利用信息技术优化高中生物学实验教学

金海华　邵　晨

【摘 要】生物学是一门以实验为基础的自然科学,实验教学是生物学教学最薄弱的一环。利用信息技术扬长避短,着重从多媒体技术和网络技术两方面优化高中生物学实验教学,促进教师教与学生学的方式的变革。

【关键词】生物学实验教学 信息技术 建构主义

生物学是一门以实验为基础的自然科学。实验教学是生物学教学最薄弱的一环,学生动手能力不强,对实验设计、方法、步骤是知其然而不知其所以然,严重影响生物学教学整体的改革和发展。根据高中生物学新课标规定的培养目标,教学内容增加了实验的数量和类型,还安排了若干个研究性课题。随之高考试题中实验分数所占的比例逐渐提高到8%左右,以实验为背景的试题也超过了总分的30%。因此,优化实验教学,促进教师教和学生学方式的变革,必将对高中生物学新课改产生深远的影响。现代信息技术中的多媒体技术和网络技术已在教育领域得到广泛应用,有效提高了生物学实验教学的质量。但是,信息技术在应用过程中也产生了不利的影响,如过分依赖信息技术导致学生接受效果下降、限制学生思维的发展、不利于学生综合素质的培养。生物学实验教学如何利用信息技术扬长避短,促进教与学方式的转变,这是当前生物学教学改革的重要课题之一。以下仅就此讨论信息技术如何优化生物学实验教学。

一、利用信息技术优化高中生物学实验教学的理论基础

建构主义教学观认为,学习不是把外部知识直接输入到心理中的过程,而是主体以已有的经验为基础,通过与外部世界的相互作用而主动建构新的理解、新的心理表征的过程。建构主义学习环境由情境、协作、会话和意义建构四个要素构成。显然,信息技术的特性和功能最大限度地体现了建构主义的四个要素。建构主义学习理论强调创设真实情境,而多媒体技术正好是创设真实情境的最有效工具,如果再与仿真技术相结合,则更能产生身临其境的逼真效果。协作与会话过程主要通过语言(少数场合用文字)作媒介,这就要求多媒体计算机的支持。与此同时,基于Internet的网络环境为超越时空和地域的协作学习创造了良好的条件。多媒体技术由于能提供界面友好、形象直观的交互式学习环境,能提供图文声并茂的多重感官综合刺激,还能按超文本方式组织与管理各种教学信息和学科知识,因而对学生认知结构的形成与发展,即对学生关于当前所学知识的意义建构是非常有利的,也是其它媒体或其他教学环境无法比拟的。

二、利用信息技术优化高中生物学实验教学的有效途径

1.利用多媒体技术优化高中生物学实验教学。

(1)创设实验情境。任何实验都是实验者有目的的观察活动,实验过程是实验者思维激发和碰撞的过程。在实验开始环节,教师利用多媒体声、色、图、文等媒体信息渲染气氛,创设引人入胜的问题情境,启发学生的思路,引导学生严密地探究实验过程。例如,制作DNA分子双螺旋结构模型之前,教师通过Powerpoint或Authorware制作的课件展示北京中关村的“麻花”照片,进而叙述北京世纪盛典文化艺术交流有限公司状告北京大学的故事。这种与现实生活紧密联系的情境使学生初步形成了DNA结构的轮廓,感受科学家严谨的工作作风。

(2)学习实验内容。以实验为中心、以实验带动知识点是新课标最明显的特点。因此,实验内容的学习不仅对于完成整个实验至关重要,而且是以实验带动知识点的佐证。例如,在观察细胞有些分裂的实验过程之前,教师通过多媒体课件先复习细胞有丝分裂的过程、了解实验目的、理解实验原理,有助于学生对细胞有丝分裂的实验观察和实验结果的描述,使学生有理可依,避免盲目实验。

(3)再现经典实验。生物学发展的过程是科学家不断探索的过程,生物科学史上有许多伟大的发现和经典实验。在教学过程中,重现这些经典实验使学生身临其境地体验科学家的发现历程,认识到科学是一个不断发现、不断进步的过程,促使学生用辨证的目光、理性的思维学习生物学。学习光合作用时,教师需要呈现光合作用探究历程中的一系列经典实验,如动画再现普利斯特利、英格豪斯、梅耶、萨克斯、鲁宾和卡门的实验,揭示植物生命活动的奥秘,可以让学生认识到生物学实验设计的巧妙和严密,逐步探究光合作用的原料、产物、场所和条件,思考生物学发展与物理学、化学的联系,讨论生物学发展与技术进步的联系,用历史、发展的眼光看待生物学的过去、现在和未来。

