多元信息技術應用于中學生物學沉浸式課堂教學的初探

摘要：近年來，新興技術的發展十分迅速，在教育教學領域的應用也越來越廣泛和深入。筆者通過探索信息技術中的幾種新型技術在中學生物學課堂教學中的應用實例，以期待更好地促進中學生物學課堂教學方式的改革和創新，為中學生物學課堂教學提供一些可行性參考。

關鍵詞：生物學教學" 多元信息技術" 沉浸式課堂

一、引言

隨著“互聯網+”時代的到來，網絡技術、大數據、人工智能技術已經滲透到社會的各個領域，并得到了廣泛的應用，為響應國家政策，教育部印發了《教育信息化“十三五”規劃》，明確指出要加強信息技術、人工智能技術等在教育教學中的應用研究與實踐，加強智能教學助手建設和在線課程資源建設，這對一線教師的教育教學方式產生了重大影響。在教學中，筆者嘗試通過多元信息技術設計不同類型的學習活動提高生物課堂的效率，幫助學生更好地完成學習任務，讓學生在不同的學習活動中進行探究和思考。

多元信息技術是指利用多種信息技術手段和方法，以滿足不同需求和提高效率的一種綜合性技術應用。它包括計算機技術，VR、AR技術，網絡技術，數據庫技術，多媒體技術，人工智能技術等多種技術手段。例如，VR的英文全稱為“Virtual Reality”，中文翻譯過來即為“虛擬現實”，VR技術通過計算機模擬給人帶來身臨其境的感受，在模擬出的虛擬環境中學生的視覺、觸覺、聽覺等感官全部都能高度還原，讓他們忘記自己處在虛擬環境中，這種沉浸式的“真實”感受也是VR技術的最主要特征之一。AR技術是增強現實技術，它能夠將虛擬世界與現實世界相結合，創造出一種全新的用戶體驗。通過AR技術，用戶可以在現實世界中看到虛擬物體，這些物體可以通過手機、平板電腦等設備進行查看和交互。人工智能（Artificial Intelligence，簡稱AI）是一門研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的新技術科學。人工智能旨在理解智能的本質，并生產出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應的智能機器。它涉及多個學科，包括計算機科學、心理學、哲學等。人工智能的研究領域包括機器學習、計算機視覺、自然語言處理等，目標是使機器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復雜工作。

沉浸式課堂是一種創新的教學方式，以創造真實情境和身臨其境的學習體驗為特點，強調學生的主動參與和真實體驗。在這種課堂環境中，學生通過情境導向、互動參與、視覺、聽覺、觸覺等多感官刺激等方式，充分感知學習對象，從而獲得知識技能，在提高學生的學習效果和實踐能力的同時，這種教學方式也有助于培養學生的創新思維、邏輯思維和解決問題的能力。

二、傳統中學生物學課堂教學模式存在的問題

中學生的直覺和觀察水平都在不斷提高，在他們創造性成分的增加和理想的形成發展上，他們更注重于現實體驗，生物學作為一門“與生活聯系密切”的基礎學科，集觀察和實驗于一身，雖然生活中手機、平板、電腦對他們來說很平常，但是由于現有的實驗條件和教學環境的限制，對于高中教材中許多知識如科學發現史、部分觀察實驗等只能采用圖片、視頻或動畫與講授結合的方式進行，很難有切身感受，在引發學生的探索興趣和幫助學生理解方面仍有不足。筆者將傳統的中學生物學課堂教學模式中可能影響學生的學習效果和對生物學某些知識深入理解有影響的問題總結如下。

（1）過度依賴教師講授：傳統的教學模式通常以教師為中心，課堂以教師講授知識、板書和解釋實例等為主。這種方式可能會限制學生的主動性和創造性，學生可能只是被動地接受知識。

（2）缺少實踐和實驗：生物學是一門實驗性很強的學科，需要通過實驗來驗證理論和觀察現象。然而，傳統的教學模式可能過于注重理論知識的傳授，而忽視了實驗和實踐的重要性。這可能導致學生無法深入理解生物學原理，缺乏實際操作和觀察能力。

