数字化背景下的高中生物实验课探索

周苑

● 目前高中生物实验课教学存在的问题

由于课时紧张、实验步骤繁杂以及实验条件不足等诸多因素的限制，高中生物课的实验课教学一直存在如下问题：

第一，按照课时标准直接做实验。这样的课堂看起来热热闹闹、忙忙碌碌，但由于涉及的原理、添加的试剂较多，操作也比较复杂，所以学生整节课都是按照教材设计的步骤盲目地进行机械性操作，现学现做，照猫画虎，并没有时间真正去体会实验的原理方法，实验不具有连贯性，甚至很多学生到最后还是一头雾水，难以在一节课时内达到预期的实验效果。

第二，先让学生进行预习，然后再去实验室。这样的办法对部分学生是有效的，但由于相关的实验很抽象、难理解，所以课前学习难度较大，需要耗费学生大量的课前时间。同时，由于个体差异，即便是牺牲大量的课前时间，很多学生也不一定能掌握实验方法，课堂实验效果还是良莠不齐。

由于这些问题的存在，师生便都感觉到实验做与不做，并没有明显的区别。于是，衍生出第三种做法，那就是教师纸上谈兵，讲实验，这是目前很多学校实验课的普遍做法。这种做法，虽然应对了部分考试题目，但却忽视了学生的实践动手能力，培养了一批高分低能的学生。由于没有进行过实验，所以学生没有真正掌握基本概念的原理和方法，题目稍一变化就不会了。

那最好的办法是什么呢？数字化生物实验翻转课堂的探索，让信息技术与动手实验有机融合，为高中生物实验课开辟了一条崭新的、行之有效的途径。

● 数字化生物实验翻转课堂的探索

在微视频的帮助下，实验过程更加形象直观，这就解决了之前课前预习耗时耗神的问题，使学生能够显而易见地明确实验流程、方法、步骤，加深对实验的理解，轻松完成课前自主学习。同时，技术支撑下的课上实验探究和展示活动构成的微项目学习，又能提高学生的动手操作能力，引发头脑风暴，从而实现内化知识、拓展能力的高层次学习目标。

下面，我以“绿叶中色素的提取和分离”这一探究实验为例，谈谈数字化背景下，高中生物动手实验课的翻转课堂教学策略。

1.充分的课前准备

第一，学习目标层次化。学生可以选出那些只要按照自己的节奏、方法和步骤去学习就能掌握的内容来作为课前学习目标。例如，本节课的课前学习目标是：发现色素提取和分离的原理；熟悉实验操作步骤；了解色素提取时，研磨、过滤及滤纸条的制备和画滤液细线的注意事项。

第二，为了实现这些目标，我设计了课前自主学习任务单，并发布了如下学习任务。

任务一：通过阅读教材第97页的相关内容，回答：绿叶中色素提取和分离的原理分别是什么？

学生只要多读几遍教材，就都能掌握这个任务。因此，将它作为课前学习任务自主学习，能帮助学生发现实验原理，为进一步的探究实验奠定基础，提供依据。

任务二：通过观看“绿叶中色素的提取和分离实验”微视频录像资料，完成利用仿真模拟软件模拟实验。

这个任务充分体现了数字化背景下翻转课堂的特色。由于学生的个体差异，他们达成同样的目标所需要的时间和步骤是不同的，所以要预估学生可能困惑的地方，针对重点、难点开发相应的微视频支撑。学生在自主学习时，可以暂停、倒退、重播微视频，这有利于他们根据个人情况完成学习，预防学困生的出现。本节课课前自主学习的设计思路，是在虚拟实验环境下，帮助学生理解“绿叶中色素的提取和分离”这一探究实验活动的操作流程，并利用信息技术提供真实实验过程微视频和仿真模拟实验。学生只要通过反复观看微视频，就能了解实验步骤，掌握操作要领，完成仿真模拟实验，实现预期目标。

任务三：通过阅读教材第98页相关内容，观看微视频，回答下列问题：①无水乙醇、二氧化硅、碳酸钙等实验试剂在实验过程中起什么作用？②色素提取时，研磨、过滤的注意事项有哪些？③如何对滤纸条进行处理？画滤液细线的要求是什么？

在问题引导和微视频的支持下，学生自行解决了许多因为个性差异而产生的落差问题，理解了概念、原理所包含的意义。这为学生进一步体验色素的提取和分离实验过程，深刻理解色素的提取和分离原理，掌握色素的种类及其在生产生活中的应用，实现内化知识、拓展能力奠定了坚实的基础，由此也培养了学生核心素养的高层次的课堂学习目标。

2.适时转入“检测+真实情境探究”，实现课堂教学方式创新

在课堂学习过程中，学生直接利用真实的实验材料，动手实验。因为有了充分的课前自主学习准备，他们的手法快速熟练，配合默契，学习情绪高涨，探究欲望强烈，几乎无一不达到预期的实验结果。于是，他们收获了成功的喜悦，信心百倍地投入到后续的学习过程中。

