浅谈数字化实验技术在中学生物实验教学中应用

陈军

摘 要：当前数字化实验系统在中学实验教学领域已经开始应用和实践，生物学科实验教学中数字化实验技术也在教学过程中逐步推广和应用。在中学实验型教学活动中如何结合学科实验特点，将数字化实验系统合理的应用到传统实验教学中去成为一线教师必须面对的一个新课题，只有充分发挥数字化实验技术的优势作用，才能更好地为教学和学生服务。

关键词：数字化 实验教学 应用 优势作用

数字化实验系统可以完成常规实验仪器难以完成的实验，目前已开始进入中学实验教学领域。那么作为一线教师，该如何应对这种深层次的信息技术与传统实验相整合的产物，从而发挥其优势作用呢？下面就以生物学科为例，谈谈自己的一点体会。

一、合理使用显微数码互动系统，提高课堂教学的效率

显微镜，一直都是生物研究和教学的重要工具。由于传统显微镜只能供单人观察，利用率较低，花费时间较多，还受制于学生的实验操作能力。于是显微镜图像共享就成了教师的普遍追求。显微数码互动系统把信息技术与传统的实验室课堂教学结合起来，不但实现了图像共享，而且为图像的贮存、再现与传输提供了可能，更可贵的是还可实现师生间的互动，为激发学生的兴趣、提高学生的学习主动性、提高效率都起到明显的促进作用。

例如：

在人教版七年级下册第四单元第四章第二节《血液流动的管道》实验“观察小鱼尾鳍内血液的流动”中，将小鱼尾鳍置于数码显微镜下，动脉、静脉和毛细血管三种血管的形态及毛细血管中血液的流动情况清晰的呈现在计算机屏幕上，且可以进行放大观察。学生可以借助计算机进行相关的操作，教师可以随时了解各实验小组的进展，也可以将一些观察效果较好的实验小组的图像通过投影进行展示，既调动了学生的学习积极性，同时提高了实验课堂的教学效率，收到了较好的效果。

二、应用数字化实验系统实现实验由定性上升到定量分析，提高实验结果的精确度和可信度

在传统生物实验操作过程中，虽能观察到实验过程及现象，但很难进行定量化处理。中学生物数字化实验，通过如传感器、数据采集器和計算机等克服了传统的实验仪器难以测量和储存随时间变化的大量的各种物理量以及随其它方面变化的数据的弊端。使用数字化传感技术，这样可以使学生腾出更多的时间通过对实验结果进行分析和评价，从而可以得出更加准确、科学的结论，提高了实验本身的精确度和可信度。例如：

在高中生物必修三《生物体维持PH稳定的机制》实验中，将PH传感器置于盛有等量50ml蒸馏水、缓冲溶液、鲜榨果汁等三个烧杯中，随着等量HCl溶液（共计5滴）的滴入，计算机屏幕上将分别出现PH数值不断变化的情况以及三条实验曲线，直接反映PH值随反应时间的数值变化，学生可以从三条曲线的变化中直观的得到“生物体能够维持PH稳定”结论。这种定量化验证，比起用传统的PH试纸来检测PH更为精确，而且还可以避免学生因操作不慎或不规范所带来的意外结果。

三、充分应用数字化实验系统对实验过程数据的可视化采集和动态呈现优势，突破教学难点，优化教学过程，提高课堂效率

在中学生物学教学中，常常有一些难以理解的生物学概念和生命原理，通过传统实验无法让学生理解和充分掌握，数字化生物实验可以凭借助传感技术的直观演示和准确的数据分析，揭开某些表面的的因素，将内在的、重要的、本质的东西表现出来，进行实验处理和图像输出，在屏幕上实施微观放大，宏观缩小，动静结合，图文并茂。不仅激发了学生的学习兴趣，调动了学生的积极性，优化了教学过程，而且将教学难点变得容易认知，使学生形成鲜明的感官认识，为进一步上升为理性认识奠定了基础，有利于提高课堂教学效率。例如：

在人教版高中生物必修Ⅰ课本中，光合作用是细胞代谢的核心内容，也是一个难点。利用数字化实验系统中的氧气和二氧化碳传感器去测量实验环境中O2、CO2的真实变化量，再利用数据采集器收集数据加上Excel数据处理，使学生不仅可以通过实验探究光合作用的过程，而且还可以配合温度、光等传感器研究影响光合作用的诸多因素。利用专门的软件可以实现跟随实验全过程的动态数据呈现，学生就能轻而易举地揭开光合作用的面纱，同时也能培养他们的综合分析思维能力。

四、应用数字化实验系统对实验变量监测的优势，激发和培养学生的实验设计研究意识

传统实验中，由于受到实验器材的限制，很多带有新颖设计理念的实验方案很难付诸实施，主要原因是实验过程中的实验变量很难控制，反应变量也很难控制和检测。将传统式的实验和数字化传感技术实验相结合，可以很好的解决这一问题，极大程度的调动学生的探究式学习的积极性。借助数字化实验系统的支撑，学生可以开展一些自主设计的探究活动，快捷、便利的数字化实验手段可为他们提供可靠的实验保障，学生不再拘泥于课本。

例如：在实验“探究种子萌发时呼吸作用”，利用氧气、二氧化碳和温度传感器，可以检测种子萌发过程中氧气、二氧化碳浓度以及温度的变化。根据相关数据的动态变化借助计算机绘制出“二氧化碳—时间”、“氧气—时间”和“温度—时间”的图线，分析种子萌发过程二氧化碳、氧气及温度三者的变化关系。

五、在实际教学中要注意处理好数字化实验的应用与传统化实验的关系

中学生物数字化实验主要是从具体实验数据分析归纳实验结论，侧重于实验过程中的探究过程和思维能力的培养，而传统实验往往则是对结果作定性分析，侧重于实验过程的具体操作、常用仪器的使用规范和用途、实验现象的细致观察以及从现象分析结论，应该说各有优势。中学生物数字化实验完全取代生物传统实验手段是不可取。在中学生物实验教学中，教师应根据教学实验内容的实际出发，将中学生物数字化实验与传统中学生物实验有机的结合使用，才能充分发挥各自的优势，取长补短、相得益彰。

通过“智慧化校园”建设，不仅可以提高教育教学的效率，而且有助于学生科学素养的塑造，培养适应信息时代要求的新一代高素质人才。

参考文献

[1]普通高中课程标准（实验）[M].北京：人民教育出版社，2007：34-35.

[2]郎威.数字化信息系统实验室中学生物实验指南.