驗技術的可視性和易操作性，為學生提供了一種良好的環境，激勵學生進行研究性學習，自主提出感興趣的研究課題，自主進行實驗研究。例如，我校的研究性學習小組利用電導率傳感器、pH傳感器和混濁度傳感器研究水質的凈化辦法，針對日常生活中存在的問題尋求解決的方法，通過數字化技術分析提出合理的解決方案，從而進一步開展實驗探究，在“做中學”的實驗探究中增強學生的創新意識；可培養學生發現問題、提出問題和解決問題的能力以及收集數據的能力，學會交流與合作，形成實事求是、嚴謹認真的科學精神。

五、結語

數字化實驗設備的應用，給高中生物實驗教學的探究活動提供了最佳手段。隨著教育技術的發展，數字化生物探究實驗將成為實現生物教學中“以學生為本，注重知識、能力、素質協調發展”的重要方法，憑借其數字化、信息化、探究性的特點，為生物教學中學生生物學科素養的培養和素質化教育的實施插上騰飛的翅膀。

參考文獻：

[1]黃 瑋.利用數字化實驗技術進行生物實驗教學[J].中國教育技術裝備，2005（11）.

[2]李玲玲.數字化實驗在中學生物教學中的應用[J].新課程（中學版），2014（4）.

[3]王 丹.生物數字化探究實驗室應用于教學中的優勢、問題及建議[J].中小學電教，2016（Z1）.

[4]李志萬.淺談實驗室在理化生教學中的作用[J].成功（教育版），2012（6）.

[5]張 風.基于傳感器技術的數字化實驗在高中生物實驗教學的應用研究[D].呼和浩特：內蒙古師范大學，2016.

[6]陸新華.巧用數字化實驗，提高探究性能力[J].中學生物學，2016（8）.

[7]康 盼.面向科學探究能力培養的生物學數學化探究活動設計[D].武漢：華中師范大學，2016.