多元信息技术应用于中学生物学沉浸式课堂教学的初探

摘要：近年来，新兴技术的发展十分迅速，在教育教学领域的应用也越来越广泛和深入。笔者通过探索信息技术中的几种新型技术在中学生物学课堂教学中的应用实例，以期待更好地促进中学生物学课堂教学方式的改革和创新，为中学生物学课堂教学提供一些可行性参考。

关键词：生物学教学" 多元信息技术" 沉浸式课堂

一、引言

随着“互联网+”时代的到来，网络技术、大数据、人工智能技术已经渗透到社会的各个领域，并得到了广泛的应用，为响应国家政策，教育部印发了《教育信息化“十三五”规划》，明确指出要加强信息技术、人工智能技术等在教育教学中的应用研究与实践，加强智能教学助手建设和在线课程资源建设，这对一线教师的教育教学方式产生了重大影响。在教学中，笔者尝试通过多元信息技术设计不同类型的学习活动提高生物课堂的效率，帮助学生更好地完成学习任务，让学生在不同的学习活动中进行探究和思考。

多元信息技术是指利用多种信息技术手段和方法，以满足不同需求和提高效率的一种综合性技术应用。它包括计算机技术，VR、AR技术，网络技术，数据库技术，多媒体技术，人工智能技术等多种技术手段。例如，VR的英文全称为“Virtual Reality”，中文翻译过来即为“虚拟现实”，VR技术通过计算机模拟给人带来身临其境的感受，在模拟出的虚拟环境中学生的视觉、触觉、听觉等感官全部都能高度还原，让他们忘记自己处在虚拟环境中，这种沉浸式的“真实”感受也是VR技术的最主要特征之一。AR技术是增强现实技术，它能够将虚拟世界与现实世界相结合，创造出一种全新的用户体验。通过AR技术，用户可以在现实世界中看到虚拟物体，这些物体可以通过手机、平板电脑等设备进行查看和交互。人工智能（Artificial Intelligence，简称AI）是一门研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的新技术科学。人工智能旨在理解智能的本质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器。它涉及多个学科，包括计算机科学、心理学、哲学等。人工智能的研究领域包括机器学习、计算机视觉、自然语言处理等，目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作。

沉浸式课堂是一种创新的教学方式，以创造真实情境和身临其境的学习体验为特点，强调学生的主动参与和真实体验。在这种课堂环境中，学生通过情境导向、互动参与、视觉、听觉、触觉等多感官刺激等方式，充分感知学习对象，从而获得知识技能，在提高学生的学习效果和实践能力的同时，这种教学方式也有助于培养学生的创新思维、逻辑思维和解决问题的能力。

二、传统中学生物学课堂教学模式存在的问题

中学生的直觉和观察水平都在不断提高，在他们创造性成分的增加和理想的形成发展上，他们更注重于现实体验，生物学作为一门“与生活联系密切”的基础学科，集观察和实验于一身，虽然生活中手机、平板、电脑对他们来说很平常，但是由于现有的实验条件和教学环境的限制，对于高中教材中许多知识如科学发现史、部分观察实验等只能采用图片、视频或动画与讲授结合的方式进行，很难有切身感受，在引发学生的探索兴趣和帮助学生理解方面仍有不足。笔者将传统的中学生物学课堂教学模式中可能影响学生的学习效果和对生物学某些知识深入理解有影响的问题总结如下。

（1）过度依赖教师讲授：传统的教学模式通常以教师为中心，课堂以教师讲授知识、板书和解释实例等为主。这种方式可能会限制学生的主动性和创造性，学生可能只是被动地接受知识。

（2）缺少实践和实验：生物学是一门实验性很强的学科，需要通过实验来验证理论和观察现象。然而，传统的教学模式可能过于注重理论知识的传授，而忽视了实验和实践的重要性。这可能导致学生无法深入理解生物学原理，缺乏实际操作和观察能力。

（3）忽视学生的个体差异：传统的教学模式通常采用“一刀切”的方式，所有的学生都按照同样的进度和要求学习。这可能会忽视学生的个体差异，如学习风格、兴趣和天赋等。导致一些学生无法充分发挥他们的潜力，对生物学的兴趣也可能因此降低。