学生先利用5分钟时间播放另一种提取色素的方法视频资料：95%的酒精5ml+绿叶碎片→沸水浴2分钟→取色素液分离。然后基于上述情境，探究“前后两个实验的原理是否相同”。有了前面的铺垫，学生们摩拳擦掌，相互碰撞各种设想，实现了已有知识重组和不断访问、知识要素迁移和多重链接。小組学生兴高采烈，取长补短，主动交流发言，通过讨论达成了共识。

可见，有了信息技术的支持，我们再现了真实的探究实验过程，从而设计出基于真实情境的探究主题，引发了学生思考，充分地提高了课堂效率。微视频与动手操作相结合，创新了实验课，能形象化地呈现枯燥的书本知识，刺激了学生的感官，激发了他们的兴趣，更好地培训了他们的创新精神、实践能力和科学素养。

3.微项目学习是实现课堂学习目标的主渠道

“协作探究+展示活动”构成的微项目学习，是实现课堂学习目标的主渠道，能够让绝大多数的学生走进尖子生的行列。微项目学习应具备如下特点：

第一，学生可以自由思考，依据问题所依存的情境对其中一些元素提出自己的界定或假设，在群策群力的基础上尽可能地激发创造性，产生尽可能多的设想、方法，并允许提出质疑，然后寻找证明假说的方法和理论依据等有效途径。endprint

第二，解决问题的过程是一个开放的过程。答案可能唯一也可能不唯一，还可能到最后也没有答案，但在不断的探究过程中却能引导学生积极思考、探究，发现事物的本质和规律，甚至可以在解决问题的同时发现新的问题，这是根据学生的发现学习需求而设计的。一个问题得到解决，新的问题可能随之产生，探索没有止境。正如英国科学哲学家波普尔所说，“科学和知识的增长永远始于问题，终于问题……越来越深化的问题，越来越启发新问题的问题”。

第三，能促进反思和知识迁移。真实情境中的问题隐含在事实背后，学生在协作探究、解决问题的过程中需要进行认真思考、不断反思，整理自己的认识和知识结构，激发灵感，使思维得到最大限度的开发。同时，将一种情境中获得的技能、知识或态度应用于新问题的探究过程，来完成知识的迁移。这个过程的实现，依赖于真实情境的探究问题引发的头脑风暴。

本节课另一个基于真实情境的课堂探究，同样具备以上特点，也取得了良好的效果。

“通常情况下，植物的叶子为什么春夏翠绿，深秋金黄”这样的探究问题来源于真实的生活情境，围绕学习内容展开探索，能激发学生的探究动机和学习积极性。学生主动4人一组，两两分工，分别提取和分离绿色叶片和黄色叶片中的色素，进行比对，片刻便找到了绿叶和黄叶中色素种类和含量的差别。

然后立马分析“为什么”，并追根溯源提出秋天黄叶中叶黄素和类胡萝卜素多，而春夏绿叶中叶绿素多的原因的各种设想，衍生出许许多多的探究问题。例如，影响色素合成的主要环境因素有哪些？色素的合成是否需要酶的调控？色素的合成与植物激素之间的关系怎样？……这些问题使课堂探究活动在课后延伸了好久，产生了很多意想不到的“生成”。

学生通过查阅資料、动手实验，发现光照强度、温度、矿质元素、水分、温度等都会影响色素的合成，进而发现影响光合作用的主要环境因素，并对重难点“光合作用的过程及影响因素”有了更深刻的理解；对酶通过控制代谢过程控制色素的合成，从而进一步衍生出色素的合成与遗传的关系等，都有了清晰的认识。

这样一个开放的过程，减轻了学生惧怕说错的心理压力，激励他们发挥了自己的最高水平。同时，学生要展示自己的观点，试图说服别人，在这种心理驱使下，对知识的钻研就更加深刻，容易引发自己真正发自内心的思考，从而实现深度学习，为核心素养的发展铺平道路。

在这一探究过程中，数字技术的支持使展示活动嵌入的评价更加适切、直观。各个小组可以将自己的实验结果以图片的形式上传至微信群，然后通过大屏幕进行对比展示，于是实验结果一目了然。同时，展示者要接受同伴质疑，做好阐释准备。这些细节都能激发起学生的表现欲，使他们在不断的质疑、探究、阐释中收获成功的喜悦！

由此可见，信息技术支持下的翻转课堂能够再现实验过程，提供虚拟化的教学环境，提升课前自主学习质量，为实验课堂上的深度学习奠定坚实的基础。基于真实情境的协作探究，能引发学生思考，实现资源共享，激发思想碰撞，是实现数字化背景下生物动手实验与信息技术有机融合，提高实验课堂效率和教育教学质量的重要措施。

参考文献：

[1]金陵.翻转课堂与微课程教学法[M].北京：北京师范大学出版社，2015.

[2]冯英群.生物分组实验与学生科学探究能力的养成[J].太原教育学院学报，2002（6）.

[3]中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准[Z].北京：人民教育出版社，2015.

[4][美]加里.D.鲍里奇.有效教学方法[M].南京：江苏教育出版社，2002.endprint