数字化技术与中学生物探究实验整合的策略与实践

陈铮

[摘 要]针对中学生物实验教学中微观、抽象、操作困难的实验内容或环节，通过与数字化技术相整合的方式，有效呈现探究性学习情景，提供记录思维方式的工具，展示思维过程，落实了教学重难点，形成了有效的数字化教学策略。通过问卷调查、评价实验报告、观测课堂反馈发现，数字化技术与生物实验的整合有利于推动学生探究性学习，有利于学生提高学习能力，强化理性思维。

[关键词]数字技术；实验教学；整合策略

生物学是一门实验科学，实验是生物教学的重要组成部分。但中学生物中的很多实验对象不易获得，或比较微观（如细胞工程和基因工程方面的实验常涉及细胞和有机分子等微观物质结构），或实验原理抽象，实验操作具有一定的技术难度。为此，有效应用信息技术，如利用数码技术展示显微观察实验和具有较强技术性、原理抽象的实验，更便于学生理解实验原理，快速掌握设计实验的思路与实验操作方法。

建构主义学习理论认为，学习者获得知识的过程，并不是通过教师的传授，而是在一定情境下，在教师和同伴的帮助下，利用必要的学习资料，通过意义建构获得知识的过程，强调学生是意义的主动建构者[1]。数字化技术与生物实验教学的整合点，应是学生不容易建构新知识的难点，需要教师帮助学生营造情境或制造机会，通过提供学法，搭建展示平台等方式降低学习难度，落实重点，激发学生进一步探究的欲望。以下是高中生物实验教学中合理利用数字化技术的几点方法。

一、模拟生物进化实验，帮助学生体验进化本质

生物教学中的一些宏观实验，不能直接用实际生物作为实验材料，如高中“生物进化”的内容。传统课堂通常用模型进行模拟实验，由于模型的非生物属性与生物的自然属性有本质区别，因此模拟实验往往缺少真实性，只能体现生物某一方面的特性，不利于学生对实验原理产生本质而全面的认识。对于这种情况，可选择利用网络学习软件模拟一些实验情景，通过丰富的图文、视频资料，引导学生进行模拟研究，更深入地了解实验原理，学习实验方法，体会实验乐趣[2]。

1.基因频率改变实验中多媒体技术的应用

实验模拟基因频率的改变，需要大量不同颜色的桦尺蠖，这是难以在课堂上满足的条件。以往，这一模拟实验采用不同颜色的纸片代替桦尺蠖，用彩纸作背景，但由于场地和彩纸颜色的限制，实验结果不能生动体现进化的本质。采用CAI课件创设情境的方法可以更好地引导学生探究自然选择在生物进化中的作用。

一是可模拟从19世纪中期到20世紀中期，英国曼彻斯特地区浅色型桦尺蠖和黑色型桦尺蠖所占比例发生剧烈变化的过程。19世纪中期长满地衣的浅色树干及树干上所栖息的浅色与黑色桦尺蠖的数量比例是9∶1。用课件展示随着英国工业的发展，工厂排出的煤烟使地衣不能生存，结果深色的树皮裸露，树干上栖息的浅色与黑色桦尺蠖数量比例变成了1∶9。

二是可设计模拟鸟类捕食桦尺蠖的活动。活动开始，让学生背对电脑屏幕，教师哨声一响，学生转身迅速找到一个桦尺蠖，用鼠标点击后消失，下一次哨声响起时，背过身去。这样重复多次后，统计剩下的两种颜色桦尺蠖的数量，记在表格中，可计算出不同环境下桦尺蠖种群的基因频率。通过分析实验前后的基因频率，就可以认识到生物进化的实质是基因频率的改变。进化的过程很漫长，语言的描述相对抽象，而通过计算机模拟，学生直观地感受并理解了在若干代的自然选择中桦尺蠖基因频率的变化。

2.研究生物进化的历程时多媒体技术的应用

当实验主要依靠化石证据作为研究依据时，学校也不可能提供很多真正的化石，这时，可通过数字化技术来创设实验情境和提供研究资料，模拟科学家研究生物进化的历程。

如播放Discovery研究性学习立体课程软件电影院中的《生物的进化概述》。Discovery研究性学习立体课程是京文多媒体教育公司与美国DCI公司等多家国内外教育文化传播机构合作，根据我国素质教育的实际需求开发的一套研究性学习教材。其中包括综合能力训练互动软件、学习体验VCD、教师和学生参考书，内容涉及地理、化学、生物、物理等操作性较强的基础学科。其中每张光盘都有一个相对独立的探究主题，每个主题都有自己的电影院、图书馆、实验室等。

观看短片后，由学生小组根据情景提出本组所感兴趣的问题。教师将每组提出的问题一一列举在黑板上，由全班学生共同分析讨论其中哪些问题是大家都关心和感兴趣的问题，并把这些问题确定为首要问题。经讨论得出的首要问题有：现在看到的各种多姿多彩的生物是怎样形成的？生物进化的证据是什么？生物进化的原因是什么？恐龙是怎样灭绝的？最后统一将其归结为“生物进化的历程”这一探究主题。

