王 輝 （深圳市南山區(qū)華僑城中學(xué) 廣東深圳 518053）

1 實(shí)驗(yàn)操作考評(píng)現(xiàn)狀調(diào)查

在基礎(chǔ)教育中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的落實(shí)情況歷來為素質(zhì)教育倡導(dǎo)者所擔(dān)憂，有很多單位和個(gè)人對(duì)中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行過相關(guān)研究［1-2］。為了全面培養(yǎng)生物學(xué)科核心素養(yǎng)，落實(shí)素質(zhì)教育，達(dá)到以考促教的目的，不少省、市都在嘗試進(jìn)行理科實(shí)驗(yàn)操作考試。例如廣東、江蘇、河南、山西等地組織初中生進(jìn)行理科實(shí)驗(yàn)考試。研究其組織形式，大多是一個(gè)考室安排多名監(jiān)考教師，一對(duì)一或一對(duì)多監(jiān)考學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作過程，面對(duì)考生現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)，考生對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果認(rèn)同后簽字的模式。太原市和中山市等地對(duì)考生的操作過程全程錄像，對(duì)成績有異議的考生，可以通過回看視頻再次評(píng)價(jià)。

研究各地教育部門的相關(guān)文件，例如《鄭州市教育局關(guān)于做好2015年中招理化生實(shí)驗(yàn)操作考試工作的通知》特別強(qiáng)調(diào)：“……（二）要采取措施，公平公正。一是要加強(qiáng)監(jiān)考人員的紀(jì)律教育，完善監(jiān)督機(jī)制。二是要加強(qiáng)監(jiān)考教師的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，使監(jiān)考教師充分掌握評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，做到評(píng)分尺度統(tǒng)一，確保監(jiān)考和評(píng)分工作公平、嚴(yán)肅?！睆纳鲜鑫募锌梢钥闯?，如何公平公正地考評(píng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，更值得探索。

2 DIS 技術(shù)在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

DIS 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)已為大家所熟知，在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也有一些探索： 例如探究不同pH 值對(duì)過氧化氫酶活性的影響［3-4］、探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用速率的影響［5］。本文介紹2 個(gè)本校在課題研究（廣東省教育研究院教育研究課題——高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考試研究與實(shí)踐） 中的研發(fā)案例：探究植物細(xì)胞的失水和吸水；檢測(cè)生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)。

使用DIS 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，不僅可優(yōu)化部分傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，還能降低教學(xué)難度，幫助解決一些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段不能解決的問題。它讓實(shí)驗(yàn)過程演示得更精確、直觀、具可比性，這些都是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無法比擬的優(yōu)越性［6］。

3 DIS 實(shí)驗(yàn)操作智能考評(píng)系統(tǒng)的研究思路和案例

3.1 DIS 實(shí)驗(yàn)操作智能考評(píng)系統(tǒng)的研究思路依據(jù)現(xiàn)行中學(xué)生物學(xué)教材的實(shí)驗(yàn)課題，突破傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)手段和方案設(shè)計(jì)，利用傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的關(guān)鍵步驟和結(jié)果呈現(xiàn)。采集數(shù)據(jù)，根據(jù)課題的需要尋求相應(yīng)的算法，經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在相應(yīng)的軟件中預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和容錯(cuò)范圍，設(shè)置賦分點(diǎn)，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果給出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)（數(shù)據(jù)檢測(cè)點(diǎn)的設(shè)置及賦分參考圖2、圖4）。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在后臺(tái)留存?zhèn)洳椤?/p>

DIS 技術(shù)更接近當(dāng)前科技發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)更為有益。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作考試相比，實(shí)驗(yàn)操作智能考評(píng)系統(tǒng)既針對(duì)結(jié)果，又注重過程；評(píng)價(jià)準(zhǔn)確、客觀、公正；能克服人力評(píng)價(jià)的各種不足，并提供考生及其家長進(jìn)行成績異議復(fù)查的客觀依據(jù)。

測(cè)試發(fā)現(xiàn)學(xué)生能在30 min 左右適應(yīng)考評(píng)系統(tǒng)，效果超出預(yù)期。

3.2 DIS 實(shí)驗(yàn)操作智能考評(píng)系統(tǒng)的研究案例

案例1：探究植物細(xì)胞的吸水和失水實(shí)驗(yàn)。

這是教材中的一例典型生物學(xué)實(shí)驗(yàn)： 既有顯微鏡的使用，又有對(duì)學(xué)生探究能力的培養(yǎng)。鑒于實(shí)驗(yàn)操作考試時(shí)間的要求，本案例僅選取探究失水部分進(jìn)行研究。

本案例研發(fā)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過傳感器檢測(cè)材料試劑的取用情況、引流操作和顯微圖像的識(shí)別處理等環(huán)節(jié)。評(píng)價(jià)學(xué)生臨時(shí)裝片的制作、顯微鏡的使用、引流法的操作要領(lǐng)和準(zhǔn)確辨識(shí)細(xì)胞的質(zhì)壁分離狀態(tài)等基本能力。評(píng)價(jià)要點(diǎn)及賦分情況詳見圖2。

