一、信息技術在高中生物實驗教學中的作用

（一）增強教學直觀性

信息技術的快速發(fā)展為生物學課堂提供了諸如圖片、視頻、模擬實驗等豐富多樣的教學資源[1]。高中生物實驗教學中涉及大量抽象概念，例如：細胞的微觀結構、分子運動、生物化學反應過程等。這些內容對于學生來說往往難以直接感知和理解，傳統(tǒng)教學方法僅依靠文字描述和靜態(tài)圖片，難以滿足學生對知識深度理解的需求。借助信息技術手段，可以將這些抽象的知識轉化為直觀可視的形式，從而顯著提升教學效果。例如：葉綠體結構的復雜性使得學生在學習時容易感到困惑，通過3D建模教師可以展示葉綠體的三維結構，讓學生從不同角度觀察葉綠體的形態(tài)和分布，幫助學生認識其結構與功能相適應的特征，通過虛擬實驗室可以模擬葉綠體進行光合作用的過程，使學生更直觀地觀察其物質與能量的動態(tài)變化過程，認同葉綠體是植物細胞的“養(yǎng)料制造車間”和“能量轉換站”。

（二）突破實驗條件限制

在高中生物實驗教學中，部分實驗因條件限制，難以在常規(guī)課堂環(huán)境中實施。例如：“DNA片段的擴增及電泳鑒定”實驗，對實驗設備有較高要求，許多學校因缺乏相關條件，無法讓學生進行實際操作。又如：“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”實驗，因周期較長難以在有限的課堂時間內完成，限制了學生對實驗過程的完整體驗。還有一些實驗需要用到的實驗試劑具有一定的危險性，比如：濃硫酸、苯等，出于安全考慮這類實驗一般不會開展，學生只能進行理論學習。為應對這些挑戰(zhàn)，虛擬實驗平臺的引入為教學提供了新的解決方案，借助虛擬實驗平臺，學生能夠通過仿真實驗學習實驗原理、體驗操作流程，從而彌補實驗條件的不足。

（三）促進深度學習的實現(xiàn)

深度學習是學生根據(jù)自己的學習興趣和需求，積極主動地學習新知識，并且在對新知識理解的基礎上，進行批判性學習，能夠將新知識與已有知識進行聯(lián)結，建構個人認知結構，并靈活運用到新的情境中解決問題的學習方式[2]。信息技術為知識加工提供了便捷、多元的方式。例如：探究“溫度對酶活性的影響”實驗，利用信息技術工具，如Exce1幫助學生對實驗數(shù)據(jù)進行匯總和處理，學生可以通過圖表、曲線分析等方式，更深入地理解實驗結果，并提出相關問題進行進一步探究，從而培養(yǎng)學生的批判性思維和創(chuàng)新能力。對于知識點多且復雜的實驗，可利用思維導圖等工具，幫助學生梳理知識，構建知識網(wǎng)絡。例如：“檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質”這一節(jié)實驗課結束后，學生可以利用思維導圖軟件整理實驗步驟、原理和結論，形成完整的知識體系。

二、教育信息化背景下高中生物實驗教學優(yōu)化路徑

（一）問卷星與傳統(tǒng)模式融合優(yōu)化課前預習

作為一種在線工具，問卷星以其便捷性、高效性和強大的數(shù)據(jù)分析功能，為教學提供了有力支持。將問卷星與傳統(tǒng)教學模式相結合，為課前預習開辟了新的路徑。通過問卷星設計與教學目標緊密相關的預習問題，并利用其互動與反饋機制，教師能夠更全面地了解學生的已有知識基礎，進而提升學生的學習效果和自主學習能力。以“酶的特性”這一課程為例，其中涉及“淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用”以及“影響酶活性的條件”等實驗內容。由于實驗原理復雜、所需材料和試劑種類繁多、操作步驟細致，教師可以借助問卷星設計預習任務，幫助學生復習酶的本質、過氧化氫分解實驗中自變量的設置、因變量的檢測方法以及無關變量的控制原則，同時回顧高溫導致蛋白質變性的原理。教師通過分析學生的答題數(shù)據(jù)，能夠精準把握學情，從而有針對性地調整教學策略，推動教學決策從依賴經(jīng)驗轉向以數(shù)據(jù)為支撐，從“以教為主”轉向“以學為主”。

