［摘 要］文章圍繞數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中生物教學(xué)中的應(yīng)用，以“動物的生殖和發(fā)育”的教學(xué)為例，在解讀數(shù)字化實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵的基礎(chǔ)上對數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中生物教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行分析，并基于全過程教學(xué)理念，從課堂教學(xué)前、中、后三個(gè)階段論述數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中生物教學(xué)中的應(yīng)用策略，旨在優(yōu)化初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，充分發(fā)揮信息技術(shù)手段在促進(jìn)生物課堂教與學(xué)方面的積極作用。

［關(guān)鍵詞］數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；初中生物教學(xué)；動物的生殖和發(fā)育

［中圖分類號］" " G633.91" " " " " " " " ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］" " A" " " " " " " " ［文章編號］" " 1674-6058（2025）02-0093-04

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》建議教師在生物學(xué)科教學(xué)實(shí)踐中重視現(xiàn)代信息技術(shù)手段的運(yùn)用，通過動畫、視頻、模擬實(shí)驗(yàn)等數(shù)字化資源的運(yùn)用改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式，優(yōu)化教學(xué)過程[1]。與常規(guī)的實(shí)驗(yàn)相比，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)具有高精準(zhǔn)度、實(shí)時(shí)性、省時(shí)簡便、直觀易懂等諸多優(yōu)勢。此外，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的層面上看，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理更為迅速，實(shí)驗(yàn)過程中數(shù)據(jù)能夠以圖像的形式及時(shí)地呈現(xiàn)出來，相當(dāng)于將微觀的實(shí)驗(yàn)過程以曲線的方式呈現(xiàn)在學(xué)生面前，使學(xué)生能夠通過觀察曲線的變化直觀感受微觀的實(shí)驗(yàn)過程，從而快速地理解所學(xué)知識。近年來，信息技術(shù)在教育領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，為教師改革生物學(xué)科教學(xué)模式提供了技術(shù)支撐，而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中生物教學(xué)中的應(yīng)用，既是教師推動生物學(xué)教育信息化建設(shè)的重要途徑，又是教師貫徹課標(biāo)理念的一個(gè)基本手段。

一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵

從廣義的角度來看，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用移動智能終端錄制并通過多媒體設(shè)備展現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)以及借助各類傳感器、數(shù)據(jù)采集器等信息設(shè)備進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)均屬于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的范疇。從狹義的角度來看，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)主要是指應(yīng)用各類傳感器、數(shù)據(jù)采集器等信息設(shè)備采集和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的一種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。本文研究所針對的是廣義的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)。其中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)主要是指教師應(yīng)用符合學(xué)科教學(xué)需求的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)App所設(shè)計(jì)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)。在初中生物教學(xué)中，教師可以應(yīng)用“土豆生物”“虛擬實(shí)驗(yàn)”“理化生實(shí)驗(yàn)室”等軟件設(shè)計(jì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，并將設(shè)計(jì)完成的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)作為教學(xué)資源應(yīng)用于課堂教學(xué)，也可以在課堂教學(xué)中直接應(yīng)用各類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，以此作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的一種替代或補(bǔ)充。多媒體設(shè)備展現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)主要分為兩類：一類是教師在課前錄制的實(shí)驗(yàn)視頻；另一類是通過網(wǎng)絡(luò)渠道獲取的其他主體錄制的實(shí)驗(yàn)視頻。在初中生物教學(xué)中，教師可以利用教室內(nèi)的多媒體設(shè)備來為學(xué)生呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)視頻。另外，應(yīng)用傳感器、數(shù)據(jù)采集器等信息設(shè)備的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑饕侵附處煾鶕?jù)教學(xué)內(nèi)容選擇如pH傳感器、O2傳感器、壓強(qiáng)傳感器等儀器來實(shí)時(shí)采集、處理和生成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中生物教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢

