基于核心素養(yǎng)的高中生物學(xué)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)

一、引言

數(shù)字化教學(xué)環(huán)境的設(shè)計(jì)是目前中小學(xué)數(shù)字化校園建設(shè)的一個(gè)主要方面，它為教師進(jìn)行信息化教學(xué)實(shí)踐和學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)提供了重要基礎(chǔ)依據(jù)。高中生物學(xué)具有內(nèi)容零散、學(xué)習(xí)難度大的特點(diǎn)，將數(shù)字化資源、數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于高中生物課程教學(xué)實(shí)踐中，能夠更好地彰顯數(shù)字化優(yōu)勢，也方便教師將復(fù)雜、難懂的生物知識、生物現(xiàn)象，以更加多元化的形式展現(xiàn)出來，更有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)高中生物學(xué)教學(xué)實(shí)效。

二、高中生物學(xué)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境的優(yōu)勢

（一）有利于增進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

創(chuàng)設(shè)數(shù)字化教學(xué)環(huán)境，能夠有效調(diào)動學(xué)生的積極性、主動性。數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境能夠?yàn)閷W(xué)生提供豐富多元的學(xué)習(xí)素材，以及立體多樣的教學(xué)輔助工具。例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)染色體的相關(guān)知識時(shí)，教師可配備相應(yīng)的軟件建模工具，立體化地呈現(xiàn)染色體的形狀，以及染色體與基因之間的關(guān)系，提升教學(xué)實(shí)效，增強(qiáng)學(xué)生對高中生物學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。

（二）有利于拓展高中生物教學(xué)內(nèi)容

教師利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，能夠更好地豐富教學(xué)內(nèi)容，拓展教學(xué)空間，整合教育信息，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育資源的共建共享。這不僅有助于促進(jìn)學(xué)生主動汲取生物知識，突破時(shí)間空間的固有限制，也更有利于師生的互動交流。此外，在高效率的數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生能夠更加積極主動地探索生物知識，逐步養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)能力，從而有利于拓展高中生物教學(xué)的維度。

三、基于核心素養(yǎng)的高中生物學(xué)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)要求

（一）基于核心素養(yǎng)的高中生物學(xué)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境主要內(nèi)容

從數(shù)字化校園環(huán)境建設(shè)要求來看，需要具備以下內(nèi)容： ①高速穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施； ② 統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺； ③安全的信息管理系統(tǒng)； ④豐富的數(shù)字教育資源；⑤智慧教學(xué)與學(xué)習(xí)工具； ⑥便捷的校園服務(wù)應(yīng)用； ⑦ 支持移動互聯(lián)訪問； ⑧強(qiáng)化信息安全與隱私保護(hù)； ⑨持續(xù)的技術(shù)支持與培訓(xùn)。而構(gòu)建高中生物學(xué)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，對于促進(jìn)高中生物教學(xué)的提質(zhì)增效大有禪益。

（二）以新課標(biāo)教學(xué)要求為導(dǎo)向

從當(dāng)前數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)現(xiàn)狀來看，一般高中學(xué)校普通教室大多配有多媒體教學(xué)設(shè)備、廣播系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)備，也基本達(dá)到了校園內(nèi)有線和無線網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋。在推進(jìn)高中生物學(xué)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)實(shí)踐中，學(xué)校要具體結(jié)合學(xué)科建設(shè)要求，結(jié)合教學(xué)平臺、搜索引擎、數(shù)字化學(xué)習(xí)工具等進(jìn)行優(yōu)化完善。例如，在必修部分遺傳與進(jìn)化的相關(guān)教學(xué)中，教師在講解“生物的多樣性與適應(yīng)性是進(jìn)化的結(jié)果”這一大概念時(shí)，可以具體結(jié)合多媒體視頻，為學(xué)生搜集整理與生物進(jìn)化相關(guān)的視頻資料或文字資料，啟發(fā)學(xué)生以小組為單位，探討、交流生物進(jìn)化觀點(diǎn)。并結(jié)合本章內(nèi)容，利用交互式平臺，進(jìn)一步探討“耐藥菌的出現(xiàn)和抗生素濫用之間的關(guān)系”。通過多方討論探究，能夠加深學(xué)生對課程主題的深層次認(rèn)識，也能夠更好地鍛煉學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)步成長。

