楊建忠 王其鶴

（1.江蘇省靖江高級(jí)中學(xué) 江蘇泰州 214500）

（2.江蘇省靖江市教師發(fā)展中心 江蘇泰州 214500）

在提倡深度教學(xué)的現(xiàn)今，數(shù)字化教學(xué)逐漸得到廣泛的運(yùn)用。高中生物學(xué)科的數(shù)字化教學(xué)，除了借助電腦與網(wǎng)絡(luò)的常規(guī)教學(xué)外，教師還可借助數(shù)碼顯微鏡、數(shù)字傳感器、智能手機(jī)等開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。常規(guī)教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)化既提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，又因拓展了知識(shí)的外延、背景、來(lái)源、去路而增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的深刻性；實(shí)驗(yàn)教學(xué)的數(shù)碼化、數(shù)字化、智能化，既保持了常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，又凸顯著特有的交互性、精確性、簡(jiǎn)便性優(yōu)勢(shì)。下面以“細(xì)胞器之間的分工合作”為案例，對(duì)高中生物數(shù)字化教學(xué)的創(chuàng)設(shè)與實(shí)施進(jìn)行探索。

1 創(chuàng)設(shè)顯微觀察情境，實(shí)施數(shù)碼互動(dòng)教學(xué)

為了增加學(xué)生對(duì)“細(xì)胞內(nèi)具有多個(gè)相對(duì)獨(dú)立結(jié)構(gòu)”的感性認(rèn)識(shí)，克服認(rèn)識(shí)微觀結(jié)構(gòu)的困難，領(lǐng)悟科學(xué)研究方法和習(xí)得一定的操作技能，提升學(xué)科核心素養(yǎng)，《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）建議進(jìn)行“觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)。

鑒于實(shí)驗(yàn)教學(xué)順利開展的需要，筆者摒棄難以獲得、需溫暖強(qiáng)光才能發(fā)生細(xì)胞質(zhì)環(huán)流的黑藻材料，選用小河里易于找到、幾乎隨時(shí)發(fā)生細(xì)胞質(zhì)環(huán)流的苦草葉片，指導(dǎo)課外興趣小組各成員從背面將其刮成薄片，并保存于清水中待用。同時(shí)，用智能手機(jī)將制作過程予以錄像，以便在課堂適當(dāng)時(shí)期讓全體學(xué)生觀看。

課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，全體學(xué)生分成協(xié)作學(xué)習(xí)的若干大組，各大組將苦草葉薄片分成三等份，由其下的3個(gè)小組分別進(jìn)行浸沒于水中、浸沒于中性紅溶液中對(duì)液泡活體染色、浸沒于健那綠溶液中對(duì)線粒體活體染色的平行操作。等待數(shù)分鐘（此時(shí)，教師播放刮制薄片錄像），各小組分別取出三種不同處理的苦草葉薄片，制成臨時(shí)裝片；并利用數(shù)碼顯微鏡，按照先低倍后高倍的操作方法，對(duì)自制的裝片進(jìn)行觀察。一小組重點(diǎn)觀察綠色顆粒環(huán)繞著大的無(wú)色區(qū)域在流動(dòng)的細(xì)胞并錄像上傳；一小組側(cè)重觀察綠色顆粒環(huán)繞著大的紅紫色泡狀結(jié)構(gòu)在流動(dòng)的細(xì)胞并錄像上傳；一小組主要觀察同時(shí)分布有細(xì)小藍(lán)色線點(diǎn)、較大綠色橢球形顆粒、非常大無(wú)色區(qū)域的細(xì)胞并拍照上傳。

數(shù)碼顯微系統(tǒng)使得任意一組學(xué)生協(xié)作活動(dòng)的鏡下圖像能夠在學(xué)生機(jī)及教師機(jī)的顯示屏上即時(shí)呈現(xiàn)，有利于教師對(duì)各小組的學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行全程實(shí)時(shí)了解、指導(dǎo)與糾偏。當(dāng)教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生觀察到理想的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，能夠利用交互功能指導(dǎo)學(xué)生攝像、拍照和上傳，能夠?qū)⑸蟼鲀?nèi)容即時(shí)投影到屏幕或其他學(xué)生的電腦屏上，實(shí)現(xiàn)觀察現(xiàn)象的共享，實(shí)現(xiàn)不同小組間的及時(shí)借鑒與自動(dòng)校正，從而有效克服少指導(dǎo)、少交互、難檢測(cè)、難示教等利用普通光學(xué)顯微鏡的缺陷，顯著提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，促進(jìn)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能和核心素養(yǎng)的發(fā)展。

