信息技術賦能初中生物教學的探索與實踐

莫雪斌

廣東省江門市棠下初級中學(529085)

教育信息化2.0時代，以5G、人工智能、大數據等為代表的現代信息技術在教育教學領域的廣泛應用，促進了信息化教學的飛速發展，信息化教學成為了當代教師重要的職業技能，成為了現代教育教學的重要教學模式。初中生物學新課標要求學生既要掌握基本的理論知識，還要發展實驗探究等生物實踐能力。在信息技術賦能學科教學進入常態化、智能化階段的今天，信息技術賦能初中生物教學已成為新課改的現實需求和必然選擇。因此，在教學實踐中，生物教師應該加強信息技術的運用。

1 傳統生物教學與信息技術賦能生物教學比較

信息技術賦能生物學教學，從教學理念、教學模式和教學途徑等方面重構中學生物學的教與學的新范式[1]。相對傳統生物教學而言，信息技術賦能初中生物教學具有諸多優點(見表1)。從課堂教學模式來看，教師從“講授者”向“引導者”轉變，學生從“要我學”向“我要學”的自主式學習模式轉變，做到以學習的發生和學生的發展為中心，實現教與學的翻轉；從教學資源來看，豐富的教學資源在線共享，不僅提升了教學資源的利用率，還大大減少了教師備課的工作量，減輕備課壓力；從評價方式來看，基于數據的量化評價與口頭點評的質性評價相結合的多元評價呈現出評價的診斷、激勵和促進作用；從課堂活動來看，融入精彩紛呈的信息技術，課堂活動豐富多樣、充滿趣味，學生能在參與人機互動的活動中感受信息技術的魅力；從檢測反饋方面來看，云平臺在線檢測顛覆了傳統紙筆測試的片面性與延時性，大大提高了教學的針對性與實效性[2]。

2 信息技術賦能初中生物教學的特征分析

信息技術與教育教學的不斷融合,推動著教育信息化、智能化的發展。當前,信息技術賦能初中生物教學主具有以下特征:

表1 傳統生物教學與信息技術賦能教學的比較

(1)直觀性。生物學作為一門自然科學,研究的對象是具有高度復雜性、多樣性和統一性的生物界,內容抽象,難以理解。信息技術賦能的初中生物教學通過圖形、3D模型、動畫、視頻等表現形式,變抽象為直觀,使微觀世界可視化,大大降低學習的難度。

(2)實時性。教學過程中,手機同屏、展臺投影、智慧筆、問卷星、校園時光喵等的使用,使作品展示、評價診斷、檢測反饋等實時化和有效化。

(3)靈活性。學生關注微信公眾號“中學生物通”“初中生物”“初中生物學”“生物大師”等,根據自己的需要選擇學習內容,可以不受時間、地點、場所的限制,隨時隨地進行學習。

(4)創新性。精彩紛呈的信息技術輔助教學,改變了師生的認知模式與行為范式。線上與線下混合的教學模式,優化了傳統教學的知識呈現方式,緩解了學生的認知負荷,促進了深度學習。

(5)趣味性。希沃白板5.0的小游戲、在線資源包和小程序等的使用,智能化的人機互動、師生互動、生生互動,實時為初中生物課堂添彩。

3 信息技術賦能初中生物教學的實踐與創新

數字化、多媒體、互聯網以及人工智能技術工具,為學生提供了適應信息時代所需要的新型學習模式和學習資源[3],促進了教與學全方位的變革和創新。

3.1 電子白板互動教學,促進師生教學方式轉變

交互式電子白板作為一種新的教育技術,其教學平臺主要由交互式電子白板、投影機、白板感應筆組成。交互式電子白板具備拖放、照相、隱藏、拉幕、涂色、匹配、及時反饋、課堂活動等功能模塊。應用交互式電子白板授課時,可以用白板感應筆或手指隨意書寫或標注,可以用多媒體資源豐富學科素材,還可以將教學過程保存為教學錄像供學生課后復習和教師之間互動交流。

[案例1]學習“人體內廢物的排出”時,教師使用交互式電子白板課堂活動中的趣味選擇、趣味分類、超級分類、選詞填空、知識配對、分組競賽、跑步 PK、轉盤抽題、砸金蛋、消消樂、抽紅包、拼圖等小游戲,寓教于樂,充分調動學生學習興趣,激發學生學習熱情,在生動有趣的課堂小游戲中內化知識。

[案例1解讀]電子白板強大的互動教學功能,為學生營造了輕松愉快的學習氛圍,使學生在學習活動中獲得成就感。電子白板豐富的教學資源,為學生開展自主探究學習提供了有力支持,為教師打造高效初中生物課堂提供重要保障。