在生物教學(xué)過程中實(shí)施數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，對學(xué)科的教與學(xué)均存在積極作用。

在“教”方面，雖然教師需要在課前熟悉數(shù)字化實(shí)驗(yàn)軟件或進(jìn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，但這些做法卻為課堂教學(xué)實(shí)踐節(jié)省了大量的時(shí)間。在課堂教學(xué)中，教師可以將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)視頻作為演示實(shí)驗(yàn)，以此指導(dǎo)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作；可以開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，借助多媒體等信息設(shè)備將實(shí)驗(yàn)過程投影在大屏幕上，使所有學(xué)生都能夠清楚、直觀地看到實(shí)驗(yàn)過程，從而克服了傳統(tǒng)演示實(shí)驗(yàn)中部分學(xué)生無法清楚了解實(shí)驗(yàn)過程的弊端。同時(shí)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在生物教學(xué)中的應(yīng)用并不局限于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。如果學(xué)生不適應(yīng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過程，教師可以通過錄制實(shí)驗(yàn)過程的方式開展課堂教學(xué)，以此保障學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)效。

在“學(xué)”方面，實(shí)驗(yàn)的成功率直接影響學(xué)生的獲知效率。在常規(guī)實(shí)驗(yàn)課堂中，即使教師為學(xué)生演示了實(shí)驗(yàn)全過程，學(xué)生仍需要花大量的時(shí)間和精力來捋順實(shí)驗(yàn)的步驟并進(jìn)行試錯。相比之下，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的實(shí)施帶來了顯著優(yōu)勢。學(xué)生不僅能夠反復(fù)觀看實(shí)驗(yàn)過程，還能夠借助傳感器設(shè)備及時(shí)、精準(zhǔn)地獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這大大提高了實(shí)驗(yàn)的成功率，并幫助學(xué)生通過生物學(xué)實(shí)驗(yàn)快速掌握相關(guān)知識。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的實(shí)施還為師生交互預(yù)留了更多的時(shí)間。學(xué)生能夠通過高頻次的師生交互解決更多的疑問，進(jìn)而全面理解知識，提升認(rèn)知效果。

總體來看，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中生物教學(xué)中的應(yīng)用對教師提升生物教學(xué)質(zhì)量具有積極意義，但數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的實(shí)施也存在一定的難度。教師若想發(fā)揮數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢，還應(yīng)熟練掌握各類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件和傳感器的使用方法，以及優(yōu)化生活實(shí)驗(yàn)的錄制方法，如此才能借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的實(shí)施促進(jìn)課堂教與學(xué)的有效性提升。

三、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中生物教學(xué)中的應(yīng)用策略

為詳盡論述，本節(jié)以北師大版生物學(xué)教材八年級上冊第六單元中的“動物的生殖和發(fā)育”一課為例，基于全過程教學(xué)理念，從課堂教學(xué)前、中、后三個(gè)階段分析數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中生物教學(xué)中的具體應(yīng)用。

（一）課堂教學(xué)前——設(shè)計(jì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)

