数字化实验室在高中生物教学中应用的要点分析

吴  生

摘要：高中生物学科学习难度较大、知识概念相对抽象，教师为了使学生容易理解，会借助现代化教学技术，实现教学模式与方法的创新，加强课堂教学模式应用环节的可操作性，确保所应用的设计形式能够达成课堂教学需要落实的目标。随着现代教育教学技术的高速发展，数字化实验室在高中校园课堂应用越发广泛，在符合新时代教育需求的基础上，更有利于促进高中生物实验教学的创新。基于此，本文将根据新课标的要求，对数字化实验室在高中生物教学领域的应用进行分析，通过对数字化实验室应用的要求、策略加以探索，以此来说明其应用的要点，为相关教学活动的开展提供有效的经验借鉴。

关键词：数字化实验室；高中生物；教学分析；应用要点

引言

数字化实验室，其实质上指的是，通过在做实验的过程中，对相关实验数据进行采集、分析，传输和预处理等，搭配智能化的传感器、数字电路技术等设施设备，在实验开展过程中，能够实时收集相关的实验数据到电脑终端，以数据处理软件来计算、处理，得出实验结果。在此过程中，结合数据技术手段，搭建起更具系统化、体系化、协同化以及数字化的实验管理平台，并且做好对数字化实验室设备资源的安全管理。此外，数字化实验室应具备对流程进行合理审批、对实验室管理人员职责加以明确、对实验室涉及的不同类型资源合理配置，从而为组织、管理各项工作提供一个更具稳定性、针对性的数字化支撑平台^[1]。

数字化实验室应用于高中生物教学过程中，不仅是当前中小学数字化、智能化教育建设的一个发展特征，且基于高中生物核心素养培育、教学目标设计和教学设计的整合要求来看，合理应用普通教室的功能、发挥数字化实验室教学环境的建设，更加便于教师有效应用信息技术打造高质量教学版块，发挥教学版块的教育功能与作用，挖掘其中蕴含的数字教学资源，成为学生强有力的学习工具，推进信息技术与各学科内容实现融合创新。

一、传统高中生物实验教学存在问题分析

第一，实验教学方式单一。传统生物实验教学过程中，广泛应用的教学模式为教师直接对实验原理、实验步骤进行演示讲解，结论得出更是由教师来阐明，学生思考不足，动手机会较少，只需要根据教师的思路来进行学习，能够理解掌握知识，完成相应的实践训练即可。实验教学中，学生一直处于被动接受知识学习的阶段，缺乏有效方法处理实验材料、分析实验数据、观察实验步骤等。

第二，实验教学评价方式比较落后。教师会应用以上所提及的讲解和实验教学方法手段，归根结底为高中生物实验教学过程中缺少完整且有效评价机制。导致不管学生实验完成的成效如何，采取方法多么出色，都无法明确判断出学生完成实验的过程中对其能力的提高是否产生了实质性的作用。除此之外，升学考试带来的压力，也致使教师倾向于选择短期、高效的方法，通过课堂上的简单演示、重复讲授，学生能够快速掌握知识，应用最短的时间来做更多的习题。如所用方法是让学生在实验室当中划分小组来展开和完成实验，那么就无法清晰分析和评价该实验课对于教学效果带来的影响^[2]。

第三，高中生物实验教学管理较为混乱。一个实验室容纳学生数量是相对有限的，无法保证全班每名同学都能完成相同的实验，如果让一个班的学生同时在一个实验室完成同个实验，那么能够亲自动手参与到整个过程的人其实不多，围观观察的人才是占据大多数，也正因为如此，所以教师不仅无法做到真正把握整个课堂，而且也难以对有疑问的学生做到针对性的指导，给予有效的帮助和讲解，致使实验室管理教学上出现较大的难度。教师也由于时间有限，效率不高等因素的影响，就放弃了让学生进行分组开展实验的方法，直接由教师来直观进行试验。

