信息技术在IBDP生物学课程实验教学中的应用及分析

赵亚萍 潘修义

(江苏省常州高级中学 常州 213003)

1 IBDP生物学课程的特点

国际文凭(International Baccalaureate， IB)是由国际文凭组织(International Baccalaureate Organization， IBO)推出的课程和考试项目，大学预科国际文凭课程(Diploma Program， DP)则是面向全球16～19岁优秀高中生开展的课程[1]。IBDP生物学课程的总体特色是“轻知识、重技能”，强调实验教学的过程性和方法，旨在关注学生知识的生成过程，培养学生解决问题的能力，全方面提高生物学素养，在情感教育上则充分体现了以人为本、尊重生命的课程目标。

课程内容上主要分为理论教学和实践探索两个部分，分别占总分值的80%和20%。为了满足不同学生的学习需要，开设了高水平和标准水平课程，课程内容也因标准不同而有所差别。理论教学内容也分为核心内容和选修内容两部分，表现出的特点是与生命科学的前沿知识联系紧密，学生更接近当代科学界的热点问题；教师根据学情和教学需要重新整合大纲，加强知识的系统性；在选修内容方面多为开放性主题，主要为论述类问题。实践探索表现出来的特点是： 评价方式为内部评价，教师依据学生的实验报告以及五项评价标准进行评分[2]；实验内容可由教师根据学校实验条件和学生需要进行合理安排，实验类型包括观察、验证、探究、数据分析以及跨学科实验等；其教学方式特点是与先进实验设备及计算机使用紧密结合，在此过程中进而培养学生自主设计实验、分析实验数据和建立数学模型等能力。案例介绍如下。

2 基于数据分析的实验教学

2.1 课堂实录 现以“检测细胞液容量渗透压摩尔浓度”实验为例。该实验是教材《IB BIOLOGY》(牛津大学课程2014年版)中第1章“细胞生物学”第4节“膜运输”课后实验“估算细胞液容量渗透压摩尔浓度”的内容，探究内容为“利用鹌鹑蛋检测细胞液容量渗透压摩尔浓度”。实验教学可分为两大部分： 一是实验数据的获得；二是实验数据进行处理和分析进而进行数学模型建构。其中，第二部分是该实验教学的重点。整个实验设计思路为将去壳鹌鹑蛋放置在质量分数分别为0%、 5%、 10%、 15%、 20%的蔗糖溶液中，分别在第0、 10、 20、 30、 40、 50、 60min内检测其质量，利用Excel软件将实验数据进行处理，构建鹌鹑蛋质量与蔗糖溶液浓度之间的关系图像，从而算出鹌鹑蛋内溶液容量渗透压摩尔浓度。

教师在实验教学时将学生分为4组，每组2人，每组学生独立进行实验，获得的数据作为平行实验数据共享。教师发放给学生两张指导单，第一张为实验过程指导单(表1)，第二张为实验数据处理指导单(表2)，学生根据指导单分小组独立进行实验。学生是高二年级，实验时间为1节课85min。

表1 “检测细胞液容量渗透压摩尔浓度”实验过程指导单

表2 “检测细胞液容量渗透摩尔浓度”实验数据处理指导单

当有个别学生需要指导时，教师会俯身去解释引导。通过课堂观察发现，学生表现出用多种形式记录实验数据： 如用纸笔画表格记录数据，利用计算机建立Excel表格记录数据，用手机拍照或者拍视频；合作意识方面： 表现出小组内部的实验分工和小组之间的数据共享；安全意识方面： 实验操作过程中知道佩戴手套和围裙；操作规范方面： 如给不同实验组贴上标签，每次都是同一位学生称取鹌鹑蛋的质量和仔细用吸水纸吸干鸡蛋表面的水分等；计算机操作能力方面： 能够根据实验数据处理指导单，作出实验标准误差，构建数据关系图像等。

2.2 教学分析 本节课的教学目的主要有两个： 一是让学生学会如何检测细胞液容量渗透摩尔浓度；二是学会如何利用Excel对实验数据进行误差分析。在教学组织上，教师通过给学生发放指导单，通过小组合作完成实验，学生个人独立完成实验数据处理和分析，可培养学生独立实验以及自主学习的能力。该节课利用信息技术方法，主要是实现对于实验数据的收集、实验数据分析(包括平均值的计算、实验误差的分析)以及对于数学模型的构建。对于学生严谨的科学思维和数学技能的培养是十分必要和高效的。

3 基于网络资源的模拟实验教学

5.1 课堂实录 现以“设计、制作生态缸并检测其稳定性”实验为例。该实验教材中第4章“生态学”理论知识基础上的探究实验，是以小组为单位的探究活动。该实验可在实验室内进行，整个实验要持续数周，学生每天同一时间进行实验观察记录，利用传感器进行数据采集、分析。

4.2 教学分析 IBDP生物学课程中是利用“Imagej”软件对种子的胚芽进行数据采集及分析。具体操作步骤为： 先将各实验组的种子萌发情况拍照，标上序号和日期。注意： 拍照时需要在胚的旁边放一把卡尺作为长度参照。然后，利用软件对图片中胚芽的长度进行统计分析。这样，也同时解决了弯曲的茎难以测量的难题。“Imagej”软件在生物学实验中的功能，还包括对图像中细胞进行计数、对DNA和蛋白质电泳图象进行定性和定量分析等，是一种应用广泛的图像分析软件。