（4）评价方式单一：传统的生物学课堂教学通常采用单一的评价方式，如考试或书面作业。这种评价方式可能过于注重记忆和应试能力，而忽视了学生的创造性和批判性思维。

综上所述，一方面，传统教学活动中，因课时紧张、教学场所、各校硬件资源等条件的限制，很多教学活动都无法充分开展；另一方面，根据中学生的思维发展特点，这一阶段的学生记忆力处于发展的最佳时期，注意的集中性和稳定性也较强，传统教学中多媒体和互联网的加入只是从视觉和听觉上带来一些感官刺激，对中学生的思维和学习能力的提升非常有限，对教师的课堂教学效果的提升和信息技术手段融合教育教学的体现也不够明显。为了提高学生的学习质量和对生物学的兴趣，需要采取一些改进措施，如多种信息技术介入课堂教学、加强实验和实践教学、关注学生的个体差异、采用多元化的评价方式等。

三、信息技术与生物学学科教学紧密结合的必要性

《义务教育生物学课程标准（2022年版）》指出，要把提高生物学教学质量，培养学生在生物学教育领域的理论素养和实践能力作为目标，关注学生的全面发展和终身学习需求。《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》中强调培养学生的生物学核心素养，包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等方面。同时还应注重与现实生活的联系，强调生物学知识在解决实际问题中的应用。

信息技术通过在线教学、远程教学、互动教学等多种灵活的方式提供丰富多样的教学资源，如视频、音频、图片、动画等，使教学内容更加生动、形象，学生更直观地了解生物体的结构和功能，更深入地探究生物学现象和规律，提高学生的学习兴趣和积极性，满足不同学生的学习需求。同时其还通过优化学生的学习过程，采用数据分析、个性化推荐等方式，以及交互式的学习环境，及时地反馈学习效果，如利用信息技术进行实验微课、在线答题、统计正确率、分组讨论等操作帮助学生更好地了解自己的学习情况，调整学习策略，促进学生自主学习和合作学习。

在中学生物学学习中，学生需要获取、处理、分析和利用大量的信息，包括文字、图片、数据等，熟练掌握各项信息技术，提高学生信息获取和信息处理的效率，培养他们的信息分析和利用能力，从而更好地应对生物学学习中的信息挑战。培养学生的信息素养和信息能力，是生物学学科素养的重要组成部分。

在培养学生的创新思维和实践能力方面，信息技术至关重要。运用信息技术手段，学生可以更深入地了解生物学现象和规律，发现新的问题和解决方法，从而培养他们的创新思维和实践能力。同时，信息技术还可以提供虚拟实验和模拟实验等学习环境，让学生在安全、可控的环境中进行实践操作和探究，进一步提升他们的实践能力。

总之，信息技术与教育教学的紧密结合不仅是教育现代化的必然趋势，而且对于培养学生的生物学学科素养具有促进作用。教师应该积极探索和实践，充分发挥信息技术的优势，推动生物学乃至各个学科教育教学的发展和进步。

四、多元信息技术应用在中学生物学沉浸式课堂教学中的形式

在新型信息技术的支持下，中学生物学课堂教学中通过创设仿真的学习情境，师生可以沉浸于几近真实的场景中，打破原本的各方限制，实现师生的高效互动。甚至生生之间也可以自由组团，交流协作，引发学生浓厚的学习兴趣，直观感受知识本体，与真实学习环境无缝连接，对培养学生生物学核心素养，提高学生自主学习能力、认知能力和科学思维能力起着重要作用。这也有利于创新课堂教学模式，让学生对课时中的学习目标和学习任务有了更为直接的参与感和体验感，达到学生主动学习、深度学习的目的。总结来看主要有以下几条渠道。

（1）VR实验教学：在课堂上，通过使用虚拟现实技术进行实验，可以创造一个既常态化又新颖的教学互动环境。这种沉浸式的学习情境不仅增进了师生之间的互动，还有助于提升学生的自主学习能力、学科探究能力及应用实践能力。对“光合作用和能量转化”一节中部分内容设计了教学片段。例如，光合作用的发现历程部分内容，在初中阶段，学生对光合作用的反应物、生成物及意义等知识已经有了初步的了解，但对光合作用原理的探索过程中的相关实验记忆得不太深刻，并且这一部分的科学发现史内容有一定的抽象性，重现实验过程难度很大，学生不仅需要克服对微观结构认知的困难，还需要结合化学和物理学相关知识加以理解。运用传统的多媒体PPT讲授此部分内容，课堂教学效果不够突出，因此，教师可以通过设计虚拟的VR课件，在近乎真实的环境中体验这一科学发现过程，将很多学生无法理解的场景和困难一一呈现，不仅能够提升他们的观察、分析、概括、推理、探究等科学思维和能力，也对科学探究过程中的不易，对科学发现需要持之以恒和严谨的态度产生共鸣。