(4)演示实验。演示实验是直观教学的一种高级形式,演示实验既可以演示实验的全过程,也可以演示实验的一部分;既可通过演示实验传授生物学新知识,也可以验证巩固生物学知识,或是指导学生进行正确的实验操作等实践活动。教师课堂演示实验由于时间和条件的限制往往存在一定的难度,实验失败或者无法使全班同学清楚地观察实验现象,影响教学效果。因此在有限的资源下充分利用多媒体演示实验可有效地解决这些困难。例如,检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的实验过程较为复杂,教师先采用演示实验强调实验操作要领和注意事项。又如,在学习“基因工程及其应用”这一节时,出于实验室条件的限制教师可用视频、录像等多媒体技术演示基因工程操作实验,使学生易于理解抽象的实验步骤。

(5)模拟实验。生物学实验多数是微观的、连续的实验,实验过程快速、瞬间完成,学生只能较抽象地推断变化过程。另外,有些生物实验需要较长时间才能完成,如植物栽培、种子萌发等。软件技术可以模拟许多现有实验仪器无法做的实验或代替现有的一些实验仪器进行模拟实验,这样可以将复杂的问题简单化,将漫长或瞬间的生命过程变成可控、有序的演示过程。例如,教师利用Flash动画模拟演示DNA的复制、转录、翻译过程学习“基因指导蛋白质的合成”,既可完整播放也可分步播放,结合课堂教学使抽象的知识变得形象直观、一目了然。

(6)记录实验过程。有些实验在课堂教学环境或实验室中无法完成的情况下,教师可以布置学生利用课余时间完成,采用数码摄像机等仪器记录整个实验过程。例如,选修中的制作腐乳和泡菜等实验,让学生回家亲自动手做腐乳和泡菜,定期拍摄实验过程和实验现象,然后把腐乳和泡菜带到课堂上展示,分享实验成果,有利于促进学生学习生物学情感的发展。此外,探究生态瓶中群落的演替实验也需要学生在课余时间才能完成。长时间的实验通过快速播放将几天甚至是几个月的演替过程高度浓缩,亲身实践,有理有据。

(7)评价实验教学。生物学实验教学评价具有诊断、导向、调节、激励等功能。以往的实验评价以实验报告、实验考试等终结性评价为主,如今可以将学生的实验成长档案袋、日常评价信息、研究性课题等进行电子化管理,建立实验教学电子评价系统进行实时评价。比如在实验过程中教师采用多媒体技术及时评价每个学生的表现,赏识每一个学生的进步。同时利用视频分析软件对实验课堂进行定性分析,师生能把握实验教学的整体情况,从而进行自我反思。

2.利用网络技术优化高中生物学实验教学。基于Internet的网络教学是优化高中生物学实验教学的有效方式之一。在网络功能的支持下,学习者既可以进行个别化教学,又可以进行协作型学习,也可以将“个别化”和“协作型”二者结合起来,另外还可以大规模地开展研究性学习。所以,这种方式应该是高中生物学实验教学的新方向。例如,调查社会老龄化的相关问题、青少年中常见的免疫异常、当地自然群落中若干种生物的生态位等研究性课题时,学生就可以利用网络教室或家庭电脑自行搜集资料、设计实验方案和科学地选择实验方法,并将各自的方案和实验方法发表在电子平台或论坛上。每个同学可以就方案自由发表意见,一场好的交流胜过一个完美的方案。

值得一提的是利用信息技术优化高中生物学实验教学还需注意把握信息技术与生物学实验的关系。现代信息技术充其量只是一种工具辅助教学,它应当为实验教学的目标和内容服务。在应用多媒体的过程中,学生的体会是最好的反馈评价,只有适时适当地应用适合的信息技术才会促进实验教学质量的提高。只有广大教育工作者和师生共同努力,充分发挥内外部因素才能优化实验教学,起到事半功倍的效果。

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