藍(lán) 溫

隨著科技的發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)廣泛應(yīng)用于課堂教學(xué)之中?！癊+” 背景下的高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)由傳統(tǒng)的課堂講授逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)物演示和計(jì)算機(jī)輔助相結(jié)合,“E+” 背景下的高中生物實(shí)驗(yàn)由近似模擬轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化實(shí)驗(yàn),能夠完成傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無法實(shí)現(xiàn)的操作,有效提高課堂教學(xué)效率,提升學(xué)生生物核心素養(yǎng)。

一、“E+” 背景下生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

(一) 不能發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢作用

互聯(lián)網(wǎng)為高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了優(yōu)勢平臺(tái),然而部分生物教師還不能充分發(fā)揮其優(yōu)勢,在教學(xué)中為了節(jié)省教學(xué)時(shí)間,趕教學(xué)進(jìn)度,采取“說實(shí)驗(yàn)” 的方式,即用語言敘述的方式,讓學(xué)生大體了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及過程。由于學(xué)生不能通過觀察與動(dòng)手,歷經(jīng)知識(shí)發(fā)生過程,因而,很難留下深刻印象。而在教學(xué)中充分運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué),可以使教學(xué)過程更生動(dòng)形象,從而讓學(xué)生進(jìn)行真切的觀察,更好地掌握實(shí)驗(yàn)程序與環(huán)節(jié),掌握操作技能。教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中借助互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)展示操作步驟與規(guī)范,學(xué)生可以更真切地感受生物實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的要求,在實(shí)操過程中能夠按照要求進(jìn)行規(guī)范實(shí)驗(yàn),提升實(shí)驗(yàn)效率。

(二) 缺乏互動(dòng)探究活動(dòng)的有效組織

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中,通過動(dòng)手觀察與積極思考,會(huì)發(fā)現(xiàn)一些問題,這些問題需要學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上加以解決,這就離不開學(xué)生之間的合作探究。然而在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,教師雖然注重運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí),但由于互聯(lián)網(wǎng)資料的引入缺乏時(shí)間與環(huán)節(jié)的科學(xué)規(guī)劃,致使互聯(lián)網(wǎng)資料過度使用,使學(xué)生失去了互動(dòng)探究的時(shí)間,對于知識(shí)的重點(diǎn)難點(diǎn)不能深入了解,也不能有效突破教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)對生物知識(shí)進(jìn)行靈活運(yùn)用。因而,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,教師對于互聯(lián)網(wǎng)信息需要有計(jì)劃、有步驟地加以應(yīng)用,不能因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)信息技術(shù)的過度應(yīng)用而影響學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與合作探究,要根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容科學(xué)引入,這樣才能提高實(shí)驗(yàn)效果。

(三) 不善于應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)教育資源

“E+” 背景下的高中實(shí)驗(yàn)教學(xué),教師要充分利用互聯(lián)網(wǎng)教育資源,促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶岣?。然?目前的高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,部分教師不重視引導(dǎo)學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)教育資源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng),例如,在實(shí)驗(yàn)前不引導(dǎo)學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)教育資源來了解生物實(shí)驗(yàn)的過程,學(xué)生不會(huì)利用互聯(lián)網(wǎng)教育資源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。[1]在實(shí)驗(yàn)完成后,也沒有充分利用互聯(lián)網(wǎng)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行歸納總結(jié),沒有將學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成果通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行展示,難以達(dá)到啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行思考,優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案的目的。

二、“E+” 背景下生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新策略

(一) 為課堂演示實(shí)驗(yàn)提供輔助作用

高中生物課堂應(yīng)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),在實(shí)驗(yàn)的輔助下,把單純的課堂講授轉(zhuǎn)向直觀的、生動(dòng)的生命律動(dòng)過程。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,由教師反復(fù)強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)動(dòng)作規(guī)程和細(xì)節(jié)問題,學(xué)生筆記記憶,實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生通過翻看筆記進(jìn)行實(shí)際操作,增加了實(shí)驗(yàn)的難度。有些生物實(shí)驗(yàn)器材操作使用的動(dòng)作幅度小,對學(xué)生而言可見度低,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)步驟頻頻出錯(cuò)。借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù),向?qū)W生傳遞正確操作規(guī)范的同時(shí),將實(shí)驗(yàn)實(shí)物放大,從而清楚展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié),幫助學(xué)生更好地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,提高實(shí)驗(yàn)效果。

