浅议高中生物数字化实验策略研究

             浅议高中生物数字化实验策略研究

汪信

贵州省瓮安第二中学 贵州 黔南州 550400

摘要：生物数字化实验是利用数字化技术对生物实验进行改进，从而提升高中生物课题和生物实验水平，本文从理论分析、实践分析等方面进行探讨，尤其从信息化技术、创新实验等方面进行分析，具有较好的参考价值。

关键词: 数字化实验   策略研究

生物数字化实验是指利用数字化技术进行生物实验进行改进，是提高实验课堂效率和生物实验水平的重要研究方向。在市级课题的支持下，课题组围绕高中生物实验进行数字化实验探究，获得了一系列的成果，现对核心内容进行简述，以期抛砖引玉，推动高中生物数字化实验的发展。

一、理论分析

1.1信息化技术可以有效提升生物实验水平

信息化技术的应用，可以极大的提升实验数据的观察和采集，甚至实现绘制曲线图，从而能够从大数据和数学的角度去分析实验结论，在趣味性方面，学生能够通过定量分析而非定性观察获得相关数据，推导相关科学结论，同时，掌握了某种信息化手段，可以引导学生自行设计实验，从而可以从更高的维度去提升学生的生物实验能力，在综合性方面，科学、技术、工程、数学在信息化技术方面得到了非常好的融合，学生可以综合考虑多方面因素，更好的提出创新性解决方案，为提升自己的创新思想和创新手段提供了更多的可能性。同时，我们建议，从教育主管部门层面，应当加大信息化技术的投入力度，为更多的学校配备相关的信息化技术手段，包括传感器技术、人工智能技术等硬件设备，也应当鼓励更多的非计算机专业的教师进行信息化技术的学习，帮助更多的老师适应信息化技术的高速发展。

1.2数字化创新实验具有较强的实用价值

当前生物实验已经不限制于教材，《生物课程标准》提倡利用本土化的资源开展生物实验教育教学，而作为受教育者的学生，其在学习的过程中，必定存在对日常生活现象的思考和疑惑，开展综合实践活动，可以有效的围绕学生感兴趣的问题进行研究性学习，由此可见，综合实践活动是高中课程的重要组成部分，STEM课程的重点是学科交叉，通过开展多种类型的STEM综合实践活动，可以实现高中生物实验的STEM教学，例如，通过查阅资料、咨询老师、设计实验、开展实验、撰写论文、申报科创比赛奖励等方式，学生体验了实验的设计、数据的采集、技术的分析等科学的思维和方法，学生的生物学核心素养得到了极大的提升，对保护环境等资源的意识也得到加强，促进了学生社会责任的提升。在学生的提议下，我们围绕学校附近的观音井水进行调查研究，开展了《瓮安第二水源—观音井水质调查活动》，该活动包含了调查问卷方法，对学校附近的取水者进行问卷调查，分析他们取水的心理动机和年龄结构，包括了咨询专家，对瓮安县中医院的医生进行访谈，分析瓮安县水质和健康的关系，对水质进行对比研究，分析TSD等成分的数据采集，微生物数据采集。在该活动过程中，学生自行设计调查问卷、记录实验数据、分析实验结果、解决实验中遇到的各种问题，综合实践活动可以综合利用科学、技术、数学、工程等技术手段，提升学生的生物学核心素养。

二、生物数字化实验开发的实践策略研究

2.1人工智能技术可以极大提升生物数字化实验的水平

随着数字化技术的高速发展，人工智能技术已经成为当前技术发展的主流，人工智能技术属于开放性技术，可以通过程序设计实现技术控制，传统的生物学存在的诸多问题，均可以通过人工智能技术进行解决，我们通过分析基于Arduous技术下的生物学实验进行分析，发现人工智能技术可以有效解决生物学实验中的光源设计、温度和湿度等传感器设置、自动化设计等方面具有重要的意义。