3.2 微課可視化呈現,促進學生思維能力提升

微課是以視頻為主要載體,將某個教學知識點或教學環節設計成適合支持移動學習或自主學習的在線網絡視頻,并將其作為傳統課堂學習的一種重要補充和資源拓展[4]。微課可以將生物學中某些抽象難懂的重要知識點可視化地呈現,集圖、文、聲音、動畫于一體,生動直觀,大大降低學生學習和理解的難度,可供學生課前、課中、課后學習。教學中使用的微課,教師可以利用EV錄屏、愛剪輯、Camtasia、錄丸、剪映、格式工廠等軟件自己錄制,也可以從樂樂課堂、嗶哩嗶哩、好看視頻、抖音等App中獲取。

[案例2]學習“血液循環的途徑”時,由于體循環和肺循環發生在體內,且兩條循環途徑易混難記。微課集文字、圖像、聲音、動畫于一體(見圖1～2),生動形象地呈現兩條循環途徑以及它們之間的區別與聯系,使學生對血液循環的途徑有了清晰的認識。

圖1 微課:體循環(來自樂樂課堂)

圖2 微課:肺循環(來自樂樂課堂)

[案例2解讀]微課將血液循環途徑這一抽象的生理活動,以有序化、可視化的方式組織和呈現,將體循環和肺循環二者的聯系與區別以簡單化、明確化的方向梳理和展示,幫助學生科學地認識體循環和肺循環,發展學生的思維能力。

3.3 云平臺實時數據的共享,促進教學模式的變革

云平臺即云計算平臺,是基于硬件資源和軟件資源的服務,提供計算、網絡和存儲能力的平臺,借助云平臺能提高數據處理速度,實現信息、資源共享。在教育教學中,云平臺主要用于教育管理數據和教學教研數據的收集,其中教學教研數據主要服務于教師和學生,可以提供個性化、智能化的學習路徑,大大提高學習效率,實現學生的個性化發展。基于云平臺初中生物教學實踐,教師借助釘釘、騰訊課堂、網易云課堂、幕課、百度傳課、新浪公開課等軟件及相關硬件可以實現在線備課、授課。在此過程中,教師可以共享備課資源和課件,可以隨時從學科網、百度、21世紀教育等網絡資源庫調取教學資源,可以利用音樂、動畫、視頻等來活躍生物課堂,可以使用簽到、點名、彈幕等交互功能優化教學方式,可以利用好分數、七天網、問卷星等系統在線發布作業和測試、在線閱卷、在線投票,還可以召開視頻會議。

[案例3]在初中生物中考復習過程中,教師針對學生平時測練較易出錯的知識點編制“中考復習易錯題”在線發布(見圖3),學生在線答題并提交。教師根據平臺反饋的分析數據(見圖4),實時了解學生對知識點的掌握情況,并能及時、有針對性地講解、訓練和輔導。

圖3 在線測試二維碼(問卷星)

[案例3解讀]基于云平臺,教師可以實時了解學生的學習情況,調整教學內容及教學進度,及時對學生的學習情況進行評價,發揮“教、學、評”一體化的發展和激勵功能。此外,教師還可以充分利用智能化、實時化、可視化、個性化、創新化的教學環境優勢進行網絡授課,打破傳統教育所受的時空限制,實現移動學習,使教學更加靈活和便捷。

3.4 即時反饋平臺的實時診斷,促進評價方式創新

課堂即時反饋屬于課堂評價的范疇,是實時動態反饋學生學習情況的直接手段,對課堂教學起調節、導向的作用。在傳統的初中生物課堂教學中,為了了解學生的做題情況,教師通常請幾位學生來回答,或者投影幾位學生的作業,這樣的反饋方式不能及時、全面地了解學生的掌握情況,教學的針對性不強,效率不高。信息技術賦能的課堂教學,教師利用課堂即時反饋平臺,實時收集和統計學生的答題情況,給予學生即時反饋,并能根據學生答題情況選擇錯誤較多的題目來講解,根據學生學情調整教學策略,提高教學有效性。課堂即時反饋平臺有多種,常用的有快搶、智慧筆、Kahoot、 Plickers等,大部分的課堂即時反饋平臺都需要學生手上有電子設備,Plickers最為值得推薦,它不需要學生手上有電子設備,只要教師擁有一部智能手機和打印的Plickers專屬的有編碼的個人卡片,教師用手機掃碼就能夠立刻收集學生的實時數據,實現課堂的即時反饋。

