實驗教學中運用數字化工具提升初中生生物學科關鍵能力的策略研究

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：A 文章編號：1673-8918（2025)27-0129-03

生物學實驗教學在生物學科中有極其重要的地位，不僅能夠提升學生生物學科關鍵能力，而且能夠激發學生的學習興趣，幫助學生鞏固和深化理論知識。隨著科技的不斷發展，數字化工具在教育領域的應用也日益廣泛。在生物實驗教學中，數字化工具為教學帶來了新的機遇和變革，其不僅改變了傳統的教學方式，還能夠激發學生的學習興趣，提升學生的生物學科關鍵能力。數字化工具在實驗教學中的使用，不僅模擬實驗過程、提供實時數據反饋，還增強了實驗教學效果，使得生物學實驗教學個性化、互動性更強，從而滿足學生個性化需求。

一、數字化工具的理論概述

數字化工具是指借助信息技術將輸入的信息轉換化數字形式進行處理、存儲、傳輸和應用的工具。它涵蓋著各種軟件、在線平臺和互聯網服務。數字化工具被引入教育領域，最早可以追溯到20世紀60年代，并在20世紀80年代被引入我國教育系統，提升教學的質量。近年來，越來越多的教育資源通過網絡平臺進行共享和傳播，從而推動了數字化教學環境的發展。

數字化工具具有精確性、交互性、可重復性的特點，能夠激發學生學習興趣，幫助教師更好地開展教育教學活動，培養學生核心素養，促進學生的全面發展。一是精確性，數字化工具能夠進行精確的數據處理。在生物學實驗教學中，對實驗數據的測量和分析，提供高精度的結果。二是交互性，數字化工具能實現師生與數字化工具的互動，從而改變實驗條件，觀察不同的實驗結果，這種交互性有助于幫助學生更好地理解實驗原理。三是可重復性，數字化工具能夠進行重復操作，教師在生物實驗教學中，需要多次展示實驗步驟或學生進行反復實驗加深理解時，數字化工具能夠實現重復操作，這打破了傳統實驗的限制。

二、在生物學實驗教學中運用數字化工具的意義

（一)提升實驗教學的直觀性

在生物學實驗教學中，傳統的實驗方法無法向學生直觀展示微觀的生物結構和生理過程。而通過數字化工具，如顯微數碼互動系統和多媒體課件，可以將微觀的生物結構、動態的生命現象通過高清影像實時展示給學生，讓學生能夠清晰地看到觀察現象，使抽象的生物知識更加直觀具體，能夠幫助學生深人理解和記憶。這種直觀的可視化效果，能夠提升學生的觀察能力和理解能力，提升學生生物學科關鍵能力。

（二)突破實驗條件限制

在傳統的生物學實驗教學中，許多的生物學實驗受到實驗器材、時間和環境的限制，導致許多實驗教學無法開展。而數字化工具則可以幫助模擬這些實驗條件，使實驗教學能夠順利進行，不受這些條件限制。同時，數字化工具還能夠對實驗結果進行精確的定量分析，如通過軟件對生物種群數量的增長曲線進行準確的擬合和分析。

(三)增強實驗的互動性

傳統形式上的生物學實驗教學往往是以教師演示為主，由于時間限制、教師的精力、實驗場地等因素限制，沒有做到每個學生都能夠動手實踐，實時監控和指導每個學生的實驗進程，沒有尊重學生的主體性，導致了學生的參與度有限。而數字化工具中的互動軟件，如數字傳感器系統和虛擬實驗系統，可以實現每個學生都能夠親自操作實驗，方便教師檢測學生的實驗數據，及時發現并糾正錯誤，實現師生之間的即時互動。

（四)激發學生的學習興趣

數字化工具結合多媒體技術，以其新穎的形式和多種多樣的功能，創設生動有趣的教學情境，能夠吸引學生的注意力，從而激發學生的學習興趣。同時，數字化工具在初中生物學實驗教學的應用，也為學生提供了更多的實踐機會。教師要引導學生大膽嘗試，探究不同的實驗方案，從而培養學生的創新思維，提升初中生物學科關鍵能力。

