传递信息 感知生物

朱明

摘 要 在理化生等实验学科中，各类传感器的使用，推动了数字化校园建设和学科教学精准度，转变了原有的学习方式与教学模式，促进了信息技术与其他学科知识技能的整合发展。

关键词 信息技术；生物实验；传感器

中图分类号：G633.91 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）23-0151-02

1 数字化实验室和传感器的选择

实验室概述 中学阶段的数字化实验室是当前应用非常广泛的实验教学平台，是由各类数字化仪器和相应的分析设备组成的测量系统。它可以通过设计并实施一系列的数字化实验方案，通过各类传感设备和分析仪器，快速高效地完成电、热、力、光、声等各种数据的实时采集和分析，实现整个数字化实验数据链的存储、计算、分析，并最终展示想要的实验结果。

传感器的选择 生物数字化实验中，最为重要的仪器就是各类传感器。根据传感器敏感元件的特点，可将其分为三大类：

1）物理类，主要基于力、热、光、电、磁和声等物理效应；

2）化学类，主要基于化学反应的原理；

3）生物类，主要基于酶、抗体、激素和核酸等分子特异性识别功能。

根据中学生物学科的自身特点，科学选择各类传感器，能够快速地分析展示出数字化、图表化、形象化的实验结果，提高了实验的趣味性和准确性，体现了现代化数字实验的优势，突破了传统实验教学的局限性。

传感器的前景与展望 目前，传感器的使用仍将围绕选择活性强、选择性高的生物类传感元件，还将进一步探索如何提高数据采集、转换设备的使用寿命，解决各类仪器设备在体型、功能、质量等方面的问题。

将来，实验室中各类传感器将具备下列特点。

1）功能多样。将来的各种类型的传感器，将进一步进入社会和人们生活的方方面面，进一步涉及医疗、环境、能源、食品、航天等行业的各个领域。

2）体型缩小。随着科学技术的不断进步，各类传感器的体型将不断缩小，各种可携带的传感器将进入普通人们的家庭，实现医疗仪器的家庭化使用，提高人们的生活品质。

3）智能集成。同样，科技的进步也将进一步带来各类传感仪器设备的智能化，使得各类复杂的实验功能能够更加集成化，实现从采集到结果的全自动化智能处理。

4）质优价廉。随着传感仪器设备的功能和质量的提高，生产成本的不断降低，将形成高智能化、高集成、低成本的传感设备产业链。

传感设备关键性能的改善，将会带动传感器的社会化、产业化和生活化的进程，也会大大提高现代化的数字化实验教学水平，实现科技对教育的促进作用。

2 生物实验状况分析

生物数字化实验的应用，主要是将实验数据以数字化方式采集分析归纳，从而得出实验结论。相对于传统的实验，只能强调仪器的操作是否规范，只能关注实验的结果是否准确，只能起到验证结论的作用，而无法探究具体的实验过程，无法提高学生的思维和创新能力。但是，通过数字化实验的方式，则可以弥补这类缺憾，达到现代化教学的目的。数字化实验的自身特点尤其体现在下列三类实验中：

1）传统实验中使用常规器材无法观察到的实验；

2）实验数据在过程中不断变化的动态实验；

3）一些无法使用传统器材和思维进行的现代化的复杂实验。

因此，教师在进行有关实验教学的安排中，应该结合实际情况，设计好实验思路和方案，将传统实验和数字实验科学地结合起来，充分发挥各自的优势。

3 数字化实验的应用

1）利用数字化实验器材的超强数据处理能力，不断提升实验过程中的精确度和可信度，促进学生对生物实验的正确认识。在传统生物实验中，以观察实验现象及实验结果为主，对实验的动态过程很难把握。但是使用了现代化的实验传感设备，可以对实验过程中的各项数据进行收集，对实验中的各种微观现象进行展示，这样就使得在教学目标的设计中，不但要得到实验的结果，还要科学地把握实验中的重要环节，体现出实验教学的过程性特点。可以充分利用好数字化实验的优势，对过程中的实验数据进行分析处理，将其结果以表格或图像等生动的形式展现。让学生理解实驗教学中过程和结果一样重要的理念，提高实验的精确度和可信度，提升他们对实验过程和结果进行分析和判断的能力。

