高中生物数字化实验教学的实践运用

牛军锐 马育国

摘 要：生物学作为一门实验性的学科，兼具着探究性和实践性，随着数字化技术发展的越来越成熟，在复杂的生物实验中，运用数字化技术是必然趋势。通过生物数字化实验教学，可以很好地让学生进行探究式的学习，培养学生创新思维和动手能力。本文从开展数字化生物实验所需的设备、数字化生物实验教学的实例以及在高中生物教学中开展数字化实验教学的意义等方面探讨了数字化技术在高中生物实验教学中的运用及重要性。

关键词：高中生物 实验教学 数字化实验

【中图分类号】G633.91 【文献标识码】A 【文章编号】1005-8877（2019）09-0001-02

生物实验教学可以很好地培养学生的创新思维和动手能力，另外在高中生物试卷中，实验题所占比重非常大，所以重视生物的实验教学，既能培养学生的创新思维和动手能力，又能提高学生的学习成绩。但在往常的高中生物教学中，因为学生的学习压力大，加之教师和学生的目的都只是为了提高考试成绩，所以往往教师还有学生都不重视生物的实验教学，教师往往都只是让学生按照教材上的实验过程做一遍，只是走个形式，实验教学质量和效率都不高，导致了高中生物教学不能很好的培养学生的创新思维和动手能力。而近年来高考实验题的考察却对中学的实验教学提出了更高的要求，要想提高生物实验教学的质量和效率，借助数字化技术进行实验教学，让学生自主探究实验，是一条行之有效的途径。

1.生物数字化实验所使用的设备

在比较复杂的生物实验中，所需使用到的数字化设备是非常多的。在高中生物实验中，因为实验比较简单，所以笔者把实验所使用的数字化设备简化为四个：传感器、数据采集设备、数据分析软件、辅助实验设备。

传感器可以把需要测量的数据变为可视化信息，并将这些信息存储、处理、输出等。传感器可以大致分为两类：物理类和化学类。物理类传感器比如压强传感器、心跳传感器等等。化学类传感器，比如pH数值传感器、氧气浓度传感器等等。在高中生物实验中，选择一些简单合适的传感器，可以大大增加实验数据的准确性和实验的效率。传感器一般都要与无线显示设备——数据采集器配合使用。

数据采集设备是把传感器测量到的实验数据所显示出来的电子设备，笔者在实验中一般使用的是平板电脑数据采集设备。一般数据采集设备都要与数据分析软件相结合使用。

在现在的数据采集设备上，一般都有自带的数据分析软件，如果没有的话，在实验室还要配备一台电脑，安装数据分析软件。

另外，数字化实验是建立在传统实验方式的基础上的，还是需要一些烧瓶、试管、铁架台等实验辅助设备。

2.生物数字化实验教学的应用教学实践

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，利用数字化实验技术的优势，使学生由过去的被动学习变为主动探究，笔者尝试在生物实验教学中尝试开展了一些数字化实验教学，通过数字化技术的使用，学生自己动手获取精确的数据，改变以往“教师做实验，学生照模仿”的实验教学方式，大大提高了生物实验教学的质量与效率。

教学案例：借助数字化技术开展过氧化氢分解速率的探究实验

影响过氧化氢的分解速率因素很多：过氧化氢的浓度、温度、pH，酶的浓度等，因为过氧化氢可以分解为气体，可以通过测量容器内的压强（或者氧气浓度）来表示过氧化氢的分解速率。通过在分别密闭容器中放不同数量的马铃薯、不同类型的生物组织、设置不同的温度、不同的pH等单一变量，并控制无关变量进行探究实验。

实验设备：传感器、数据采集设备等数字化设备，试管、烧瓶等实验器材，马铃薯块，肝脏研磨液、萝卜块、过氧化氢试剂若干、温度计、缓冲液、水浴锅。

实验过程1：一是先装好三套相同的氧气传感器数字化技术实验装置。二是在实验容器中放入相同的过氧化氢溶液，并在三个实验容器中放入不同数量的马铃薯块。三是采集氧气浓度数据变化，输入数据分析软件，得出实验结果。

实验过程2：一是先装好三套相同的压强传感器数字化技术實验装置。二是在实验容器中放入相同的过氧化氢溶液，并在三个实验容器中放入不同数量的马铃薯块。三是采集压强数据变化，输入数据分析软件，得出实验结果。

实验过程3：一是先装好三套相同的压强传感器数字化技术实验装置。二是分组分别设计不同的温度（不同的pH、不同的生物组织、加入不同的过氧化氢的量）进行分组探究。三是采集压强数据变化，输入数据分析软件，得出实验结果。

结果展示、讨论交流：每组同学收集本组数字化实验数据（曲线图和柱形图）汇报展示本组实验目的、实验设计自变量，展示实验现象、陈述实验结论。班级实验情况汇总，共同总结不同因素对过氧化氢的分解速率的具体影响，形成对过氧化氢的整体认知。

数字探究实验的分析：通过不同影响因素的对比实验的设计、探究，激励学生留心观察、大胆猜想、互助合作，学会实验设计和记录、知道用数据说明问题，让学生有很大的成就感。通过这样简单的数字化设备来进行生物实验教学，可以大大减少实验教学的时间成本，增加教学效率，并培养学生的创新思维和动手能力，加深学生的数据分析能力和思维宽度，培养学生的生物科学素养。

3.生物数字化实验的益处

在高中生物实验教学中应用数字化实验技术，可以更加方便快捷地改进课堂实验方法，更好地优化课堂教学过程，有助于提升学生的生物学习兴趣，并大大 增强他们的生物学习素养。

传感器设备是非常灵敏的，测得的数据比较准确、直观，可以通过数字表、曲线、图表等多种形式实时显示实验的变化过程。在实验过程中，一些肉眼难以看见的现象和用肉眼只能得出大概数值的数据，用传感器都可以精确的测量到。比如，在测量试剂的pH值时，往常都是用pH试纸的颜色和比色卡相对比，用肉眼观察得到一个pH值的范围，这样得到的pH值可能会有一定的误差，但是用pH值传感器就可以精确地测量出试剂的pH值。

用数字化设备进行实验还可以缩减实验过程，让实验效率变得更高，减少实验教学的时间成本。比如，在测量试剂的pH值时，如果要测量几十种试剂的pH值呢？用往常的实验方式，一般都是一组一组的用pH试纸来测量，再比对比色卡，记录每一组的数据，再转化为图表等。因为这样的实验过程大多都是在重复的操作相同的步骤，很容易让学生感到枯燥无聊，而实验教学的时间成本也太高。所以，用pH传感器来测量试剂的pH值，不仅得到的pH值更为精确，而且得到的数据直接输入电脑，通过数据分析软件直接转化为图表等，可以大大增加实验教学的效率。

4.结语

随着新课程改革的实施和发展，要求通过使用最新的技术设备来教学的水平也越来越高。高中生物实验利用现代社会的数字化技术来教学，是教育改革的大趋势，也是新课程改革的要求。生物高中生物教师在进行实验教学时，要以教材为基础，将生物实验教学与数字化技术相结合，更好的培养学生的创新思维和动手能力，提高实验教学的质量和效率。

参考文献

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