三、實驗教學中運用數字化工具的策略

（一)創設虛擬實驗環境，培養學生的科學探究能力

傳統形式上的生物學實驗教學，受課堂時間限制、實驗條件環境和條件以及教師精力等原因的限制，導致了教師在進行課堂教學時，沒有做到以學生為主體，大部分仍然以教師講解為主，學生聆聽為輔。即便能夠有實驗條件，許多教師也沒有辦法對每個學生進行指導和幫助。因此，教師將數字化工具引入初中生物學實驗教學當中，能夠有效突破實驗限制，獲得更加精準的實驗數據。教師可以通過創設虛擬實驗環境，培養學生的科學實踐探究能力。利用虛擬實驗室，可以打破實驗限制實驗器材、時間、安全等方面的限制因素，模擬各種實驗環境和條件，學生通過虛擬實驗室進行反復地實驗操作，自主探究設計實驗、調整實驗條件并觀察結果。這種虛擬實驗環境的創設，不僅讓學生在安全的環境中進行探索，還能培養他們的動手能力和科學探究精神，提升學生的學科關鍵能力。

以“細胞的分裂和分化形成不同的組織”教學為例，由于本節課的教學內容“細胞的分裂和分化過程”相對抽象，只憑借教師的講解，不能自己動手實踐的話，學生很難真正理解和觀察細胞分裂與分化的基本概念、過程以及不同組織是怎么形成的。學生不能親身操作和觀察，往往導致對生物學實驗教學部分內容會感到困難、枯燥，學生很容易出現抵觸心理。

基于此，教師可以利用數字化工具創設虛擬實驗環境，為學生提供一個具有直觀性和互動性的學習平臺，幫助學生深入理解細胞分裂與分化的復雜過程，以培養學生的科學探究能力。教師利用虛擬實驗室軟件，在課堂上展示細胞分裂和分化的虛擬環境。學生通過電腦進入虛擬實驗室，在虛擬環境中可以看到細胞的初始狀態。教師引導學生進行自主操作，設置不同的條件，如細胞分裂的速度、分化的方向等，觀察細胞在不同條件下的分裂以及分裂的全過程。而這個虛擬實驗室軟件不僅能夠讓學生近距離觀察和進行實驗，而且能夠將學生的操作和實驗數據記錄下來，比如細胞分裂的次數、分化形成的組織類型等。學生通過不斷調整實驗條件，反復進行實驗操作，并且經過仔細觀察不同條件對細胞分化的影響，最終得到實驗結果。學生根據實驗數據和觀察結果，進行小組討論和分析，探討和歸納細胞分裂和分化的規律，以及不同條件對細胞分類和分化有什么樣的影響。通過這種創設虛擬實驗室的數字化工具手段，學生能夠在這種模擬出來的實驗場景中，更加深入地探究生物現象和規律，培養學生科學探究能力，最終使得生物關鍵能力得到提升。

(二)運用多媒體的資源，增強學生的實驗觀察能力

生物學科中具有很多抽象性與復雜性概念，需要學生親自動手操作，教師只憑借語言的講解，很難讓學生完全的理解這些抽象的生物學知識。而多媒體憑借其能夠使用視頻、圖畫、動畫等形式，吸引學生學習注意力，被教師引入生物教學領域。在生物學實驗教學中，教師可以利用這些多媒體資源輔助教學，吸引學生注意力，激發學生的學習興趣，使得抽象晦澀的知識更加直觀，能夠促進師生之間的有效互動，從而提高課堂的教學效率。同時傳統形式上教師在進行生物學實驗課堂教學時，一般是由教師操作，學生觀察，而這種方式不方便學生進行觀察記錄。而每個學生都自主操作顯微鏡，教師不僅沒法照顧到每個學生的學習需求，而且實驗教學時間成本也會隨之增加，影響最終的教學效率。教師可以將多媒體資源引入生物學實驗教學中，利用高清顯微鏡和顯微攝影技術將微觀世界清晰地呈現在大屏幕上。在這個過程中，讓學生共同觀察，互相交流討論，提升學生的實驗觀察能力。