[案例4]學習“輸送血液的泵——心臟”時,教師課堂上提問或者隨堂測驗,要求學生用Plickers個人專屬卡片(見圖5)進行作答,學生回答問題只需要拿起手中的卡片,如果選“A”就把卡片上的字母“A”朝上,選“B”則把卡片上的字母“B”朝上,教師用智能手機一掃就能立即得到學生回答情況的統計結果(見圖6),不僅包括學生回答的正確率,還能針對題目的選項進行分析。

[案例4解讀]課堂及時反饋平臺可以幫助教師及時收集課堂上的回答數據,教師根據這些數據可以立即掌握學生的學習情況,及時調整教學的流程和策略,使教學具有針對性,大大提高教學效果。在眾多的課堂即時反饋平臺中,Plickers不僅使用門檻低,還能有效地調動學生回答問題的積極性,提高學生的學習興趣。

3.5 虛擬仿真實驗沉浸式體驗,促進學生核心素養發展

虛擬仿真實驗是指采用虛擬現實技術(VR技術)實現的虛擬實驗環境。虛擬仿真實驗由實驗所依賴的模擬程序、實驗單元、工具和參考資料等組成了一個創造和引導模擬實驗的交互環境,可以帶給實驗者身臨其境的感覺和強烈的實操代入感,使實驗者像在真實實驗環境那樣完成各項預定的實驗操作,獲得沉浸式的直觀體驗,對中學生物實驗教學產生了變革性影響。在初中生物教學實踐過程中,常用的虛擬仿真實驗教學平臺(或軟件)有:智慧宮虛擬仿真實驗室、NOBOOK虛擬實驗、矩道初中生VR 3D虛擬仿真實驗室(演示版)、3DBbody等。虛擬仿真實驗支持反復練習,不受時空、空間、安全、儀器設備、實驗材料等的限制,學生可以自主選擇不同實驗、在虛擬的環境下進行實驗觀摩、模擬實驗、拓展訓練、實訓考核等操作,有效地補充真實實驗的不足,提高了初中生物實驗教學的廣度和效率。

[案例5]在做“綠葉在光下制造有機物實驗”實驗時,學生經常出現實驗失敗的現象。實驗失敗的原因主要有:暗處理時間不夠,葉片原有的淀粉未被消耗盡;對葉片進行遮光處理的黑紙片太小,葉片未遮光部分的淀粉轉運到遮光部分;葉片遮光處理后光照強度和時間不足;酒精脫去葉綠素不充分; 實驗材料選擇錯誤,用綠蘿、吊蘭等難以脫色的植物替代天竺葵等。用虛擬仿真實驗可以使每個學生參與實驗過程,基于實現現象推導實驗結論,在實驗中認識和理解綠色植物光合作用制造有機物的科學現象(見圖7)。

[案例5解讀] 虛擬仿真實驗的實驗操作、過程、現象逼真，完全模擬真實實驗操作，實驗數據仿真、正確，還能夠根據需要創建實驗場景，多方位進行實驗、探索、分析、研究得出實驗結論，增加了學生的參與感和代入感，打破了實驗條件、時間、素材等因素限制，課堂無法完成的學生實驗借助虛擬仿真實驗技術得以體驗。虛擬仿真實驗使每位學生都有機會親自設計實驗步驟、選擇實驗器材、實施實驗、完成記錄，體驗實驗探究的過程，收獲實驗成功的喜悅，在與同學交流、探討、解決問題的過程中發展自主、合作、探究能力。

4 信息技術賦能初中生物教學的效果分析

4.1 信息技術賦能課堂教學,促進師生教與學方式的轉變

一方面,教師從“知識的傳授者”變成了“引導者”;另一方面,學生從“要我學”轉變為“我要學”,從被動的學習者變為了主動的學習者。

4.2 信息技術賦能實驗教學,促進學生學科素養的提升

生物科學作為一門以實驗為主的自然科學,實驗是學生學習生物學的重要途徑。VR(虛擬現實)和AR(增強現實)技術開辟了學生動手實驗的新路徑,使更多的學生獲得參與實驗操作的機會,促進了學生學科素養的發展和提升。

4.3 信息技術賦能科學探究,促進了學生實踐能力的發展

在初中生物探究性學習過程中,運用信息技術能夠降低教學難度,使抽象內容具體化,靜止關系動態化,直觀呈現生物的演變和知識的遷移過程,能夠有效地幫助學生克服初中生物課程的認知障礙[5],使學生在獲取知識的過程中培養科學思維、科學態度和科學精神,在運用所學知識解決問題的過程中發展科學探究和實踐能力。

4.4 信息技術賦能教學評價,促進了“教—學—評”一體化發展

運用信息技術,可以實時進行師生間、學生間、小組間互動評價,定量診斷學生得分率及完成速度等指標數據,有利于調整教學流程和管理教學進度,充分發揮“教、學、評”一體化的激勵和發展功能。