（二）結(jié)合數(shù)字課堂建設(shè)要求

中小學(xué)校要按照云、網(wǎng)、端的基本架構(gòu)，推進(jìn)校內(nèi)數(shù)字信息系統(tǒng)的互聯(lián)互通5。在高中生物學(xué)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)實(shí)踐中，學(xué)校也要依據(jù)我國關(guān)于數(shù)字校園的建設(shè)要求，充分考慮教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，保障教師能夠在備課、授課、課后反饋等環(huán)節(jié)，以數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建高效課堂。在數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，教師應(yīng)充分利用高質(zhì)量的教育資源，通過自主學(xué)習(xí)、合作探究等方式進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。而我國關(guān)于中小學(xué)數(shù)字校園建設(shè)要求，也能為高中生物學(xué)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)提供支持與參考。

四、數(shù)字化環(huán)境實(shí)踐案例

（一）數(shù)字化環(huán)境的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)要求

教育信息化的內(nèi)涵十分豐富。從基礎(chǔ)設(shè)施層面看，它包括校園網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、終端設(shè)備等硬件設(shè)施的建設(shè)；從應(yīng)用層面看，它涵蓋了教學(xué)管理平臺、科研管理系統(tǒng)、行政辦公系統(tǒng)等軟件平臺的開發(fā)與應(yīng)用；從服務(wù)層面看，它強(qiáng)調(diào)數(shù)字教學(xué)資源建設(shè)、在線教育服務(wù)提供、智慧校園服務(wù)等全方位的信息化支撐。在持續(xù)的政策引導(dǎo)和資金投人支持下，我國教育信息化建設(shè)取得了顯著成效。首先，學(xué)校的信息化基礎(chǔ)設(shè)施得到全面改善，高速校園網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全覆蓋，智慧教室、遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)等現(xiàn)代化教學(xué)設(shè)施不斷完善。其次，教育教學(xué)管理系統(tǒng)日益完善，實(shí)現(xiàn)了教務(wù)、學(xué)工、人事等各類管理業(yè)務(wù)的信息化。此外卜，數(shù)字教育資源日益豐富，在線課程、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)等新型教學(xué)資源快速發(fā)展。

（二）數(shù)字化環(huán)境建設(shè)的現(xiàn)實(shí)困境

盡管教育信息化取得了長足進(jìn)步，但在發(fā)展過程中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。首先是技術(shù)層面的挑戰(zhàn)，包括信息系統(tǒng)整合難度大、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、信息安全風(fēng)險(xiǎn)增加等問題。各個(gè)時(shí)期建設(shè)的信息系統(tǒng)往往存在“信息孤島\"現(xiàn)象，系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)協(xié)同存在障礙。其次是管理層面的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在體制機(jī)制不完善、專業(yè)人才短缺、部門協(xié)同不足等方面。信息化建設(shè)需要專業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)支撐，但面臨著信息化人才引進(jìn)難、留住難的問題。同時(shí)，部分學(xué)校信息化建設(shè)缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃，各部門各自為政的現(xiàn)象依然存在。此外，經(jīng)費(fèi)保障機(jī)制還需完善。信息化建設(shè)不僅需要前期投入，更需要持續(xù)的運(yùn)維經(jīng)費(fèi)支持，但目前很多高校在這方面的保障還不夠充分。

（三）數(shù)字化環(huán)境的實(shí)踐探索

在智慧教育快速發(fā)展的背景下，傳統(tǒng)的校園網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已難以滿足新型教育教學(xué)模式的需求。特別是隨著AR、VR等新技術(shù)在教育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對網(wǎng)絡(luò)的帶寬、時(shí)延等提出了更高要求。5G雙域校園網(wǎng)的建設(shè)將為教育信息化提供更好的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施支撐。這一新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將實(shí)現(xiàn)校內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)的無縫銜接，支持師生隨時(shí)隨地訪問教育資源。同時(shí)，高帶寬、低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境將為智慧教學(xué)、科研協(xié)同、移動辦公等應(yīng)用場景提供有力支撐。

