“E+” 背景下生物实验教学创新策略探微

蓝 温

随着科技的发展,网络信息技术广泛应用于课堂教学之中。“E+” 背景下的高中生物实验教学由传统的课堂讲授逐渐转变为实物演示和计算机辅助相结合,“E+” 背景下的高中生物实验由近似模拟转变为数字化实验,能够完成传统实验无法实现的操作,有效提高课堂教学效率,提升学生生物核心素养。

一、“E+” 背景下生物实验教学存在的问题

(一) 不能发挥互联网的优势作用

互联网为高中生物实验教学提供了优势平台,然而部分生物教师还不能充分发挥其优势,在教学中为了节省教学时间,赶教学进度,采取“说实验” 的方式,即用语言叙述的方式,让学生大体了解实验内容及过程。由于学生不能通过观察与动手,历经知识发生过程,因而,很难留下深刻印象。而在教学中充分运用互联网辅助实验教学,可以使教学过程更生动形象,从而让学生进行真切的观察,更好地掌握实验程序与环节,掌握操作技能。教师在实验教学中借助互联网信息技术展示操作步骤与规范,学生可以更真切地感受生物实验环节的要求,在实操过程中能够按照要求进行规范实验,提升实验效率。

(二) 缺乏互动探究活动的有效组织

学生在实验过程中,通过动手观察与积极思考,会发现一些问题,这些问题需要学生在实验的基础上加以解决,这就离不开学生之间的合作探究。然而在实验教学中,教师虽然注重运用互联网引导学生学习,但由于互联网资料的引入缺乏时间与环节的科学规划,致使互联网资料过度使用,使学生失去了互动探究的时间,对于知识的重点难点不能深入了解,也不能有效突破教学重点难点对生物知识进行灵活运用。因而,在实验教学中,教师对于互联网信息需要有计划、有步骤地加以应用,不能因为互联网信息技术的过度应用而影响学生的自主学习与合作探究,要根据实验内容科学引入,这样才能提高实验效果。

(三) 不善于应用互联网教育资源

“E+” 背景下的高中实验教学,教师要充分利用互联网教育资源,促进学生自主学习能力与实验能力的提高。然而,目前的高中生物实验教学过程中,部分教师不重视引导学生利用互联网教育资源进行实验活动,例如,在实验前不引导学生通过互联网教育资源来了解生物实验的过程,学生不会利用互联网教育资源进行实验设计。[1]在实验完成后,也没有充分利用互联网对实验结果进行归纳总结,没有将学生的实验成果通过互联网进行展示,难以达到启发学生进行思考,优化实验方案的目的。

二、“E+” 背景下生物实验教学创新策略

(一) 为课堂演示实验提供辅助作用

高中生物课堂应以实验为基础,在实验的辅助下,把单纯的课堂讲授转向直观的、生动的生命律动过程。在传统的实验教学中,由教师反复强调实验动作规程和细节问题,学生笔记记忆,实验时学生通过翻看笔记进行实际操作,增加了实验的难度。有些生物实验器材操作使用的动作幅度小,对学生而言可见度低,导致实验步骤频频出错。借助网络技术,向学生传递正确操作规范的同时,将实验实物放大,从而清楚展现实验细节,帮助学生更好地观察实验现象,提高实验效果。

1.规范操作动作,培养良好习惯

实验步骤只有科学规范,才能获得正确的实验结果。学生学习实验课程,一是对实验本身充满兴趣,二是模仿教师的操作动作,所以,生物实验教师必须通过规范的操作动作和准确的语言描述,为学生提供正确的示范。例如,学习“植物细胞质壁分离和复原” 实验时,首先要让学生明确,质壁分离只存在于植物细胞中,只有植物细胞才有细胞壁。实验需要的条件和材料备齐后,开始进行实验(借助多媒体示范): 制作洋葱鳞片叶外表皮细胞临时装片(洋葱外表皮的平滑面朝上) →观察→盖玻片,在玻片的一侧滴蔗糖溶液,另一侧用吸水纸吸引(滴蔗糖溶液速度要缓慢,防止细胞膜受冲击力大导致破裂),观察此时发生的现象(液泡由大到小,内部液体颜色由浅变深,原生质层与细胞壁分离) →盖玻片一侧滴清水,另一侧用吸水纸吸引→继续观察(细胞质壁复原,内部液体颜色由深变浅)。通过教师的规范实验动作加实时讲解,从视觉和听觉两方面刺激学生感官,实验中整体和分解相结合,不仅加深学生对于规范动作的记忆,同时看到了实验全貌,有利于学生理解实验流程。