1.規(guī)范操作動(dòng)作,培養(yǎng)良好習(xí)慣

實(shí)驗(yàn)步驟只有科學(xué)規(guī)范,才能獲得正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)課程,一是對實(shí)驗(yàn)本身充滿興趣,二是模仿教師的操作動(dòng)作,所以,生物實(shí)驗(yàn)教師必須通過規(guī)范的操作動(dòng)作和準(zhǔn)確的語言描述,為學(xué)生提供正確的示范。例如,學(xué)習(xí)“植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原” 實(shí)驗(yàn)時(shí),首先要讓學(xué)生明確,質(zhì)壁分離只存在于植物細(xì)胞中,只有植物細(xì)胞才有細(xì)胞壁。實(shí)驗(yàn)需要的條件和材料備齊后,開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(借助多媒體示范): 制作洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞臨時(shí)裝片(洋蔥外表皮的平滑面朝上) →觀察→蓋玻片,在玻片的一側(cè)滴蔗糖溶液,另一側(cè)用吸水紙吸引(滴蔗糖溶液速度要緩慢,防止細(xì)胞膜受沖擊力大導(dǎo)致破裂),觀察此時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象(液泡由大到小,內(nèi)部液體顏色由淺變深,原生質(zhì)層與細(xì)胞壁分離) →蓋玻片一側(cè)滴清水,另一側(cè)用吸水紙吸引→繼續(xù)觀察(細(xì)胞質(zhì)壁復(fù)原,內(nèi)部液體顏色由深變淺)。通過教師的規(guī)范實(shí)驗(yàn)動(dòng)作加實(shí)時(shí)講解,從視覺和聽覺兩方面刺激學(xué)生感官,實(shí)驗(yàn)中整體和分解相結(jié)合,不僅加深學(xué)生對于規(guī)范動(dòng)作的記憶,同時(shí)看到了實(shí)驗(yàn)全貌,有利于學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)流程。

2.顯化過程細(xì)節(jié),助力觀察探究

中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)通常是驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn),教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中通常很關(guān)注操作的規(guī)范性問題,卻經(jīng)常忽略實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)問題,這也是導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)失敗的根本原因。因此,教師指導(dǎo)學(xué)生規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作的同時(shí),也要強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)問題,促使學(xué)生養(yǎng)成善于觀察、勤于思考、注重細(xì)節(jié)的習(xí)慣。例如,進(jìn)行“植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原” 實(shí)驗(yàn)時(shí),使用多媒體加顯微鏡高倍數(shù)播放。用刀片切割葉片時(shí)一定要薄,垂直葉脈方向,不需要染色；在實(shí)驗(yàn)過程中,提醒學(xué)生實(shí)驗(yàn)材料的加持用左手的拇指、中指和食指,同時(shí)大拇指要比食指低2～3mm,避免學(xué)生被刀片劃傷；對洋蔥進(jìn)行染色,一般染三次,每次上色完成都要使用吸水紙吸干凈載玻片上殘余染色劑,防止顏色混疊干擾,同時(shí)用鑷子壓一壓蓋玻片,防止其浮動(dòng)；復(fù)原實(shí)驗(yàn)中,蓋玻片一側(cè)滴清水,另一側(cè)吸水步驟中,滴清水要適量,水過多蓋玻片容易浮動(dòng)或污染載物臺(tái),水過少,容易導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生氣泡。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中,滴蔗糖溶液和清水,必須在實(shí)驗(yàn)桌上進(jìn)行,不能直接在顯微鏡的載物臺(tái)上進(jìn)行,否則滴液容易損壞顯微鏡,滴液過程必須重復(fù)多次；在實(shí)驗(yàn)過程中,使用的洋蔥細(xì)胞應(yīng)是保持活性的細(xì)胞。只有在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力,注重實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié),才能正確完成實(shí)驗(yàn)?！癊+” 背景下生物實(shí)驗(yàn)課堂,規(guī)范了學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程,強(qiáng)調(diào)了細(xì)節(jié)問題,讓學(xué)生養(yǎng)成了善于觀察勤于思考的習(xí)慣。

(二) 為大規(guī)模探究性實(shí)驗(yàn)提供平臺(tái)

