信息技術融合背景下高中生物探究實驗教學實踐研究*

摘" 要：將現代信息技術融入高中生物學實驗課堂，對教學目標、課堂導入、小組合作交流方式、小組探究成果展示、組間評價方式以及實驗誤差分析等環節進行改進，有助于培養學生的探究能力、實驗能力以及合作精神，提高學生的生物學科素養。文章旨在探討信息技術在探究實驗教學設計中的應用，以“性狀分離比的模擬實驗”為例，分析如何利用信息技術手段提升實驗教學的效果。

關鍵詞：信息技術;探究實驗;教學設計;高中生物

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》指出，高中生物學教學應反映先進的教育思想和理念，關注信息化環境下的教學改革，教師應提供更多的機會讓學生參與實踐、主動探究，重視信息化環境下的學習，充分利用信息技術提高課堂教學效率。生物學是一門實驗科學，探究實驗教學是生物學教學的重要內容。因此，在探究實驗教學的過程中，教師應嘗試結合具體的教學內容，將信息技術與教學過程相融合，更好地創設問題探究情境，鼓勵學生在發現問題、解決問題的過程中借助信息技術手段解決相關問題。

基于此，文章以“性狀分離比的模擬實驗”為例，旨在研究在生物學探究實驗教學設計中如何利用信息技術的優勢，轉變傳統教學模式，優化課堂教學策略，營造信息化的教學環境，促進教與學方式的新變革。

一、教材分析

“性狀分離比的模擬實驗”選自人教版教材必修二“遺傳與進化”第一章第一節“孟德爾的豌豆雜交實驗（一）”中的“探究·實踐”部分，該實驗用球桶模型代替抽象的基因，模擬了F1配子形成和受精時配子隨機結合等關鍵過程，化抽象為具體，以直觀的形式幫助學生建構知識，理解F2性狀分離比形成的原因。

根據教材編排，該實驗是第一節內容中的一小部分內容，涉及一對相對性狀雜交實驗的性狀分離比模擬，如果作為一節單獨的實驗課，內容少，難度小，拓展性略有欠缺。因此，根據教師教學用書中的建議，對本節課的教學內容及難度進行調整，將內容拓展為兩對相對性狀雜交實驗的“性狀分離比的模擬實驗”探究，將教學時間安排到完成教材前兩章學習之后，在學生已經掌握了一對相對性狀分離比模擬實驗的基礎上，著眼于學生的最近發展區，創設問題情境，激發學生主動探究的積極性，實現提高學生生物學學科核心素養的課程目標。

二、教學現狀分析

通過資料的查閱和教學實踐觀察，本研究發現在本節課的教學設計中，不少教師也通過信息技術手段輔助教學，但是大多都是在課堂教學的某個環節中加入模擬實驗視頻進行演示，并沒有對課堂教學模式產生實質性的轉變。為了讓信息技術更好地服務于教學，本節課依托智慧課堂交互式平臺，利用Excel、騰訊文檔以及QQ等軟件，探索一種打破常規的教學模式，帶給學生一種全新的探究實驗學習體驗，讓學生在學習知識的同時，也感受到信息技術為教學過程帶來的變革。

三、學情分析

基于本節課教學設計的相關要求，教師在實施教學過程之前，不僅需要對學生的知識、能力有所了解，還需要分析學生的信息技術應用能力。具體分析如下：

（一）學生知識與能力分析

孟德爾遺傳規律的理解與應用一直是困擾很多學生的難題，從基因分離定律到自由組合定律，學習難度層層遞進，一些重要概念也容易混淆，特別是非同源染色體的自由組合與受精時配子隨機結合這兩個概念，很多學生辨析不清。因此，部分學生在完成高中生物學人教版必修二“遺傳與進化”前兩章的學習后，容易產生畏難情緒，進而影響后續的學習。本節課通過學習性狀分離比的模擬實驗，將抽象的知識形象化，用球桶模型模擬遺傳規律產生的實質，有助于學生更好地理解遺傳規律。

