蔣沅芮　鄧江萍

生物學實驗因研究對象的特殊性，在教學中，存在生物材料難以獲得、實驗時間較長、微觀實驗不易觀察等問題。中學階段的生物學實驗教學開展方式常常以傳統(tǒng)的教師演示實驗和學生模仿驗證實驗為主，過程和方法模式化。學生往往被動參與實驗，這導致其對生物學實驗的理解較為片面，在實驗過程中自主設計與創(chuàng)新意識不強?！读x務教育生物學課程標準》（2022年版）中提出了“推進現(xiàn)代信息技術與教學深度融合”的教學建議，鼓勵教師在教學過程中積極運用信息技術，開發(fā)和利用數(shù)字化教學資源，促進學生自主學習。在生物學實驗教學中利用信息技術，可以突破傳統(tǒng)教學方式對實驗材料、時間、設備等條件的限制，減輕師生負擔，輕松高效地完成實驗。將信息技術融入生物學實驗，利用靈活多樣的信息化手段轉變實驗教學方式，運用高效便捷的信息化工具優(yōu)化改進實驗教學內(nèi)容，為學生搭建自主探究空間，推動實驗課堂轉型，從而使學生主動參與到多元化的探究學習中，在實踐中構建生物學知識，遷移應用實驗方法技能，發(fā)展科學探究思維，形成實踐創(chuàng)新能力，培養(yǎng)生物學核心素養(yǎng)。筆者以人教版初中生物學教材七年級上冊“探究種子萌發(fā)的條件”為例，優(yōu)化實驗設計，談談如何利用現(xiàn)代信息技術優(yōu)化生物學實驗教學。

一、實驗的優(yōu)化設計與意圖

以人教版初中生物學七年級上冊“探究種子萌發(fā)的條件”為例，筆者結合現(xiàn)代信息技術，將整個實驗教學優(yōu)化設計如表1所示。

實驗中，筆者多次利用現(xiàn)代信息技術手段輔助教學，包括在線指導及分享、多媒體演示及分享、思維導圖、數(shù)字化實驗系統(tǒng)、交互評價與及時交流、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、拍照等。這些現(xiàn)代化信息技術手段，能夠突破課堂時空限制，激發(fā)學生學習興趣，增強學生直觀感受，幫助學生構建概念網(wǎng)絡，指導學生自主探究。

（一）結合照片、視頻記錄，激發(fā)學習興趣

隨著智能手機的普及，在做生物學實驗的過程中拍攝照片和錄制視頻不僅十分方便，還能使實驗記錄更清晰準確，便于解釋和溯源。在本實驗中，筆者安排學生用手機記錄課前播種的過程，并制作成影集在課堂上分享（如圖1）。這種多樣而真實的展示方式能激發(fā)學生做實驗的興趣，促使學生積極參與到實驗探究活動中。同時，將實驗過程中記錄的圖片或視頻，整理成直觀生動的種子萌發(fā)過程圖，將事實內(nèi)化為概念，可巧妙化解知識難點。

（二）利用數(shù)字化實驗系統(tǒng)，增強直觀感受

初中生物學實驗多為定性實驗，但在實驗教學中教師也應重視定量實驗，通過量的變化讓學生了解事物的本質(zhì)。借助數(shù)字化實驗系統(tǒng)，使用傳感器及數(shù)據(jù)采集器，教師和學生能實時監(jiān)測實驗過程中各類物質(zhì)含量的變化，再根據(jù)需求生成直觀的數(shù)據(jù)圖，輕松地將定性實驗轉變?yōu)槎繉嶒?，使實驗現(xiàn)象更加直觀清晰。

在以往傳統(tǒng)實驗的基礎上，學生對于“使用大量水淹沒種子達到隔絕空氣的目的”存在疑問。在本實驗中，筆者引導學生利用自制密封罐連接數(shù)字化實驗系統(tǒng)中的氧氣傳感器和數(shù)據(jù)采集器，監(jiān)測種子萌發(fā)過程中氧氣含量的變化，再用數(shù)字化實驗系統(tǒng)生成氧氣含量變化曲線圖，直觀展示氧氣變化（如圖2）。這樣做既能消除學生對該問題的爭議，又可以同時連接二氧化碳傳感器，檢測二氧化碳含量的變化并生成曲線圖，幫助學生突破后續(xù)教學中“種子萌發(fā)時進行呼吸作用需要消耗氧氣、釋放二氧化碳”這一教學難點。

（三）制作實驗的思維導圖，構建概念網(wǎng)絡

思維導圖能梳理知識點間的邏輯關系，構成概念網(wǎng)絡，訓練科學思維。運用軟件繪制思維導圖，簡便、美觀、高效。將思維導圖的構建過程，貫穿于整個實驗教學中，可以幫助師生梳理實驗脈絡，厘清變量間的邏輯關系，進而將實驗結果轉變?yōu)楦拍睢?/p>