很多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以在實(shí)驗(yàn)室通過特定的方法重現(xiàn),但有些實(shí)驗(yàn)卻無法實(shí)現(xiàn),需要學(xué)生根據(jù)自然現(xiàn)象和所學(xué)知識(shí)進(jìn)行探究。實(shí)驗(yàn)室場地?zé)o法為大規(guī)模的探究性實(shí)驗(yàn)提供場地和平臺(tái),互聯(lián)網(wǎng)所提供的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)彌補(bǔ)了這樣的缺陷,通過不同信息的組合,讓學(xué)生看到不同時(shí)間、空間的生物形態(tài)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律,有利于發(fā)展學(xué)生對知識(shí)的探究思維。

1.自行搜集資料,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

探究的一般過程是發(fā)現(xiàn)問題,提出問題,再對問題進(jìn)行分析,根據(jù)已有知識(shí)框架和相關(guān)文獻(xiàn),設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,反復(fù)驗(yàn)證,最終檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求或者自然規(guī)律。這個(gè)過程促使學(xué)生的生物實(shí)驗(yàn)思維從形象過渡到抽象,再從抽象理解形象,從而掌握生物體的本質(zhì)生命規(guī)律。例如,進(jìn)行“光合作用”實(shí)驗(yàn)時(shí)。常規(guī)實(shí)驗(yàn)室條件無法直觀展示影響光合作用的實(shí)驗(yàn)因素,這就需要利用網(wǎng)絡(luò)搭建數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái),輔助完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)流程。借助課本內(nèi)容和相關(guān)文獻(xiàn)得知,影響光合作用的因素有CO2濃度、溫度高低和光照強(qiáng)弱三項(xiàng),實(shí)驗(yàn)需要把這三個(gè)因素剝離,分別展示其對光合作用的具體影響。檢測CO2濃度的影響,設(shè)置溫度和光照為固定值,同時(shí)假設(shè)植物在光合作用過程中不需要進(jìn)行呼吸作用,排除呼吸作用產(chǎn)生的CO2濃度影響空間已有氣體濃度,此時(shí)CO2僅為已經(jīng)在空間存在的濃度,通過CO2傳感器檢測其減少量,計(jì)算光合作用的速率,從而得到CO2濃度與光合作用速率之間關(guān)系的曲線,同時(shí)利用微探測器或者觀察暗反應(yīng)過程,深刻理解光合作用吸收CO2產(chǎn)生O2的機(jī)理。其他兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)同理進(jìn)行,最終通過數(shù)字化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了光合作用的可視化進(jìn)程。利用已有知識(shí)和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),搭建大型實(shí)驗(yàn)室場所,通過合理的實(shí)驗(yàn)方案,最終實(shí)現(xiàn)了植物光合作用的數(shù)字化展示,學(xué)生深刻理解了該生命活動(dòng)過程。所以,數(shù)字化的實(shí)驗(yàn),向?qū)W生展示了無法直觀看到的微觀世界,為探究性實(shí)驗(yàn)提供了平臺(tái)。

2.展示個(gè)性方案成果,接受外界評價(jià)

借助數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn),避免了實(shí)驗(yàn)材料中強(qiáng)酸強(qiáng)堿導(dǎo)致的意外傷害,也避免了試管破裂等導(dǎo)致的傷害。借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)方案,給學(xué)生創(chuàng)造了安全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,激勵(lì)學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)造者。教師鼓勵(lì)學(xué)生在已有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和結(jié)果的基礎(chǔ)上,進(jìn)行個(gè)性方案創(chuàng)作,展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果,接受外界評價(jià),以完善實(shí)驗(yàn)流程,提高學(xué)生自學(xué)能力和實(shí)踐能力。[2]

例如,學(xué)生都知道街道兩旁的綠植、小區(qū)的綠植、各個(gè)活動(dòng)場所的綠植隔一段時(shí)間要進(jìn)行塑性削減,以滿足審美要求。學(xué)生提出利用植物向性運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),可以培育出不同形狀的植物。借助實(shí)驗(yàn)平臺(tái),學(xué)生把需要形變的莖葉外露,并調(diào)整光照角度,把暫時(shí)不需要的莖葉進(jìn)行遮擋,經(jīng)過一段時(shí)間的成長,根據(jù)需要更換光照角度或者外露莖葉,從而得到不同形狀的植被。再將學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成果進(jìn)行展示,學(xué)生之間互評優(yōu)劣,完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。所以,借助網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化平臺(tái),把宏觀的實(shí)物微觀展示,把肉眼無法看見的變化過程進(jìn)行形象表達(dá),使得現(xiàn)實(shí)中無法感知的生命運(yùn)動(dòng)可視化,激發(fā)學(xué)生對于知識(shí)的渴望,從而激發(fā)學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的欲望。

