線上線下交互融合的高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究
——以“探究植物細(xì)胞的吸水和失水”為例

劉東杰

（福州第三中學(xué)，福建 福州 350003）

線下開(kāi)展高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在諸多不足與限制。如難以適時(shí)、足量地提供實(shí)驗(yàn)資源；限于課時(shí)與指導(dǎo)范圍，無(wú)法全面了解學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程與結(jié)果、及時(shí)給予指導(dǎo)與監(jiān)督；難以進(jìn)行學(xué)生實(shí)驗(yàn)的過(guò)程性評(píng)價(jià)與結(jié)果性評(píng)價(jià)，以及長(zhǎng)期保留實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果，造成學(xué)生多是重復(fù)、模仿教科書(shū)設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行操作，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)及反思，提高探究實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α；ヂ?lián)網(wǎng)及信息技術(shù)的發(fā)展，催生線上、線下高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)交互融合這一新的教育形態(tài)。如敏特云助學(xué)平臺(tái)（下文簡(jiǎn)稱(chēng)云平臺(tái)）具有個(gè)性化、智能化及高效性等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)資源提供、實(shí)驗(yàn)過(guò)程記錄與展示、實(shí)驗(yàn)結(jié)果交流與評(píng)價(jià)等網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)交互，強(qiáng)化教與學(xué)雙向信息傳遞，重構(gòu)以學(xué)生為中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，促進(jìn)高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)代化，發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)。［1］筆者嘗試以2019 年版人民教育出版社普通高中教科書(shū)《生物學(xué)?必修1?分子與細(xì)胞》中的“探究植物細(xì)胞的吸水和失水”（下文簡(jiǎn)稱(chēng)本實(shí)驗(yàn)）為例，從實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)實(shí)施及實(shí)驗(yàn)總結(jié)等三個(gè)環(huán)節(jié)（如圖1），闡述線上線下交互融合的高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略。

圖1 線上線下交互融合的高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

一、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為：學(xué)生的學(xué)習(xí)是有意義的主動(dòng)建構(gòu)，學(xué)生學(xué)習(xí)是課堂教學(xué)的中心。教師作為學(xué)生學(xué)習(xí)的“引導(dǎo)者”，應(yīng)該創(chuàng)造適宜的學(xué)習(xí)情境，激發(fā)學(xué)生探究欲望與好奇心。［2］借助云平臺(tái)進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)課前準(zhǔn)備，讓學(xué)生充分了解探究的內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生在熟悉實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，勇于提出自己的思路及方法，發(fā)展科學(xué)思維。

（一）發(fā)布實(shí)驗(yàn)任務(wù)清單，推送資源包

課前教師通過(guò)云平臺(tái)“課程任務(wù)”欄目發(fā)布任務(wù)清單，要求學(xué)生預(yù)習(xí)教科書(shū)相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，參考教科書(shū)提供的案例，自主擬定實(shí)驗(yàn)課題、選擇實(shí)驗(yàn)材料和儀器藥品、制定與提交實(shí)驗(yàn)方案。同時(shí)，通過(guò)云平臺(tái)“資料任務(wù)”欄目推送資源包，如提供教科書(shū)有關(guān)文字資料、圖片、視頻等資料，網(wǎng)上下載的與本實(shí)驗(yàn)相關(guān)文獻(xiàn)，往屆學(xué)生及教師所做的細(xì)胞質(zhì)壁分離顯微照片，本實(shí)驗(yàn)操作視頻及其模擬實(shí)驗(yàn)鏈接等。幫助學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)原理、材料、儀器、藥品、步驟等實(shí)驗(yàn)背景知識(shí)，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

（二）預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

課前學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)清單的要求，利用云平臺(tái)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)背景知識(shí)、實(shí)驗(yàn)材料特點(diǎn)、儀器藥品的用法用量，以及他人的研究概況等，并選擇實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生可以使用教科書(shū)提供的實(shí)驗(yàn)材料，按照教科書(shū)設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。鼓勵(lì)學(xué)有余力的或感興趣的學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)材料、自主設(shè)計(jì)個(gè)性化實(shí)驗(yàn)方案。

（三）審核反饋與修改實(shí)驗(yàn)方案

學(xué)生通過(guò)云平臺(tái)提交實(shí)驗(yàn)方案后，教師審核方案的科學(xué)性與可行性，及時(shí)作出反饋；鼓勵(lì)學(xué)生勇于提出創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案，并給出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)建議。收到教師的反饋信息后，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行確認(rèn)或修改，需要時(shí)，可以再次傳給教師審核，并自行打印實(shí)驗(yàn)方案，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料或試劑。本實(shí)驗(yàn)學(xué)生自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案中，有的學(xué)生選擇菠菜葉、三角梅葉、莧菜葉、洋蔥內(nèi)表皮等不同實(shí)驗(yàn)材料；有的選擇KNO3、葡萄糖、紅墨水等不同類(lèi)型及不同濃度的實(shí)驗(yàn)試劑。