（二）學生信息技術能力分析

高中階段的學生可以熟練操作平板電腦及筆記本電腦等電子設備，教師可以借助學生的平板電腦和筆記本電腦，依托暢言智慧課堂這一平臺進行圖像、數據的上傳，實現小組成果的展示及小組間的評價交流。在小組收集和統計數據環節，需要用到QQ、Excel等軟件，高中階段的學生對這些常用軟件有基本操作能力，可以在課堂上快速、準確地完成數據統計任務。

四、教學目標

依據課程標準的內容要求，制訂如下指向學科核心素養的教學目標：

1. 理解遺傳因子的分離、自由組合和配子的隨機結合與性狀之間的數量關系，探尋生命現象及規律。

2. 通過分析模擬思想，設計模擬方案，進行數據收集、記錄、統計等過程，分析減少實驗誤差的方法，培養學生科學探究及合作交流能力。

3. 利用模擬實驗的方法解決其他問題，讓學生學會科學探究的方法，培養學生的科學思維素養。

五、信息技術融合背景下高中生物探究實驗教學設計思路

現階段的生物學探究實驗課堂中，信息技術應用手段相對單一，存在一定的局限性，教師需要真正做到從教學需求出發，根據不同的教學內容，將信息技術融合于課堂教學的具體環節中，打造全方位、多元化的生物學探究實驗課堂。下文結合“性狀分離比的模擬實驗”一節，將信息技術與探究實驗教學設計的具體環節進行融合，開展教學策略的探索和實踐，為以后的生物學探究實驗教學提供參考。

（一）動畫導入，激發學習興趣

信息技術可以將抽象的生物學知識具體化，通過圖像、視頻等信息資源可以將復雜知識直觀生動地呈現給學生，在幫助學生理解知識的同時，還可以在很大程度上提高學生的探究興趣。

本節課需要從模擬實驗的定義進行導入，然后引導學生利用模擬實驗的思路對后續探究實驗進行研究，針對模擬實驗這一抽象定義，如果只用語言或文字的形式呈現給學生，很難激發學生的求知欲望。因此，教師采用定格動畫這一新穎的信息資源，展示利用橡皮泥模擬染色體，對減數分裂各時期染色體的行為變化進行研究的過程，配合輕松愉快的背景音樂，將學生引入學習情境中，讓學生理解模擬實驗是用可操作性的模型代替不能直接研究的原型，通過對替代物進行實驗，解釋研究對象的本質和規律的研究方法，激發學生思考利用模擬實驗解決生物學問題的學習熱情。

（二）錄制微課，溫故舊知

教師在引導學生建構新概念的過程中，往往要對已有概念進行回顧，在此基礎上，學生能夠更好地發現新問題，并利用舊知解決問題。由于已有概念是學生已掌握的，既要溫故，又不能占據過多的時間。而微課技術就能很好地解決這一問題，教師可以通過提前錄制微課，在課堂上將已學知識精煉地、概括地呈現給學生，幫助學生快速回顧。

在本節課中，一對相對性狀分離比的模擬實驗屬于學生的已有概念，學生已經學習了一對相對性狀分離比的模擬實驗方案設計、數據收集及匯總過程等相關知識，而兩對相對性狀分離比的模擬需要在此基礎上來進行，因此，教師采取微課技術解決這一問題。在課堂上，教師播放提前錄制的一對相對性狀分離比的模擬實驗演示操作視頻，提出評價任務。學生認真觀看演示視頻，根據所學知識，從科學性和規范性的角度作出評價，明確實驗操作過程中需要注意的問題及操作規范，為后續進一步探究兩對相對性狀分離比的模擬實驗方案提供思路。

（三）借助智慧平臺，完成小組交流

小組合作交流是探究實驗課堂教學中必不可少的環節，傳統課堂的小組展示及評價環節往往需要用小黑板或其他教具等逐一展示，由于時間和場地限制，往往無法覆蓋到每個小組，導致組間交流不充分。通過信息技術的融合，借助學生平板、教師機和大屏等硬件支持下的三機同屏的交互式多媒體教學系統，可以將小組成果共享于同一平臺界面，更好地實現組間交流。