(三) 為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)提供基本條件

網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字實(shí)驗(yàn)室為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)提供了基礎(chǔ)和條件,為肉眼無法直接觀察的實(shí)驗(yàn)提供了可視化平臺(tái)。教師借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)整合模塊教學(xué),可以幫助學(xué)生深度理解基礎(chǔ)知識(shí),同時(shí)結(jié)合計(jì)算機(jī)相關(guān)軟件,向?qū)W生展示自然界生物的奧秘,激發(fā)學(xué)生興趣,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,為學(xué)生提供創(chuàng)新的基礎(chǔ)和平臺(tái)。[3]

1.整合模塊教學(xué),深度理解基礎(chǔ)知識(shí)

生物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模塊教學(xué),有助于幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)的系統(tǒng)分類,從而深刻理解基礎(chǔ)知識(shí)。

例如,2019 年冬到2020 年春,我國新冠肺炎疫情突發(fā)。那么,病毒和細(xì)菌的異同是什么,和癌細(xì)胞的異同是什么,和正常細(xì)胞的異同又是什么。通過虛擬平臺(tái)模擬病毒、細(xì)菌、癌細(xì)胞和正常人體細(xì)胞,觀察其結(jié)構(gòu)差異、生存環(huán)境條件差異,模擬前三種和人體正常細(xì)胞處于同一個(gè)環(huán)境中,觀察其對正常細(xì)胞的破壞過程,從而幫助學(xué)生深度理解這四種細(xì)胞的異同,掌握病毒、細(xì)菌和癌細(xì)胞的擴(kuò)散過程,讓學(xué)生意識(shí)到生命的脆弱,更加愛護(hù)生命,也愿意保護(hù)他人的生命。所以,將生物知識(shí)分離為模塊,借助虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行模塊之間的對比學(xué)習(xí),通過仿真各類細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)和生長規(guī)律,幫助學(xué)生更深入地理解掌握相關(guān)知識(shí)。

2.整合計(jì)算機(jī)軟件,培養(yǎng)創(chuàng)新能力

在“E+” 背景下,學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究興趣濃厚,結(jié)合相關(guān)的計(jì)算軟件,讓生物實(shí)驗(yàn)從觀察記錄發(fā)展到模擬仿真,縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間,增加了學(xué)生思考時(shí)間,為學(xué)生進(jìn)行科學(xué)創(chuàng)新提供了平臺(tái)。例如,微生物培養(yǎng)時(shí),需要根據(jù)微生物的不同種類和生活習(xí)性制定不同的培養(yǎng)基,同時(shí)要求其生活生長環(huán)境無菌。在人工實(shí)驗(yàn)室條件下,無法真正達(dá)到該實(shí)驗(yàn)要求,很容易引發(fā)污染導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。借助軟件平臺(tái),通過計(jì)算機(jī)軟件控制相應(yīng)的溫度、濕度、氧氣等條件,在此基礎(chǔ)上,學(xué)生進(jìn)行人工接種,即通過計(jì)算機(jī)軟件,將微生物由單純培養(yǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌吓囵B(yǎng),由獨(dú)生轉(zhuǎn)變?yōu)楣采P(guān)系,再對外來成分或者細(xì)菌形成強(qiáng)烈的干擾。有的學(xué)生認(rèn)真閱讀相關(guān)文獻(xiàn),做出了腸道菌群分離株使抗腫瘤藥物阿霉素失活的實(shí)驗(yàn),極大地豐富了學(xué)生的知識(shí)領(lǐng)域,同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。所以,虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的出現(xiàn),不僅幫助學(xué)生直觀看到實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié),而且完成了實(shí)際環(huán)境條件下無法完成的實(shí)驗(yàn),同時(shí)也為學(xué)生思維的拓展和創(chuàng)新提供了條件和平臺(tái),激發(fā)了學(xué)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣,提高了學(xué)生的動(dòng)手能力。

綜上所述,“E+” 背景下的高中生物實(shí)驗(yàn)課程,為學(xué)生提供了開放性的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,增加了學(xué)生動(dòng)腦和動(dòng)手的機(jī)會(huì),同時(shí)由于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的便捷性、安全性和實(shí)驗(yàn)環(huán)境、器材的豐富性,為學(xué)生提供了豐富的想象空間和創(chuàng)新空間,鍛煉了學(xué)生的發(fā)散性思維能力,培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)探究的興趣,提升了學(xué)生的生物學(xué)科綜合素養(yǎng)。