浅谈数字化实验技术在高中生物教学中的应用

浅谈数字化实验技术在高中生物教学中的应用

作者：黄诗茹

来源：《新教育时代·学生版》2017年第20期

摘 要：实验是高中生物教学的基本形式之一，然而传统的实验效果并不是很理想，学生的能力提升也受到限制，现阶段在高中生物教学中利用数字化实验的技术，让学生在探究过程中进行知识的发现和能力的提升。本文阐述了数字化实验技术的组成、数字化实验教学的优势和数字化实验在高中生物教学钟的应用。 关键词：数字化技术 实验教学 高中生物教学

生物科学是一门实验科学，实验是高中生物教学的基本形式之一，在教学中应用数字化实验技术，可以让学生更好的设计及开展课程中的一些实验，进行定量的科学探究。有利于学生生物科学素养的培养，对培养学生的实践能力以及创新精神具有重要作用。数字化实验技术应用于高中生物教学，便于学生更好地对实验结果进行分析和评价，从而有效地提高学生的生物科学素养。下面就三方面来谈谈数字化实验技术在高中生物教学中的运用。 一、数字化实验技术的组成

该技术是由传感器以及数据采集器组成，传感器就是人类感觉器官的延伸。利用传感器可以对各种数据进行测量，如声音的强弱、pH值、二氧化碳的浓度、光强等，数据采集器就相当于该技术的“感觉中枢”，其可以给我们展示出各种数据。计算机技术和该技术具有紧密的联系，能够提供有效的实验数据处理程序，如datastudio，确保有效的开展实验，这一程序是在Windows操作系统下使用的，程序可以实时的将实验的数据及曲线展示出来；其还具有很多种数据呈现方式，例如，曲线、数字表以及图表等；该程序还有很多种分析工具，可以对实验数据进行有效的分析。通过USB接口将数据采集器连接到电脑上，学生就可以采集数据。该技术也能够独立使用，学生能够在野外数据采集中应用，携带起来十分便利。 二、利用数字化实验技术对高中生物教学的优势 1.携带便利，能够实时准确的获得实验数据

在以往的实验中有很多都是需要学生用眼睛观察数据，进而记录下来并进行整理，实验只是在室内开展[1]。还有些操作因为实验条件不足，数据的读取需要一段时间，且无法保证准确性，这就对实验结果的分析及处理增加了难度。但是数字化实验技术就可以解决这一问题，在实验中传感器可以将测量到的实验数据利用采集器传送到计算机上，进而可以通过不同的形式展现出这些数据，这样学生就可以实时、正确的获取数据，这样的操作也更加节省时间，可

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以提升效率，我们就可以将更多的时间放在分析及评价结果上，可以得出更有效的实验结论，确保实验的可靠性及准确性。例如，在“探究植物对空气湿度的影响”这一实验中，就需要测量空地、草坪的湿度，学生利用湿度传感器，将其放到学校内的空地上，就可以从电脑中获取实验数据，之后将数据整理保存好，再将传感器放到草坪上进行测量，学生可以通过电脑屏幕看到逐渐上升的曲线，曲线到达一定高度后会慢慢趋于平稳，学生可以对比测量到的两条曲线，可以直接用眼睛看出哪个地方的空气湿度更大，还能正确的读取数字，学生可以花更多的时间在交流上，看看自己得出的结论和其他同学的数据结论是不是一样的，如果不一致可以分析原因，这对学生的科学探究能力提升具有积极促进作用，可以帮助学生形成创新意识。 2.实时获取数据

在生物实验中应用数字化实验技术，能够实时的获取数据，数据的变化和实验过程同步。比如在研究人体体温调节的实验中，要是使用水银体温计测量温度，每个数据之间都需要间隔五分钟，且无法有效的检查出皮肤表面的小的变化，而通过利用温度探针就可以对这一问题进行解决，能够获取人体体温的数据曲线图。 3.具有很高的准确度

用机器对数据进行采集非常可靠，其精确度也十分高，且还能够人为对其精度进行设置，这改变了以往数据采集方式中的不足。以往要进行酸碱度判断实验，会通过指示剂的颜色变化以及观察pH试纸的变化情况结合比色卡对比来进行，这样的方式存在较大的误差，不能正确的测量出溶液的pH值，然而通过pH传感器就可以有效的解决这一问题，正确的测量出液体的pH值。

4.具有很强的综合性

该技术中包含各种传感器，可以在更加复杂的实验中进行应用，且确保实验的准确性，这也为学生的操作提供了便利。 5.更加直观

该技术可以通过多样化的形式动态实时的将实验中的变化情况及过程展示出来，学生就可以根据自己的实际需求查看实验数据。

三、数字化实验技术在高中学生物教学中的应用 1.能够提升教学效率，解决教学难题

在高中物教学中应用数字化实验技术，可以通过计算机以及传感器的优点，更加全面的、动态的采集信息，还能够促进实验数据的处理，可以从多方面、综合的分析及处理数据。这样学生以及教师可以将更多的时间放到实验方案的设计、归纳总结，进行信息的交流，在这个过

