生物学数字化实验教学实施的困境与突破

生物学数字化实验教学实施的困境与突破

田琦源

吉首市第二初级中学

摘要：随着新课程标准改革的不断推进，要求教学与科学技术共同发展和进步，数字化实验也逐步走进了初中生物课堂，如何加强学生理论联系实际的能力，将数字化实验有机渗透于初中生物课堂教学中，成为了摆在诸多生物教师面前的重要课题。基于以上，本文将结合农村实际情况，就生物学数字化实验教学实施的困境与具体实践的教学策略展开分析和探讨。

关键字：初中生物学；数字化实验；困境与突破

引言

实验教学作为理科教学的重要内容、重要方法，对学生理科知识的掌握，以及科学研究方法、实验技能、科学思维和创新精神的培养，都具有重要的地位和作用。随着信息技术的发展，传感器、仿真技术、虚拟现实、人工智能等技术都已经被运用到前沿的科学实验领域中。运用数字化技术赋能中学实验教学，能为实验教学提供新的空间和路径，从而实现实验数据的精准记录、拓展实验教学的时间与空间、增强学习过程的真实体验、确保实验过程的安全可靠。

一、生物学数字化实验教学实施的困境

（一）实验设备落后，实验条件有限

农村初中在生物实验教学方面面临的一大挑战是实验设备的落后和实验条件的限制。由于经济条件相对薄弱，很多农村初中的生物实验室设备陈旧，更新换代速度缓慢。这不仅限制了实验的开展范围，也使得部分实验效果不尽如人意，无法为学生提供充分的实践操作机会。

（二）学生实验参与度不高

由于实验条件的限制和教师教学方法的不当，农村初中学生在生物实验教学中的参与度普遍较低。学生往往只是被动地接受教师的演示和讲解，缺乏主动探究和实践的机会。这不仅影响了学生的学习兴趣和积极性，也制约了他们在实验教学中获得实践能力和创新精神的培养。因此，如何激发学生的实验兴趣，提高他们的实验参与度，是当前农村初中生物数字化实验教学需要重点解决的问题。

二、生物学数字化实验教学创新突破策略

（一）应用数字传感技术

实验教学不仅仅是观察、描述实验现象，还需要在实验中获取实验数据，对数据进行整理，从而得到结论、验证假设。在以往的实验中，很多时候都需要学生用眼睛观察数据，进而记录下来实验数据并进行整理。因此，在开展实验的过程中因为实验条件不足及部分人员操作不规范可能导致数据读取时间较长，且无法保证准确性，这就对实验结果的分析及处理增加了难度。相较于传统的生物实验手段，数字化实验技术从根本上解决了该问题。在数字化实验过程中传感器可以将测量到的实验数据利用采集器传送到计算机上进而通过不同的形式展现出这些数据，这样学生就可以实时、正确地获取数据。这样的操作在实践过程中大大节省了实验时间，有效提升了实验效率，教师和学生就可以将更多的时间放在分析及评价结果上从而得出更有效的实验结论，确保实验的可靠性及准确性。

例如，在“探究植物对空气湿度的影响”这一实验中需要测量空地、草坪的湿度。学生利用湿度传感器将其放到学校内的空地上就可以从电脑中获取实验数据，之后将数据整理保存好再将传感器放到草坪上进行测量，学生可以通过电脑屏幕看到逐渐上升的曲线，当曲线到达一定高度后会慢慢趋于平稳。学生通过对比测量到的两条曲线可以直接用眼睛看出哪个地方的空气湿度更大还能正确读取实验数值。通过与其他同学的测量结果对比，学生能够找出实验误差，在对比的过程中学生的科学探究能力得到显著提升，其创造性思维得到发展。再例如，在进行“植物的光合作用和呼吸作用”的教学过程中，作为教学重点，也是教学难点，学生对真正光合速率、净光合速率、呼吸速率总是混淆，对试题中出现的表格、曲线和柱状图等数据分析感到困惑，为解决这一问题，教师可以选择让学生走进数字化实验室，通过氧气传感器以及二氧化碳传感器等精准的数字化实验装备，精准测定植物光合作用与呼吸作用产生和消耗的氧气和二氧化碳的数据量，再对得到的数据进行曲线分析和对比，加强学生们对于绿色植物光合作用和呼吸作用数据化处理能力，从而对于相关试题和问题处理起来会更得心应手，提升解题能力和分析思考能力。

