以數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室為基礎(chǔ)的新技術(shù)在生物教學(xué)中的應(yīng)用

李曉紅

數(shù)字化生物實(shí)驗(yàn)室作為一種先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝備，已經(jīng)逐步進(jìn)入了中學(xué)課堂，它不僅實(shí)現(xiàn)了信息技術(shù)與生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的有效整合，也是轉(zhuǎn)變學(xué)生學(xué)習(xí)方式的有效手段，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐操作能力的有效途徑。先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，有利于改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式、有利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展，有利于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率，是實(shí)現(xiàn)生物學(xué)高效實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必備工具。 http：//www.xzbu.com/9/view-6687053.htm

一、數(shù)字化生物實(shí)驗(yàn)室的組成

數(shù)字化生物實(shí)驗(yàn)室是利用多媒體信息技術(shù)輔助生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。我校的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室包括顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)、數(shù)字傳感器系統(tǒng)、虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)三部分構(gòu)成。

二、數(shù)字化生物實(shí)驗(yàn)室在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

（一）顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

1.教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)在顯微實(shí)驗(yàn)教學(xué)中具有以下主要優(yōu)勢(shì)。（1）易于示教：可以將教師顯微鏡或?qū)W生顯微鏡視野中典型的圖像轉(zhuǎn)播到投影屏幕上或?qū)W生的電腦屏幕上，方便示范和講解。（2）便于指導(dǎo)：在教師的電腦屏幕上能監(jiān)控每臺(tái)學(xué)生顯微鏡視野中的圖像，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的問題并給予指導(dǎo)。（3）互動(dòng)性強(qiáng)：可以通過語音問答系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)師、生之間或生、生之間的交流。

2.教學(xué)應(yīng)用及評(píng)價(jià)

一是利用顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)可將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為探究性實(shí)驗(yàn)，例如“觀察洋蔥表皮細(xì)胞的質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復(fù)原”改進(jìn)為“研究不同濃度的不同溶液對(duì)植物細(xì)胞吸水和失水的影響”，在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生可自行設(shè)計(jì)配置不同物質(zhì)（如硝酸鉀、氯化鈉、蔗糖、乙二醇等）的不同濃度的溶液進(jìn)行試驗(yàn)，利用攝像功能記錄植物細(xì)胞在不同條件下吸水和失水的情況，利用測(cè)量功能測(cè)量液泡的大小，然后利用分析軟件進(jìn)行比較分析。這樣的改進(jìn)使得實(shí)驗(yàn)的探究性更強(qiáng)了，學(xué)生活動(dòng)也增多了，學(xué)生對(duì)物質(zhì)運(yùn)輸內(nèi)涵的理解也會(huì)更深入。

二是在“觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，使用一般的顯微設(shè)備教學(xué)時(shí)由于教師演示難、沒有實(shí)時(shí)監(jiān)控、不能及時(shí)指導(dǎo)以及學(xué)生間無法互動(dòng)交流等原因，實(shí)驗(yàn)成功率一般比較低，而且時(shí)間比較緊很難在45分鐘內(nèi)完成，使用顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)則能夠很好地解決以上問題，明顯提高課堂效率，實(shí)驗(yàn)成功率大大提高。

（二）數(shù)字傳感器系統(tǒng)在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

1.教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

數(shù)字傳感器系統(tǒng)在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在：一是可以使實(shí)驗(yàn)中的不可見現(xiàn)象成為可見，把難以測(cè)定的數(shù)據(jù)變得方便測(cè)定，使定性實(shí)驗(yàn)上升為定量實(shí)驗(yàn);二是能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，展現(xiàn)生命現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)過程;三是用傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)比較精確，且靈敏度高，能夠檢測(cè)捕捉微弱的變化;四是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過相應(yīng)軟件處理，可以自動(dòng)生成圖表，簡便、快捷、直觀。

2.教學(xué)應(yīng)用及評(píng)價(jià)

