数字化实验技术在优化じ咧猩物实验教学中的实践探讨
孙坚
【内容摘要】实验教学是高中生物教学的重要组成部分，为有效提升高中生物实验教学质量，教师在教学改革中尝试将数字化实验技术融入日常实验教学中。因此，文章结合数字化实验技术的基本概念，及其优化高中生物实验教学的优势，对如何在高中生物实验教学中实践数字化实验技术展开分析，旨在利用更为新颖、数字化的实验方法，激发学生对生物实验的兴趣，保障高中生物教学效果。
【关键词】数字化 实验技术 高中 生物 实验教学
高中生物教学属于高中阶段的基础性教学，实验是学生学习、运用生物知识的方法之一。数字化实验技术在高中生物教学中的渗透，是利用自身快速、直观的特点，准确地为学生展示实验结果或数据，帮助学生在知识探究中总结实验规律，使学生在高中生物实验教学中更为高效的内化生物知识，掌握必要的生物实验技能。
一、数字化实验技术相关概述
高中生物实验是高中生接收生物知识、掌握生活学技能的重要渠道，数字化实验技术属于新型的生物实验技术。数字化实验技术的核心组分为数据采集装置、传感器，其中传感器是人类感知觉、感官的扩展，在利用传感器测量出声音强弱、环境或土壤内酸碱度、光照强度后，教师可将其作为学生的“感觉中枢”，为学生更为直观的呈现实验数据[1]。计算机、数字化实验室是数字化实验技术的主要实践载体，可为高中化学实验教学提供功能完善的数据处理程序，增强高中生物实验教学效果，使教师能够在良好的条件下有序地进行生物实验教学。在此期间，计算机的Windows系统可支撑数据开发（DataStudio）类程序的运行，用数字、图表、曲线等方式呈现生物实验数据，而学生可根据程序内分析工具，高效的分析实验数据，保障高中生物实验教学质量。
二、高中生物实验教学中数字化实验技术的实践价值
数字化实验技术在高中生物实验教学中有着不可忽视的优势，具体可体现在两方面。一方面，传统高中生物实验教学中，学生通常需要用眼睛、纸张观察并记录数据，且实验只能在室内进行。甚至少数学校因实验设备不足，读取实验数据的时间较长，同时无法确保生物实验数据读取的准确性，从而使学生在分析实验结果时的误差较大，无法更为系统地掌握高中生物知识[2]。数字化实验室可在具体应用中，直接利用传感器采集所测量的实验数据，将其传输至教室内多媒体设备、计算机上，使学生在实验过程中实时获取实验数据，有利于提高学生分析、记录数据的便捷性，确保生物实验数据整理的准确性。因此，为优化高中生物实验教学，有效培养学生学科素养，教师需正确看待数字化实验技术，将其渗透在生物实验教学中，使学生在生物知识的探究、实验中高效率的内化生物知识，构建完整的高中生物知识体系。
另一方面，将数字化实验技术应用在生物实验教学中，可实现学会操作、实验数据的同步呈现，使学生直观感知实验中数据的变化。在采集实验数据时，数字化实验技术可在保证高中生物实验数据可靠性的基础上，确保实验数据的完整性，帮助学生及时完成高中生物实验学习任务，降低实验教学的难度，避免学生因实验数据、实验操作难度较大而产生厌烦心理。不仅如此，在高中生物实验教学中，数字化实验技术可凭借自身新颖的呈现方法，吸引学生注意力，激发学生对生物知识学习的兴趣，懂得在生物实验活动中积极地参与课堂互动，解决生物教学中的实际问题，提高高中生物教学水平[3]。
三、数字化实验在高中生物实验教学中的实践策略
1.结合学生实际情况，设计数字化生物实验
教师在高中生物实验教学中，实践数字化实验技术时，应结合学生在生物实验中的具体情况，针对性的数字化的高中生物实验。因此，教师应根据生物课本内教学内容、学生学习进度，选择是否可应用数字化实验。原因在于数字化实验虽然在生物实验中有着较大优势，但无法彻底的替代传统实验，所以教师需要结合具体的实验内容，利用数字化实验技术对原有实验进行优化与补充，满足学生在采集实验数据、整理实验数据时的基本要求[4]。
例如在学习“细胞大小与物质运输的关系”的相关知识时。学生需要通过实验，了解细胞大小，即细胞体积、表面积的比例，及其与物质运输效率的关系，从而分析细胞不可能无限长大的原因。教师在实验教学设计中，利用数据采集器、电导率传感器、电脑、天平、烧杯、搅拌棒等设备将其设计为数字化实验，并提前准备蒸馏水、琼脂、NaCl等材料。学生进入实验室后，需将琼脂块放入1000ml的清水中，随后加入12～13g的琼脂粉，待其溶解后，倒入40g的NaCl，搅拌直至谁烧杯内的材料沸腾。沸腾后将其冷却为固体琼脂。将固体琼脂划分为相同大小的琼脂块后，连接传感器、数据采集器等实验仪器，采集实验结果分析中所需的数据。分析实验结果时，学生可在数字化实验中直观地查看琼脂块体积变化的曲线图，从而得出细胞相对表面积越大，其物质运输效率越大的结论。上述案例中，教师在数字化实验技术的实践中，按照本节课的教学内容设计数字化实验，让学生能够在数字化实验设备的帮助下，更为直观、高效地完成实验，掌握实验教学的重点内容，对提升高中生物教学质量意义重大[5]。