（3）忽視學生的個體差異：傳統的教學模式通常采用“一刀切”的方式，所有的學生都按照同樣的進度和要求學習。這可能會忽視學生的個體差異，如學習風格、興趣和天賦等。導致一些學生無法充分發揮他們的潛力，對生物學的興趣也可能因此降低。

（4）評價方式單一：傳統的生物學課堂教學通常采用單一的評價方式，如考試或書面作業。這種評價方式可能過于注重記憶和應試能力，而忽視了學生的創造性和批判性思維。

綜上所述，一方面，傳統教學活動中，因課時緊張、教學場所、各校硬件資源等條件的限制，很多教學活動都無法充分開展；另一方面，根據中學生的思維發展特點，這一階段的學生記憶力處于發展的最佳時期，注意的集中性和穩定性也較強，傳統教學中多媒體和互聯網的加入只是從視覺和聽覺上帶來一些感官刺激，對中學生的思維和學習能力的提升非常有限，對教師的課堂教學效果的提升和信息技術手段融合教育教學的體現也不夠明顯。為了提高學生的學習質量和對生物學的興趣，需要采取一些改進措施，如多種信息技術介入課堂教學、加強實驗和實踐教學、關注學生的個體差異、采用多元化的評價方式等。

三、信息技術與生物學學科教學緊密結合的必要性

《義務教育生物學課程標準（2022年版）》指出，要把提高生物學教學質量，培養學生在生物學教育領域的理論素養和實踐能力作為目標，關注學生的全面發展和終身學習需求。《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》中強調培養學生的生物學核心素養，包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任等方面。同時還應注重與現實生活的聯系，強調生物學知識在解決實際問題中的應用。

信息技術通過在線教學、遠程教學、互動教學等多種靈活的方式提供豐富多樣的教學資源，如視頻、音頻、圖片、動畫等，使教學內容更加生動、形象，學生更直觀地了解生物體的結構和功能，更深入地探究生物學現象和規律，提高學生的學習興趣和積極性，滿足不同學生的學習需求。同時其還通過優化學生的學習過程，采用數據分析、個性化推薦等方式，以及交互式的學習環境，及時地反饋學習效果，如利用信息技術進行實驗微課、在線答題、統計正確率、分組討論等操作幫助學生更好地了解自己的學習情況，調整學習策略，促進學生自主學習和合作學習。

在中學生物學學習中，學生需要獲取、處理、分析和利用大量的信息，包括文字、圖片、數據等，熟練掌握各項信息技術，提高學生信息獲取和信息處理的效率，培養他們的信息分析和利用能力，從而更好地應對生物學學習中的信息挑戰。培養學生的信息素養和信息能力，是生物學學科素養的重要組成部分。

在培養學生的創新思維和實踐能力方面，信息技術至關重要。運用信息技術手段，學生可以更深入地了解生物學現象和規律，發現新的問題和解決方法，從而培養他們的創新思維和實踐能力。同時，信息技術還可以提供虛擬實驗和模擬實驗等學習環境，讓學生在安全、可控的環境中進行實踐操作和探究，進一步提升他們的實踐能力。

總之，信息技術與教育教學的緊密結合不僅是教育現代化的必然趨勢，而且對于培養學生的生物學學科素養具有促進作用。教師應該積極探索和實踐，充分發揮信息技術的優勢，推動生物學乃至各個學科教育教學的發展和進步。

四、多元信息技術應用在中學生物學沉浸式課堂教學中的形式

在新型信息技術的支持下，中學生物學課堂教學中通過創設仿真的學習情境，師生可以沉浸于幾近真實的場景中，打破原本的各方限制，實現師生的高效互動。甚至生生之間也可以自由組團，交流協作，引發學生濃厚的學習興趣，直觀感受知識本體，與真實學習環境無縫連接，對培養學生生物學核心素養，提高學生自主學習能力、認知能力和科學思維能力起著重要作用。這也有利于創新課堂教學模式，讓學生對課時中的學習目標和學習任務有了更為直接的參與感和體驗感，達到學生主動學習、深度學習的目的。總結來看主要有以下幾條渠道。