1.做好硬件系統(tǒng)建設(shè)

從硬件設(shè)施的角度來看，打造數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境的基礎(chǔ)是配備完善的硬件設(shè)施，如電子白板、觸控一體機(jī)等。

此外，還需要配合廣播系統(tǒng)、錄播設(shè)備以及一些特定學(xué)科的基礎(chǔ)配置。例如，在高中生物學(xué)教學(xué)實(shí)踐中，還要考慮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體要求。在硬件設(shè)施配置上，以普通課堂正面的大屏幕（電子白板、觸控一體機(jī)）為核心，構(gòu)建一個(gè)主顯示與互動系統(tǒng)，供學(xué)生使用。在互動教學(xué)設(shè)備（電子白板、觸控一體機(jī)）的基礎(chǔ)上，將廣播、視頻播放設(shè)備、錄播設(shè)備、學(xué)科基本設(shè)備等進(jìn)行整合。

2.預(yù)留足夠的數(shù)據(jù)接口

在高中生物學(xué)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)中，除了做好硬件設(shè)施以外，還要在現(xiàn)有的數(shù)字化教室空間內(nèi)預(yù)留足夠的數(shù)據(jù)接口，方便后續(xù)錄人實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，或者接人其他教學(xué)裝備。在數(shù)據(jù)接口上需要結(jié)合USB、HDMI、S/PDIF等主流接口，方便后續(xù)靈活增添教學(xué)設(shè)備，如數(shù)碼顯微鏡、數(shù)字傳感器等。

3.搭配需要的教學(xué)軟件

從軟件設(shè)計(jì)角度來看，在高中生物學(xué)教學(xué)實(shí)踐中常用的軟件主要包括以下三類：第一，通用類辦公軟件，如Word、Powerpoint、WPS等。第二，具體的學(xué)科教學(xué)類軟件，如希沃白板、教學(xué)APP等，還有一些高中生物學(xué)教學(xué)需要的圖集、實(shí)驗(yàn)APP等。第三，高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的配套軟件，如數(shù)碼顯微鏡的圖像處理軟件、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集處理軟件等。裝配足夠的教學(xué)軟件，方便教師高效率地開展教學(xué)演示，例如，教師在帶領(lǐng)學(xué)生利用數(shù)碼顯微鏡觀察線粒體、葉綠體等相關(guān)內(nèi)容時(shí)，教師可以接通教室大屏實(shí)時(shí)呈現(xiàn)教師端的數(shù)碼顯微鏡和學(xué)生端數(shù)碼顯微鏡的顯微圖像，實(shí)現(xiàn)教學(xué)互動。這有利于提升教學(xué)效率，也能夠更好地調(diào)動學(xué)生參與學(xué)習(xí)實(shí)踐的積極性、主動性。

五、基于核心素養(yǎng)的高中生物學(xué)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境應(yīng)用成果

