浅谈高中生物实验数字化教学

浅谈高中生物实验数字化教学

张兴普

山东省招远第一中学

摘要：为提升高中生物实验教学的效果，文章探讨数字化技术在实验教学中的应用策略。通过以学生学情为中心设计数字化生物实验、利用多媒体技术创设问题情境、改进实验流程并直观呈现实验数据等方法，详细阐述了如何利用虚拟实验室、在线模拟、数据分析软件等数字化工具，满足学生的个性化学习需求，激发学习兴趣，提高实验效率和教学质量。

关键词：高中；生物实验；数字化教学

引言：随着信息技术的迅猛发展，数字化技术在教育领域的应用日益广泛，特别是在高中生物实验教学中，数字化技术的引入为教学模式的创新提供了新的契机。传统的生物实验教学存在实验流程繁琐、操作复杂、数据记录不便等问题，影响了学生的实验体验和学习效果。通过数字化技术，可以优化实验流程，提供丰富的学习资源和互动体验，满足学生的个性化学习需求，激发他们的学习兴趣，提高实验教学的效率和效果。

一、数字化技术在高中生物实验教学中的应用策略

（一）以学生学情为中心设计数字化生物实验

在高中生物实验教学中，以学生学情为中心设计数字化实验是提升教学效果的重要策略。通过虚拟实验室、在线模拟和数据分析软件等数字化技术，可以满足学生的个性化学习需求，激发学习兴趣，提高实验效率。实验设计应与学生认知水平相匹配，注重互动性和参与性，并提供即时反馈，帮助学生及时纠正错误。这些措施能够有效提高学生的学习积极性和实验技能。

以《细胞的多样性和统一性》这一课程为例，可以通过虚拟实验室设计一个数字化实验，帮助学生理解细胞的结构和功能。具体教学过程如下：首先，教师通过多媒体课件介绍细胞的基本结构和功能，利用3D模型展示细胞膜、细胞质、细胞核等结构的形态和位置。接着，学生登录虚拟实验室平台，选择“细胞观察”实验项目。在虚拟实验室中，学生可以使用虚拟显微镜观察不同类型的细胞，如植物细胞、动物细胞和细菌细胞。在观察过程中，学生可以通过点击细胞结构，查看详细的文字说明和动画演示，了解各结构的功能和特点。实验结束后，学生需要完成在线测试，回答有关细胞结构和功能的问题。系统会根据学生的回答即时反馈正确答案，并提供详细的解析，帮助学生巩固所学知识。

（二）利用多媒体技术创设问题情境

多媒体技术在生物实验教学中，通过创设问题情境激发学生的学习兴趣和探究欲望。利用视频、动画、音频和图像等多媒体手段，生动展示实验现象和过程，帮助学生理解知识。问题情境设计应具有挑战性和启发性，结合实际生活或科学研究，引导学生深度思考和探究。通过多媒体技术创设问题情境，增强实验教学的趣味性和实效性，提高学生的学习积极性和实验技能。

以《氧化氢在不同条件下的分解》这一课程为例，可以利用多媒体技术创设问题情境，帮助学生理解酶的催化作用。具体教学过程如下：首先，教师播放一段视频，展示氧化氢在不同条件下分解的现象。视频中，分别展示了在常温、加热、加入催化剂（如过氧化氢酶）等条件下，氧化氢分解产生氧气的过程。学生通过观看视频，初步了解实验现象。接着，教师提出问题：“为什么在加入催化剂的条件下，氧化氢分解的速度明显加快？”引导学生思考酶的催化作用。然后，学生登录在线实验平台，选择“氧化氢分解”实验项目。在虚拟实验中，学生可以通过调整温度、加入不同催化剂等操作，观察氧化氢分解的速度变化。实验结束后，学生需要完成在线实验报告，分析不同条件下氧化氢分解的实验数据，并回答有关酶催化作用的问题。系统会根据学生的回答即时反馈正确答案，并提供详细的解析，帮助学生理解酶的催化机制。

（三）改进实验流程并直观呈现实验数据

改进实验流程并直观呈现实验数据是提升高中生物实验教学质量的重要策略。传统实验流程繁琐复杂，影响学生体验和学习效果。引入数字化技术可以简化操作步骤，提高实验的可操作性和安全性，如使用自动化设备减少误差。数据可视化通过图表和动画直观展示实验数据，帮助学生理解和分析结果，发现数据关系和规律，提升数据分析能力。

以《绿叶中色素的提取和分离》这一课程为例，教师通过多媒体课件介绍绿叶中色素的种类和功能，利用动画演示色素提取和分离的原理和步骤。接着，学生进入数字化实验室，选择“色素提取和分离”实验项目。在数字化实验室中，实验流程进行了优化，学生可以使用自动化设备进行色素提取和分离。在实验过程中，学生首先将绿叶样本放入自动研磨机中进行研磨，随后将研磨后的样本放入自动离心机中进行离心分离。自动化设备的使用不仅简化了操作步骤，还提高了实验的准确性和安全性。离心分离后，学生使用自动分光光度计测定色素的吸收光谱，系统会自动记录和分析实验数据。实验结束后，系统会生成详细的实验报告，包括色素的吸收光谱图、各色素的吸收峰值等数据。学生可以通过数据可视化工具，直观地查看和分析实验数据。例如，系统会生成色素吸收光谱的折线图，展示不同色素在不同波长下的吸收情况。学生可以通过观察图表，发现不同色素的吸收峰值和吸收范围，从而理解色素的光吸收特性。

三、结束语

综上所述，文章提出了以学生学情为中心设计数字化生物实验、利用多媒体技术创设问题情境、改进实验流程并直观呈现实验数据等方法。通过具体的教学案例，展示了数字化技术如何提升实验教学的效率和效果。研究表明，数字化技术不仅能够简化实验操作，提高实验的准确性和安全性，还能通过数据可视化工具，帮助学生更好地理解和分析实验结果。

参考文献：

[1]伏笑融.数字化技术在高中生物实验教学中的应用[J].启迪与智慧(上)，2023(8):54-56.

[2]史喆.数字化探究实验在高中生物教学中的应用[J].安徽教育科研，2022(21):95-97.

本文系：烟台市教育科学“十四五”规划中小学实验教学研究专项课题:促进学生深度学习的实验教学策略研究 （课题名称）阶段性成果，课题编号：YJGHSY145032