數字化背景下的高中生物實驗課探索

周苑

● 目前高中生物實驗課教學存在的問題

由于課時緊張、實驗步驟繁雜以及實驗條件不足等諸多因素的限制，高中生物課的實驗課教學一直存在如下問題：

第一，按照課時標準直接做實驗。這樣的課堂看起來熱熱鬧鬧、忙忙碌碌，但由于涉及的原理、添加的試劑較多，操作也比較復雜，所以學生整節課都是按照教材設計的步驟盲目地進行機械性操作，現學現做，照貓畫虎，并沒有時間真正去體會實驗的原理方法，實驗不具有連貫性，甚至很多學生到最后還是一頭霧水，難以在一節課時內達到預期的實驗效果。

第二，先讓學生進行預習，然后再去實驗室。這樣的辦法對部分學生是有效的，但由于相關的實驗很抽象、難理解，所以課前學習難度較大，需要耗費學生大量的課前時間。同時，由于個體差異，即便是犧牲大量的課前時間，很多學生也不一定能掌握實驗方法，課堂實驗效果還是良莠不齊。

由于這些問題的存在，師生便都感覺到實驗做與不做，并沒有明顯的區別。于是，衍生出第三種做法，那就是教師紙上談兵，講實驗，這是目前很多學校實驗課的普遍做法。這種做法，雖然應對了部分考試題目，但卻忽視了學生的實踐動手能力，培養了一批高分低能的學生。由于沒有進行過實驗，所以學生沒有真正掌握基本概念的原理和方法，題目稍一變化就不會了。

那最好的辦法是什么呢？數字化生物實驗翻轉課堂的探索，讓信息技術與動手實驗有機融合，為高中生物實驗課開辟了一條嶄新的、行之有效的途徑。

● 數字化生物實驗翻轉課堂的探索

在微視頻的幫助下，實驗過程更加形象直觀，這就解決了之前課前預習耗時耗神的問題，使學生能夠顯而易見地明確實驗流程、方法、步驟，加深對實驗的理解，輕松完成課前自主學習。同時，技術支撐下的課上實驗探究和展示活動構成的微項目學習，又能提高學生的動手操作能力，引發頭腦風暴，從而實現內化知識、拓展能力的高層次學習目標。

下面，我以“綠葉中色素的提取和分離”這一探究實驗為例，談談數字化背景下，高中生物動手實驗課的翻轉課堂教學策略。

1.充分的課前準備

第一，學習目標層次化。學生可以選出那些只要按照自己的節奏、方法和步驟去學習就能掌握的內容來作為課前學習目標。例如，本節課的課前學習目標是：發現色素提取和分離的原理；熟悉實驗操作步驟；了解色素提取時，研磨、過濾及濾紙條的制備和畫濾液細線的注意事項。

第二，為了實現這些目標，我設計了課前自主學習任務單，并發布了如下學習任務。

任務一：通過閱讀教材第97頁的相關內容，回答：綠葉中色素提取和分離的原理分別是什么？

學生只要多讀幾遍教材，就都能掌握這個任務。因此，將它作為課前學習任務自主學習，能幫助學生發現實驗原理，為進一步的探究實驗奠定基礎，提供依據。

任務二：通過觀看“綠葉中色素的提取和分離實驗”微視頻錄像資料，完成利用仿真模擬軟件模擬實驗。

這個任務充分體現了數字化背景下翻轉課堂的特色。由于學生的個體差異，他們達成同樣的目標所需要的時間和步驟是不同的，所以要預估學生可能困惑的地方，針對重點、難點開發相應的微視頻支撐。學生在自主學習時，可以暫停、倒退、重播微視頻，這有利于他們根據個人情況完成學習，預防學困生的出現。本節課課前自主學習的設計思路，是在虛擬實驗環境下，幫助學生理解“綠葉中色素的提取和分離”這一探究實驗活動的操作流程，并利用信息技術提供真實實驗過程微視頻和仿真模擬實驗。學生只要通過反復觀看微視頻，就能了解實驗步驟，掌握操作要領，完成仿真模擬實驗，實現預期目標。

任務三：通過閱讀教材第98頁相關內容，觀看微視頻，回答下列問題：①無水乙醇、二氧化硅、碳酸鈣等實驗試劑在實驗過程中起什么作用？②色素提取時，研磨、過濾的注意事項有哪些？③如何對濾紙條進行處理？畫濾液細線的要求是什么？

在問題引導和微視頻的支持下，學生自行解決了許多因為個性差異而產生的落差問題，理解了概念、原理所包含的意義。這為學生進一步體驗色素的提取和分離實驗過程，深刻理解色素的提取和分離原理，掌握色素的種類及其在生產生活中的應用，實現內化知識、拓展能力奠定了堅實的基礎，由此也培養了學生核心素養的高層次的課堂學習目標。

2.適時轉入“檢測+真實情境探究”，實現課堂教學方式創新

在課堂學習過程中，學生直接利用真實的實驗材料，動手實驗。因為有了充分的課前自主學習準備，他們的手法快速熟練，配合默契，學習情緒高漲，探究欲望強烈，幾乎無一不達到預期的實驗結果。于是，他們收獲了成功的喜悅，信心百倍地投入到后續的學習過程中。