本節課中，學生以小組為單位完成兩對相對性狀分離比的實驗設計方案后，通過暢言智慧課堂這一平臺創建線上討論群，每個小組將實驗方案拍照上傳至討論群，所有小組成果就可以匯總在同一界面，學生可以即時看到每組的研究成果，對各組成果進行評價，同時還可以進行點贊，選出最佳方案，推送至大屏進行展示交流。這樣就可以實現即時的組間交流及評價，節省了時間和空間，提高了課堂教學效率。

（四）利用Excel表格，準確統計實驗結果

實驗數據收集和分析是探究實驗教學中的重要環節，也是實驗成功與否的關鍵。傳統課堂往往采用紙筆記錄的方式收集實驗數據，費時費力，容易產生實驗誤差。信息技術能夠很好地解決這一問題，計算機強大的計算、匯總以及統計功能，可以快速處理大量實驗數據，并可以通過曲線、表格等多種形式呈現出來。

本節課中，教師給每小組提供筆記本電腦一臺，其中裝有Excel、QQ、騰訊文檔等軟件，讓學生利用Excel表格統計及匯總每次小球抓取后得到的實驗數據，利用騰訊文檔共同編輯小程序，讓學生上傳每個小組的數據，最終匯總到全班數據記錄表。在這個過程中，學生親身體驗使用Excel軟件工具進行數據記錄，利用求和公式快速統計30次抓取結果，高效獲得準確的實驗數據，并利用騰訊共同編輯文檔功能，同步匯總每組結果，實現8個小組同時、同步上傳實驗數據，在得到準確實驗結果的同時，也讓學生感受到了信息技術為學習過程帶來的方便和快捷。

（五）建構信息技術模型，分析實驗誤差

實驗誤差分析是對探究實驗過程科學性、準確性的檢驗，并且通過誤差分析，還可能發現新的探究問題，為后續實驗研究提供靈感。但是，進行實驗誤差分析時，要求必須有大量的實驗數據支撐，而在傳統探究實驗課堂中，由于場地、時間等因素的限制，很難獲得大量實驗數據，或者需要耗費大量人力、物力。信息技術可以很好地解決這一矛盾。

以本實驗誤差分析為例，教師提前利用Excel軟件設計一對相對性狀分離比的模型，利用表格的函數功能，模擬兩種不同配子的產生以及精卵隨機結合的過程，在課堂中，教師可以進行30次、300次和3000次等任意次數的模擬實驗，并且快速得出數據。通過觀察不同次數的實驗結果，引導學生思考樣本大小與實驗誤差的關系，嘗試分析造成實驗誤差的各種可能原因。在這一過程中，幫助學生深刻認識到，隨著樣本量的增加，實驗結果的準確性也會相應提升，即樣本越大，產生的誤差越小。

六、教學反思

在探究實驗課堂教學中，教師應以解決問題為導向，將信息技術融入教學過程的多個環節，創設值得探究的問題情境，組織和創新教學活動方式，引導學生更好地探究生物學問題，尋找解決問題的方案。

在本節課中，教師借助“暢言智慧課堂”的學生平板、教師機和大屏三機同屏直播，使師生間的互動更加便捷，極大地提升了課堂的時效性。

在小組互評階段，教師充分利用平臺提供的討論組和點贊功能，讓各小組的實驗方案得以充分展示，使學習成果的呈現更加直觀和全面，同時也為生生之間的互動增添了更多趣味性。這種信息技術的引入，改變了傳統的小組合作及組間交流的方式，為探究實驗課堂中的小組合作交流環節設計提供了新思路。

在實驗數據統計和分析環節，教師利用Excel表格，并借助騰訊文檔的共同編輯功能進行數據的傳輸、匯總以及實驗誤差分析，這種方式不僅大幅提高了工作效率，還減少了人為因素導致的實驗誤差，提升實驗結果的準確性，直觀地幫助學生理解誤差產生的原因，培養學生科學探究的意識。

總之，這些信息技術手段的應用，很大程度上提高了學生學習的積極性和參與度，讓探究實驗課堂教學更加高效、更加富有挑戰性。

參考文獻：

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（責任編輯：張涵淋）