同時，教師可以通過設計學案，引導學生根據(jù)具體情境提出探究問題，并嘗試規(guī)劃實驗步驟、預測實驗結果。這種方式不僅能夠幫助學生提前熟悉實驗內容，還能確保實驗課堂時間更多地用于實踐操作，學生能在做中學。

（二）微課與投屏協(xié)作突破實驗難點

對于實驗步驟復雜、操作難度大的實驗，可以通過制作微課進行示范。例如：“酵母菌的純培養(yǎng)”實驗，微課中展示興趣小組采用平板劃線法進行接種的過程，實驗中的關鍵點，劃線前后要灼燒接種環(huán)、每個區(qū)域劃線結束后旋轉培養(yǎng)血等操作設置為慢動作播放，讓學生可以清晰地觀察并掌握操作要領。另外微課中還可讓興趣小組的成員分享實驗中遇到的問題、操作難點和注意事項，例如：A同學提出每次灼燒接種環(huán)后要等其冷卻后才能開始劃線，避免燙死菌種導致實驗失??；B同學提出在劃線前可先用馬克筆在培養(yǎng)皿底部用阿拉伯數(shù)字標注出五個區(qū)域避免劃錯位置。教師可將微課發(fā)布于線上學習平臺，學生根據(jù)自身時間安排自主預習，在學習過程中碰到的問題可以直接在線提出，同學之間可以相互討論嘗試解決，教師也能根據(jù)學生的在線反饋收集學生存在的知識盲區(qū)和困難點，在后續(xù)的教學中針對性解決。有一些實驗需要長時間觀察，如：“探索生長素類調節(jié)劑促進插條生根的最適濃度”，教師可以利用延時攝影技術或者每天定時測量并拍攝記錄，將其過程制作為微課視頻，將長期的實驗過程壓縮到較短時間內展示，讓學生體驗完整過程。

通過投屏技術，教師可以將微課內容投屏到教室的大屏幕上，方便全體學生觀看，同時學生也可以將自己的實驗操作或實驗現(xiàn)象通過投屏展示給全班同學和教師，增強課堂互動和交流。例如：教師組織學生分組進行“綠葉中色素的提取和分離”實驗，第一組選用的實驗材料是新鮮的菠菜葉，第二組選用放置3天后的菠菜葉，第三組選用紅莧菜，最終各小組得到的實驗結果可以通過投屏進行展示，各小組之間相互討論交流，深入理解本實驗的原理，突破實驗的難點。

（三）虛擬實驗平臺與實驗室互補拓寬實驗場景

隨著信息技術的不斷進步，虛擬實驗平臺正逐步融入高中生物實驗教學，NOBOOK虛擬實驗便是其中的典型代表。NOBOOK平臺的生物實驗資源與人教版高中生物教材緊密結合，全面覆蓋教材中的實驗內容。以孟德爾遺傳定律的學習為例，由于豌豆雜交實驗操作在傳統(tǒng)實驗室中難以進行，NOBOOK平臺的虛擬仿真實驗便可解決這一困難。它可以模擬分離定律和自由組合定律的關鍵內容，讓學生自主設計雜交實驗，平臺提供多種性狀的豌豆植株，如：高莖和矮莖、圓粒和皺粒、紅花和白花等。學生初次實驗可挑選高莖和矮莖親本進行交配，并觀察子代性狀，通過實驗記錄和數(shù)據(jù)分析，學生能夠驗證孟德爾遺傳定律中的性狀分離比例，顯性與隱性比例為3：1，接著通過完成測交實驗，幫助驗證孟德爾的演繹推理結果。教材中只呈現(xiàn)了高莖豌豆和矮莖豌豆這一對相對性狀的雜交實驗，學生可在虛擬環(huán)境中自由操作，嘗試進行人教版必修2第4頁表1-1中的另外6種性狀的豌豆植株雜交實驗，從而加深對遺傳規(guī)律的理解。