針對上述情況，優(yōu)化高中生物數(shù)字化教學(xué)就顯得尤為必要，對此，建議從以下幾大方面著手。

（一）結(jié)合多媒體技術(shù)，生動地呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容

在高中生物學(xué)教學(xué)實(shí)踐中，除了要設(shè)計(jì)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境外，教師也要善于利用數(shù)字化資源，使其在高中生物學(xué)教學(xué)實(shí)踐中發(fā)揮更大價(jià)值，更好地培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。以多媒體技術(shù)為例，將其應(yīng)用于高中生物學(xué)科教學(xué)能夠更好地化抽象為具體，提升教學(xué)內(nèi)容的生動性、趣味性，有利于激活學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。以往，在高中生物課堂教學(xué)中，教師大多采用語言講解+板書演示，配合一定實(shí)物展示的形式開啟教學(xué)。教學(xué)過程大多枯燥乏味，難以有效吸引學(xué)生注意力。加上高中生物學(xué)內(nèi)容知識繁雜抽象，學(xué)生不易理解，這也會導(dǎo)致許多學(xué)生在學(xué)習(xí)高中生物學(xué)課程時(shí)往往熱情不足。而結(jié)合多媒體技術(shù)，利用數(shù)字化教學(xué)資源，教師能夠更加生動形象地呈現(xiàn)出教學(xué)內(nèi)容，使高中生物課堂更加有趣。例如，教師在講解減數(shù)分裂與受精作用的相關(guān)內(nèi)容時(shí)，可以結(jié)合多媒體課件，為學(xué)生介紹一些學(xué)生自己制作的親代產(chǎn)生子代的演示圖。學(xué)生在觀察完相應(yīng)的演示圖后，教師以問題為切人啟發(fā)學(xué)生思考，該過程圖是否存在問題？學(xué)生在認(rèn)真觀察后能夠發(fā)現(xiàn)，其中關(guān)于精子和卵細(xì)胞的分裂存在問題。這時(shí)教師可以結(jié)合減數(shù)分裂的有關(guān)動畫，帶領(lǐng)學(xué)生更深人地學(xué)習(xí)理解減數(shù)分裂的過程，加深學(xué)生對減數(shù)分裂的認(rèn)識。配合多媒體技術(shù)圖文結(jié)合、聲情并茂的應(yīng)用優(yōu)勢，學(xué)生能夠更好地梳理本節(jié)課所學(xué)知識，打造完整的生物學(xué)習(xí)框架體系，有利于提升課堂教學(xué)的趣味性，同時(shí)也能進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析能力和思考總結(jié)能力。

（二）應(yīng)用數(shù)碼顯微鏡，營造沉浸式教學(xué)環(huán)境

顯微鏡是高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室中最基本的儀器之一，它的作用是對細(xì)胞層次上的微觀察實(shí)驗(yàn)。過去，中小學(xué)普遍使用單目顯微鏡；2019年，教育部頒布了《初中生物學(xué)教學(xué)裝備配置標(biāo)準(zhǔn)》，將傳統(tǒng)的單目顯微鏡替換為數(shù)字或數(shù)字液晶顯微鏡。數(shù)字顯微鏡能夠方便學(xué)生和老師開展進(jìn)行圖像標(biāo)記，定位觀察，精確測量，微觀分析，以及對實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行拍照、錄像、存儲和記錄，在高中生物教學(xué)中，可以與希沃白板、電子顯微鏡、電子顯微鏡等互動教學(xué)平臺結(jié)合起來，為學(xué)生與老師的互動、交流、討論、分享，提供強(qiáng)有力支持。例如，教師可以結(jié)合教學(xué)平臺設(shè)計(jì)，包括在線討論、小組合作、翻轉(zhuǎn)課堂等多種教學(xué)形式，激活學(xué)生的思維，也能夠使其更好地獨(dú)立思考，主動探究，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的主體地位。在沉浸式數(shù)字化教學(xué)環(huán)境下，教師也要注意準(zhǔn)確定位自身的角色，將不再是單純的知識傳授者，而更多的是學(xué)生學(xué)習(xí)過程的合作者、輔導(dǎo)者、幫助者。同時(shí)，交互式教學(xué)平臺的應(yīng)用還能夠驅(qū)動教師，更深人地關(guān)注學(xué)生的個(gè)體差異，了解學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)訴求，更好地滿足學(xué)生多元化學(xué)習(xí)需求。

（三）應(yīng)用數(shù)字傳感器，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科融合教學(xué)

