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摘 要：數(shù)字化實驗教學模式是利用各種傳感器測量實驗數(shù)據(jù)并通過計算機數(shù)據(jù)處理軟件進行數(shù)據(jù)的實時采集、建模和圖像分析的技術。利用數(shù)字化實驗呈現(xiàn)結(jié)果，不僅可以使實驗定量分析更準確、結(jié)果更直觀，而且操作簡便、靈活，減少了煩瑣的計算，簡化了課堂教學程序，也能夠真正實現(xiàn)對學生科學探究能力的培養(yǎng)。

關鍵詞：生物教學;探究實驗;數(shù)字化實驗

一、現(xiàn)狀分析

新一輪的高中生物課程標準提出要提高學生的生物科學素養(yǎng)尤其是發(fā)展學生的科學探究能力。但實驗課程作為科學探究的重要載體目前存在諸多問題 [1 ]。探究性實驗教學因為傳感器技術的數(shù)字化實驗系統(tǒng)走進實驗室從而得到發(fā)展。筆者運用數(shù)字化實驗系統(tǒng)對探究性實驗“探究酵母菌細胞呼吸的方式”進行優(yōu)化，彌補傳統(tǒng)教學中該實驗耗時長、實驗裝置存在一定的局限性，造成在實際教學中開設率極低的現(xiàn)象，必須要探索新的方法 [2 ]。

基于傳感器技術的數(shù)字化實驗系統(tǒng)是由計算機及配套軟件、傳感器、數(shù)據(jù)采集器三部分構成。傳感器是通過測量生物實驗的實驗數(shù)據(jù)然后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送到數(shù)據(jù)采集器，而數(shù)據(jù)采集器是將來自傳感器的數(shù)據(jù)進行采集并傳送到計算機。配套軟件能以多種形式將測得的數(shù)據(jù)顯示出來?！疤骄拷湍妇毎粑姆绞健笔侨私贪娓咧猩镏械奶骄繉嶒灒ㄟ^酵母菌細胞呼吸方式的探究不僅讓學生為后面的學習打下了基礎，還能培養(yǎng)學生根據(jù)相關的科學原理舉一反三地聯(lián)系實際的能力 [3 ]。

二、數(shù)字化實驗教學流程

學生已經(jīng)學習了酵母菌在有氧和無氧條件下都能生存，知道酵母菌能使葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精，但不清楚這一過程是在有氧條件下還是無氧條件下進行的。在傳統(tǒng)實驗中實驗裝置煩瑣而且進行酵母菌培養(yǎng)時耗時8～10h，極大地限制了教學活動的開展，給教學帶來了困難。但通過數(shù)字化傳感器設備設計實驗可以幫助學生理解其本質(zhì)：培養(yǎng)液中的酵母菌細胞利用溶解氧進行有氧呼吸，氧氣用完之后就會進行無氧呼吸而且可以通過溶解氧傳感器來監(jiān)測氧氣濃度。由于能夠在課堂時間內(nèi)完成實驗就可以及時進行課堂反饋，實驗前準備溶解氧傳感器和數(shù)據(jù)采集器，通過USB線與計算機相連進行存儲和分析，點擊通用軟件，打開傳感器開關，屏幕顯示傳感器與軟件連接成功 [4 ]。將一定濃度的葡萄糖溶液和一定量的活性干酵母依次加入錐形瓶中，放入磁轉(zhuǎn)子。將溶解氧傳感器插入錐形瓶內(nèi)調(diào)節(jié)探頭高度最后將密閉好的錐形瓶放在磁力攪拌器上勻速攪拌。在軟件中自行設置相應參數(shù)點擊開始，軟件界面就會出現(xiàn)實時數(shù)據(jù)和實時曲線，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后點擊保存。

三、評價

生物教學活動的重要內(nèi)容是實驗，教師在教學過程中充當指導者并給學生提供一定的幫助，在探究過程中使學生能有一個明確的方向。筆者發(fā)現(xiàn)在高中生物實驗教學中運用數(shù)字化實驗可以在較短的時間內(nèi)完成大量的數(shù)據(jù)處理并隨時獲得實驗數(shù)據(jù)，直觀地得出實驗結(jié)論。運用傳感器技術與傳統(tǒng)實驗相整合，以實時數(shù)據(jù)和曲線的形式直觀地呈現(xiàn)酵母細胞的呼吸方式，使學生擺脫了煩瑣的計算和手工作圖工作，從而有更多的時間用于探究實驗的設計、分析、驗證和修改。通過對軟件參數(shù)的設置，可以完整地記錄下整個實驗過程，而且多種傳感器可同時接入一個數(shù)據(jù)采集器進行同步采樣、分析 [5 ]。在實驗中，學生不僅可以從物質(zhì)與能量的角度形成新的生命觀念，而且能基于實驗數(shù)據(jù)進行進一步探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，從而發(fā)展科學思維;最后分析得到的細胞呼吸的兩種方式有助于指導生產(chǎn)實踐，從而培養(yǎng)學生的社會責任感。今后在實際教學活動中以傳統(tǒng)實驗為載體，創(chuàng)設具體的生活情景，讓學生主動發(fā)現(xiàn)問題、研究問題從而解決問題，并利用數(shù)字化實驗設備進行探究，獲取相應的知識和能力 [6 ]。

新課改倡導培養(yǎng)學生基本能力的同時，注重培養(yǎng)學生的科學探究能力，信息技術特別是基于傳感器技術的數(shù)字化實驗系統(tǒng)為此提供了新的契機。學生接觸新的信息技術手段，與社會發(fā)展接軌，有利于學生的全面發(fā)展 [7 ]。在這種環(huán)境的推動下，隨著信息技術的發(fā)展，數(shù)字化實驗系統(tǒng)進入中學理科教學是必然趨勢。

參考文獻：

[1]王飛.高中生物探究性實驗教學的現(xiàn)狀與反思[J].天津師范大學學報，2019（2）.

[2]韓曉.高中生物實驗的改進和拓展[J].中學生物教學，2015（3）.

[3]曹春華.“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗改進與實施[J].福建基礎教育研究，2010，8（5）：15.

[4]喻金龍.高中物理DIS實驗基礎與拓展研究[D].上海：上海師范大學，2011.

[5]張云，林穎韜.高中生物實驗技術與教學[M].廈門：廈門大學出版社，2015.

[6]李惠新.對基于實驗探究的生物課堂教學的幾點反思[J].教學月刊：中學版（教學參考），2014（11）.

[7]張風.基于傳感器技術的數(shù)字化實驗在高中生物實驗教學的應用研究[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古師范大學，2016.