高中生物教材中有許多關于科學史的介紹，但并沒有詳細的實驗過程呈現(xiàn)，學生對于這部分內容往往難以深度理解，教師可以利用虛擬實驗平臺還原這些經(jīng)典實驗，幫助學生像科學家一樣思考。例如：NOBOOK平臺通過高精度3D模型和動畫，高度還原了卡爾文循環(huán)的實驗過程。學生可以模擬植物在光照條件下利用含有放射性同位素 ¹⁴C 的二氧化碳進行光合作用的過程，虛擬收集有機物，并通過化學分析工具檢測放射性同位素，推斷二氧化碳的轉化路徑，將抽象的實驗過程具象化，讓學生沉浸式學習。

虛擬實驗平臺，為高中生物實驗教學引入創(chuàng)新理念與實踐方式，有效突破了傳統(tǒng)實驗教學的諸多限制，拓寬實驗場景，顯著優(yōu)化了實驗教學效果。

（四）慕課與校本課程交互助力實驗拓展

由于實驗條件和課時的限制，教材中許多實驗只能進行驗證性實驗而無法開展探究性實驗，或只能完成初步探究而無法完成進一步探究，這不利于學生進行深度學習，也不利于發(fā)展學生科學思維、科學探究等核心素養(yǎng)。借助慕課（MO0C）和校本課程可以有效解決這一難題。一般來說校本課程是在學校第二課堂開展，而慕課時間比較靈活，對于住校的學生來說主要是在寒暑假開展，兩個不同的學習時段、兩種不同的學習場景，針對教材中實驗進行二次開發(fā)，進一步探究，在實驗拓展的過程中培養(yǎng)學生的高階思維能力。

慕課作為一種大規(guī)模開放在線課程，它不僅打破了傳統(tǒng)教育的時空限制，還為學生提供了多樣化的學習選擇，成為現(xiàn)代教育的重要組成部分。教材中的許多科學史內容蘊含著科學家們的經(jīng)典實驗，這些實驗從材料與方法的選擇、實驗思路的確定，到實驗操作和結果分析，無不凝聚著科學家們的智慧與心血。然而由于課堂時間有限，這些內容往往難以深入展開，學生難以充分學習。為此教師可以將這些經(jīng)典實驗制作成慕課，供學生進行深度學習。例如：人教版必修1中涉及的“世界上第一個人工合成蛋白質的誕生”“對細胞膜成分的探索”“細胞核的功能”以及“探索光合作用原理”的相關實驗，可以在高一第一學期寒假，通過慕課的形式組織學生進行學習，慕課平臺可以進行一對一、一對多、師生、生生互動，幫助學生更好地理解科學探究的過程和方法，發(fā)展學生科學探究這一生物學學科素養(yǎng)。

校本課程是對國家課程和地方課程的補充和拓展，它通過選擇、改編、整合等方式，對國家課程和地方課程進行再加工和再創(chuàng)造，使其更符合學校和學生的特點。以“探究植物細胞的吸水和失水”這一內容為例，學生做完實驗后提出了許多問題，例如：將實驗材料換成洋蔥內表皮細胞、綠色植物葉肉細胞、紫荊花瓣細胞、口腔上皮細胞等能否觀察到質壁分離及復原現(xiàn)象呢？將外界溶液換成葡萄糖溶液、NaCl溶液、 KN₃ 溶液、酒精溶液會出現(xiàn)什么實驗現(xiàn)象？能否通過該實驗初步測定出洋蔥鱗片葉外表皮細胞的細胞液濃度？教師可根據(jù)學生提出的問題和困惑，開展一系列探究實驗，衍生出“探究水分進出細胞的秘密”這一校本課程主題，對生物感興趣的同學可以通過選修該門校本課程去彌補課堂學習的不足。