（1）VR實驗教學：在課堂上，通過使用虛擬現實技術進行實驗，可以創造一個既常態化又新穎的教學互動環境。這種沉浸式的學習情境不僅增進了師生之間的互動，還有助于提升學生的自主學習能力、學科探究能力及應用實踐能力。對“光合作用和能量轉化”一節中部分內容設計了教學片段。例如，光合作用的發現歷程部分內容，在初中階段，學生對光合作用的反應物、生成物及意義等知識已經有了初步的了解，但對光合作用原理的探索過程中的相關實驗記憶得不太深刻，并且這一部分的科學發現史內容有一定的抽象性，重現實驗過程難度很大，學生不僅需要克服對微觀結構認知的困難，還需要結合化學和物理學相關知識加以理解。運用傳統的多媒體PPT講授此部分內容，課堂教學效果不夠突出，因此，教師可以通過設計虛擬的VR課件，在近乎真實的環境中體驗這一科學發現過程，將很多學生無法理解的場景和困難一一呈現，不僅能夠提升他們的觀察、分析、概括、推理、探究等科學思維和能力，也對科學探究過程中的不易，對科學發現需要持之以恒和嚴謹的態度產生共鳴。

（2）虛擬仿真技術：《義務教育生物學課程標準（2022年版）》中倡導要轉變學生的學習方式，并促進虛擬仿真技術與學科教學的深度融合。例如，“VR生物之旅”這樣的虛擬仿真實驗室在探究影響光合作用強度的環境因素時發揮了重要作用，該實驗為探究性實驗，需要做出關于不同環境因素對光合作用強度的影響的探究，來幫助學生進一步理解光合作用的原理和過程。本實驗的開放度較高，教材也只提供了部分參考案例，大多數情況還是教師結合圖表等實驗數據進行引導、分析，學生的參與感較弱，學習興趣較弱。虛擬仿真實驗室中的小型虛擬植物工廠讓學生在情境中進行模擬操作，通過多感受具體的調節溫度、濕度、光照等環境因素，實現交互，不僅可以獲得科學常識和科學知識，也能在此過程中培養勞動技能，養成勞動習慣。這能夠全方位地賦能新的教學模式，彌補傳統教學的不足，提高教學效率。

（3）互動式平臺：將學生作為教學設計的出發點，注重學生主體地位，通過學生自己講述生物學故事和實際案例分析等方式，將生物學原理由復雜、抽象轉化為具體生動，幫助學生更好地理解和記憶。在此過程中，教師可以提供豐富多元的教學素材和有效的學習情境，搭建互動式學習平臺，如可以利用信息技術中的網絡技術創設本學校的生物論壇或者留言板，利用在線論壇、BBS等社交媒體促進學生之間的交流和合作，共同探討生物學問題，使學生突破時間、空間限制，能夠隨時參與課堂教學，主動探索和思考，實現知識的自主建構。在虛實結合的學習環境中，通過多渠道感知，加強師生、生生之間以及與環境之間的動態交互，在課堂教學活動中擁有具身體驗和情感交流，促進學生進行更深層次的沉浸式體驗。

結語

綜上所述，在探究多元新型信息技術支持下的中學生物學課堂教學方式轉變的過程中，通過多項技術輔助教學，一方面為中學生物學教師提供豐富的教學資源，激發學生學習的興趣，從而實現教師教學方式和學生學習方式的有效轉變。另一方面，在身臨其境的三維體驗中，不僅幫助學生建構了知識體系，還提升了思維能力和想象力，從而實現對知識的理解和掌握。但此項技術在中學生物學課堂上想要廣泛應用，還有很長的路要走，技術層面還需要突破不少的難關，希望本文能夠提供一些思考與啟發，為開創新型課堂教學模式提供一些策略和幫助。

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責任編輯：唐丹丹