另外，在不具備數(shù)碼顯微互動(dòng)條件時(shí)，教師可借助支架將智能手機(jī)與普通光學(xué)顯微鏡構(gòu)成組合終端（圖1），利用智能手機(jī)的拍攝功能，既可以在手機(jī)屏上呈現(xiàn)鏡下圖像，使師生觀察更為方便，又可以拍照錄像，及時(shí)記錄觀察結(jié)果，還可借助微信或QQ等平臺(tái)，進(jìn)行相互交流共享，從而起到等同于數(shù)碼顯微互動(dòng)的效果。

圖1 智能手機(jī)與顯微鏡組合終端

2 創(chuàng)設(shè)定量測(cè)量情境，實(shí)施數(shù)字分析教學(xué)

“闡明擔(dān)負(fù)著運(yùn)輸物質(zhì)、分解與合成、傳遞信息和轉(zhuǎn)換能量等生命活動(dòng)”是《課程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)細(xì)胞器學(xué)習(xí)提出的內(nèi)容要求。這些分子水平的化學(xué)變化是看不見摸不著的。如何創(chuàng)設(shè)情境變枯燥無(wú)味的言語(yǔ)灌輸為興趣盎然的主動(dòng)學(xué)習(xí)，是教師不斷研究的內(nèi)容。對(duì)葉綠體、線粒體的學(xué)習(xí)，教師可借助差速離心技術(shù)和數(shù)字釆集分析系統(tǒng)，開展定量測(cè)定相關(guān)氣體變化量的實(shí)驗(yàn)，既能使學(xué)生直觀體驗(yàn)它們的功能，又能習(xí)得基本實(shí)驗(yàn)技能，還能有效發(fā)展探索創(chuàng)新等科學(xué)探究素養(yǎng)。

首先，課外興趣小組各成員制備具有生理活性的葉綠體懸浮液：取3 g菠菜葉剪成碎片，于15 mL物質(zhì)量濃度為0.4 mol/L蔗糖溶液中迅速充分研磨成勻漿，用6層紗布將勻漿進(jìn)行過濾；取兩支離心管，分別裝入5 mL濾液，以1 000 r/min下離心2 min；將離心管中的上清液等量移入另外兩支離心管中，以3 000 r/min離心5 min；取第二次離心的沉淀物，加入4 mL物質(zhì)量濃度為0.4 mol/L蔗糖溶液，制得葉綠體懸浮液，于4℃條件下避光保存待用。

接著，課外興趣小組各成員制備具有生理活性的線粒體懸浮液：于活畜屠宰場(chǎng)取現(xiàn)宰雞（或豬）的肝臟，用生理鹽水清洗并吸干表面；稱取1 g鮮肝剪碎，放入盛有0℃預(yù)冷的9 mL物質(zhì)量濃度為0.25 mol/L蔗糖溶液（由10 mL物質(zhì)量濃度為0.1 mol/L三羥甲基氨基甲烷溶液+8.4 mL物質(zhì)量濃度為0.1 mol/L鹽酸+100 mL蒸餾水+蔗糖配制成）的玻璃勻漿器中，在0℃條件下將肝臟制成勻漿；將勻漿分成兩等份加入兩支離心管中，在4℃下，先以4 800 r/min離心15 min，獲取上清液后，再以11 000 r/min離心20 min；取第二次離心的沉淀物，加入10 mL蔗糖溶液，制成線粒體懸浮液，于4℃條件下保存待用。教師可用智能手機(jī)將兩種懸浮液的制作全過程拍成視頻，并于課間播放給全體學(xué)生觀看。