以“植物可以分為孢子植物和種子植物”教學為例，為了解植物的分類及其特征，增強學生的實驗觀察能力，提升他們對孢子植物和種子植物的認識和了解，教師結合多媒體資源如視頻、圖片、動畫等，設計一系列實驗觀察活動，讓學生在直觀、互動的學習環境中深入理解植物分類的依據和特點。教師可以利用動畫，向學生展示一些典型的孢子植物(藻類、苔蘚、蕨類植物等)和種子植物（裸子植物和被子植物、豆科等)。通過生動有趣的動畫，展示孢子植物和種子植物的生長周期、分類特點以及特征。

這種充滿趣味性的動畫，可以吸引學生的注意力，激發學生對這兩種植物類型的好奇心，使學生對這兩種植物的生長周期、分類特點以及特征有著初步地了解。在進行生物學實驗教學中，教師可以利用多媒體資源輔助觀察，讓學生使用顯微鏡模擬器，虛擬觀察孢子植物和種子植物的細胞結構，引導學生對比兩者的細胞差異，如是否有葉綠體、細胞壁的結構等。同時教師在進行顯微鏡觀察實驗前，可以利用高清顯微攝影技術拍攝的孢子植物和種子植物細胞結構的視頻進行講解。通過這種運用多媒體資源，開展生物學實驗教學，能夠增強學生的實驗觀察能力，進而培養了學生的生物學關鍵能力。

(三)借助互動工具軟件，提高學生的自主學習能力

教師在實驗教學中，借助互動工具軟件，也是運用數字化工具提升初中生生物學科關鍵能力的重要手段。互動工具軟件為學生提供了互動學習平臺，不僅為學生提供了學生的自主學習提供豐富的學習資源，還能夠開展在線學習合作，突破了時間和空間的限制，方便學生和教師隨時隨地進行交流，促進學生之間共同完成學習任務。互動學習平臺，為學生提供了海量的學習資源，能夠滿足學生的個性化需求。學生能夠根據自己的學習進度和學習需求，在互動學習平臺進行自主學習，比如在生物知識的復習階段，學生可以通過在線的互動練習軟件進行知識點的鞏固練習，軟件會根據學生的答題情況提供針對性的反饋和建議，從而提高學生的自主學習能力。而教師還可以使用互動工具軟件，讓學生打破時間和空間的限制，進行交流合作，共同完成學習任務。例如，在進行生物調查活動時，學生可以通過在線合作學習平臺，共同收集數據、分析數據、撰寫調查報告。這種合作學習方式不僅可以提高學生的自主學習能力，還能培養他們的團隊合作精神。

四、結論

在生物學實驗教學中應用數字化工具，可以將復雜的知識簡單化、直觀化，能夠提升學生的學習興趣，幫助學生更好地理解科學概念，促進學生的全面發展。通過探究創設虛擬實驗環境，運用多媒體資源，借助互動工具軟件，在生物學實驗教學中運用數字化工具，增強生物學實驗教學的直觀性，能夠突破實驗條件限制，增強實驗的互動性，最終達到提升學生生物學科關鍵能力的目的。未來，教師應該繼續探索數字化工具在生物學實驗中運用策略，以提高生物學實驗教學的教學質量和教學效果。

參考文獻：

[1]徐美陽.數字化工具在初中數學教學中的創新應用[C]/中國國際科技促進會國際院士聯合體工作委員會.2023年教育教學國際學術論壇論文集（三），2023：37-39.

[2]陳小衛.談數字化工具在科學實驗教學中的應用——以《變色花》一課的教學為例［J］.小學教學參考，2022(24)：80-82.

[3]王雨絲，劉艷紅.新媒體新技術對中學生物教學的促進作用［J].實驗教學與儀器，2021，38(6) :46-47.