二、實(shí)驗(yàn)實(shí)施環(huán)節(jié)

實(shí)驗(yàn)實(shí)施環(huán)節(jié)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)鍵。喬治?西蒙斯的關(guān)聯(lián)主義理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)是個(gè)網(wǎng)絡(luò)整體，具有關(guān)聯(lián)性；教師和學(xué)生之間要時(shí)刻保持關(guān)聯(lián)。［1］學(xué)生在明確實(shí)驗(yàn)方案、熟悉實(shí)驗(yàn)步驟的基礎(chǔ)上進(jìn)行線下實(shí)驗(yàn)操作。這時(shí)，教師可以借助云平臺(tái)實(shí)時(shí)了解學(xué)生的探究過(guò)程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的典型問(wèn)題，進(jìn)行學(xué)情診斷。學(xué)生也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及時(shí)與教師交流，尋求指導(dǎo)。師生之間保持關(guān)聯(lián)與互動(dòng)，使得教師可以進(jìn)行共性化教學(xué)與個(gè)性化指導(dǎo)。

（一）組織、指導(dǎo)并監(jiān)控實(shí)驗(yàn)進(jìn)展

實(shí)驗(yàn)課伊始，教師簡(jiǎn)要介紹實(shí)驗(yàn)方案，包括學(xué)生提出的個(gè)性化實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，利用云平臺(tái)或者校園網(wǎng)監(jiān)控學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題。傳統(tǒng)的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，教師通常是通過(guò)巡視來(lái)了解學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展。由于時(shí)間短、學(xué)生人數(shù)多，教師難以掌控全班學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況。隨著實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件的改善，如能夠利用校園網(wǎng)將學(xué)生的顯微鏡與教師的顯微鏡及主控電腦聯(lián)網(wǎng)，教師通過(guò)電腦屏幕觀察每一位學(xué)生的顯微鏡圖像，以判斷學(xué)生是否觀察到相應(yīng)的細(xì)胞圖像。并且，可以把細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原的典型圖像推送到每位學(xué)生的顯示平板上；還可以通過(guò)云平臺(tái)檢查學(xué)生上傳的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，可以及時(shí)進(jìn)行指導(dǎo)，提高實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)成效。

（二）實(shí)驗(yàn)操作、記錄、上傳實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)事先設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生2 人為1 個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，分工合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，配制不同濃度溶液、選取實(shí)驗(yàn)材料、制作臨時(shí)裝片、使用低倍顯微鏡觀察細(xì)胞，全面、真實(shí)、完整地記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并借助云平臺(tái)與平板，及時(shí)上傳實(shí)驗(yàn)圖像。

三、實(shí)驗(yàn)交流、總結(jié)與評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)

交流、總結(jié)與評(píng)價(jià)是實(shí)驗(yàn)探究的不可缺少的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，由于課堂時(shí)間的不足、實(shí)驗(yàn)結(jié)果保存不易及缺少便捷的交流途徑等影響，實(shí)驗(yàn)交流、總結(jié)與評(píng)價(jià)總是簡(jiǎn)單與倉(cāng)促。借助云平臺(tái)可以有效解決上述問(wèn)題，順利完成交流、總結(jié)與評(píng)價(jià)等實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。交流展示活動(dòng)可以在線下課堂進(jìn)行，以實(shí)物、照片或數(shù)據(jù)等形式展示學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。也可以通過(guò)電腦白板或者云平臺(tái)進(jìn)行課后線上展示。在展示交流基礎(chǔ)上，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)包括學(xué)生自評(píng)、互評(píng)及教師評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)量表通過(guò)云平臺(tái)的“課程任務(wù)”欄目以作業(yè)的形式發(fā)布（如表1）。評(píng)價(jià)可以在課內(nèi)實(shí)施，也可以課后在線上進(jìn)行。這樣師生皆有充分的時(shí)間進(jìn)行評(píng)價(jià)與反思。教師對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)可以課后通過(guò)云平臺(tái)匯總學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成果，進(jìn)行終結(jié)性評(píng)價(jià)，并直接推送給學(xué)生個(gè)人。

表1 “探究植物細(xì)胞的吸水和失水”實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)表

本實(shí)驗(yàn)教學(xué)在實(shí)施過(guò)程遇到一些新的問(wèn)題，如由于師生對(duì)云平臺(tái)的功能和使用不熟悉，造成教師備課時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)法有效指導(dǎo)學(xué)生課外線上預(yù)習(xí)等。為此，有必要加強(qiáng)教師網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用培訓(xùn)，建設(shè)完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源庫(kù)，充分發(fā)揮線上線下融合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，更好地激發(fā)學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)的積極性，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力及科學(xué)思維能力。