2.显化过程细节,助力观察探究

中学生物实验通常是验证性的实验,教师在实验教学中通常很关注操作的规范性问题,却经常忽略实验的细节问题,这也是导致学生实验失败的根本原因。因此,教师指导学生规范实验操作的同时,也要强调实验的细节问题,促使学生养成善于观察、勤于思考、注重细节的习惯。例如,进行“植物细胞质壁分离和复原” 实验时,使用多媒体加显微镜高倍数播放。用刀片切割叶片时一定要薄,垂直叶脉方向,不需要染色；在实验过程中,提醒学生实验材料的加持用左手的拇指、中指和食指,同时大拇指要比食指低2～3mm,避免学生被刀片划伤；对洋葱进行染色,一般染三次,每次上色完成都要使用吸水纸吸干净载玻片上残余染色剂,防止颜色混叠干扰,同时用镊子压一压盖玻片,防止其浮动；复原实验中,盖玻片一侧滴清水,另一侧吸水步骤中,滴清水要适量,水过多盖玻片容易浮动或污染载物台,水过少,容易导致内部产生气泡。在整个实验过程中,滴蔗糖溶液和清水,必须在实验桌上进行,不能直接在显微镜的载物台上进行,否则滴液容易损坏显微镜,滴液过程必须重复多次；在实验过程中,使用的洋葱细胞应是保持活性的细胞。只有在实验中培养学生的观察能力,注重实验细节,才能正确完成实验。“E+” 背景下生物实验课堂,规范了学生实验操作规程,强调了细节问题,让学生养成了善于观察勤于思考的习惯。

(二) 为大规模探究性实验提供平台

很多实验现象可以在实验室通过特定的方法重现,但有些实验却无法实现,需要学生根据自然现象和所学知识进行探究。实验室场地无法为大规模的探究性实验提供场地和平台,互联网所提供的数字化实验平台弥补了这样的缺陷,通过不同信息的组合,让学生看到不同时间、空间的生物形态和运动规律,有利于发展学生对知识的探究思维。

1.自行搜集资料,设计实验方案

探究的一般过程是发现问题,提出问题,再对问题进行分析,根据已有知识框架和相关文献,设计实验方案,反复验证,最终检验实验结果是否符合设计要求或者自然规律。这个过程促使学生的生物实验思维从形象过渡到抽象,再从抽象理解形象,从而掌握生物体的本质生命规律。例如,进行“光合作用”实验时。常规实验室条件无法直观展示影响光合作用的实验因素,这就需要利用网络搭建数字化实验平台,辅助完成相应的实验流程。借助课本内容和相关文献得知,影响光合作用的因素有CO2浓度、温度高低和光照强弱三项,实验需要把这三个因素剥离,分别展示其对光合作用的具体影响。检测CO2浓度的影响,设置温度和光照为固定值,同时假设植物在光合作用过程中不需要进行呼吸作用,排除呼吸作用产生的CO2浓度影响空间已有气体浓度,此时CO2仅为已经在空间存在的浓度,通过CO2传感器检测其减少量,计算光合作用的速率,从而得到CO2浓度与光合作用速率之间关系的曲线,同时利用微探测器或者观察暗反应过程,深刻理解光合作用吸收CO2产生O2的机理。其他两项实验同理进行,最终通过数字化平台实现了光合作用的可视化进程。利用已有知识和网络平台,搭建大型实验室场所,通过合理的实验方案,最终实现了植物光合作用的数字化展示,学生深刻理解了该生命活动过程。所以,数字化的实验,向学生展示了无法直观看到的微观世界,为探究性实验提供了平台。