2.优化实验教学流程，直观呈现实验数据
高中生物教学中数字化实验技术的核心在于传感器、计算机的联合应用，所以在优化传统生物实验教学流程，直观呈现实验数据时。教师可从多角度分析生物实验中的数据采集方法，将数字化实验程序、系统渗透在生物实验流程中，帮助学生在实验中进行信息、数据交流，总结归纳实验数据。使学生在实验数据资源的整合中，快速地找出生物实验数据变化规律，随后对实验进行定性分析，确保实验结果分析的可靠性[6]。除此之外，数字化实验技术可利用曲线、图表展示实验中的实验数据、实验现象，教师在生物实验教学过程中，可利用该技术突出展示实验现象，深化学生情感体验。
以“影响酶活性的条件”这节实验课为例。学生在实验中需掌握“探索影响酶活性的条件的方法”，知道在不同温度、pH酸碱度条件下，氧化氢酶在催化后的水解情况。实验过程中，教师需准备氧气传感器、试管夹、量筒、三脚架、试管、酒精灯、石棉网、大小烧杯、温度计等实验用具。在给试管编号后，教师知道学生在1号、2号、3号试管中倒入可溶性淀粉液，摇匀后依次加入37摄氏度的水、沸水、放有冰块的水中，保持5分钟后。滴入碘液，分别摇匀三个试管，记录试管中溶液颜色变化，同时利用氧气传感器，直接测试1号、2号、3号试管中压强的变化，将测试數据整理为曲线图，传输至PPT上，组织学生按照实验数据，分析不同条件下酶活性的变化值，学习实验中的生物实验知识。教师在实验过程中，利用数字化实验技术优化传统实验流程，可降低生物实验数据采集、记录与分析难度，使学生在实验数据的直观呈现中，有效内化教学内容，对生物实验产生兴趣[7]。
3.改进传统实验方法，引导学生主动探究
学生作为高中生物课堂的主体，教师在实践数字化实验技术时，还应在改进传统生物实验方法的前提下，引导学生主动探究。具体来说，教师应设计数字化生物实验时，应以传统实验为载体，联系学生熟悉的生活情境、游戏情境，融合小组合作、自主探究、任务驱动等教学方法，促使学生在数字化实验过程中主动探索问题、发现实验教学中的问题，借此培养学生知识探究、问题解决能力[8]。
例如在“光合作用的原理和应用”的学习中，学生需要通过实验探究活动，分析环境因素、光合作用的基本关系。在学生了解光合的应用等基本概念后，教师启发学生总结光合作用强度的概念，学习CO2+H2O=（CH2O）+O2这一光合作用的表示方法，知道单位时间内，光合作用会产生二氧化碳、氧气、糖类。了解实验基础知识后，教师请学生拿出提前捡拾的树叶，用打孔器在树叶上打出直径为1厘米左右的小孔，但需避开叶脉。完成后，将圆形的叶片放入水中，抽出叶片周围的气体。之后，教师将学生分为4个小组，请2组学生将烧杯放在40W的台灯下，另外两组学生将烧杯放在暗处，然后用溶解氧传感器记录烧杯所释放的氧气，生成曲线图，帮助学生分析环境对光合作用强度造成的影响。实验过程中，教师在设计数字化生物实验时，使用学生熟悉的生活素材进行实验，并通过小组学习、自主探究与思考等方式，调动学生在实验中的积极性，让学生在溶解氧传感器的帮助下，清晰的了解实验中的变化，探究生物实验规律，从而提高学生在生物实验教学中的学习能力。
结语
综上所述，为发挥高中生物实验教学对学生内化生物知识、掌握生物学科技能的积极作用，教师应将数字化实验技术应用在高中生物实验教学中，从而通过数字化实验的数据呈现、分类整理功能，提高学生采集实验数据的效率。但是为确保高中生物实验教学设计方案的可行性，教师在数字化实验技术实践中，仍需深入分析高中生生物学科特点、学生认知特点，采用多样化的实验教学模式，增强高中生物实验教学实效性，提出数字化实验在高中生物教学中的应用优势。
【参考文献】
[1]李涛，黄彩霞，赵浩斌.高中生物教学中的虚拟实验[J].教学与管理，2017（9）：13-16.
[2]陈洁.问卷星平台在高中生物学探究性实验评价中的应用[J].生物学教学，2019（12）：31-33.
[3]陈铮.数字化技术与中学生物探究实验整合的策略与实践[J].基础教育参考， 2018（20）：66-67.
[4]汤向荣.数字化微型实验在高中生物学实验教学中的应用[J].生物学教学，2019（3）：32-33.
[5]张进霞.多媒体信息技术助力高中生物实验教学[J].数字通信世界，2020（07）：223-223.
[6]卓 李.信息化环境下信息技术在高中生物实验教学中的应用研究[J].教育研究，2019（11）：25-27.
[7]周雪荣.DIS实验技术让高中生物学探究实验“动起来”[J].信息记录材料，2019（10）：101-102.
[8]田華.高中生物课堂教学中新技术的应用[J].中学生物教学，2017（12）：118-120.
（作者单位：江苏省口岸中学）
