探索“细胞器之间的分工合作”的数字化教学

杨建忠 王其鹤

（1.江苏省靖江高级中学 江苏泰州 214500）

（2.江苏省靖江市教师发展中心 江苏泰州 214500）

在提倡深度教学的现今，数字化教学逐渐得到广泛的运用。高中生物学科的数字化教学，除了借助电脑与网络的常规教学外，教师还可借助数码显微镜、数字传感器、智能手机等开展实验教学。常规教学的网络化既提高了学生学习的兴趣，又因拓展了知识的外延、背景、来源、去路而增强了学习的深刻性；实验教学的数码化、数字化、智能化，既保持了常规实验教学的优点，又凸显着特有的交互性、精确性、简便性优势。下面以“细胞器之间的分工合作”为案例，对高中生物数字化教学的创设与实施进行探索。

1 创设显微观察情境，实施数码互动教学

为了增加学生对“细胞内具有多个相对独立结构”的感性认识，克服认识微观结构的困难，领悟科学研究方法和习得一定的操作技能，提升学科核心素养，《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）建议进行“观察叶绿体和细胞质流动”的实验教学活动。

鉴于实验教学顺利开展的需要，笔者摒弃难以获得、需温暖强光才能发生细胞质环流的黑藻材料，选用小河里易于找到、几乎随时发生细胞质环流的苦草叶片，指导课外兴趣小组各成员从背面将其刮成薄片，并保存于清水中待用。同时，用智能手机将制作过程予以录像，以便在课堂适当时期让全体学生观看。

课堂实验教学时，全体学生分成协作学习的若干大组，各大组将苦草叶薄片分成三等份，由其下的3个小组分别进行浸没于水中、浸没于中性红溶液中对液泡活体染色、浸没于健那绿溶液中对线粒体活体染色的平行操作。等待数分钟（此时，教师播放刮制薄片录像），各小组分别取出三种不同处理的苦草叶薄片，制成临时装片；并利用数码显微镜，按照先低倍后高倍的操作方法，对自制的装片进行观察。一小组重点观察绿色颗粒环绕着大的无色区域在流动的细胞并录像上传；一小组侧重观察绿色颗粒环绕着大的红紫色泡状结构在流动的细胞并录像上传；一小组主要观察同时分布有细小蓝色线点、较大绿色椭球形颗粒、非常大无色区域的细胞并拍照上传。

数码显微系统使得任意一组学生协作活动的镜下图像能够在学生机及教师机的显示屏上即时呈现，有利于教师对各小组的学习活动进行全程实时了解、指导与纠偏。当教师发现学生观察到理想的实验现象时，能够利用交互功能指导学生摄像、拍照和上传，能够将上传内容即时投影到屏幕或其他学生的电脑屏上，实现观察现象的共享，实现不同小组间的及时借鉴与自动校正，从而有效克服少指导、少交互、难检测、难示教等利用普通光学显微镜的缺陷，显著提高实验教学效果，促进学生基本实验技能和核心素养的发展。

另外，在不具备数码显微互动条件时，教师可借助支架将智能手机与普通光学显微镜构成组合终端（图1），利用智能手机的拍摄功能，既可以在手机屏上呈现镜下图像，使师生观察更为方便，又可以拍照录像，及时记录观察结果，还可借助微信或QQ等平台，进行相互交流共享，从而起到等同于数码显微互动的效果。

图1 智能手机与显微镜组合终端

2 创设定量测量情境，实施数字分析教学

“阐明担负着运输物质、分解与合成、传递信息和转换能量等生命活动”是《课程标准》对细胞器学习提出的内容要求。这些分子水平的化学变化是看不见摸不着的。如何创设情境变枯燥无味的言语灌输为兴趣盎然的主动学习，是教师不断研究的内容。对叶绿体、线粒体的学习，教师可借助差速离心技术和数字釆集分析系统，开展定量测定相关气体变化量的实验，既能使学生直观体验它们的功能，又能习得基本实验技能，还能有效发展探索创新等科学探究素养。

