信息技术与初中生物学实验教学的深度融合研究

[摘   要]基于元认知理论，开展信息技术与初中生物学实验教学的深度融合研究，运用信息技术尝试解决初中生物学实验教学中部分实验术语过于抽象难以理解、实验过程用时过长不易观察、教师的讲解形式过于单一不利激趣及师生表达与交流范围过于狭窄不利分享等问题。

[关键词]信息技术;初中生物学;实验教学;深度融合

[中图分类号]    G633.91        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2019）20-0090-02

认知教学理论强调，教师在创设学习的外部条件时，必须以学习者的认知规律为前提，变革传统的教学方式，充分发挥学生的主体作用，重视学生内在认知动机的作用。信息技术的发展，促使以学生为中心的教学快速发展。随着国家教育信息化十年发展规划中提出的“信息技术与教育教学融合”理念的进一步深入人心，在学科教学中更好地应用信息技术，发挥信息技术的优势解决学科教学中的问题成为学科教学研究的重点。为此，我们对信息技术与初中生物学实验教学的深度融合进行研究，并尝试运用信息技术解决以下问题。

一、解决部分实验术语过于抽象难以理解的问题

由于七年级学生还未学过初中物理、化学等课程，没有这些学科知识的铺垫，他们对于初中生物学教材中的一些实验术语很难理解，如“分子运动”“溶解”“扩散”“过滤（滤过）”“能量流动”“能量转换”“显微镜成倒像”“透镜成像”等。对此，教师可利用虚拟小课件，以课标倡导的“描述概念内涵”的方式来帮助学生理解这些概念。

虚拟小课件，是指以教材内容为背景，不依赖于网络或平台，可以直接插入到教师日常教学PPT中，主要以Flash动画形式呈现的小课件。它一般着重解决某一教学中的问题，由信息技术人员进行设计与制作，具有简单、科学、针对性强等特点。

以人教版七年级生物上册第二单元第一章第四节《细胞的生活》中有关分子、溶解的内容为例，教材内容为“科学研究证明，水、氧气、葡萄糖、蔗糖以及其他许多物质，都是由分子组成的。分子就是构成物质的一种基本微粒，蔗糖在水中溶解，其实就是一个个蔗糖分子分散开来，挤进水分子之间的空隙中”。对于这一抽象内容，学生难以理解，对此可利用虚拟小课件动画显示：水由水分子组成，固体蔗糖由蔗糖分子组成，当固体蔗糖进入水中，蔗糖分子不断运动，从外层开始逐渐分散进入水分子中，固体蔗糖块慢慢变小，直至所有蔗糖分子全部分散开来进入水分子中后，蔗糖块消失，形成水分子与蔗糖分子组成的蔗糖溶液（如图1）。通过虚拟小课件的动态演示，学生可以感性地了解分子运动、溶液的形成过程，促进学生的认知从抽象走向具体。

二、解决实验过程用时过长不易观察的问题

初中生物学教学课时紧张，特别是七年级上学期，而人教版教材中有些实验用时非常长，如七年级上册第二章第一节《种子的萌发》中“探究种子萌发的环境条件”实验。在教学实践中，教师常提前两周布置学生分组探究温度、水分、空气是否是种子萌发的条件，在正式上课时，由不同组别的学生介绍探究过程及结果，也就是所有学生基本都是只研究了一种环境条件。在这种情况下，开展虚拟实验，可以使学生体验所有环境条件对种子萌发的影响，解决学生对整个实验观察不足的问题。

“探究种子萌发的环境条件”的EXE虚拟实验文件是由生物学教师撰写文字脚本，笔者和其他信息技术专业人员联合制作的。该虚拟实验可以探究种子萌发的外部条件与内部条件，体现了种子萌发还需要内因，即胚的完好、胚乳或子叶内的营养贮存充足、种皮完整以及处于休眠和寿命之内。根据教材提示，增加了“探究种子萌发是否需要光照”这一条件，设计了每个探究条件的单独的实验组与对照组，强化了实验设计的单一变量原则，展示了实验的动态过程与结果，注意了画面、声音、交互性等多媒体技术元素的融合。特别是在交互性方面，学生可以自己选择想要探究哪一种实验条件，自己设置实验组与对照组;如果感觉一次操作没有达到学习目標，可以重复操作。教师在课外做了真实的“探究种子萌发的环境条件”实验之后，可利用该虚拟实验文件对探究过程做全面的回顾（见图2）。

