数字化探究实验在高中生物教学中的运用

马育国

摘 要：生物学是一门以实验为基础的学科，实验教学是高中生物教学的基本形式之一。文章阐述了数字化实验技术的组成、用数字化实验技术开展数字化探究实验教学的方法以及开展数字化生物探究实验在提高生物实验教学的效率方面的作用，便于师生更好地对实验进行设计和探究，对实验结果进行分析和评价，从而有效地提高学生的生物科学素养。

关键词：高中生物；数字化技术；探究实验

中图分类号：G633.91

一、引言

高中生物课程标准的理念之一就是以學生为学习主体，倡导探究性学习，强调新知识的获取不再是由教师直接灌输给学生，而是让学生进行自主探究性学习，通过科学探究掌握新的知识，获得新技能，提高生物学科素养。生物作为一门以实验为基础的学科，如何开展生物实验教学，让学生在探究过程中进行知识的再发现、能力的再提升。笔者就数字化探究实验技术的组成， 如何在生物教学中对部分高中生物实验进行数字化探究式教学，以及进行数字化探究实验的意义进行了探索。

二、数字化探究实验技术的组成

数字化探究实验是利用先进的计算机技术、网络通讯技术、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”（简称“DIS”），分为3 个部分：一是传感器，它主要负责前端实验量的采集，把实验中测量的各种非电信号（如光强、pH值等）转换成标准的电信号；二是数据采集器，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（江苏省苏州市吴江汾湖高级中学（以下简称“我校”）实验室用的是朗威DISLabV7.0生物专用软件），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。

三、应用数字化实验技术开展生物探究实验教学实例

数字化实验技术能够帮助教师和学生真实、实时、快速、准确地设计和实施实验过程，结合中学生物课程的特点，我校在生物教学中对高中生物的部分实验进行了改进，融入了数字化探究技术，大大提高了实验的效率和效果。具体有下列生物探究实验和内容。

四、开展数字化探究实验的意义

随着江苏历年高考生物实验试题难度的加深，想单纯依靠讲实验来提高教学质量已远远不能满足学生实验能力的考查要求，为此教师必须在有限的教学时间内提高实验教学的效率，而数字化探究实验教学在这方面有着较大优势。

（1）节省课堂实验教学时间，提高实验教学效率。开展数字化探究实验，在采集数据及数据的环节上，可以更快、更准确地得到实验数据，大大缩短学生在数据处理方面的时间，这就给学生提供了更多的时间以小组互助探究的方式进行实验设计、实验图形分析和实验结果评价，这正是新课程理念所倡导的自主探究学习所需要的。

例如，在教学中关于呼吸作用与光合作用这一教学重点和难点，学生往往对相关数据表格、曲线或柱形图分析感到困惑。而通过利用数字化实验技术进行探究，学生通过O2传感器、CO2传感器较精确地测定绿色植物净光合作用及呼吸作用，亲身体验光合作用及呼吸作用的测定实验过程，并汇总相关实验数据，对得出的相关实验数据生成的曲线图和柱形图进行分析比较，可较好地理解光合作用和呼吸作用的相关数据化处理方法，解答该类试题的能力将会大大提高。

（2）拓展生物实验的时间和空间，在“做”中培养学生的科学素养。数字化实验技术的可视性和易操作性，为学生提供了一种良好的环境，激励学生进行研究性学习，自主提出感兴趣的研究课题，自主进行实验研究。例如，我校的研究性学习小组利用电导率传感器、pH传感器和混浊度传感器研究水质的净化办法，针对日常生活中存在的问题寻求解决的方法，通过数字化技术分析提出合理的解决方案，从而进一步开展实验探究，在“做中学”的实验探究中增强学生的创新意识；可培养学生发现问题、提出问题和解决问题的能力以及收集数据的能力，学会交流与合作，形成实事求是、严谨认真的科学精神。

五、结语

数字化实验设备的应用，给高中生物实验教学的探究活动提供了最佳手段。随着教育技术的发展，数字化生物探究实验将成为实现生物教学中“以学生为本，注重知识、能力、素质协调发展”的重要方法，凭借其数字化、信息化、探究性的特点，为生物教学中学生生物学科素养的培养和素质化教育的实施插上腾飞的翅膀。

参考文献：

[1]黄 玮.利用数字化实验技术进行生物实验教学[J].中国教育技术装备，2005（11）.

[2]李玲玲.数字化实验在中学生物教学中的应用[J].新课程（中学版），2014（4）.

[3]王 丹.生物数字化探究实验室应用于教学中的优势、问题及建议[J].中小学电教，2016（Z1）.

[4]李志万.浅谈实验室在理化生教学中的作用[J].成功（教育版），2012（6）.

[5]张 风.基于传感器技术的数字化实验在高中生物实验教学的应用研究[D].呼和浩特：内蒙古师范大学，2016.

[6]陆新华.巧用数字化实验，提高探究性能力[J].中学生物学，2016（8）.

[7]康 盼.面向科学探究能力培养的生物学数学化探究活动设计[D].武汉：华中师范大学，2016.