利用數(shù)字化技術(shù)優(yōu)化高中生物教學(xué)

中圖分類號：G632 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-0769（2025）03-0084-03

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步改變了人類的生活方式，數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展也影響著教育方式。多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)資源和在線學(xué)習(xí)平臺已經(jīng)在高中教學(xué)中廣泛應(yīng)用，不斷進(jìn)步的數(shù)字化技術(shù)為教學(xué)提供了更加多樣化的教學(xué)工具，使教學(xué)內(nèi)容更加生動有趣，滿足學(xué)生個性化的學(xué)習(xí)需求。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中指出，“本課程高度關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的實踐經(jīng)歷，強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的過程是主動參與的過程”[1]。在高中生物教學(xué)中，教師需要思考如何整合有限資源，結(jié)合教學(xué)實踐，將科學(xué)思維、創(chuàng)新精神和科學(xué)探究能力的培養(yǎng)融入教學(xué)過程，合理運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)，結(jié)合多種教學(xué)方式，促進(jìn)學(xué)生深度參與學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)，實現(xiàn)全面發(fā)展。

1利用數(shù)字化技術(shù)開展“真學(xué)”課堂

新課改強(qiáng)調(diào)以學(xué)生學(xué)習(xí)為教學(xué)主體，要求教師關(guān)注學(xué)生多樣化的學(xué)習(xí)需求。教師在深入鉆研課標(biāo)和教材的基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)情精心設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，因材施教、因需施教，從而創(chuàng)設(shè)一個真正符合學(xué)生需要、讓學(xué)生全身心投入的“真學(xué)\"課堂[2]。

在選擇性必修三《微生物的培養(yǎng)技術(shù)及應(yīng)用》的教學(xué)中，教師在開展微生物培養(yǎng)教學(xué)實踐活動前，需了解學(xué)生是否掌握移液器的正確使用方法、培養(yǎng)基配制能力等技能。教師可借助數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，評估學(xué)生在基礎(chǔ)知識掌握、實驗設(shè)備使用、實驗設(shè)計等方面的情況，以便開展針對性教學(xué)。若個別學(xué)生未掌握，可進(jìn)行課前單獨輔導(dǎo)；若多數(shù)學(xué)生未掌握，應(yīng)在課堂上安排專項學(xué)習(xí)和練習(xí)。

在課堂實踐中，教師可利用點陣筆實時追蹤學(xué)生的模型構(gòu)建過程，直觀呈現(xiàn)其思維形成和進(jìn)階過程，便于抓住關(guān)鍵點進(jìn)行精準(zhǔn)指導(dǎo)和提升。對于學(xué)生的實驗操作，教師可利用手機(jī)攝像并投屏到教室大屏上，通過放大操作細(xì)節(jié)，便于師生一起進(jìn)行實驗操作的分析。對于課堂上使用的學(xué)案，教師可隨時手機(jī)拍照并投屏展示，有效督促學(xué)生。教師可通過數(shù)字化小程序發(fā)放選擇題類的檢測，學(xué)生提交后，教師可立即獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，便于后續(xù)講解和針對性輔導(dǎo)。

生物顯微鏡實驗室也實現(xiàn)了數(shù)字化聯(lián)網(wǎng)。學(xué)生在使用顯微鏡觀察細(xì)胞時，目鏡下的圖像可實時顯示在設(shè)備自帶的平板上，便于同組學(xué)生共享。同時，教師可通過教師端電腦同步監(jiān)控所有顯微鏡下的鏡像，指導(dǎo)實驗進(jìn)程，糾正錯誤操作，也可將典型畫面投屏在教室大屏上進(jìn)行展示和分析。這不僅方便教師落實“真學(xué)”課堂，還便于交流展示，提高了教學(xué)效率。

2通過數(shù)字化實驗落實定量檢測

生物學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科。引導(dǎo)學(xué)生積極參與科學(xué)實踐活動可加深對生物學(xué)概念的理解，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。課程標(biāo)準(zhǔn)要求的實驗多以定性為主，如果實驗室配備數(shù)字化實驗設(shè)備，則可添加定量實驗，使實驗結(jié)果以數(shù)字化呈現(xiàn)。通過便利的實驗分析工具，實驗現(xiàn)象可以更加直觀，有助于學(xué)生理解和掌握實驗原理[3]。