結(jié)合數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，在高中生物學(xué)教學(xué)實(shí)踐中，教師可以綜合利用數(shù)字資源，使高中生物課程與物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科的有機(jī)結(jié)合。在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，十分注重定量實(shí)驗(yàn)，借助定量實(shí)驗(yàn)，能夠使學(xué)生從量變中發(fā)現(xiàn)問題；教師借助數(shù)字傳感器，基于溫度、溶解氧、溶解二氧化碳、光照度、二氧化碳、氧氣、相對濕度、 pH"、乙醇、電導(dǎo)率等數(shù)字傳感器，能夠?yàn)槭褂谜邷?zhǔn)確地記錄、整理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供支持，也能支持師生開展一些探索性的延伸活動。例如：通過對酵母的呼吸規(guī)律的研究，探索環(huán)境因子對其光合作用的影響，實(shí)現(xiàn)對生命現(xiàn)象與生理過程的定量刻畫，并將試驗(yàn)成果進(jìn)行量化，使之能夠用于實(shí)際問題中，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思考能力，增強(qiáng)他們的科學(xué)探索與創(chuàng)造能力。例如，在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以將其與化學(xué)實(shí)驗(yàn)聯(lián)系起來，幫助學(xué)生加深對實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)思路、實(shí)驗(yàn)過程的理解。

例如，在講解“酵母菌細(xì)胞呼吸方式”的相關(guān)內(nèi)容上，教師可以結(jié)合石灰水、盼藍(lán)水溶液等，進(jìn)一步檢驗(yàn)酵母菌細(xì)胞呼吸的產(chǎn)物。在實(shí)驗(yàn)猜想環(huán)節(jié)，針對細(xì)胞有氧呼吸和無氧呼吸中誰產(chǎn)生的二氧化碳多的問題，教師可以啟發(fā)學(xué)生將化學(xué)知識與生物知識聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的遷移、拓展。配合數(shù)字傳感器和線上實(shí)驗(yàn)室，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在數(shù)字化平臺上，學(xué)生能夠直觀了解有氧呼吸釋放的二氧化碳比無氧呼吸釋放的二氧化碳更多。這種將生物知識與化學(xué)知識巧妙融合起來的跨學(xué)科教學(xué)，能夠強(qiáng)化學(xué)生對知識的理解應(yīng)用，也能夠進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，提高學(xué)習(xí)效果。

（四）借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，打造多元化教學(xué)評價(jià)

在新課改提出以后，教師在教學(xué)實(shí)踐中也要重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，要鼓勵(lì)學(xué)生多方思考、大膽嘗試。教師在高中生物學(xué)教學(xué)實(shí)踐中，要重視對學(xué)生學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)成果的評價(jià)檢驗(yàn)，要關(guān)注學(xué)生的過程表現(xiàn)，為其后續(xù)學(xué)習(xí)實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。而結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，則能夠更好地收集分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)成績，為學(xué)生打造個(gè)性化學(xué)習(xí)成長檔案并為其提供針對性教學(xué)指導(dǎo)，有利于幫助教師及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略，提升教學(xué)實(shí)效。

六、結(jié)束語

在高中生物學(xué)教學(xué)實(shí)踐中，結(jié)合數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境做好內(nèi)容創(chuàng)設(shè)，能夠使教師精準(zhǔn)掌握學(xué)情，高效備課授課。教師需要從整體上認(rèn)識數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境的建設(shè)意義，并積極學(xué)習(xí)數(shù)字技術(shù)的使用方法，提升數(shù)字素養(yǎng)。結(jié)合學(xué)生核心素養(yǎng)培育的現(xiàn)實(shí)需求，不斷推進(jìn)教學(xué)方法的改革，從而更好地滿足新時(shí)代育人要求，滿足高中生物學(xué)學(xué)科教學(xué)活動的現(xiàn)實(shí)需要。

作者單位：李清晨 蘭陵縣第十中學(xué)

參考文獻(xiàn)

[1]唐娟.新媒體技術(shù)在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用[J].新聞研究導(dǎo)刊，2024，15（09）：130-132.

[2]陳曉燕.試論高中生物教學(xué)的創(chuàng)新性改革模式[J].高考，2024，（12）：85-87.

[3]潘蕾.高中生物課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維策略的研究[J].新課程導(dǎo)學(xué)，2024，（03）：45-48.

[4]沈照遷.試論核心素養(yǎng)背景下高中生物與信息技術(shù)融合的有效性[J].中國多媒體與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)學(xué)報(bào)（下旬刊），2023，（01）：136-139.

[5]翁可立.基于核心素養(yǎng)的高中生物學(xué)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2021，（20）：8-10+20.