以数字化实验室为基础的新技术在生物教学中的应用

李晓红

数字化生物实验室作为一种先进的实验教学装备，已经逐步进入了中学课堂，它不仅实现了信息技术与生物学实验技术的有效整合，也是转变学生学习方式的有效手段，是培养学生创新思维和实践操作能力的有效途径。先进的实验教学设备，有利于改进实验教学的模式、有利于实验教学的开展，有利于提高实验教学的效率，是实现生物学高效实验教学的必备工具。 http：//www.xzbu.com/9/view-6687053.htm

一、数字化生物实验室的组成

数字化生物实验室是利用多媒体信息技术辅助生物实验教学的实验教学系统。我校的数字化实验室包括显微数码互动系统、数字传感器系统、虚拟实验系统三部分构成。

二、数字化生物实验室在高中生物实验教学中的应用

（一）显微数码互动系统在高中生物实验教学中的应用

1.教学中的优势

显微数码互动系统在显微实验教学中具有以下主要优势。（1）易于示教：可以将教师显微镜或学生显微镜视野中典型的图像转播到投影屏幕上或学生的电脑屏幕上，方便示范和讲解。（2）便于指导：在教师的电脑屏幕上能监控每台学生显微镜视野中的图像，能够及时发现学生实验中的问题并给予指导。（3）互动性强：可以通过语音问答系统实现师、生之间或生、生之间的交流。

2.教学应用及评价

一是利用显微数码互动系统可将验证性实验改为探究性实验，例如“观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原”改进为“研究不同浓度的不同溶液对植物细胞吸水和失水的影响”，在实验中学生可自行设计配置不同物质（如硝酸钾、氯化钠、蔗糖、乙二醇等）的不同浓度的溶液进行试验，利用摄像功能记录植物细胞在不同条件下吸水和失水的情况，利用测量功能测量液泡的大小，然后利用分析软件进行比较分析。这样的改进使得实验的探究性更强了，学生活动也增多了，学生对物质运输内涵的理解也会更深入。

二是在“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验教学中，使用一般的显微设备教学时由于教师演示难、没有实时监控、不能及时指导以及学生间无法互动交流等原因，实验成功率一般比较低，而且时间比较紧很难在45分钟内完成，使用显微数码互动系统则能够很好地解决以上问题，明显提高课堂效率，实验成功率大大提高。

（二）数字传感器系统在高中生物实验教学中的应用

1.教学中的优势

数字传感器系统在高中生物实验教学中的优势主要表现在：一是可以使实验中的不可见现象成为可见，把难以测定的数据变得方便测定，使定性实验上升为定量实验;二是能实时动态地采集实验数据，展现生命现象的动态过程;三是用传感器测得的数据比较精确，且灵敏度高，能够检测捕捉微弱的变化;四是实验数据通过相应软件处理，可以自动生成图表，简便、快捷、直观。

2.教学应用及评价

（1）在高中生物《酶的催化效率》一节中，我们通常用观察和比较不同试管内气泡产生的数量和卫生香的复燃情況，得出酶具有高效性的结论，是一个定性的实验。利用压强传感器可以把这一实验改进成为定量实验，传感器将实验数据通过采集器传送到电脑上，电脑将这些数据以曲线图像的形式呈现出来，提高了实验数据的精确度和可信度，学生分析实验现象评价实验结论更加准确、科学。

（2）光合作用是高中生物教学的重点和难点，且学生很难对其进行探究，主要原因是光合作用和呼吸作用往往是同时进行的，而这两个生理过程的主要宏观变化都是CO₂和O₂气体体积在密闭容器内的变化，用肉眼难以观察，一般实验设备难以测定。如果利用CO₂和O₂传感器去测量实验环境中CO₂和O₂的真实变化量，再利用数据采集器收集数据，利用相应的软件进行加工处理，整个实验过程以曲线图的形式呈现，给学生以感性的认识，加上教师理性的分析和讲解，那么这个教学难点就很容易突破。我们还可以配合温度传感器、光照强度传感器来研究影响光合作用的因素。

（三）虚拟实验系统在高中生物实验教学中的应用

1.教学优势

虚拟实验系统在教学中的优势体现在多个方面。

（1）为学校节约开支：（2）突破了时间和空间的限制：（3）强化知识和技能。

2.虚拟实验室应用评价

一是在高三总复习对教材实验的复习中，很多教师以往就是对照教材进行理论讲解和总结。学生积极性不高，学习效果较差。后来我们采用了让学生在数字化生物实验室的自主学习《高中生物虚拟实验室》的课本实验，学生可在虚拟的实验情景中一步一步地“做”下去，像是在玩闯关游戏一样，在轻松愉悦中复习了实验课的内容，掌握了实验的主要操作步骤，通过反馈系统自查自纠对实验操作的掌握程度。这样的复习充分调动了学生学习的积极性，取得了非常好的学习效果。

二是虚拟现实技术可通过自然的交互方式，将抽象的学习内容可视化、形象化，为学生提供传统教材无法实现的沉浸式学习体验，提升学生获取知识主动性，实现更高的知识保留度。如在学习《孟德尔定律》时，让学生到数字化生物实验室中，借助《虚拟孟德尔遗传实验》（网络资源，作者为肖建富、李苗珍）进行教学，学生在虚拟科学家的指导下，可自由选择豌豆的1～6对相对性状，自主确定杂交操作的不同步骤顺序，反复进行虚拟的正交、反交试验，而系统模拟的实验结果，可供学生分析、总结遗传规律。

总之，数字化生物实验室可以在常规实验的基础上更加精确的反应实验结果，能有效改变传统的生物实验教学模式，激发学生的学习兴趣，提高课堂教学效率，在生物实验教学中优势明显，在高中生物实验教学中有巨大的应用前景。作为一个更加科学的实验过程，相信数字化实验和多媒体的结合会在不久的将来得到广泛的使用。