（2）虚拟仿真技术：《义务教育生物学课程标准（2022年版）》中倡导要转变学生的学习方式，并促进虚拟仿真技术与学科教学的深度融合。例如，“VR生物之旅”这样的虚拟仿真实验室在探究影响光合作用强度的环境因素时发挥了重要作用，该实验为探究性实验，需要做出关于不同环境因素对光合作用强度的影响的探究，来帮助学生进一步理解光合作用的原理和过程。本实验的开放度较高，教材也只提供了部分参考案例，大多数情况还是教师结合图表等实验数据进行引导、分析，学生的参与感较弱，学习兴趣较弱。虚拟仿真实验室中的小型虚拟植物工厂让学生在情境中进行模拟操作，通过多感受具体的调节温度、湿度、光照等环境因素，实现交互，不仅可以获得科学常识和科学知识，也能在此过程中培养劳动技能，养成劳动习惯。这能够全方位地赋能新的教学模式，弥补传统教学的不足，提高教学效率。

（3）互动式平台：将学生作为教学设计的出发点，注重学生主体地位，通过学生自己讲述生物学故事和实际案例分析等方式，将生物学原理由复杂、抽象转化为具体生动，帮助学生更好地理解和记忆。在此过程中，教师可以提供丰富多元的教学素材和有效的学习情境，搭建互动式学习平台，如可以利用信息技术中的网络技术创设本学校的生物论坛或者留言板，利用在线论坛、BBS等社交媒体促进学生之间的交流和合作，共同探讨生物学问题，使学生突破时间、空间限制，能够随时参与课堂教学，主动探索和思考，实现知识的自主建构。在虚实结合的学习环境中，通过多渠道感知，加强师生、生生之间以及与环境之间的动态交互，在课堂教学活动中拥有具身体验和情感交流，促进学生进行更深层次的沉浸式体验。

结语

综上所述，在探究多元新型信息技术支持下的中学生物学课堂教学方式转变的过程中，通过多项技术辅助教学，一方面为中学生物学教师提供丰富的教学资源，激发学生学习的兴趣，从而实现教师教学方式和学生学习方式的有效转变。另一方面，在身临其境的三维体验中，不仅帮助学生建构了知识体系，还提升了思维能力和想象力，从而实现对知识的理解和掌握。但此项技术在中学生物学课堂上想要广泛应用，还有很长的路要走，技术层面还需要突破不少的难关，希望本文能够提供一些思考与启发，为开创新型课堂教学模式提供一些策略和帮助。

参考文献：

[1]李昭仪，康万帅.VR和AR在高中理科教育中的应用研究[J]．现代中小学教育，2017，33（7）：7680.

[2]魏玉玲.虚拟现实（VR）技术在小学语文教学中的应用研究[J].学周刊，2021（32）：7576.

[3]秦伟繁.5G+VR技术在高职英语口语沉浸式教学中的应用探索[J].襄阳职业技术学院学报，2020，19（3）：6366.

[4]冯茜.VR技术融入高校思想政治理论课方案探析[J].中国新通信，2022，24（14）：238241.

[5]陈贵平.基于虚拟现实技术VR在学前教育中的应用研究[J].赤峰学院学报，2017（33）：192193.

[6]梁彬彬.展望VR虚拟现实技术在教育领域的应用前景[J].教育现代化，2019（14）：180.

[7]姜丽英，秦红兵.人工智能背景下提升高中生物教学有效性的路径探究[J].中国现代教育装备，2022（24）：4749.

[8]陈思.核心素养导向下的高中生物选修课程的开发与实施——以“脑科学与人工智能”模块为例[J].现代教学，2022（17）：1516.

[9]冯青.人工智能与高中生物学教学融合现状的调查与分析[D].黄石：湖北师范大学，2022.

[10]钱毅.人工智能背景下提升高中生物教学有效性的路径[J].中小学电教，2020（2）：1112.

[11]刘剑平.基于人工智能视域下的高中生物课堂学习方式转变初探[J].高考，2020（16）：19.

责任编辑：唐丹丹