根据学生认知能力和自主学习能力的不同，教师可给学生发放平板电脑，让学生利用Discovery研究性学习立体课程软件中“化石的证据”主题进行自主学习。教师在这一过程中巡视，回答学生提出的各种问题或进行个别辅导，并鼓励学生积极探索、克服困难。每个学生要独立地把各自获得的知识进行小结，将自己所学习到的知识按一定的逻辑关系理清脉络、形成一定的知识构架，再依照自己的思路制作PPT文件，并将文件通过网络平台与其他同学共享。学生之间将对彼此的研究结果进行评价或提出疑问，再根据班级内交流的结果，进一步修改自己PPT中不准确或需要改进的地方。本着资源共享的原则，学生可以自由选择保存其他同学的PPT，可以补充到自己的作品中，整合成一份更完善的研究成果。

数字化技术为生物课堂教学开辟了一个新的发展空间，如使生硬的化石资料变得生动活泼，使每个学生都能自由获取信息，通过数字资料可以看化石，也可以看复原图，更可以自主比较古生物的特点，形成生物进化的观点。同时，此过程也是模拟研究科学家不断发现问题，收集整合资料，思考解决问题的方法，最终得到结论的过程。

可见，利用信息技术创设教学情境带来的直接效果是，针对一些宏观实验，能够最大化地还原科学研究过程，让学生在不知不觉中投入其中，更真切地体验实验过程，感受探究的乐趣，不断深化对科学本质的认识，逐渐形成理性思维，提升分析问题和解决问题的能力[3]。

二、数码设备应用于生物实验，

提高实验课的实效性

受实验条件所限，有一些生物实验并不能让全体学生同时操作；还有些实验的过程步骤较多，若完全用语言叙述，比较繁琐，学生难以理解和识记，在操作过程中容易出现前后顺序颠倒等失误，造成实验失败。为此，笔者曾经尝试用视频演示实验步骤，但是视频演示过程较快，也不利于学生操作时参考。最终，课题组通过研究发现：以图代说，将实验步骤拍照，自制成实验流程示意图展示出来，能让学生一目了然，大大提升了实验的成功率。

1.以数码相机记录实验过程，自制实验流程示意图

组织学生分组实验，利用数码相机记录实验过程，按照实验步骤，做成视频或幻灯片，然后在班级中利用视频展示真实的实验过程，对于实验中遇到的问题、困难以及没有解决的问题，可以在班级中共同讨论，探究解决办法。

例如，在初中生物“探究不同鱼鳍的作用”实验教学中，一个小组的学生不可能通过实验探究所有鱼鳍的作用，所以实验分组进行，每个组对某一种鱼鳍的作用进行探究，捆绑固定某个鱼鳍后放在水里，观察鱼游泳的姿态，同时利用数码相机录下每组的实验过程及实验现象，待实验结束后回放，全班学生共同讨论实验结果，得出实验结论。这使每个组的学生不只能看到自己组的实验，还能看到其他组的实验，对完整的实验有了更全面的了解，增加了实验的有效性和科学性。

2.以数码显微设备直接展示观察对象，提高观察实验的实效

在初中生物实验中，观察实验相对较多，尤其是观察单细胞生物时，有些学生因显微镜操作不熟练而找不到清晰的物像，或者不能辨别出要观察的对象，这时就会很着急，越急越慌乱，越是观察不到结果。有的学生甚至离开座位去看其他同学的显微镜物像，课堂秩序混乱，观察效果也不理想。针对这种情况，教师利用数码显微镜，将装有观察对象临时装片的物像投影出来，清晰的物像很快就吸引了这些学生的注意。他们明确了实验对象的真实特点以后，再次投入到观察实验中，循着目标找物像，成功率就大大提高了。

在高中生物“植物的质壁分离及复原”实验中，利用数码显微设备直接投影的效果也非常显著。学生参照投影，就能很快找到观察对象，并且也便于学生更直观地感受到洋葱外表皮细胞作为实验材料的优越性，意识到适宜的实验材料对实验成功的重要意义。

三、结语

信息技术的发展，促进了学生学习方式、教师教学方式和师生互动方式的变革，信息技术的优势为学生的学习和发展提供了丰富多彩的教育环境和有力工具[4]。通过问卷调查、评价实验报告、观测课堂反馈发现，数字化技术与生物实验的整合有利于推动学生探究性学习，有利于学生提高学习能力，强化理性思维，发展学科素养。

参考文献

[1]张荣华.信息技术与中学生物课程集散式整合途径探讨[J].中国电化教育，2012（11）：117-134.

[2]陈冬梅.构建专题学习网站践行高效生物课堂[J].科学教育，2010（2）：65-66.

[3]陈宏冬.浅谈信息技术环境下现代化生物实验仪器的使用——例谈数码生物显微镜在高中生物实验中的运用[J].文理导航，2013（3）：49.

[4]胡庆芳.课例研究，我們一起来：中小学教师指南[M].北京：教育科学出版社，2011.

（责任编辑 郭向和）