（1）在高中生物《酶的催化效率》一節(jié)中，我們通常用觀察和比較不同試管內(nèi)氣泡產(chǎn)生的數(shù)量和衛(wèi)生香的復(fù)燃情況，得出酶具有高效性的結(jié)論，是一個(gè)定性的實(shí)驗(yàn)。利用壓強(qiáng)傳感器可以把這一實(shí)驗(yàn)改進(jìn)成為定量實(shí)驗(yàn)，傳感器將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過采集器傳送到電腦上，電腦將這些數(shù)據(jù)以曲線圖像的形式呈現(xiàn)出來，提高了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確度和可信度，學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)論更加準(zhǔn)確、科學(xué)。

（2）光合作用是高中生物教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，且學(xué)生很難對(duì)其進(jìn)行探究，主要原因是光合作用和呼吸作用往往是同時(shí)進(jìn)行的，而這兩個(gè)生理過程的主要宏觀變化都是CO₂和O₂氣體體積在密閉容器內(nèi)的變化，用肉眼難以觀察，一般實(shí)驗(yàn)設(shè)備難以測(cè)定。如果利用CO₂和O₂傳感器去測(cè)量實(shí)驗(yàn)環(huán)境中CO₂和O₂的真實(shí)變化量，再利用數(shù)據(jù)采集器收集數(shù)據(jù)，利用相應(yīng)的軟件進(jìn)行加工處理，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程以曲線圖的形式呈現(xiàn)，給學(xué)生以感性的認(rèn)識(shí)，加上教師理性的分析和講解，那么這個(gè)教學(xué)難點(diǎn)就很容易突破。我們還可以配合溫度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器來研究影響光合作用的因素。

（三）虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

1.教學(xué)優(yōu)勢(shì)

虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在多個(gè)方面。

（1）為學(xué)校節(jié)約開支：（2）突破了時(shí)間和空間的限制：（3）強(qiáng)化知識(shí)和技能。

2.虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用評(píng)價(jià)

一是在高三總復(fù)習(xí)對(duì)教材實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)中，很多教師以往就是對(duì)照教材進(jìn)行理論講解和總結(jié)。學(xué)生積極性不高，學(xué)習(xí)效果較差。后來我們采用了讓學(xué)生在數(shù)字化生物實(shí)驗(yàn)室的自主學(xué)習(xí)《高中生物虛擬實(shí)驗(yàn)室》的課本實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可在虛擬的實(shí)驗(yàn)情景中一步一步地“做”下去，像是在玩闖關(guān)游戲一樣，在輕松愉悅中復(fù)習(xí)了實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容，掌握了實(shí)驗(yàn)的主要操作步驟，通過反饋系統(tǒng)自查自糾對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的掌握程度。這樣的復(fù)習(xí)充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，取得了非常好的學(xué)習(xí)效果。

二是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可通過自然的交互方式，將抽象的學(xué)習(xí)內(nèi)容可視化、形象化，為學(xué)生提供傳統(tǒng)教材無法實(shí)現(xiàn)的沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提升學(xué)生獲取知識(shí)主動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)更高的知識(shí)保留度。如在學(xué)習(xí)《孟德爾定律》時(shí)，讓學(xué)生到數(shù)字化生物實(shí)驗(yàn)室中，借助《虛擬孟德爾遺傳實(shí)驗(yàn)》（網(wǎng)絡(luò)資源，作者為肖建富、李苗珍）進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生在虛擬科學(xué)家的指導(dǎo)下，可自由選擇豌豆的1～6對(duì)相對(duì)性狀，自主確定雜交操作的不同步驟順序，反復(fù)進(jìn)行虛擬的正交、反交試驗(yàn)，而系統(tǒng)模擬的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可供學(xué)生分析、總結(jié)遺傳規(guī)律。

總之，數(shù)字化生物實(shí)驗(yàn)室可以在常規(guī)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上更加精確的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，能有效改變傳統(tǒng)的生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)效率，在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中優(yōu)勢(shì)明顯，在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有巨大的應(yīng)用前景。作為一個(gè)更加科學(xué)的實(shí)驗(yàn)過程，相信數(shù)字化實(shí)驗(yàn)和多媒體的結(jié)合會(huì)在不久的將來得到廣泛的使用。