数字化探究实验在高中生物教学中的应用

来源:用户上传      作者:史��

　　摘要：生物是一门以实验为基础的自然学科，因此实验教学是生物教学中的重要组成部分。在互联网和信息技术发展过程中，数字化实验技术在高中生物教学中得到了广泛的应用。基于这样的背景，本文分析了实验技术的组成，并结合实例对数字化探究实验在高中生物教学中的应用进行分析。
　　关键词：数字化探究实验高中生物教学应用
　　引言
　　高中生物教学中多重因素的影响导致实验教学难以开展，而数字化实验以其独特的优势被广泛应用，从而极大地提高了生物实验教学的质量和效率。在重视动手实验和直观展示的生物实验课堂中添加数字化元素，通过直观生动的呈现，使数字化的概念深入人心，能使学生爱上生物实验，为适应未来的人工智能时代奠定基础。因此，探讨数字化探究实验在高中生物教学中的应用具有十分重要的意义。基于此，在生物实验教学中，我们将数字化技术融入“教”“学”“评”三个层面，打造更加生动立体的课堂。
　　一、什么是数字化探究实验
　　数字化探究实验是利用先进的计算机技术、网络通信技术、多媒体技术等，将传统实验室中的各种实验资源数字化，并通过计算机实现实验教学管理的高效化。笔者在生物实验教学中所使用的数字化探究实验系统主要为数字化信息实验系统，此系统主要包含三个部分：一是传感器，它主要负责把实验中测量的各种非电信号如光照强度、pH值等转换成标准的电信号;二是数据采集器，它是传感器与计算机的接口，主要负责把传感器的模拟电信号转换成数字信号并与计算机进行通信;三是软件，它主要负责数据信号的显示、处理与分析等。另外，数码显微镜、实验操作视频及其他计算机处理程序也可作为数字化技术的辅助部分。
　　二、数字化探究实验特点
　　（一）注重线上与线下实验教学的融合，开发向学平台
　　在高中生物实验教学中应用数字化探究技术，核心是利用先进的信息技术、多媒体技术以及计算机技术等将传统实验教学中需要收集的各项实验资源和实验过程进行数字化处理，然后借助计算机进行高效的实验管理。在长期的实践发展中，数字化探究实验技术形成了完善的体系，具有良好的应用效果。为了给学生提供更丰富立体的实验课程资源，可以将“生物实验”整合打造为教学资源库，为学生提供实验直播课程、实验录播课程、实验研讨授课等立体化课程资源，并提供视频音频课程、电子书籍、电子教案、PPT课件、学习任务单等各类资源，汇成一份生物实验教学资源“大餐”。
　　（二）注重实验探究，促进学生全面发展
　　要使实验技能落地，需要推进当前实验教学的大转型。通过搭建生物学科数字化教室，将生物实验效果展示到声控智能显示屏，促进教师与学生及时互动。使用VR技术辅助实验课堂教学，学生可以点击查看实验过程中的动态变化，教学资源丰富多彩，提高了生物实验的安全性，节省了实验的时间，真正让学生走进数字大课堂，拓宽视野，提升素养。
　　（三）优化实验结果的呈现，实现精准测量
　　学生在实验的过程中，通过传感器对需要用到的实验量进行数据采集，然后对采集到的数据进行分析，应用于接下来的实验活动中。数据采集器将采集到的各种模拟信号转换成数字信号，利用计算机将其连接起来。软件系统将最终的各种实验过程以及实验现象整理到一起展示出来，从而让学生直观地观察到实验的现象以及实验的过程，最K得到实验的结果。
　　三、数字化探究实验在高中生物教学中的应用
　　（一）数字化探究实验在“教”的层面的应用
　　1.充分利用先进设备，提高实验教学的效率
　　数字化探究实验，能够极大地节约课堂实验教学的时间，提高教学的效率。开展数字化探究实验，在数据采集的过程中能够更快更好地得到实验数据，这样能够缩短学生处理数据的时间。而多出的时间，则可以引导学生进行知识的探究。
　　例如在指导学生学习《呼吸作用与光合作用》这一节知识点的过程中，实验涉及大量的数据以及各种图形分析，一部分学生往往难以得到精确的实验结果，且由于这一部分实验涉及时间周期较长，难以通过传统方式开展探究。为此可以开展数字化探究实验。首先，学生通过氧气传感器及二氧化碳传感器，对绿色植物光合作用以及呼吸作用进行精确的测定。在这一测定过程中，学生能够得到精确的数据。接下来，学生对测得的数据进行整理，根据实验的需要绘制曲线图以及柱形图等进行分析，最终得到实验结果。这样的方式锻炼了学生的数据处理与数据分析能力，有利于促进学生综合素质的发展。
　　2.实验教学深度和广度的延伸培养了创新能力
　　生物实验教学中，最为关键的一环是要让学生亲身经历实验过程，并且让学生动手实践操作。然而在常规的实验教学中，由于一些生物实验开展需要相应的场地，也需要相应的实践验证实验，结果导致教师几乎不可能在教室中开展实验。针对这样的现状，一些教师采用多媒体的方式，通过视频讲解让学生进行实验学习探究。由于缺少了实践环节，学生很难通过亲身实践掌握生物知识，因此影响了学习的质量和效率，也不利于学生实践能力的养成。通过数字化技术能够在短时间内获得实验数据和实验结果。因此，学生能够更好地参与到实验过程，不断地发现新问题，分析解决问题，改进实验，从而在过程中培养学生的科学思维，鼓励学生坚持创新精神。
　　例如，教师可以引导学生利用导电率传感器、pH传感器以及浑浊度传感器对水质净化的方法进行研究。在实验过程中，学生通过这些数字化技术的应用进行探究，并且得出了多种水质净化的方法，最后通过实践验证这些水质净化方法的可行性。这一教学活动中，学生更好地实现了在“做中学”，不但培养了学生的实验探究能力，更能够培养学生的创新意识，使学生能够在生物实验学习中更好地发现问题，也能更好地解决问题。
　　（二）数字化技术在生物实验课堂“学”的层面的应用
　　1.体验式学习
　　生物实验重在体验。实验课堂的体验式学习已经不再是单纯的拓展活动，而是将其完整地嵌入到课程教学过程中，使教学目标的落实有了保障，兼顾学科大概念和学科知识，促进学生积极参与，进行反思发现。

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