1）材料用具：教材中材料用具（略），DIS 實(shí)驗(yàn)操作考評(píng)系統(tǒng)（圖1，包括課題研發(fā)的質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和相應(yīng)軟件、數(shù)碼顯微鏡）。

2）方法步驟：①連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)碼顯微鏡，打開顯微鏡電腦桌面上的考評(píng)系統(tǒng)，輸入考號(hào)登錄進(jìn)入操作界面。②數(shù)碼顯微鏡對(duì)光—制作臨時(shí)裝片—顯微觀察—采集紫色表皮細(xì)胞圖像并上傳。③引流操作： 從蓋玻片的一側(cè)滴加蔗糖溶液，在蓋玻片的另一側(cè)用吸水紙吸引，重復(fù)幾次。④顯微觀察—采集發(fā)生了質(zhì)壁分離的細(xì)胞圖像并上傳。⑤上傳實(shí)驗(yàn)結(jié)果，依據(jù)賦分情況（圖2）反思實(shí)驗(yàn)得失。關(guān)閉考評(píng)系統(tǒng)，整理實(shí)驗(yàn)臺(tái)。

案例2:檢測(cè)生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)。

本案例研發(fā)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過傳感器檢測(cè)試劑取用情況，采集并比對(duì)組織樣液反應(yīng)前、后的顏色變化。考查學(xué)生對(duì)生物材料中含有的有機(jī)成分、檢測(cè)試劑的選擇與使用，顏色反應(yīng)是否正確等知識(shí)和技能的掌握情況。鑒于已有案例1 的研究和實(shí)驗(yàn)操作考試時(shí)間的要求，僅對(duì)檢測(cè)生物材料中的有機(jī)物部分進(jìn)行探索。

該系統(tǒng)也可用于其他試劑顏色反應(yīng)類實(shí)驗(yàn)，例如酵母菌發(fā)酵產(chǎn)生酒精的檢測(cè)，粗提取DNA 的鑒定；還可用于自制酸堿指示劑、溶液酸堿性的檢驗(yàn)、苯酚的性質(zhì)和蛋白質(zhì)的性質(zhì)等化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

1）材料用具：教材中材料用具（略）。DIS 實(shí)驗(yàn)操作考評(píng)系統(tǒng)（圖3，包括課題研發(fā)的試劑顏色反應(yīng)類實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和相應(yīng)軟件、電腦）。

2）方法步驟：①連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和電腦，打開電腦桌面上的考評(píng)系統(tǒng)，登錄進(jìn)入操作界面。②檢測(cè)生物組織中的還原糖?？忌灾鬟x取生物材料，加入試管并采集顏色上傳—加入相應(yīng)的檢測(cè)試劑—水浴加熱2 min—采集顏色并上傳。③檢測(cè)生物組織中的淀粉（脂肪、蛋白質(zhì)）?？忌灾鬟x取生物材料，加入試管并采集顏色—加入相應(yīng)的檢測(cè)試劑—采集顏色。④上傳實(shí)驗(yàn)結(jié)果，依據(jù)賦分情況（圖4）反思實(shí)驗(yàn)得失。關(guān)閉考評(píng)系統(tǒng)，整理實(shí)驗(yàn)臺(tái)。

4 結(jié)語

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出：“生物學(xué)……在微觀與宏觀2 個(gè)方向的發(fā)展都非常迅速，并且與信息技術(shù)和工程技術(shù)的結(jié)合日益緊密，正在對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和人類生活產(chǎn)生越來越大的影響?！盌IS 實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用于基礎(chǔ)教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)，勢(shì)必突破傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)手段和方案設(shè)計(jì)。也有研究者擔(dān)憂中學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力，繪制生物圖的能力必然會(huì)下降。這些都與普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）的能力要求相違背。其實(shí)有些生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課題由于實(shí)驗(yàn)對(duì)象、實(shí)驗(yàn)時(shí)間跨度和實(shí)驗(yàn)方法等特點(diǎn)的限制，很難應(yīng)用傳感器進(jìn)行研究，例如調(diào)查人類遺傳病、調(diào)查土壤小動(dòng)物類群豐富度等調(diào)查類實(shí)驗(yàn)，細(xì)胞結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建等模型構(gòu)建類實(shí)驗(yàn)，還是能對(duì)學(xué)生能力的全面發(fā)展有更好的互補(bǔ)作用。

傳感器廣泛應(yīng)用于人類生活和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域，例如家用電器、工業(yè)自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、機(jī)器人技術(shù)、醫(yī)療診斷、軍事工程、航天技術(shù)等。讓傳感器走進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)，走進(jìn)課堂，有利于整體提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和進(jìn)行探究實(shí)踐。希望本文的研究能起到一點(diǎn)推動(dòng)作用。