首先，课外兴趣小组各成员制备具有生理活性的叶绿体悬浮液：取3 g菠菜叶剪成碎片，于15 mL物质量浓度为0.4 mol/L蔗糖溶液中迅速充分研磨成匀浆，用6层纱布将匀浆进行过滤；取两支离心管，分别装入5 mL滤液，以1 000 r/min下离心2 min；将离心管中的上清液等量移入另外两支离心管中，以3 000 r/min离心5 min；取第二次离心的沉淀物，加入4 mL物质量浓度为0.4 mol/L蔗糖溶液，制得叶绿体悬浮液，于4℃条件下避光保存待用。

接着，课外兴趣小组各成员制备具有生理活性的线粒体悬浮液：于活畜屠宰场取现宰鸡（或猪）的肝脏，用生理盐水清洗并吸干表面；称取1 g鲜肝剪碎，放入盛有0℃预冷的9 mL物质量浓度为0.25 mol/L蔗糖溶液（由10 mL物质量浓度为0.1 mol/L三羟甲基氨基甲烷溶液+8.4 mL物质量浓度为0.1 mol/L盐酸+100 mL蒸馏水+蔗糖配制成）的玻璃匀浆器中，在0℃条件下将肝脏制成匀浆；将匀浆分成两等份加入两支离心管中，在4℃下，先以4 800 r/min离心15 min，获取上清液后，再以11 000 r/min离心20 min；取第二次离心的沉淀物，加入10 mL蔗糖溶液，制成线粒体悬浮液，于4℃条件下保存待用。教师可用智能手机将两种悬浮液的制作全过程拍成视频，并于课间播放给全体学生观看。

在获得两种悬浮液的基础上，学生以各大组为学习共同体，连接测定液体中氧气、二氧化碳含量的传感器系统，设置“时间——浓度”变化曲线的即时呈现；将保存的叶绿体（或线粒体）悬浮液取出，置于适合进行光合作用（或呼吸作用）的环境下，将传感器探头插入悬浮液中；点击软件进行数据釆集分析，观察屏幕上曲线随时间推移而发生上升或下降的动态变化轨迹。

由于传感器探头具有非常高的灵敏度，能够区分悬浮液中相关气体浓度非常细小的变化，保证了实验活动的顺利成功；数据分析系统能将肉眼难以观察到的实验现象转换成非常直观的曲线，使实验结果更直观呈现。如此的数字化教学，强烈激发学生主动深刻学习，有力促进了学生科学探究素养的发展。

3 创设任务驱动情境，实施网络搜集教学

诚然，借助数码显微镜和数字传感器的协作教学活动，并没有能够使学生构建8种细胞器亚显微结构和其他六种细胞器功能的知识。对此，笔者根据这些学习内容的特点，创设以活动单形式呈现的任务驱动情境，引导学生以小组为单位利用智能手机（或电脑），开展网络搜集阅读、归纳提炼的学习活动，分别合作完成某一活动单中的任务，并进行全班交流，灵活生动地构建知识体系，有效发展学生生命观念、科学思维等核心素养。例如，细胞质结构与功能网络学习活动单分为以下内容：

①“叶绿体与线粒体”活动单：搜集叶绿体与线粒体平面与立体结构示意图，并对图中结构进行标注；浏览多个相关网页，撰写其结构与功能相适应的短文。

②“核糖体与内质网”活动单：搜集核糖体与内质网亚显微结构示意图，描述其主要结构；浏览相关网页，详细描写其在生物界和细胞内的分布；搜集介绍其功能的视频，并图文并茂地介绍其功能。

③“高尔基体与溶酶体”活动单：搜集高尔基体与溶酶体亚显微结构示意图，描述其结构与分布；浏览相关网页，描写两者在来源上的关系；搜集介绍其功能的视频，撰写介绍其功能的短文。

④“中心体与液泡”活动单：搜集中心体与液泡亚显微结构示意图，描述其结构与分布；浏览相关网页，描写液泡的功能；搜集介绍中心体功能的视频。

⑤“细胞质基质与分泌蛋白”活动单：搜集细胞质基质亚显微示意图，描述其功能；以搜集到的动物细胞亚显微结构示意图为场景，制作分泌蛋白合成和分泌过程动画。

数字化教学，无疑是网络技术、数码显微、数字仪器、智能手机等对教与学的重大变革，是开展深度学习的重要方法，是实现自主高效课堂的一种方式，是网络化、智能化时代的课堂趋势所在，其在生物教学中的应用有待进一步探索。