以呼吸作用和光合作用實驗為例，中學(xué)實驗室的傳統(tǒng)方法是通過澄清石灰水變渾濁、溴麝香草酚藍(lán)變黃色、葉片上浮等現(xiàn)象定性判斷 C0₂ 和0₂ 的產(chǎn)生。現(xiàn)在采用 C0₂ 和 0₂ 傳感器，可實時監(jiān)測密閉空間內(nèi)因生物呼吸作用或光合作用導(dǎo)致的 C0₂ 和 0₂ 濃度動態(tài)變化。這些數(shù)字化結(jié)果能實時顯示在計算機(jī)屏幕上，并自動繪制成曲線圖。通過數(shù)據(jù)分析，學(xué)生從顏色變化的定性觀察提升到基于具體數(shù)據(jù)的定量分析，從而有助于他們利用直觀的實驗現(xiàn)象構(gòu)建抽象的生命觀念。

教師在開展教材實驗時，如果能結(jié)合數(shù)字化技術(shù)，便可同時呈現(xiàn)實驗現(xiàn)象和定量測量數(shù)據(jù)，有效引導(dǎo)學(xué)生建立定性和定量相結(jié)合的科學(xué)實驗思維。在實驗中，教師可適時引入 C0₂ 和 0₂ 傳感器，幫助學(xué)生探索生理過程的本質(zhì)。數(shù)字化技術(shù)在教學(xué)實驗中可發(fā)揮多種作用，教師應(yīng)積極主動學(xué)習(xí)數(shù)字化新技術(shù)，利用其優(yōu)勢推動教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)與教學(xué)方式優(yōu)化[3]。

3通過引入虛擬實驗落實實踐操作技能

目前，我國普通中等教育主要采用課堂教學(xué)模式，教學(xué)設(shè)備單一。在生物教學(xué)中，實驗占據(jù)重要地位。以人民教育出版社出版的選擇性必修三《生物技術(shù)與工程》為例，該教材內(nèi)容以實驗為主，如單克隆抗體的制造、動物體細(xì)胞核移植、基因工程等。但這些實驗往往周期長、操作復(fù)雜、技術(shù)要求高，部分涉及危險試劑或成本高。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)生難以理解和掌握其核心原理和操作流程，而這些實驗內(nèi)容經(jīng)常在各類考試中出現(xiàn)。因此，需探索并應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，以改進(jìn)實驗教學(xué)模式。

學(xué)生通過平板、電腦或手機(jī)等設(shè)備，在課堂或課后可操作一些專業(yè)實驗軟件。這些軟件可模擬實驗現(xiàn)象，有助于增強(qiáng)學(xué)生在課堂上的自我探索與成功體驗。如果學(xué)生操作有誤，軟件將無法呈現(xiàn)正確結(jié)果，并會給出原因，引導(dǎo)學(xué)生調(diào)整并重新嘗試。尤其是對于學(xué)習(xí)困難的學(xué)生，這些軟件提供了課后反復(fù)練習(xí)實驗操作的機(jī)會，打破了實驗教學(xué)的課堂局限性。

目前，NOBOOK虛擬實驗平臺開發(fā)出了系列生物實驗。以“香蕉催熟的正確打開方式”實驗為例，該平臺可在幾分鐘內(nèi)模擬實際需數(shù)周的催熟過程，還可以反復(fù)操作，具有操作便捷、趣味性強(qiáng)、成本低廉等優(yōu)勢。“一個動畫看懂紅細(xì)胞吸水和失水”實驗通過動畫同步呈現(xiàn)細(xì)胞形態(tài)變化與跨膜運(yùn)輸過程，讓學(xué)生順利跨越宏觀辨識與微觀探析的鴻溝，構(gòu)建了物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)哪Ｐ停岣吡苏n堂教學(xué)效率，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)探究精神。