1.立足教材梳理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

于課堂教學(xué)前梳理教材中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，能夠?yàn)榻處熢O(shè)計(jì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)提供明確的思路，因此梳理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容成為數(shù)字化實(shí)驗(yàn)實(shí)施不可或缺的基礎(chǔ)步驟。首先，確定數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容?！皠游锏纳澈桶l(fā)育”一課所涵蓋的基礎(chǔ)知識較多，包括鳥類、兩棲類以及昆蟲等動物的生長發(fā)育、受精、生殖方式等。梳理教材內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，本節(jié)課需要開展的實(shí)驗(yàn)為“觀察鳥卵的結(jié)構(gòu)”，所以“探究鳥卵”即是本節(jié)課中數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容。其次，教師要對這一內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化，從而為應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件設(shè)計(jì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)過程中需要用到的實(shí)驗(yàn)器材包括注射器、生雞蛋與熟雞蛋（各一個(gè)）、放大鏡、透明塑料盤、鑷子、牙簽等。實(shí)驗(yàn)分為以下兩個(gè)部分：（1）探究鳥卵的卵殼結(jié)構(gòu)。將生雞蛋浸入40～50 ℃的溫水中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；用注射器向生雞蛋內(nèi)打氣，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。（2）探究鳥卵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。首先，輕輕敲碎雞蛋的鈍端，用鑷子除去鈍端破碎的外殼與外殼膜，以便觀察暴露出來的內(nèi)容結(jié)構(gòu)；接著，用鑷子戳破內(nèi)殼膜，觀察內(nèi)部的物質(zhì)性質(zhì)；然后，將卵殼內(nèi)的物質(zhì)倒入塑料盤中，觀察物質(zhì)結(jié)構(gòu)；最后，將牙簽刺入卵黃中并應(yīng)用注射器向卵黃中注入空氣，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

2.應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件

教師在設(shè)計(jì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的過程中需要用到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件。以“理化生實(shí)驗(yàn)室”軟件為例，該軟件是一款適用于義務(wù)教育階段理科實(shí)驗(yàn)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件，軟件中的每一個(gè)器材均經(jīng)過高精度的3D建模，能夠全方位、多角度地為學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)過程。通過智能算法的應(yīng)用，該軟件還確保了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的保真性。此外，為了便于教師的教學(xué)應(yīng)用，該軟件還具備操作提示和錯誤提示功能，支持PC鼠標(biāo)鍵盤和觸屏操作。軟件中的“生物實(shí)驗(yàn)室”主要分為五個(gè)模塊，其中的“同步實(shí)驗(yàn)?zāi)K”與初中生物課程內(nèi)容高度契合。教師可以應(yīng)用該模塊按照教材內(nèi)容設(shè)計(jì)探究鳥卵卵殼與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)。部分實(shí)驗(yàn)過程如圖1所示。

（二）課堂教學(xué)中——呈現(xiàn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)

在課堂教學(xué)中，可供教師呈現(xiàn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的方式主要分為兩種。第一種是將課前制作的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)視頻投放在多媒體屏幕上，教師根據(jù)課堂教學(xué)需求通過一邊暫停播放一邊進(jìn)行教學(xué)引導(dǎo)的方式呈現(xiàn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；第二種是在課堂教學(xué)中直接應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件進(jìn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)。本文以第一種方式為例，詳盡論述數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的完整呈現(xiàn)過程。

1.探究鳥卵的卵殼結(jié)構(gòu)