二、数字化实验室在高中生物教学中应用的要点分析

第一，应用数字化实验室，确保教学更具开放性。在教学课堂中，还可通过在教师的指导下，利用课余时间来开展实验。还可在实验室中完成常规实验的同时，还能够打破空间限制，走出实验室、利用校园生物环境甚至于校外的生物环境来完成实验。例如，在“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验教学中，教师便可以通过数字实验室建立，促使学生从不同角度展开观察与分析，进而获得不同的实验体验与感受。具体实施方式为，教师在课堂开始前，准备多媒体课件，有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的装置以及学案。教师通过多媒体方式，将酵母菌相关图片展示给学生，如面包、红酒、啤酒等，并通过设置问题的方式，引入本节课实验教学内容，引导学生开始设计实验，基于数字化系统操作下，学生通过鼠标操作方式，便可以随意添加器材，并按照教师的思路展开实验，同时还可以进行大胆创新尝试，逐一观察实验现象，通过这种方式，既可以满足全班同学共同参与，同时也提升了学生的动手实践能力，发挥数字化实验的作用于功能^[3]。数字化实验室本身开放性特征不仅在教学内容上有所体现，同时促使学生自主设计并探究实验。例如依据已有生活经验，人体能够经呼吸作用来与所处环境展开气体交换。进行运动训练的时候，氧气消耗量加大，人体的呼吸频率、幅度也相应增强，这是不是就意味着运动量越大，气体交换的频率就越来越大呢？教师可依据此类问题让学生自主设计实验，测试在平稳、运动训练强度低和高的三种状态下所呼出的气体是否出现变化？这个问题可利用二氧化碳传感器和氧气传感器来进行监测，通过对比不同运动强度学生呼出气体中的二氧化碳和氧气含量多少，以此来观察运动强度与气体交换效率之间的关系。

第二，应用数字化实验室，探究实验现象。所谓数字化实验主要指，通过传感器实验设备，将实验数据传入电脑中，进行实验分析与探究的新型实验方式，组成部分包括可控源、传感器、数据采集器、计算机以及处理软件几个方面。教师通过数字化实验室的创建，采取简单手段获取实验结果，并对结果进行分析与整理，提高课堂教学效率，是实现信息技术与生物学科的有效整合。例如，在“环境因素对光合作用强度的影响”探究实验中，教师要充分发挥传感器的优势，参考教材中对此实验的定向描述与分析，逐渐提升到表格统计层面，展开定量的分析与统计，培养学生的数据分析能力与处理能力，为探究光合作用强度的影响因素提供更多的数据支撑。首先，课前准备环节，教师引导学生查阅相关资料，明确光合作用实验需要的材料，如菠菜、绿萝、吊篮等植物，然后经过多次实践尝试，总结出水生花和绿篱植物树叶效果较好，并且都是十分常见植物，收集比较方便^[4]。在对两组植物开展实验时，分别使用氧气传感器和溶解氧气传感器来测量氧气的变化，并通过光合传感器检测光照强度。其次，实验具体实施中，在3个锥形瓶中添加400ml蒸馏水，然后在加入10g植物。然后将传感器探头插入锥形瓶中，并用少量凡士林封口处理，检测各种实验数据，并将数据结果详细记录下来，然后经过数据分析与整合，成为学生学习的重要资源，为学生提供参考依据。

结束语

综上所述，随着教育教学体制的改革深化，高中生物教育要适应时代发展变化，推动教学方案更富成效，是每一位相关教育教学工作者必须思考的问题。结合现代教育教学技术，应用智慧化的数字化实验室来开展教学，能够解决浅层学习带来的各种问题，以更符合学生心智能力发展的方式促进学生身心技能的协同发展。

参考文献

[1]马育国.数字化探究实验在高中生物教学中的运用[J].求知导刊，2017(4)：78-79.

[2]张玉霞.高中生物探究实验中融合化学知识培养学生创新意识的策略，2021(3)：104-105.

[3]漆玉霞. 数字化实验室在高中生物教学中应用的要点分析[J]. 考试周刊,2021(24):125-126.

[4]翁可立. 基于核心素养的高中生物学数字化学习环境建设[J]. 中国现代教育装备,2021(20):8-10,20.