高中生物DIS實(shí)驗教學(xué)探究

陳忠慧　楊海玉

2017年以來的課程改革，重視發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力，提倡提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)促進(jìn)信息技術(shù)與學(xué)科課程的整合。DIS實(shí)驗用時短、精確度高、使用方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，剛好彌補(bǔ)了落后陳舊的傳統(tǒng)生物實(shí)驗教學(xué)中的相關(guān)缺點(diǎn)。通過將DIS實(shí)驗應(yīng)用于生物實(shí)驗教學(xué)，進(jìn)一步應(yīng)用于生物探究性新課教學(xué)中，實(shí)驗結(jié)果更加可視化和精準(zhǔn)化，實(shí)驗過程更加快捷和簡單，實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)更加客觀和統(tǒng)一，從而更加有效提高學(xué)生的探究效果，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

問題的提出

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年最新修訂版）》對教育教學(xué)提出了新要求。新標(biāo)準(zhǔn)重視發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力，提倡提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。而生物作為一門以實(shí)驗為基礎(chǔ)，以理論為指導(dǎo)的學(xué)科，生物實(shí)驗是實(shí)現(xiàn)學(xué)生生物探究能力提高的基礎(chǔ)途徑。同時基礎(chǔ)教育改革綱要中提倡：要推進(jìn)信息技術(shù)在教學(xué)中的大力應(yīng)用。同時，還提出：要促進(jìn)信息技術(shù)與學(xué)科課程的整合。而教育部早在2006年就將計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DIS）采納列入儀器裝備標(biāo)準(zhǔn)中 。

生物實(shí)驗教學(xué)現(xiàn)狀的要求：當(dāng)前生物實(shí)驗教學(xué)存在很多問題，已經(jīng)不能適應(yīng)提高學(xué)生素質(zhì)和教育改革的需要：耗時長、計算繁瑣、誤差大;實(shí)驗現(xiàn)象在課時內(nèi)很難分辨清楚;實(shí)驗現(xiàn)象分辨不明顯。而DIS實(shí)驗用時短、精確度高、使用方便快捷等優(yōu)點(diǎn)剛好彌補(bǔ)了生物實(shí)驗教學(xué)中的這些缺點(diǎn)。

DIS實(shí)驗系統(tǒng)介紹

DIS是數(shù)字化信息實(shí)驗系統(tǒng)的簡稱。由各種傳感器前采集各種物理量（如pH、氧氣濃度等），通過通用數(shù)據(jù)采集器將采集信號轉(zhuǎn)換，傳送到電腦上并經(jīng)專門軟件數(shù)據(jù)處理結(jié)果并顯示在屏幕上。

DIS實(shí)驗的優(yōu)勢：實(shí)驗時間從漫長到快捷、迅速;實(shí)驗過程從單調(diào)的重復(fù)到簡單的觀察分析;實(shí)驗結(jié)果從大范圍的定性分析到精確的定量分析;實(shí)驗數(shù)據(jù)從大間隔離散數(shù)據(jù)到幾乎連續(xù)的小間隔數(shù)據(jù);實(shí)驗過程更加清晰地展示出現(xiàn)象的變化和發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)定性實(shí)驗推進(jìn)到定量實(shí)驗，便于建立數(shù)形關(guān)系。

高中生物實(shí)驗中DIS實(shí)驗：目前，人教版生物教材課標(biāo)要求的探究性實(shí)驗中，可以采用DIS技術(shù)的共有6個（如表）。

DIS實(shí)驗和生物新課教學(xué)

傳統(tǒng)的生物實(shí)驗教學(xué)都是在探究性新課上完之后，再來一節(jié)專門的實(shí)驗課時，這樣需要至少兩節(jié)課時來完成探究教學(xué)和實(shí)驗的相關(guān)內(nèi)容。而且探究課堂的40分鐘，總的來說學(xué)生活動討論時間20分鐘和教師授課20分鐘。由于DIS實(shí)驗的快捷性、可視性、定量性，實(shí)驗時間大多在20分鐘以內(nèi)，這和探究課堂學(xué)生的活動討論時間很接近，因此可以直接將DIS實(shí)驗引入生物新課教學(xué)中。

例如，《比較過氧化氫在不同條件下的分解》一課，使用氧氣傳感器測量氧氣的生成量，可以在60秒內(nèi)看到氧氣含量的變化曲線;相對于課本上用衛(wèi)生香燃燒的劇烈程度，來驗證氧氣含量變化更有可視性和定量性。《影響酶活性的條件》一課，使用pH傳感器測量酶活性的變化可以在200秒以內(nèi)看到明顯的生物現(xiàn)象;而課本上需要主觀的判斷實(shí)驗現(xiàn)象的一致來確定酶活性的高低，DIS實(shí)驗更加客觀和明顯。《探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式》一課使用溶氧傳感器檢測呼吸作用氧氣濃度的變化可以在200秒內(nèi)獲得結(jié)果，使用二氧化碳傳感器測量二氧化碳的變化可以在500秒獲得結(jié)果;相對于課本上的液滴移動等的檢測方式更直接和快捷。《環(huán)境因素對光合作用強(qiáng)度的影響》一課使用氧氣傳感器，可以在10分鐘左右檢測到氧氣濃度的較大變化;而課本上觀察小圓片的浮起數(shù)量多少來分析氧氣濃度變化，DIS實(shí)驗測量更精準(zhǔn)和方便。

DIS實(shí)驗教學(xué)總結(jié)與展望

上文總結(jié)并分析了實(shí)驗技術(shù)中DIS技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，認(rèn)為DIS實(shí)驗可以在生物新課教學(xué)中大有作為，并且可以應(yīng)用于生物探究性課堂新課教學(xué)中：

DIS實(shí)驗教學(xué)的特點(diǎn)：DIS實(shí)驗由于在實(shí)驗過程中融合前沿高新技術(shù)，而相對傳統(tǒng)實(shí)驗優(yōu)點(diǎn)明顯，優(yōu)化實(shí)驗效率、提升了實(shí)驗結(jié)果、增強(qiáng)了實(shí)驗過程，可以強(qiáng)化教學(xué)效果，改善課堂探究過程和學(xué)生對實(shí)驗過程的感知。

DIS實(shí)驗教學(xué)的缺點(diǎn)和問題：盡管DIS實(shí)驗在國內(nèi)已經(jīng)有了20多年的實(shí)踐，國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r不盡如人意。除去相關(guān)設(shè)備價格高昂、器材和設(shè)施的配套、學(xué)校教師的重視度等客觀原因之外，目前的DIS實(shí)驗教學(xué)案例缺乏、使用過程過于繁瑣等問題也是相當(dāng)大的一個原因。

DIS實(shí)驗教學(xué)的展望：在新的素質(zhì)教育教學(xué)改革形勢下，如果DIS實(shí)驗?zāi)軌蜻M(jìn)一步融合現(xiàn)代教育技術(shù)如微課教學(xué)、混合化教學(xué)等，必然會給生物實(shí)驗探究性教學(xué)帶來嶄新的面貌。

【本文系2020年度河南省基礎(chǔ)教育教學(xué)研究項目《高中生物DIS實(shí)驗的探究性教學(xué)研究》（課題編號 JCJYC20081314）研究成果之一】

（作者單位：河南省內(nèi)鄉(xiāng)縣高級中學(xué)）