2）利用数字化实验中数据处理和结果展示的优势，提升教学目标、重难点的达成度，提高教学效率。在常规的教学过程中，知识点的概念和原理较难理解，学生也无法接触和体验到具体过程，但是通过数字化实验中数据的收集和分析，可以掌握各种内在的、本质的、重要的内容，便于学生进一步的理解和接受。在实验结果的展示中，也可以采用丰富的多媒体形式，对实验结果进行各种探讨和加工，形成学生探究的学习过程，不仅激发了学生的学习兴趣，而且优化了教学过程，提升了教学目标的达成度，提高了课堂的教学效率。

3）利用数字化传感设备在数据处理中精确度高的优势，可以对传统实验进行科学验证和判断，提升学生的科学素养。由于数字化实验的精确度高、过程清晰，因此，使用数字化实验所得出的结果可能与以往结论有不一致的地方。因此，应该利用数字化实验的优势，引导学生对以往传统实验进行科学判断和分析，探讨理论与实际、结果与预期差异性产生的原因，进一步改进实验方法和手段，进一步提升实验操作水平。

通过以上过程可以发现，传统实验结论是经过多年的验证得以形成的，但对于学生来说，要有质疑科学的精神，要有主动探究的能力，更要有分析总结的水平，并最终形成自身独有、终身受用的科学素养。

4）利用在数字化实验中对传感器和计算机的使用，提高学生对信息技术设备和软件的操作水平，提升学生的信息综合素养。在数字化实验中，由于实验过程和操作的需要，学生必须不断接触各类传感仪器和计算机中的相关应用软件。因此，在完成生物实验任务的同时，他们也在不断接触各类仪器设备的连接和使用，以及各类专业软件的调试和运行，其中渗透着很多信息技术学科的知识和要领，对学生提出跨学科的更高要求，也不断提高学生对于信息技术学科求知和探索的欲望，最终也提升了学生的信息综合素养。

4 数字化实验面临的困扰

采用数字化实验教学模式，能够较好地弥补传统实验教学的不足，但在实际运用过程中也容易走入一定的误区。

很多教师畏惧开设数字化实验课程 不少教师对于实验课程中加入数字化实验设备有抵触情绪，这打破了他们一贯的教学形式，对他们也提出了更高的要求。另外，也有部分教师对于数字化实验刚开始热情高涨，但经过一段时间没有达到预期目标，他们便没了持之以恒的决心，也就中途放弃了。

教学内容安排与教学实际情况的矛盾 在新课程内容的设置中，虽然学生探究性实验多了，但相应的实验课时安排还不够；在数字化实验中，对于操作要求的严谨性较高，但学生对于探究实验过程的体验则无法很好实现；另外，在数字化实验操作中，由于学生的操作技巧水平不高，容易导致设备的频繁损坏，不适宜进行广泛的平行授课。

学生现代信息技术与传统实验技能培养的矛盾 如计算机软件自动化显示、计算实验结果，减少了学生对实验现象和实验数据分析、计算的时间，弱化了实验操作中细节分析和理解接受的过程，这也很容易养成学生的依赖性。

5 总结反思

数字化实验是一种工具，以其丰富的传感器、精确快速的测量、多功能的软件为支撑，提供了一个科学探索的技术平台。这不仅开拓了现代中学生物实验教学的新领域，也对信息技术教师提出新的要求，在完成课程标准的同时，还要进行多学科、跨学科知识技能的思考与研究，帮助学生利用好信息技术手段，在学校教学的各方面充分体现出信息技术的优势。