在獲得兩種懸浮液的基礎(chǔ)上，學(xué)生以各大組為學(xué)習(xí)共同體，連接測(cè)定液體中氧氣、二氧化碳含量的傳感器系統(tǒng)，設(shè)置“時(shí)間——濃度”變化曲線的即時(shí)呈現(xiàn)；將保存的葉綠體（或線粒體）懸浮液取出，置于適合進(jìn)行光合作用（或呼吸作用）的環(huán)境下，將傳感器探頭插入懸浮液中；點(diǎn)擊軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)釆集分析，觀察屏幕上曲線隨時(shí)間推移而發(fā)生上升或下降的動(dòng)態(tài)變化軌跡。

由于傳感器探頭具有非常高的靈敏度，能夠區(qū)分懸浮液中相關(guān)氣體濃度非常細(xì)小的變化，保證了實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的順利成功；數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)能將肉眼難以觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成非常直觀的曲線，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更直觀呈現(xiàn)。如此的數(shù)字化教學(xué)，強(qiáng)烈激發(fā)學(xué)生主動(dòng)深刻學(xué)習(xí)，有力促進(jìn)了學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的發(fā)展。

3 創(chuàng)設(shè)任務(wù)驅(qū)動(dòng)情境，實(shí)施網(wǎng)絡(luò)搜集教學(xué)

誠(chéng)然，借助數(shù)碼顯微鏡和數(shù)字傳感器的協(xié)作教學(xué)活動(dòng)，并沒有能夠使學(xué)生構(gòu)建8種細(xì)胞器亞顯微結(jié)構(gòu)和其他六種細(xì)胞器功能的知識(shí)。對(duì)此，筆者根據(jù)這些學(xué)習(xí)內(nèi)容的特點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)以活動(dòng)單形式呈現(xiàn)的任務(wù)驅(qū)動(dòng)情境，引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位利用智能手機(jī)（或電腦），開展網(wǎng)絡(luò)搜集閱讀、歸納提煉的學(xué)習(xí)活動(dòng)，分別合作完成某一活動(dòng)單中的任務(wù)，并進(jìn)行全班交流，靈活生動(dòng)地構(gòu)建知識(shí)體系，有效發(fā)展學(xué)生生命觀念、科學(xué)思維等核心素養(yǎng)。例如，細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)活動(dòng)單分為以下內(nèi)容：

①“葉綠體與線粒體”活動(dòng)單：搜集葉綠體與線粒體平面與立體結(jié)構(gòu)示意圖，并對(duì)圖中結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)注；瀏覽多個(gè)相關(guān)網(wǎng)頁(yè)，撰寫其結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的短文。

②“核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)”活動(dòng)單：搜集核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)亞顯微結(jié)構(gòu)示意圖，描述其主要結(jié)構(gòu)；瀏覽相關(guān)網(wǎng)頁(yè)，詳細(xì)描寫其在生物界和細(xì)胞內(nèi)的分布；搜集介紹其功能的視頻，并圖文并茂地介紹其功能。

③“高爾基體與溶酶體”活動(dòng)單：搜集高爾基體與溶酶體亞顯微結(jié)構(gòu)示意圖，描述其結(jié)構(gòu)與分布；瀏覽相關(guān)網(wǎng)頁(yè)，描寫兩者在來(lái)源上的關(guān)系；搜集介紹其功能的視頻，撰寫介紹其功能的短文。

④“中心體與液泡”活動(dòng)單：搜集中心體與液泡亞顯微結(jié)構(gòu)示意圖，描述其結(jié)構(gòu)與分布；瀏覽相關(guān)網(wǎng)頁(yè)，描寫液泡的功能；搜集介紹中心體功能的視頻。

⑤“細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與分泌蛋白”活動(dòng)單：搜集細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)亞顯微示意圖，描述其功能；以搜集到的動(dòng)物細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)示意圖為場(chǎng)景，制作分泌蛋白合成和分泌過程動(dòng)畫。

數(shù)字化教學(xué)，無(wú)疑是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)碼顯微、數(shù)字儀器、智能手機(jī)等對(duì)教與學(xué)的重大變革，是開展深度學(xué)習(xí)的重要方法，是實(shí)現(xiàn)自主高效課堂的一種方式，是網(wǎng)絡(luò)化、智能化時(shí)代的課堂趨勢(shì)所在，其在生物教學(xué)中的應(yīng)用有待進(jìn)一步探索。