本實驗中存在多個變量，教師運用軟件制作種子萌發(fā)條件的思維導圖（如圖3），能指導學生快速而清晰地完成各變量的設置。實驗結束后，根據(jù)實驗結果，完善整理思維導圖，教師就能幫助學生構建知識網(wǎng)絡，促進概念的形成。

（四）錄制微課，指導自主探究

微課是當下信息化教學中應用較為廣泛的一種方式，能滿足學生的個性化學習需求。教師在課前將實驗過程制作成微課，在學生分組實驗前運用微課對實驗方法、步驟、注意事項等進行分段指導，幫助學生提高自主實驗成功率。另外，教師還可以指導學生將自主實驗過程錄制成微課，便于師生分享展示和總結評價。

在本實驗中，筆者通過展示自己錄制的微課，幫助學生課后自主探究種子萌發(fā)的自身條件，再指導學生錄制自主實驗微課（如圖4），作為分享交流、總結評價的依據(jù)。學生在微課錄制的過程中，能梳理實驗思路，完善改進實驗不足，培養(yǎng)學生的探究精神和科學思維習慣，增強動手能力，進而內(nèi)化知識。

（五）運用智慧課堂，突破時空限制

在課堂上運用智慧課堂平板，能實現(xiàn)師生、生生間的多元交互，即時分享展示文字、圖片、視頻等多種學習素材既豐富了實驗教學資源，又提高了實驗教學效率。在課后，學生也可運用智慧課堂平板，實現(xiàn)碎片化自主學習，還能突破傳統(tǒng)課堂對時間和空間的限制，促使課堂轉型。

在本實驗教學的前、中、后期，智慧課堂平板都發(fā)揮作用，能在線指導學生進行自主拓展探究，實現(xiàn)師生、生生即時分享交流，便于拓展實驗寬度，提高實驗探究效率。種子萌發(fā)所需時間較長，無法在課堂上完整地呈現(xiàn)整個實驗過程，教師運用智慧課堂平板溝通實驗進度，能將實驗教學時間從課堂擴展至課前、課中、課后，將學習空間從學校擴展至家校，不僅能突破教學時間和空間限制，還能培養(yǎng)學生在實際生活情景中運用知識進行實踐的能力。

二、在信息化背景下開展實驗教學的優(yōu)勢

1.拓展實驗寬度，突破探究難點

將信息化手段融入生物學實驗教學，能有效拓展實驗探究的寬度。首先，運用信息化測量工具獲取實驗數(shù)據(jù)，能使實驗現(xiàn)象更直觀、結果更準確，突破實驗教學的難點；其次，將信息化交流工具與實驗教學緊密結合，能突破實驗教學的時空限制，能充分利用碎片化時間完成耗時較長的實驗探究，學生還能在教師的遠程指導下完成課后自主探究與實踐；最后，利用信息化手段進行模擬實驗，使替代難以獲得的實驗材料、縮短漫長的探究周期、生成電子虛擬模型、放大微觀結構等成為現(xiàn)實。

2.助力自主探究，實現(xiàn)課堂轉型

利用信息化手段輔助實驗教學，能為學生自主探究提供助力，實現(xiàn)課堂向?qū)W科育人轉型。各種信息化工具能給學生提供充足的自主探究工具包，促使學生在完成收集整理探究資料、設計探究方案、溝通交流分享等探究過程中有更多樣化的空間，讓學生成為整個探究活動的主體，實現(xiàn)實驗課堂從教師的“教”轉向?qū)W生的“學”。學生在自主探究的氛圍中，有更多機會培養(yǎng)科學探究思維和能力，關注知識與實際生活的聯(lián)系，進而達到新課標要求的生物學核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標。

3.建立數(shù)字化實驗探究資源庫

在運用信息化手段進行實驗探究的過程中，會產(chǎn)生大量的文字、圖片、視頻等數(shù)字化實驗材料。教師將這些材料歸納整理并分類存檔，可建立實驗探究的數(shù)字資源庫，為今后的實驗教學提供豐富的素材。自建資源庫中的素材相較網(wǎng)絡上搜到的素材更貼近實際教學情況，其真實而親切的質(zhì)感更能吸引學生主動參與到探究活動中。

【本文為云南省教育科學規(guī)劃領導小組辦公室批準的云南省教育科學規(guī)劃單位資助課題“信息化背景下初中生物實驗教學優(yōu)化研究”（課題批準號：BE21027）的研究成果之一】

責任編輯 邱艷