2.展示个性方案成果,接受外界评价

借助数字化的网络平台进行生物实验,避免了实验材料中强酸强碱导致的意外伤害,也避免了试管破裂等导致的伤害。借助网络平台的实验方案,给学生创造了安全的实验环境,激励学生成为实验的创造者。教师鼓励学生在已有实验内容和结果的基础上,进行个性方案创作,展示实验结果,接受外界评价,以完善实验流程,提高学生自学能力和实践能力。[2]

例如,学生都知道街道两旁的绿植、小区的绿植、各个活动场所的绿植隔一段时间要进行塑性削减,以满足审美要求。学生提出利用植物向性运动的特点,可以培育出不同形状的植物。借助实验平台,学生把需要形变的茎叶外露,并调整光照角度,把暂时不需要的茎叶进行遮挡,经过一段时间的成长,根据需要更换光照角度或者外露茎叶,从而得到不同形状的植被。再将学生的实验成果进行展示,学生之间互评优劣,完成实验设计。所以,借助网络数字化平台,把宏观的实物微观展示,把肉眼无法看见的变化过程进行形象表达,使得现实中无法感知的生命运动可视化,激发学生对于知识的渴望,从而激发学生自行设计实验方案的欲望。

(三) 为虚拟仿真实验提供基本条件

网络化数字实验室为虚拟仿真实验提供了基础和条件,为肉眼无法直接观察的实验提供了可视化平台。教师借助虚拟仿真实验整合模块教学,可以帮助学生深度理解基础知识,同时结合计算机相关软件,向学生展示自然界生物的奥秘,激发学生兴趣,培养学生的创新能力,为学生提供创新的基础和平台。[3]

1.整合模块教学,深度理解基础知识

生物实验进行模块教学,有助于帮助学生实现知识的系统分类,从而深刻理解基础知识。

例如,2019 年冬到2020 年春,我国新冠肺炎疫情突发。那么,病毒和细菌的异同是什么,和癌细胞的异同是什么,和正常细胞的异同又是什么。通过虚拟平台模拟病毒、细菌、癌细胞和正常人体细胞,观察其结构差异、生存环境条件差异,模拟前三种和人体正常细胞处于同一个环境中,观察其对正常细胞的破坏过程,从而帮助学生深度理解这四种细胞的异同,掌握病毒、细菌和癌细胞的扩散过程,让学生意识到生命的脆弱,更加爱护生命,也愿意保护他人的生命。所以,将生物知识分离为模块,借助虚拟实验平台进行模块之间的对比学习,通过仿真各类细胞的运动和生长规律,帮助学生更深入地理解掌握相关知识。

2.整合计算机软件,培养创新能力

在“E+” 背景下,学生的实验探究兴趣浓厚,结合相关的计算软件,让生物实验从观察记录发展到模拟仿真,缩短了实验时间,增加了学生思考时间,为学生进行科学创新提供了平台。例如,微生物培养时,需要根据微生物的不同种类和生活习性制定不同的培养基,同时要求其生活生长环境无菌。在人工实验室条件下,无法真正达到该实验要求,很容易引发污染导致实验失败。借助软件平台,通过计算机软件控制相应的温度、湿度、氧气等条件,在此基础上,学生进行人工接种,即通过计算机软件,将微生物由单纯培养转变为混合培养,由独生转变为共生关系,再对外来成分或者细菌形成强烈的干扰。有的学生认真阅读相关文献,做出了肠道菌群分离株使抗肿瘤药物阿霉素失活的实验,极大地丰富了学生的知识领域,同时培养了学生的创新能力。所以,虚拟实验平台的出现,不仅帮助学生直观看到实验的细节,而且完成了实际环境条件下无法完成的实验,同时也为学生思维的拓展和创新提供了条件和平台,激发了学生强烈的学习兴趣,提高了学生的动手能力。

综上所述,“E+” 背景下的高中生物实验课程,为学生提供了开放性的实验环境,增加了学生动脑和动手的机会,同时由于网络平台的便捷性、安全性和实验环境、器材的丰富性,为学生提供了丰富的想象空间和创新空间,锻炼了学生的发散性思维能力,培养了学生科学探究的兴趣,提升了学生的生物学科综合素养。