三、解决教师的讲解形式过于单一不利激趣的问题

传统实验教学的教师讲解环节，主要是采用讲授形式，长期使用，不利于激发学生的学习兴趣。而利用信息技术，使用部分专用软件，可以解决教师讲解形式过于单一的问题，实现教师讲解环节的创新。如利用MindMaster，XMind 、MindManager（国人开发），以及iMindMap（由思维导图概念创始人托尼·巴赞开发）等软件绘制实验教学讲解环节需要的思维导图，构建相关知识框架与实验流程，创设理论与实践相结合的高效教学情境。

以七年级上册第三单元第二章第一节“探究种子萌发的环境条件”实验为例，该探究性实验是教材第一次要求学生自己设计实验、动手操作实验、观察研究，以培养学生收集与分析数据、交流与表达等能力。因此，实验教学讲解环节的思维导图应包含实验设计的原理与原则，如要设置实验组和对照组，要保持单一变量，还要体现实验结果的分析、讨论并得出实验结论等。另外，本节的探究活动中还专门设有科学方法栏目“实验组和对照组”。鉴于七年级学生生活经验和阅历不够丰富，逻辑思维不够缜密，提出问题、设计实验、观察现象、分析综合容易肤浅单一，不能触及实质，教师在讲解该探究内容时，可以联系种子实际播种的季节等资料，利用思维导图帮助学生以科学研究的方式进行探究。见图3，此案例的创意来自广州市黄埔区新港中学罗青老师，思维导图由北京师范大学广州实验学校胡汝琴老师利用MindMaster软件进行制作。

四、解决师生表达与交流范围过于狭窄不利分享的问题

实验教学的“师生表达与交流”环节主要完成以下几个方面的教学任务。第一，总结实验结果;第二，找出、弥补实验的不足，并讨论如何修正;第三，讨论、解决实验中发现的疑难问題，对于不能在课堂上解决的问题，可作为课后二次探究的课题;第四，交流实验的创新做法，列举和讨论，部分内容也可作为课后二次探究的课题;第五，用各种方法评价实验过程。其中最重要的就是师生之间、生生之间的分享。传统实验教学中，师生表达与交流的范围过于狭窄不利于分享，随着信息技术的飞速发展，基于投影和实物展示的智慧平台的使用打破了班级实验教学的空间限制，使师生表达与交流的范围大大增加。

“希沃”交互智能平板教学平台是一种新型电子教学平台，它具备Windows、Android双系统一体化设计，能借助计算机的数据处理功能运行任何应用程序。利用特定的定位笔代替鼠标，在计算机上利用键盘及鼠标可以实现的操作功能均能在智能交互平板教学平台上实现。如果结合“希沃教学助手”软件，可为实验课实现移动教学提供很好的助力。

初中生物学的实验结果，有些是动态变化的，例如“观察小鱼尾鳍内血液的流动”“观察蚯蚓”等实验。在传统的实验教学中，当实验课中出现需要表达实验结果的动态变化时，或者需要表达、展示个别学生优秀的实验操作设计方案时，坐在后几排的同学就无法看清。如果配合使用“希沃教学助手”软件中的“屏幕同步”功能，就可以把移动端镜头下动态的实验结果变化及时地分享在“希沃”智能交互平板中。例如，使用“希沃教学助手”软件中的“拍照上传”功能，可以把移动端镜头拍到的实验现象实时地投到“希沃”智能交互平板中，成功地把实验现象分享给全班学生;使用“希沃教学助手”软件中的“屏幕同步”功能，可以把移动端镜头下动态的实验结果变化及时地分享在“希沃”智能交互平板中，如图4。

“希沃教学助手”上实验课

美国卡耐基教育委员会的学者曾指出：“技术应该为教学服务，而不是相反。在教学中采用各种技术手段时，决不能为技术而技术……实际上在教学中使用了某种复杂的教学技术，并不一定就意味着能改善教学、提高教学效果。关键的问题在于，教育者是否真正理解了教学技术与教学过程之间的复杂关系以及教学技术的运用是否符合学科的特点和需要。”基于信息技术的初中生物学实验教学，只有在先进的教学理念引领下，以解决初中生物学教学中的问题为目标，才能经受住实践的检验，在未来的实验教学中发挥更加重要的作用。

[   参   考   文   献   ]

[1]  杨宗凯，杨浩，吴砥.论信息技术与当代教育的深度融合[J].教育研究，2014（3）：88-95.

[2]  金鑫.“探究种子萌发的条件”的课件设计 [J].实验教学与仪器，2014（Z1）：94-95.

（责任编辑    黄春香）