（二）引入虚拟现实技术

虚拟现实技术可以为学生提供更加真实和直观的实验体验。教师可以将虚拟现实技术引入到初中生物实验教学中，让学生在虚拟环境中进行实验操作，感受实验现象的真实性。同时，教师也可以通过虚拟现实技术进行实验演示，提高实验教学的效果。

例如，通过虚拟现实技术，教师可以创建一个三维的生物细胞模型，让学生直观地观察和理解细胞内部的结构和功能。这样，学生就可以在虚拟环境中自由地探索和操作细胞，深入了解生物学的基本概念。此外，虚拟现实技术还可以用于模拟生物体的生长和发育过程。通过虚拟现实技术，学生可以亲眼目睹植物从种子发芽到成熟的过程，或者观察动物从胚胎发育到成体的过程。这种身临其境的体验将极大地激发学生对生物学的兴趣和好奇心。同时，虚拟现实技术也可以用于模拟生物实验的操作过程。在虚拟环境中，学生可以在没有风险的情况下进行实验操作，从而提高实验技能和安全性。例如，在进行解剖实验时，学生可以在虚拟环境中模拟解剖过程，避免了对实物的依赖，减少了实验误差和伤害。

（三）开发互动式实验教学平台

为了保障数字化实验的顺利开展，学校可以开发一个互动式实验教学平台，第一，通过平台学生可以在虚拟环境中进行实验操作，实时观察实验现象，并进行数据分析和处理。同时，该平台还可以提供丰富的实验资源和工具，包括实验指导、实验视频、实验软件等，方便学生自主学习和探索。此外，平台还可以实现学生之间的互动交流，他们可以在平台上分享实验经验、讨论实验问题，从而提高彼此的实验能力和解决问题的能力。这样，平台的应用就可以打破传统实验教学的时间和空间限制，使学生在任何时间、任何地点都能进行实验学习。第二，教师也可以通过平台对学生的实验操作进行指导和评价。如在教师端，平台将提供便捷的教务管理功能，教师可以方便地布置实验任务、监控实验进度、批改实验报告等。同时，平台还可以为教师提供丰富的教学工具，如在线测试、讨论区、问答区等，帮助教师更好地开展实验教学和课堂互动。第三，为了确保实验教学的质量和效果，平台要采用先进的虚拟现实技术和人工智能技术，模拟真实的实验环境，使学生在操作过程中感受到实验的真实性和趣味性。同时，平台还可以根据学生的学习情况和需求，智能推荐适合的实验项目和教学资源，实现个性化教学。

（四）创新丰富实验活动

在数字化教育背景下，农村学校初中生物实验教学需要创新教学方法。教师要根据学生的学习能力与实际学习需求制定合理的教学方案，通过丰富的实验活动增强学生的实践能力。教师可以利用数字化技术，如多媒体设备、网络平台优化调整教学方法，提高实验教学的效率，再根据学生的兴趣爱好开展多样性的实验活动，如小组实验研究、课外实验学习、真实实践体验等系列活动，让学生深入地理解实验方法，掌握生物知识。教师要创新实验设计，引导学生进行自主学习与自主探究，设计的内容要更加新颖，实验项目要具趣味性，才能有效提高学生的参与兴趣。

三、结语

总而言之，实验教学是初中生物学习中的一个重要组成部分，而数字化实验技术的应用可以改善和解决农村学校传统实验方式中的不足，提高实验的质量及效率，因此，教师需要将数据化实验技术合理的应用到初中生物教学中，不断提高学生的生物学科水平。

参考文献：

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