陳軍

摘 要：當(dāng)前數(shù)字化實驗系統(tǒng)在中學(xué)實驗教學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)開始應(yīng)用和實踐，生物學(xué)科實驗教學(xué)中數(shù)字化實驗技術(shù)也在教學(xué)過程中逐步推廣和應(yīng)用。在中學(xué)實驗型教學(xué)活動中如何結(jié)合學(xué)科實驗特點，將數(shù)字化實驗系統(tǒng)合理的應(yīng)用到傳統(tǒng)實驗教學(xué)中去成為一線教師必須面對的一個新課題，只有充分發(fā)揮數(shù)字化實驗技術(shù)的優(yōu)勢作用，才能更好地為教學(xué)和學(xué)生服務(wù)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化 實驗教學(xué) 應(yīng)用 優(yōu)勢作用

數(shù)字化實驗系統(tǒng)可以完成常規(guī)實驗儀器難以完成的實驗，目前已開始進入中學(xué)實驗教學(xué)領(lǐng)域。那么作為一線教師，該如何應(yīng)對這種深層次的信息技術(shù)與傳統(tǒng)實驗相整合的產(chǎn)物，從而發(fā)揮其優(yōu)勢作用呢？下面就以生物學(xué)科為例，談?wù)勛约旱囊稽c體會。

一、合理使用顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)，提高課堂教學(xué)的效率

顯微鏡，一直都是生物研究和教學(xué)的重要工具。由于傳統(tǒng)顯微鏡只能供單人觀察，利用率較低，花費時間較多，還受制于學(xué)生的實驗操作能力。于是顯微鏡圖像共享就成了教師的普遍追求。顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)把信息技術(shù)與傳統(tǒng)的實驗室課堂教學(xué)結(jié)合起來，不但實現(xiàn)了圖像共享，而且為圖像的貯存、再現(xiàn)與傳輸提供了可能，更可貴的是還可實現(xiàn)師生間的互動，為激發(fā)學(xué)生的興趣、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、提高效率都起到明顯的促進作用。

例如：

在人教版七年級下冊第四單元第四章第二節(jié)《血液流動的管道》實驗“觀察小魚尾鰭內(nèi)血液的流動”中，將小魚尾鰭置于數(shù)碼顯微鏡下，動脈、靜脈和毛細血管三種血管的形態(tài)及毛細血管中血液的流動情況清晰的呈現(xiàn)在計算機屏幕上，且可以進行放大觀察。學(xué)生可以借助計算機進行相關(guān)的操作，教師可以隨時了解各實驗小組的進展，也可以將一些觀察效果較好的實驗小組的圖像通過投影進行展示，既調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時提高了實驗課堂的教學(xué)效率，收到了較好的效果。

二、應(yīng)用數(shù)字化實驗系統(tǒng)實現(xiàn)實驗由定性上升到定量分析，提高實驗結(jié)果的精確度和可信度

在傳統(tǒng)生物實驗操作過程中，雖能觀察到實驗過程及現(xiàn)象，但很難進行定量化處理。中學(xué)生物數(shù)字化實驗，通過如傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計算機等克服了傳統(tǒng)的實驗儀器難以測量和儲存隨時間變化的大量的各種物理量以及隨其它方面變化的數(shù)據(jù)的弊端。使用數(shù)字化傳感技術(shù)，這樣可以使學(xué)生騰出更多的時間通過對實驗結(jié)果進行分析和評價，從而可以得出更加準(zhǔn)確、科學(xué)的結(jié)論，提高了實驗本身的精確度和可信度。例如：

在高中生物必修三《生物體維持PH穩(wěn)定的機制》實驗中，將PH傳感器置于盛有等量50ml蒸餾水、緩沖溶液、鮮榨果汁等三個燒杯中，隨著等量HCl溶液（共計5滴）的滴入，計算機屏幕上將分別出現(xiàn)PH數(shù)值不斷變化的情況以及三條實驗曲線，直接反映PH值隨反應(yīng)時間的數(shù)值變化，學(xué)生可以從三條曲線的變化中直觀的得到“生物體能夠維持PH穩(wěn)定”結(jié)論。這種定量化驗證，比起用傳統(tǒng)的PH試紙來檢測PH更為精確，而且還可以避免學(xué)生因操作不慎或不規(guī)范所帶來的意外結(jié)果。