（五）信息技術賦能實驗評價

實驗評價的重要性體現(xiàn)在多個層面，它不僅能推動學生學習與成長、優(yōu)化教學環(huán)節(jié)、激發(fā)學生學習熱情，還能有效評估教學目標的實現(xiàn)程度，提升學生的學科素養(yǎng)，并為教育決策提供有力依據(jù)。智能評價工具，作為信息技術與教學評價相結合的產(chǎn)物，以其智能化、個性化的特點，為教學評價提供了全新的視角和解決方案[3]。在實驗教學中通過數(shù)字化技術實現(xiàn)對學生實驗過程和結果的精準評估，幫助教師了解學生的學習進度和薄弱環(huán)節(jié)，有利于教師進行精準化教學和個性化輔導。還能基于學生的學習數(shù)據(jù)，為每個學生提供個性化的學習建議和資源，幫助學生實現(xiàn)精準提升。

虛擬實驗平臺為實驗教學評價提供了新的工具。學生在虛擬環(huán)境中進行實驗操作，系統(tǒng)可以自動記錄學生的操作過程和結果，并進行智能分析和及時評價。例如：“觀察根尖分生區(qū)組織細胞的有絲分裂”實驗中可實時記錄學生在實驗操作中的規(guī)范程度，臨時裝片的制作、滴加溶液的操作等。分析學生對實驗結果的觀察和記錄是否準確，如：處于各時期的細胞的數(shù)目、染色體的形態(tài)的記錄。還能對學生的分析能力和創(chuàng)新能力等方面進行評估，如：對細胞周期中間期時間較長的解釋，實驗結果統(tǒng)計表的設計等。

“好專業(yè)”校園管理平臺構建了多維度的評價體系，涵蓋年級評價、班級評價、老師評價和學生自評等多個維度。這種多維度評價體系不僅能夠全面反映學生的實驗表現(xiàn)，還能從不同角度提供反饋，幫助學生和教師更好地了解學習情況。以“探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響\"這一內容為例，將學生的實驗設計、實驗報告、課后練習上傳至好專業(yè)平臺，平臺基于大數(shù)據(jù)和人工智能技術，對實驗數(shù)據(jù)進行智能分析，生成詳細的分析報告。報告顯示年級學生整體對于實驗原理的理解存在困難，尤其是對“真空滲水法”的原理不夠熟悉。班級A實驗操作不夠規(guī)范，在使用注射器抽出葉片中的氣體時，可能操作不熟練，導致氣體沒有完全抽出，最終實驗結果與其他班級差異較大。學生B進行實驗設計時，對于變量的控制存在困擾，在探究光照強度對光合作用的影響時，沒有控制好溫度這一無關變量。針對學生的這些問題，平臺為學生提供個性化的學習建議和資源，學生可以獲得適合自己的學習路徑和改進方案，從而更好地提升實驗技能。教師也能根據(jù)這些分析報告，在后續(xù)的教學中重點對實驗原理、實驗操作等進行解釋和指導，幫助學生解決困難。

結束語

在信息化時代不斷推進的背景下，一方面學校應該重視信息技術在教學中的作用，盡可能提供相應的設備和軟件，加強對教師應用信息技術的培訓和指導。另一方面高中生物教師應深刻意識到信息技術對實驗教學的變革性作用，并主動將其融入課堂教學。值得注意的是教師既要借助信息技術豐富教學方式、增強互動性，也要堅守教學本質，防止因過度依賴信息技術而偏離教學本質。只有合理、適度地運用信息技術，才能充分釋放其在高中生物實驗教學中的潛力，顯著提高教學效果，為學生營造一個高效、有趣且富有深度的實驗學習環(huán)境。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準 （2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020：58.

[2]秦秉乾.指向核心素養(yǎng)的高中生物學深度學習實踐研究[J].中學生物教學，2023（9）：22-24.

[3]劉偉善.運用信息技術創(chuàng)新教學評價方式]中小學信息技術教育，2024（10）：75-77.