4借助數(shù)字化技術(shù)拓展學(xué)生創(chuàng)新思維

高中課堂教學(xué)任務(wù)緊，高考壓力大，難以給學(xué)生提供充分放飛思維和拓展的時間，導(dǎo)致學(xué)生積極性和主動性調(diào)動不足，創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)尤為艱難。基礎(chǔ)教育課程改革要求將國家課程地方化、校本化，校本課程可設(shè)置成綜合實踐活動。在校本課程中，教師更像藍(lán)圖規(guī)劃者，擔(dān)當(dāng)“設(shè)計師”角色，選擇學(xué)生感興趣的問題形成研究課題，并根據(jù)活動策劃的初衷和主題思路，從不同視角引導(dǎo)學(xué)生生成探究活動的小課題。在教師主導(dǎo)下，盡可能發(fā)揮學(xué)生主體作用，給學(xué)生充足的時間和空間，讓他們獨立思考問題，探究解決方法。

在校本課程中，學(xué)生可研究生物電的種類、功能和用途等教材外的知識點，通過網(wǎng)絡(luò)查找資料，并設(shè)計實驗。如在實驗室進(jìn)行蛙坐骨神經(jīng)實驗，測量心電圖、肌電圖、腦電圖。若學(xué)校資源不足，可尋求醫(yī)院和研究所的支持。對于微觀世界的原電池電流產(chǎn)生機(jī)制，可與計算機(jī)專業(yè)人員合作，利用虛擬現(xiàn)實（virtualreality，VR）技術(shù)模擬其分子結(jié)構(gòu)。學(xué)生通過佩戴VR眼鏡可沉浸式體驗陰、陽離子的定向運(yùn)動。同時，通過制作水果電池和原電池，將宏觀現(xiàn)象的微觀原理具象化，加深學(xué)生對生物電知識的理解。

創(chuàng)新思維是以新穎獨創(chuàng)的方法解決問題的思維過程。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從本質(zhì)出發(fā)，思考不同條件可能導(dǎo)致的不同結(jié)果或表達(dá)形式。這種方式不僅能鍛煉學(xué)生的發(fā)散思維，還有助于培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。在校本課程關(guān)于生物電應(yīng)用的教學(xué)中，鼓勵學(xué)生進(jìn)行多向思考，例如：恐懼時腦電波是否發(fā)生變化？怎樣檢測和評價？這種檢測方法能否用于評定恐怖電影級別或測謊？記憶時腦電波是否發(fā)生變化？怎樣檢測和評定？能否通過儀器影響腦電波來增強(qiáng)記憶力？在教學(xué)過程中，教師需精心設(shè)計教學(xué)情境，通過問題鏈逐步推進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)以構(gòu)建知識體系、促進(jìn)概念遷移并學(xué)以致用，引導(dǎo)學(xué)生從不同角度去思考問題，點燃思維火花，從而提升科學(xué)思維能力。

5結(jié)語

數(shù)字化賦能高中生物教學(xué)成效顯著。一方面，課堂從傳統(tǒng)的教師“板書 +PPT 講解”，發(fā)展為學(xué)生“平板 + 手機(jī)實拍”的全新數(shù)字課堂。學(xué)習(xí)活動更加多樣，富有趣味性，提高了學(xué)生參與度、問題解決能力和高階思維能力。教師要堅持以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo)，積極學(xué)習(xí)數(shù)字化教學(xué)新工具，為教學(xué)過程注入新能量，為學(xué)生全面發(fā)展提供支撐，從而推動高中生物教學(xué)邁向新高度[4]。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部．普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[S]．人民教育出版社，2020.

[2]吳亞梅．“真學(xué)”理念下的數(shù)字化教學(xué)實踐［J]．中學(xué)課程輔導(dǎo)，2024（11）：45-47.

[3]李同靈，顧鋒．指向科學(xué)思維發(fā)展的化學(xué)數(shù)字化教學(xué)探究——以“飽和溶液與不飽和溶液”為例［J].中小學(xué)數(shù)字化教學(xué)，2024（4）：18-22.

[4]趙潔瓊．?dāng)?shù)字化賦能小學(xué)科學(xué)高階教學(xué)初探以“光的反射 ① ”為例［J]，上海課程教學(xué)研究，2024（4）：56-61.

作者簡介：劉欣，一級教師；E-mail：397118840@qq.com