首先，教師與學(xué)生進(jìn)行交互，指出“在生物學(xué)分類上，雞屬于鳥類，而所有鳥卵的結(jié)構(gòu)基本相同。本節(jié)課將通過探究鳥卵的實(shí)驗(yàn)來學(xué)習(xí)鳥卵的結(jié)構(gòu)與功能，以此引出學(xué)習(xí)內(nèi)容，并幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。教師要求學(xué)生觀察雞蛋的形狀，并提出問題：“這種形狀有什么意義？”引導(dǎo)學(xué)生思考并認(rèn)識到此種形狀有利于雞卵的孵化、防止被壓壞或滾遠(yuǎn)。其次，教師將課前制作的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)視頻導(dǎo)入教室內(nèi)的計(jì)算機(jī)設(shè)備中，在多媒體屏幕上呈現(xiàn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室界面，并要求學(xué)生用放大鏡觀察雞蛋的表面。在學(xué)生觀察了雞蛋表面后，教師設(shè)置實(shí)驗(yàn)探究問題：“雞蛋的表面并不光滑，蛋殼上是否有其他結(jié)構(gòu)？”組織學(xué)生進(jìn)行觀察卵殼的實(shí)驗(yàn)。此時(shí)，多媒體屏幕上呈現(xiàn)將生雞蛋放入溫水中的畫面，界面上的溫度計(jì)顯示45 ℃。教師開始引導(dǎo)學(xué)生跟隨數(shù)字化實(shí)驗(yàn)視頻進(jìn)行實(shí)際操作。在實(shí)驗(yàn)過程中，教師與學(xué)生交流討論實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，而多媒體屏幕也呈現(xiàn)“卵殼上出現(xiàn)氣泡”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。繼續(xù)播放數(shù)字化實(shí)驗(yàn)視頻，屏幕上呈現(xiàn)注射器插入生雞蛋內(nèi)部并打氣的畫面，此時(shí)要求學(xué)生跟隨視頻進(jìn)行實(shí)際操作。通過此操作，學(xué)生能夠觀察到雞蛋上出現(xiàn)的水珠。這時(shí)，教師也將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)視頻播放至這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象處，確保數(shù)字化實(shí)驗(yàn)視頻與學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作同步，并得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：雞蛋的外殼上存在很多小孔。最后，教師與學(xué)生探究雞蛋外殼上小孔的作用（便于氧氣的進(jìn)入和二氧化碳的排出），教師也相機(jī)為學(xué)生拓展學(xué)科知識。例如，一個(gè)雞蛋的蛋殼上約有7000個(gè)小孔；如果雞蛋的蛋殼被污染，穢物可能會堵塞蛋殼上的氣孔，妨礙雞胚的呼吸，導(dǎo)致雞蛋無法孵出小雞等。

2.探究鳥卵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

探究鳥卵內(nèi)部結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)可分為下面幾個(gè)環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)一，教師操作鼠標(biāo)于多媒體屏幕上呈現(xiàn)剪刀敲擊雞蛋鈍端、用鑷子剝除破碎卵殼和外殼膜的畫面，要求學(xué)生跟隨視頻步驟進(jìn)行實(shí)際操作，并觀察雞蛋鈍端的空腔。在學(xué)生操作完后，教師為學(xué)生講解氣室的相關(guān)知識。環(huán)節(jié)二，教師要求學(xué)生擴(kuò)大卵殼破口的面積，直觀感受卵殼內(nèi)物質(zhì)的流動性，并設(shè)置問題鏈，如“卵殼有什么特點(diǎn)？”“卵殼內(nèi)的物質(zhì)有什么特點(diǎn)？”“卵殼對其內(nèi)部物質(zhì)的作用是什么？”，逐步引導(dǎo)學(xué)生自主總結(jié)出“卵殼對其內(nèi)物質(zhì)存在保護(hù)作用，防止卵殼內(nèi)的物質(zhì)流出”，由此強(qiáng)化學(xué)生的結(jié)構(gòu)與功能觀，培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念。環(huán)節(jié)三，在多媒體屏幕上呈現(xiàn)將卵殼內(nèi)的物質(zhì)倒入玻璃盤中的畫面。教師要求學(xué)生跟隨數(shù)字化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)際操作，并觀察雞卵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。此環(huán)節(jié)中，教師隨機(jī)提問班級學(xué)生觀察的結(jié)果，并為學(xué)生講解雞卵內(nèi)部各部分結(jié)構(gòu)的名稱，如“雞卵中白色帶子一般的東西叫作系帶，連接著卵黃的兩端與卵殼，主要起固定和減震的作用”。此時(shí)，教師在屏幕界面上的相應(yīng)位置標(biāo)注“系帶”二字。又如“卵黃中央位置處的小白點(diǎn)，若色淺而小叫作胚珠，證明雞卵未受精；若色濃而大則叫作胚盤，證明雞卵受精，可發(fā)育成雞雛。此時(shí)，教師在屏幕界面上的相應(yīng)位置標(biāo)注“胚盤”二字。環(huán)節(jié)四，在多媒體屏幕上呈現(xiàn)將牙簽刺入卵黃并用注射器向卵黃中注入空氣的畫面，學(xué)生跟隨數(shù)字化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)際操作并觀察現(xiàn)象。師生共同探究卵黃膜的功能，最后由教師為學(xué)生做簡要的功能總結(jié)：卵黃膜讓卵黃保持一定的形狀且不外溢。環(huán)節(jié)五，在多媒體屏幕上依次呈現(xiàn)文字標(biāo)注的畫面，標(biāo)注的文字分別為卵殼、殼膜、氣室、卵白、卵黃、系帶、胚盤、卵黃膜。每呈現(xiàn)一個(gè)文字標(biāo)注，教師就帶領(lǐng)學(xué)生回顧相應(yīng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與功能，以達(dá)到實(shí)驗(yàn)總結(jié)的目的。例如，當(dāng)界面上出現(xiàn)“卵白”二字的文字標(biāo)注時(shí)，教師就可以帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行功能總結(jié)：卵白呈透明色，具有保護(hù)作用，還能夠?yàn)榕咛サ陌l(fā)育提供營養(yǎng)和水分。