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表3 用网络模拟“检测藻类光合作用速率”实验指导单

通过课堂观察发现，学生在课堂上表现出的特点为： 信息技术运用能力较强，包括表格的制作、在Excel软件中作图等，合作互助精神较强。有一个细节是当光源距离伊乐藻较近时，气泡产生太快而难以计数时，有位学生关注到这一点后，会在共享平台里给出了“当气泡产生太快难以计数时可以按暂停键”的小提示。

4.1 课堂实录 现以“外界因素对种子萌发的影响”实验为例，主题为“设计实验检测影响种子萌发的因素”，是教材中第9章“植物学”第4节“植物繁殖”学生课后的个人探究活动。教师给学生提出实验主题后，要求学生通过文献阅读提出探究问题、实验设计方案、进行实验、实验数据采集与分析、得出实验结论并进行评价和改进。经过观察，大多数学生选择的自变量有“温度”“培养液pH”“赤霉素”和“光照强度”等，将胚芽的长度作为因变量即实验指标。学生利用教师提供的黄豆、绿豆和红豆等实验材料，借助实验仪器，在实验室内进行实验，整个实验持续数周。学生每天同一时间进行实验观察记录、利用软件进行数据采集和分析(可借用校内时间)。

4 基于软件分析的实验教学

3.2 教学分析 本实验的教学目的是培养学生获取实验数据，并且进行数量关系图形建构。在人教版教材“光合作用”这一节中也给出同样主题的探究实验。但在实际的实验教学中，由于实验材料选择、光源强度以及距离植物远近、对气泡计数和时间紧张等问题，教师常会采用教师演示实验、或只是简单用气泡多少，来定性地描述光源距离与光合作用之间的关系。与之相比，该模拟实验则具有操作简单、节省材料和时间等优点，在有限的时间里培养学生的数学技能、科学思维以及独立实验精神。

其二，优化现有自主核心专利技术的竞争机制。应对河南省战略性新兴产业中具有自主核心技术的科技项目与成果进行专利前置审查，设立发明专利考核硬指标与检测体系，设定专利存活率、企业对外发明专利申请产出率、自主知识产权和自主品牌产品销售收入等一批围绕科技创新的指标，并与本单位知识产权年度工作考核挂钩[6]。在科技创新规划及其实施中，应确立核心高质量发明专利在推进河南省自主创新建设中的决定性地位，打造河南自主创新优势品牌，通过自主核心技术的产权保护，巩固河南省优势产业的专利竞争优势，积极发挥郑洛新国家自主创新示范区的自主创新引领与辐射作用。

5 基于传感器的实验教学

3.1 课堂实录 现以“检测伊乐藻光合作用速率”实验为例。该实验是教材中第8章“代谢，细胞呼吸和光合作用”第3节“光合作用”理论知识基础上的探究实验。该实验特点是利用计算机进行网络模拟实验(由University of Reading和Syngenta公司开发)。课前，教师给每位学生发放一张实验指导单(表3)，包括模拟实验网址以及该实验的任务要求和分值分布。学生需要在下课前按指导单要求独立进行实验，并将实验结果发送到教师的邮箱。学生是高二年级，实验时间为一节课85min。

该网络模拟实验共包含两个操作页面，页面一(图略)包含光源、伊乐藻和一把直尺，学生可以调整光源与伊乐藻之间的距离；页面二(图略)包含实验现象(伊乐藻光合作用产生的气泡)、一个计数器和计时器、使用说明三部分内容。学生可以通过计时器和计数器检测出“光源与伊乐藻之间一定距离时，伊乐藻产生的气泡速率，即光合速率”。

在寄存处，用电视机纸箱包装的情况比较普遍，包括无人认领的行李共有13件，对无主行李进行检查，只在一个黑色旅行包中发现一把枪，不过只是较逼真的玩具枪而已。另外寄存的数百件行李都没有什么可疑之处。分局分管刑侦的副局长卢成功也赶到现场，他是派出所所长出身，为人圆滑世故，办事经验老到，扛一级警督肩章，比秦明月的三级警督可高了两级。卢成功圆胖胖的身材，几乎要把警服撑破，其面白无须，表情再怎么严肃看起来都是笑嘻嘻的。

5.2 教学分析 在人教版生物学教材高中(必修3)第5章第5节中也设有同样的探究实验。但在实验方法上主要是采用观察法，即将生态缸内的生物种类和数量作为本实验的观察指标，对实验结果进行定性分析。而IBDP生物学课程中则是利用氧气和二氧化碳传感器这一电子设备，对本实验进一步做了定量检测，从而加强了对学生的数学技能和科学思维能力的培养。

就这样，他们和我见了面。见面之后，他们觉得我不仅有知识有学问，还具备良好的修养，更难能可贵的是我才刚刚24岁，而且家境贫寒急需用钱。他们认为我会是一个称职的“代孕妈妈”。而我得知了陈清夫妇的坎坷遭遇，看着这对经历了太多磨难的夫妻饱含希冀的眼神，不禁欣然同意为他们孕育孩子。

通过以上IBDP生物学实验教案的分析可以看出，信息技术在生物学教学中的应用形式可以是多种多样的，信息技术的应用为培养学生数学技能也提供了便利和高效的途径，能进一步提升学生解决问题和创新能力。