高中生物數字化實驗教學的實踐運用

牛軍銳 馬育國

摘 要：生物學作為一門實驗性的學科，兼具著探究性和實踐性，隨著數字化技術發展的越來越成熟，在復雜的生物實驗中，運用數字化技術是必然趨勢。通過生物數字化實驗教學，可以很好地讓學生進行探究式的學習，培養學生創新思維和動手能力。本文從開展數字化生物實驗所需的設備、數字化生物實驗教學的實例以及在高中生物教學中開展數字化實驗教學的意義等方面探討了數字化技術在高中生物實驗教學中的運用及重要性。

關鍵詞：高中生物 實驗教學 數字化實驗

【中圖分類號】G633.91 【文獻標識碼】A 【文章編號】1005-8877（2019）09-0001-02

生物實驗教學可以很好地培養學生的創新思維和動手能力，另外在高中生物試卷中，實驗題所占比重非常大，所以重視生物的實驗教學，既能培養學生的創新思維和動手能力，又能提高學生的學習成績。但在往常的高中生物教學中，因為學生的學習壓力大，加之教師和學生的目的都只是為了提高考試成績，所以往往教師還有學生都不重視生物的實驗教學，教師往往都只是讓學生按照教材上的實驗過程做一遍，只是走個形式，實驗教學質量和效率都不高，導致了高中生物教學不能很好的培養學生的創新思維和動手能力。而近年來高考實驗題的考察卻對中學的實驗教學提出了更高的要求，要想提高生物實驗教學的質量和效率，借助數字化技術進行實驗教學，讓學生自主探究實驗，是一條行之有效的途徑。

1.生物數字化實驗所使用的設備

在比較復雜的生物實驗中，所需使用到的數字化設備是非常多的。在高中生物實驗中，因為實驗比較簡單，所以筆者把實驗所使用的數字化設備簡化為四個：傳感器、數據采集設備、數據分析軟件、輔助實驗設備。

傳感器可以把需要測量的數據變為可視化信息，并將這些信息存儲、處理、輸出等。傳感器可以大致分為兩類：物理類和化學類。物理類傳感器比如壓強傳感器、心跳傳感器等等?；瘜W類傳感器，比如pH數值傳感器、氧氣濃度傳感器等等。在高中生物實驗中，選擇一些簡單合適的傳感器，可以大大增加實驗數據的準確性和實驗的效率。傳感器一般都要與無線顯示設備——數據采集器配合使用。

數據采集設備是把傳感器測量到的實驗數據所顯示出來的電子設備，筆者在實驗中一般使用的是平板電腦數據采集設備。一般數據采集設備都要與數據分析軟件相結合使用。

在現在的數據采集設備上，一般都有自帶的數據分析軟件，如果沒有的話，在實驗室還要配備一臺電腦，安裝數據分析軟件。

另外，數字化實驗是建立在傳統實驗方式的基礎上的，還是需要一些燒瓶、試管、鐵架臺等實驗輔助設備。

2.生物數字化實驗教學的應用教學實踐

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，利用數字化實驗技術的優勢，使學生由過去的被動學習變為主動探究，筆者嘗試在生物實驗教學中嘗試開展了一些數字化實驗教學，通過數字化技術的使用，學生自己動手獲取精確的數據，改變以往“教師做實驗，學生照模仿”的實驗教學方式，大大提高了生物實驗教學的質量與效率。

教學案例：借助數字化技術開展過氧化氫分解速率的探究實驗

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，因為過氧化氫可以分解為氣體，可以通過測量容器內的壓強（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量的馬鈴薯、不同類型的生物組織、設置不同的溫度、不同的pH等單一變量，并控制無關變量進行探究實驗。

實驗設備：傳感器、數據采集設備等數字化設備，試管、燒瓶等實驗器材，馬鈴薯塊，肝臟研磨液、蘿卜塊、過氧化氫試劑若干、溫度計、緩沖液、水浴鍋。

實驗過程1：一是先裝好三套相同的氧氣傳感器數字化技術實驗裝置。二是在實驗容器中放入相同的過氧化氫溶液，并在三個實驗容器中放入不同數量的馬鈴薯塊。三是采集氧氣濃度數據變化，輸入數據分析軟件，得出實驗結果。

實驗過程2：一是先裝好三套相同的壓強傳感器數字化技術實驗裝置。二是在實驗容器中放入相同的過氧化氫溶液，并在三個實驗容器中放入不同數量的馬鈴薯塊。三是采集壓強數據變化，輸入數據分析軟件，得出實驗結果。

實驗過程3：一是先裝好三套相同的壓強傳感器數字化技術實驗裝置。二是分組分別設計不同的溫度（不同的pH、不同的生物組織、加入不同的過氧化氫的量）進行分組探究。三是采集壓強數據變化，輸入數據分析軟件，得出實驗結果。

結果展示、討論交流：每組同學收集本組數字化實驗數據（曲線圖和柱形圖）匯報展示本組實驗目的、實驗設計自變量，展示實驗現象、陳述實驗結論。班級實驗情況匯總，共同總結不同因素對過氧化氫的分解速率的具體影響，形成對過氧化氫的整體認知。

數字探究實驗的分析：通過不同影響因素的對比實驗的設計、探究，激勵學生留心觀察、大膽猜想、互助合作，學會實驗設計和記錄、知道用數據說明問題，讓學生有很大的成就感。通過這樣簡單的數字化設備來進行生物實驗教學，可以大大減少實驗教學的時間成本，增加教學效率，并培養學生的創新思維和動手能力，加深學生的數據分析能力和思維寬度，培養學生的生物科學素養。

3.生物數字化實驗的益處

在高中生物實驗教學中應用數字化實驗技術，可以更加方便快捷地改進課堂實驗方法，更好地優化課堂教學過程，有助于提升學生的生物學習興趣，并大大 增強他們的生物學習素養。

傳感器設備是非常靈敏的，測得的數據比較準確、直觀，可以通過數字表、曲線、圖表等多種形式實時顯示實驗的變化過程。在實驗過程中，一些肉眼難以看見的現象和用肉眼只能得出大概數值的數據，用傳感器都可以精確的測量到。比如，在測量試劑的pH值時，往常都是用pH試紙的顏色和比色卡相對比，用肉眼觀察得到一個pH值的范圍，這樣得到的pH值可能會有一定的誤差，但是用pH值傳感器就可以精確地測量出試劑的pH值。

用數字化設備進行實驗還可以縮減實驗過程，讓實驗效率變得更高，減少實驗教學的時間成本。比如，在測量試劑的pH值時，如果要測量幾十種試劑的pH值呢？用往常的實驗方式，一般都是一組一組的用pH試紙來測量，再比對比色卡，記錄每一組的數據，再轉化為圖表等。因為這樣的實驗過程大多都是在重復的操作相同的步驟，很容易讓學生感到枯燥無聊，而實驗教學的時間成本也太高。所以，用pH傳感器來測量試劑的pH值，不僅得到的pH值更為精確，而且得到的數據直接輸入電腦，通過數據分析軟件直接轉化為圖表等，可以大大增加實驗教學的效率。

4.結語

隨著新課程改革的實施和發展，要求通過使用最新的技術設備來教學的水平也越來越高。高中生物實驗利用現代社會的數字化技術來教學，是教育改革的大趨勢，也是新課程改革的要求。生物高中生物教師在進行實驗教學時，要以教材為基礎，將生物實驗教學與數字化技術相結合，更好的培養學生的創新思維和動手能力，提高實驗教學的質量和效率。

參考文獻

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