2.1.1人工智能技术可以实现实验数字化

人工技能技术包罗万象，其中，我们以人工智能技术中的光源技术和温度传感器技术为例进行技术介绍和分析。

(1)光源技术分析

高中生物实验中，光合作用是非常重要的关键实验，其中，设计光源是非常重要的组成部分，传统的实验设计采用的白炽灯等传统的实验设计手段，光源不稳定，光质不清，不可控等因素，以上述为例，人工智能所采用的LED灯采用的原理是三基色原理，即采用红、黄、蓝三种颜色，进行交叉，从而汇总出不通过类型的呀白色。

（2）温湿度传感器技术（人工智能）

人工智能传感器技术并非传统的闭源传感器技术，其属于开放性的传感器技术和分析，其可以通过改变程序控制有效的调整技术手段，也可以通过编程等具体的技术方法实现数字化技术流程。

2.1.2人工智能技术在高中生物实践技术分析

（1）单片机是人工智能技术的关键

单片机来源于深圳松山湖机器人研究院自主开发的QTSTEAM控制器，是基于ATmega328控制芯片。LED灯带是利用三色原理，共有16组LED灯，每个灯均可由单片机控制，颜色可以随意控制，由相应的程序控制。

ATmega328P单片机模块是基于原始代码的SIMPE/O平台，具有JAVA,C语言的PROCESSING/WIRING开发环境。其输入电压5-9V，输出电压3.3-5V，支持ISP下载，Didital1/0,数字输出0—13,模拟输入AnalogL,/0,模拟输出0—5。

（2）编译器可以实现软件的可控性

软件具体操作程序：将数据接口与计算机端口相连，打开arduinoIED,输入相关控制程序，记录温度时候，打开串口监视器，修改端口控制操作，默认为COM3、COM8，可以根据需要控制温度读取时间，相关数据要求如上表，当需要同时读2组数据时，就可以打开两个界面，读取两个串口监视器即可。操作时要注意，连接传感器和主板的连线的操作方式，是温度测定系统能否成功的关键。

2.2传感器技术可以有效补充生物数字化实验的水平

2.2.1闭源传感器具有很强的实用性

在高中生物教材中，各类传感器技术均可以参与到各种类型生物实验设计和操作过程中，我们对各种网络销售的传感器进行归纳分析，传感器分为闭源类型的和开源类型两大类型，开源传感器是通过各种单片机进行连接，也属于人工智能技术，通过闭源传感器技术进行各种实验设计，可以设计各种类型的传感设备，从而测定实验因变量。例如：左图是通过温度和湿度传感器进行的各种类型的实验设计，从而获得相关的实验数据，进而进行温度和湿度的分析。

实验数据的采集可以通过手机、电脑等方式进行。该方式的优点在于

（1）检测指标多样化：能同时检测温度、湿度、水位、质量、水珠的变化等多样指标，确保学生能多方位了解蒸腾作用的特点。

（2）定量和定性测定方式相结合：采用数字化测定方式，结果可读可分析，水面的变化、质量的变化均可以看出。水珠变化可以起到定性检测的目的。

（3）结构简单、价格实惠、材料易得；非常适合农村中学制作。

2.2.2DIS传感器是当前研究的热门方向

由于生物教师的人工智能水平相对比较薄弱，实验装置的设计组装和软件的设计难度非常大，各种现成的数字化水平的实验装置就成为改进实验的有效部分，大部分教师经过简单的培训就可以上手，效果非常显著。除此之外，DIS传感器种类繁多，各种类型的实验设计容易，效果显著。例如，我们利用简易的玻璃罩进行酶的高效性实验设计，实验数据很容易获取，效果非常显著。

参考文献：

[1]李稳.试论高中生物数字化实验教学的方法.第三届全国教育教学研讨会论文集.社会科学Ⅱ辑; 信息科技 2022.7.29

[2]史喆.数字化探究实验在高中生物教学中的应用.安徽教育科研.2022,(21)

[3]邓文君.数字化实验在高中生物教学中的应用初探南京师范大学.2021年第03期

作者简介：汪信（1986.11-），男，湖北随州人，一级教师，本科，研究方向：中学生物教育教学。

基金项目：本文系黔南州教育科学规划2022年度课题“高中生物数字化实验的开发与实践研究”（2022B192）的研究成果。

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