學生先利用5分鐘時間播放另一種提取色素的方法視頻資料：95%的酒精5ml+綠葉碎片→沸水浴2分鐘→取色素液分離。然后基于上述情境，探究“前后兩個實驗的原理是否相同”。有了前面的鋪墊，學生們摩拳擦掌，相互碰撞各種設想，實現了已有知識重組和不斷訪問、知識要素遷移和多重鏈接。小組學生興高采烈，取長補短，主動交流發言，通過討論達成了共識。

可見，有了信息技術的支持，我們再現了真實的探究實驗過程，從而設計出基于真實情境的探究主題，引發了學生思考，充分地提高了課堂效率。微視頻與動手操作相結合，創新了實驗課，能形象化地呈現枯燥的書本知識，刺激了學生的感官，激發了他們的興趣，更好地培訓了他們的創新精神、實踐能力和科學素養。

3.微項目學習是實現課堂學習目標的主渠道

“協作探究+展示活動”構成的微項目學習，是實現課堂學習目標的主渠道，能夠讓絕大多數的學生走進尖子生的行列。微項目學習應具備如下特點：

第一，學生可以自由思考，依據問題所依存的情境對其中一些元素提出自己的界定或假設，在群策群力的基礎上盡可能地激發創造性，產生盡可能多的設想、方法，并允許提出質疑，然后尋找證明假說的方法和理論依據等有效途徑。endprint

第二，解決問題的過程是一個開放的過程。答案可能唯一也可能不唯一，還可能到最后也沒有答案，但在不斷的探究過程中卻能引導學生積極思考、探究，發現事物的本質和規律，甚至可以在解決問題的同時發現新的問題，這是根據學生的發現學習需求而設計的。一個問題得到解決，新的問題可能隨之產生，探索沒有止境。正如英國科學哲學家波普爾所說，“科學和知識的增長永遠始于問題，終于問題……越來越深化的問題，越來越啟發新問題的問題”。

第三，能促進反思和知識遷移。真實情境中的問題隱含在事實背后，學生在協作探究、解決問題的過程中需要進行認真思考、不斷反思，整理自己的認識和知識結構，激發靈感，使思維得到最大限度的開發。同時，將一種情境中獲得的技能、知識或態度應用于新問題的探究過程，來完成知識的遷移。這個過程的實現，依賴于真實情境的探究問題引發的頭腦風暴。

本節課另一個基于真實情境的課堂探究，同樣具備以上特點，也取得了良好的效果。

“通常情況下，植物的葉子為什么春夏翠綠，深秋金黃”這樣的探究問題來源于真實的生活情境，圍繞學習內容展開探索，能激發學生的探究動機和學習積極性。學生主動4人一組，兩兩分工，分別提取和分離綠色葉片和黃色葉片中的色素，進行比對，片刻便找到了綠葉和黃葉中色素種類和含量的差別。

然后立馬分析“為什么”，并追根溯源提出秋天黃葉中葉黃素和類胡蘿卜素多，而春夏綠葉中葉綠素多的原因的各種設想，衍生出許許多多的探究問題。例如，影響色素合成的主要環境因素有哪些？色素的合成是否需要酶的調控？色素的合成與植物激素之間的關系怎樣？……這些問題使課堂探究活動在課后延伸了好久，產生了很多意想不到的“生成”。

學生通過查閱資料、動手實驗，發現光照強度、溫度、礦質元素、水分、溫度等都會影響色素的合成，進而發現影響光合作用的主要環境因素，并對重難點“光合作用的過程及影響因素”有了更深刻的理解；對酶通過控制代謝過程控制色素的合成，從而進一步衍生出色素的合成與遺傳的關系等，都有了清晰的認識。

這樣一個開放的過程，減輕了學生懼怕說錯的心理壓力，激勵他們發揮了自己的最高水平。同時，學生要展示自己的觀點，試圖說服別人，在這種心理驅使下，對知識的鉆研就更加深刻，容易引發自己真正發自內心的思考，從而實現深度學習，為核心素養的發展鋪平道路。

在這一探究過程中，數字技術的支持使展示活動嵌入的評價更加適切、直觀。各個小組可以將自己的實驗結果以圖片的形式上傳至微信群，然后通過大屏幕進行對比展示，于是實驗結果一目了然。同時，展示者要接受同伴質疑，做好闡釋準備。這些細節都能激發起學生的表現欲，使他們在不斷的質疑、探究、闡釋中收獲成功的喜悅！

由此可見，信息技術支持下的翻轉課堂能夠再現實驗過程，提供虛擬化的教學環境，提升課前自主學習質量，為實驗課堂上的深度學習奠定堅實的基礎。基于真實情境的協作探究，能引發學生思考，實現資源共享，激發思想碰撞，是實現數字化背景下生物動手實驗與信息技術有機融合，提高實驗課堂效率和教育教學質量的重要措施。

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