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程中能够找出规律，对学生的学习效率以及效果提升具有积极作用。比如，在学习“蒸腾作用”时，教师就可以指导学生以小组计算机联机的方式，分别应用温度传感器、光照度传感器以及湿度传感器等，可以在计算机中显示相应的数据，学生可以看到湿度随着光照度或者是温度变化的情况，能够直接看到不同环境因素下，蒸腾的变化的情况，这样可以让学生更好的认识蒸腾的本质。在这一过程中可以让学生主动的参与其中，让其改变被动的学习状态，学生之间通过交流沟通可以更好的理解蒸腾作用。且通过应用这一技术，还可以解决以往实验仪器无法直接反映出的更本质的问题，为学生的观察提供便利，提升学生的理解程度，促进高中生物教学效果的提升，能够有效解决教学中的难题，学生的学习效率以及效果都会得到提升。 2.应用数字化实验技术优化实验

实验教学需要进行改进，要满足新课标的要求[2]。而在教学中应用数字技术，优化实验中的各环节和层面，可以提升学生的学习效果。使用数据处理软件加上不同的传感器，就可以实现多样化的测量功能，可以有效完成部分通过传统实验无法达到的实验效果。比如，使用压强传感器就可以开展相应的实验，如渗透现象、植物细胞的吸水和失水等；结合温度传感器，就可以进行和温度变化有关的实验；如果使用多个传感器的话，就可以在同一个实验中测量多个变量。数字化实验技术具有特殊的优势，可以促进教学效果的提升，可以正确、快速的采集实验数据，有效的对数据进行处理，这也是优化实验的一个有效途径。对传统的实验进行改革和优化就要充分利用和发挥出该技术的优势，这也能够拓展学生的实验领域，对学生的能力培养和提升具有积极作用，如综合信息处理能力、探究创新能力等。

3.应用数字化实验技术，动态采集数据，使用多个传感器分析变量间的关系

在生物学习中经常会遇到一些难度较大、较为抽象的概念以及原理，学生在理解上会存在较大的难度，这时也可以使用该技术进行演示以及分析数据，这样让学生可以更直观的观察，结合数据采集器的多通道功能，能够让多个传感器一起进行工作、处理实验及输出图像，通过在屏幕上放大微观内容，或者是宏观缩小，可以实现图文并茂、动静结合，这对吸引学生的注意力具有重要作用，我们通过这样直观的方式可以更好的对知识进行理解和掌握，促进学生学习效果的提升[3]。比如，在学习光合作用时，其是细胞代谢中的一个重点、难点内容。教材上主要是描述光合作用的发现过程以及探究过程，但是没有学生自主的探究实验内容，主要问题是植物在光合作用的同时也在进行呼吸作用，二者的变化主要体现在CO2和O2在密闭容器内的气体浓度变化，而以往的实验中要想测出两种气体的浓度变化就十分困难。就算是教师很努力的讲解，学生还是无法全面理解，在这种情况下就可以使用O2和CO2传感器进行测量，通过数据采集器对数据进行收集。我们就可以探究光合作用的过程，还可以将光照、温度等传感器引入，对其他影响光合作用的因素进行探究。实验中的数据是可以动态呈现的，我们就可以直接看到数据的变化，更好的理解知识，这对我们综合分析思维能力的提升也具有重要作用。

4.应用数字化实验技术可以让实验从定性升华到定量

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以往实验中我们可以观察到实验中的现象，但是在定量化处理上的难度较大，解决这一问题我们可以使用数字化传感技术获得实验过程中的所有数据，进而分析，得出有效的结论。比如，在探究实验“种子萌发过程中有机物最终转变成了什么物质”中，就要测定瓶子中的气体成分，把CO2传感器放到有萌发的豆子广口瓶中，就可以在电脑上看到一条慢慢上升的曲线，表格中可以看到在不同时间点CO2含量的变化，学生对分析及处理数据就可以知道种子萌发中产生了CO2。这可以解决传统实验中用眼睛观察石灰水的浑浊情况的方式，且这一方式中我们无法知道具体产生了多少CO2，但是应用数字化实验技术就可以解决，提升实验的效率及质量。 结语

综上所述，实验学习是高中生物学习中的一个重要组成部分，而数字化实验技术的应用可以改善和解决传统实验方式中的不足，提高实验的质量及效率，因此，需要将数据化实验技术合理的应用到高中生物教学中。 参考文献

[1]李玲玲.数字化实验在中学生物教学中的应用[J].新课程：中学.2014（4） [2]刘妤葭.数字化实验室在高中生物教学中的应用研究[J].华中师范大学.2015

[3]张风.基于传感器技术的数字化实验在高中生物实验教学的应用研究[J].内蒙古师范大学.2016