淺談數字化實驗技術在中學生物實驗教學中應用

陳軍

摘 要：當前數字化實驗系統在中學實驗教學領域已經開始應用和實踐，生物學科實驗教學中數字化實驗技術也在教學過程中逐步推廣和應用。在中學實驗型教學活動中如何結合學科實驗特點，將數字化實驗系統合理的應用到傳統實驗教學中去成為一線教師必須面對的一個新課題，只有充分發揮數字化實驗技術的優勢作用，才能更好地為教學和學生服務。

關鍵詞：數字化 實驗教學 應用 優勢作用

數字化實驗系統可以完成常規實驗儀器難以完成的實驗，目前已開始進入中學實驗教學領域。那么作為一線教師，該如何應對這種深層次的信息技術與傳統實驗相整合的產物，從而發揮其優勢作用呢？下面就以生物學科為例，談談自己的一點體會。

一、合理使用顯微數碼互動系統，提高課堂教學的效率

顯微鏡，一直都是生物研究和教學的重要工具。由于傳統顯微鏡只能供單人觀察，利用率較低，花費時間較多，還受制于學生的實驗操作能力。于是顯微鏡圖像共享就成了教師的普遍追求。顯微數碼互動系統把信息技術與傳統的實驗室課堂教學結合起來，不但實現了圖像共享，而且為圖像的貯存、再現與傳輸提供了可能，更可貴的是還可實現師生間的互動，為激發學生的興趣、提高學生的學習主動性、提高效率都起到明顯的促進作用。

例如：

在人教版七年級下冊第四單元第四章第二節《血液流動的管道》實驗“觀察小魚尾鰭內血液的流動”中，將小魚尾鰭置于數碼顯微鏡下，動脈、靜脈和毛細血管三種血管的形態及毛細血管中血液的流動情況清晰的呈現在計算機屏幕上，且可以進行放大觀察。學生可以借助計算機進行相關的操作，教師可以隨時了解各實驗小組的進展，也可以將一些觀察效果較好的實驗小組的圖像通過投影進行展示，既調動了學生的學習積極性，同時提高了實驗課堂的教學效率，收到了較好的效果。

二、應用數字化實驗系統實現實驗由定性上升到定量分析，提高實驗結果的精確度和可信度

在傳統生物實驗操作過程中，雖能觀察到實驗過程及現象，但很難進行定量化處理。中學生物數字化實驗，通過如傳感器、數據采集器和計算機等克服了傳統的實驗儀器難以測量和儲存隨時間變化的大量的各種物理量以及隨其它方面變化的數據的弊端。使用數字化傳感技術，這樣可以使學生騰出更多的時間通過對實驗結果進行分析和評價，從而可以得出更加準確、科學的結論，提高了實驗本身的精確度和可信度。例如：

在高中生物必修三《生物體維持PH穩定的機制》實驗中，將PH傳感器置于盛有等量50ml蒸餾水、緩沖溶液、鮮榨果汁等三個燒杯中，隨著等量HCl溶液（共計5滴）的滴入，計算機屏幕上將分別出現PH數值不斷變化的情況以及三條實驗曲線，直接反映PH值隨反應時間的數值變化，學生可以從三條曲線的變化中直觀的得到“生物體能夠維持PH穩定”結論。這種定量化驗證，比起用傳統的PH試紙來檢測PH更為精確，而且還可以避免學生因操作不慎或不規范所帶來的意外結果。

三、充分應用數字化實驗系統對實驗過程數據的可視化采集和動態呈現優勢，突破教學難點，優化教學過程，提高課堂效率

在中學生物學教學中，常常有一些難以理解的生物學概念和生命原理，通過傳統實驗無法讓學生理解和充分掌握，數字化生物實驗可以憑借助傳感技術的直觀演示和準確的數據分析，揭開某些表面的的因素，將內在的、重要的、本質的東西表現出來，進行實驗處理和圖像輸出，在屏幕上實施微觀放大，宏觀縮小，動靜結合，圖文并茂。不僅激發了學生的學習興趣，調動了學生的積極性，優化了教學過程，而且將教學難點變得容易認知，使學生形成鮮明的感官認識，為進一步上升為理性認識奠定了基礎，有利于提高課堂教學效率。例如：

在人教版高中生物必修Ⅰ課本中，光合作用是細胞代謝的核心內容，也是一個難點。利用數字化實驗系統中的氧氣和二氧化碳傳感器去測量實驗環境中O2、CO2的真實變化量，再利用數據采集器收集數據加上Excel數據處理，使學生不僅可以通過實驗探究光合作用的過程，而且還可以配合溫度、光等傳感器研究影響光合作用的諸多因素。利用專門的軟件可以實現跟隨實驗全過程的動態數據呈現，學生就能輕而易舉地揭開光合作用的面紗，同時也能培養他們的綜合分析思維能力。

四、應用數字化實驗系統對實驗變量監測的優勢，激發和培養學生的實驗設計研究意識

傳統實驗中，由于受到實驗器材的限制，很多帶有新穎設計理念的實驗方案很難付諸實施，主要原因是實驗過程中的實驗變量很難控制，反應變量也很難控制和檢測。將傳統式的實驗和數字化傳感技術實驗相結合，可以很好的解決這一問題，極大程度的調動學生的探究式學習的積極性。借助數字化實驗系統的支撐，學生可以開展一些自主設計的探究活動，快捷、便利的數字化實驗手段可為他們提供可靠的實驗保障，學生不再拘泥于課本。

例如：在實驗“探究種子萌發時呼吸作用”，利用氧氣、二氧化碳和溫度傳感器，可以檢測種子萌發過程中氧氣、二氧化碳濃度以及溫度的變化。根據相關數據的動態變化借助計算機繪制出“二氧化碳—時間”、“氧氣—時間”和“溫度—時間”的圖線，分析種子萌發過程二氧化碳、氧氣及溫度三者的變化關系。

五、在實際教學中要注意處理好數字化實驗的應用與傳統化實驗的關系

中學生物數字化實驗主要是從具體實驗數據分析歸納實驗結論，側重于實驗過程中的探究過程和思維能力的培養，而傳統實驗往往則是對結果作定性分析，側重于實驗過程的具體操作、常用儀器的使用規范和用途、實驗現象的細致觀察以及從現象分析結論，應該說各有優勢。中學生物數字化實驗完全取代生物傳統實驗手段是不可取。在中學生物實驗教學中，教師應根據教學實驗內容的實際出發，將中學生物數字化實驗與傳統中學生物實驗有機的結合使用，才能充分發揮各自的優勢，取長補短、相得益彰。

通過“智慧化校園”建設，不僅可以提高教育教學的效率，而且有助于學生科學素養的塑造，培養適應信息時代要求的新一代高素質人才。

參考文獻

[1]普通高中課程標準（實驗）[M].北京：人民教育出版社，2007：34-35.

[2]郎威.數字化信息系統實驗室中學生物實驗指南.