三、充分應(yīng)用數(shù)字化實驗系統(tǒng)對實驗過程數(shù)據(jù)的可視化采集和動態(tài)呈現(xiàn)優(yōu)勢，突破教學(xué)難點，優(yōu)化教學(xué)過程，提高課堂效率

在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中，常常有一些難以理解的生物學(xué)概念和生命原理，通過傳統(tǒng)實驗無法讓學(xué)生理解和充分掌握，數(shù)字化生物實驗可以憑借助傳感技術(shù)的直觀演示和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析，揭開某些表面的的因素，將內(nèi)在的、重要的、本質(zhì)的東西表現(xiàn)出來，進行實驗處理和圖像輸出，在屏幕上實施微觀放大，宏觀縮小，動靜結(jié)合，圖文并茂。不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動了學(xué)生的積極性，優(yōu)化了教學(xué)過程，而且將教學(xué)難點變得容易認知，使學(xué)生形成鮮明的感官認識，為進一步上升為理性認識奠定了基礎(chǔ)，有利于提高課堂教學(xué)效率。例如：

在人教版高中生物必修Ⅰ課本中，光合作用是細胞代謝的核心內(nèi)容，也是一個難點。利用數(shù)字化實驗系統(tǒng)中的氧氣和二氧化碳傳感器去測量實驗環(huán)境中O2、CO2的真實變化量，再利用數(shù)據(jù)采集器收集數(shù)據(jù)加上Excel數(shù)據(jù)處理，使學(xué)生不僅可以通過實驗探究光合作用的過程，而且還可以配合溫度、光等傳感器研究影響光合作用的諸多因素。利用專門的軟件可以實現(xiàn)跟隨實驗全過程的動態(tài)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，學(xué)生就能輕而易舉地揭開光合作用的面紗，同時也能培養(yǎng)他們的綜合分析思維能力。

四、應(yīng)用數(shù)字化實驗系統(tǒng)對實驗變量監(jiān)測的優(yōu)勢，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計研究意識

傳統(tǒng)實驗中，由于受到實驗器材的限制，很多帶有新穎設(shè)計理念的實驗方案很難付諸實施，主要原因是實驗過程中的實驗變量很難控制，反應(yīng)變量也很難控制和檢測。將傳統(tǒng)式的實驗和數(shù)字化傳感技術(shù)實驗相結(jié)合，可以很好的解決這一問題，極大程度的調(diào)動學(xué)生的探究式學(xué)習(xí)的積極性。借助數(shù)字化實驗系統(tǒng)的支撐，學(xué)生可以開展一些自主設(shè)計的探究活動，快捷、便利的數(shù)字化實驗手段可為他們提供可靠的實驗保障，學(xué)生不再拘泥于課本。

例如：在實驗“探究種子萌發(fā)時呼吸作用”，利用氧氣、二氧化碳和溫度傳感器，可以檢測種子萌發(fā)過程中氧氣、二氧化碳濃度以及溫度的變化。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)的動態(tài)變化借助計算機繪制出“二氧化碳—時間”、“氧氣—時間”和“溫度—時間”的圖線，分析種子萌發(fā)過程二氧化碳、氧氣及溫度三者的變化關(guān)系。

五、在實際教學(xué)中要注意處理好數(shù)字化實驗的應(yīng)用與傳統(tǒng)化實驗的關(guān)系

中學(xué)生物數(shù)字化實驗主要是從具體實驗數(shù)據(jù)分析歸納實驗結(jié)論，側(cè)重于實驗過程中的探究過程和思維能力的培養(yǎng)，而傳統(tǒng)實驗往往則是對結(jié)果作定性分析，側(cè)重于實驗過程的具體操作、常用儀器的使用規(guī)范和用途、實驗現(xiàn)象的細致觀察以及從現(xiàn)象分析結(jié)論，應(yīng)該說各有優(yōu)勢。中學(xué)生物數(shù)字化實驗完全取代生物傳統(tǒng)實驗手段是不可取。在中學(xué)生物實驗教學(xué)中，教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)實驗內(nèi)容的實際出發(fā)，將中學(xué)生物數(shù)字化實驗與傳統(tǒng)中學(xué)生物實驗有機的結(jié)合使用，才能充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，取長補短、相得益彰。

通過“智慧化校園”建設(shè)，不僅可以提高教育教學(xué)的效率，而且有助于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的塑造，培養(yǎng)適應(yīng)信息時代要求的新一代高素質(zhì)人才。

參考文獻

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