（三）課堂教學(xué)后——上傳數(shù)字化實(shí)驗(yàn)

如果在課堂教學(xué)前和課堂教學(xué)中將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)視頻視為教學(xué)輔助資源，那么課堂教學(xué)后數(shù)字化實(shí)驗(yàn)視頻的應(yīng)用則屬于學(xué)習(xí)輔助資源。在課堂教學(xué)結(jié)束后，教師可以將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)上傳至班級交互群中，供學(xué)生自行下載，使數(shù)字化實(shí)驗(yàn)視頻成為學(xué)生復(fù)習(xí)鞏固的學(xué)習(xí)資源。為發(fā)揮數(shù)字化實(shí)驗(yàn)視頻對學(xué)生鞏固所學(xué)知識的指導(dǎo)作用，本節(jié)課中教師可以設(shè)置跨學(xué)科作業(yè)，如“雞蛋的秘密”生物學(xué)主題插畫課后作業(yè)。同時(shí)，教師還可以建議學(xué)生對照交互群中上傳的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)視頻，確保插畫中雞蛋各個(gè)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性和完整性。與傳統(tǒng)背誦所學(xué)知識類型的課后作業(yè)相比，這種跨學(xué)科作業(yè)的設(shè)計(jì)不僅可以最大限度地應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)視頻，而且學(xué)生繪圖的過程即是對雞蛋各個(gè)結(jié)構(gòu)的記憶過程，可以避免學(xué)生機(jī)械性記憶的弊端。此外，從學(xué)科核心素養(yǎng)的角度來看，“探究實(shí)踐”素養(yǎng)涵蓋了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題或提出任務(wù)、制訂方案、形成產(chǎn)品、得出結(jié)論等能力，而主題插畫屬于實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)的產(chǎn)品之一，該課后作業(yè)設(shè)計(jì)還有助于培養(yǎng)學(xué)生的“探究實(shí)踐”素養(yǎng)。“雞蛋的秘密”優(yōu)秀主題插畫示例如圖2所示。

綜上所述，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中生物教學(xué)中的應(yīng)用具備較強(qiáng)的可操作性，且有利于提升初中生物學(xué)科教與學(xué)的實(shí)效。教師在教學(xué)過程中可以利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)來推動課程教學(xué)改革。然而，值得注意的是，在具體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)并不能完全替代教師對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)和教學(xué)引導(dǎo)。本研究中，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)作為教與學(xué)的一種重要資源，能夠輔助和促進(jìn)教學(xué)的高效開展。同時(shí)，研究認(rèn)為，無論數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是作為一種教學(xué)資源，還是作為一種教學(xué)形式，其在學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用都需要與師生的交互作用相輔相成，以實(shí)現(xiàn)最佳的教學(xué)效果。

［" "參" "考" "文" "獻(xiàn)" "］

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（責(zé)任編輯" " 羅" " 艷）