高中生物数字化实验课题中期报告

第一部分课题研究的概况

一、问题的提出

1.问题的研究背景及意义

我国目前正轰轰烈烈的进行中小学课程改革。课程改革的核心理念将科学探究放在突出位置。在课程改革的新形势下，理科教学中实验教学的地位显得更为重要。许多的知识、规律不再是由教材直接给出后通过教师灌输给学生，而是要求让学生通过探究性实验来再发现，这就对理科实验室提出更高的要求。我校于2017年为理化生三个实验室，配备了一批数字化实验仪器，并对各科教师进行了相应的培训。

传统理科实验室的缺陷，常常使教师在教学过程中产生困惑。对比传统实验室，数字化探究实验室拥有巨大优势:

首先，数字化实验室采用传感器作为采集实验数据的工具，其分辨率远远高于传统实验仪器。它解决了由于传统实验仪器的分辨率不高，导致最后得到的结果和科学规律不尽相符，教学目的无法实现的困惑。

其次，数字化探究实验平台具有实验数据自动采集的功能。足够高的数据采样率保证了实验结果的精确度，解决了传统实验室中实验数据的记录只能采用手工记录，面对一些快速连续变化的量时往往无能为力，导致一些实验无法完成的困境;

最后，数字化探究实验平台的软件部分具有强大的数据处理功能，可以帮助学生轻松的对实验结果进行分析处理。这弥补了传统实验室只能根据实验要求采集实验数据，但没有自动分析处理实验数据功能的弊端，大大简化了理科实验教学进程，真正体现了新课程改革的核心理念。

本课题，旨在通过一个学年左右的时间，探索数字化实验室的使用，为新阶段的实验教学提供完美的解决方案。充分发挥数字实验室的优势解决传统实验教学的短板，培养学生的探究能力和意识，适应高考的要求和更高层次科学研究的要求。

2.课题研究的特色创新

创新之处在于它改变了传统实验教学方法，真正做到“做中学”。利

用数字化实验技术使学生由过去的被动教学变为主动探究，学生动手获

得精确的数据，改变以往“教师做实验，学生照模仿”的实验教学模式。

学生在学习过程中就居于主体地位，培养其创新思维及发现问题、提出

问题和解决问题的能力及收集数据的能力。

第二部分课题研究组织实施

一、课题研究的前期准备工作

通过精心设计“高中生物传统实验教学现状学生调查问卷”，获知同学们普遍认为生物实验对相关知识的理解和掌握是有很大有帮助的，但实验成功率一般的占大多数。基于很多现实因素制约，走马观花式的生物实验成为当前传统生物实验教学的最大矛盾。

于是，在网上对“生物数字化实验”关键词，进行了文献检索和网上搜索，阅读大量数字化实验促进高效教学等的相关文献及案例，并进行初步的分析。我们有了大致的理论框架，制定了课题研究方案。

二、课题的实施过程

根据科学研究的基本原则，在实验课的开设过程中，将高一一个级部8个平行班级分为两组，取4个班级为对照班级，另4个班级为实验班级。选定高一必修一中6个实验进行传统实验教学和数字化实验教学。在4个对照班级中采用传统实验教学，在实验班级中采用数字化实验教学。目前已经完成了前5个实验。

这6个实验包括：

①观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原；

②比较过氧化氢在不同条件下的分解；

③酵母菌的呼吸作用；

④探究绿萝植物的光合作用；

⑤根尖分生组织细胞的有丝分裂；

⑥生物体液的缓冲能力。

传统实验教学课堂

数字化实验教学课堂

三、课题研究的阶段成果：

1.学生成果方面：

（1）实验知识测试：课题实施过程中，通过试卷检测直观对比两组同学对相关知识的理解情况。我们发现，与传统实验教学相比，数字化实验教学明显提高了学生对生物实验的学习热情和探究能力；学生对相关实验知识的掌握程度也更牢固、透彻。

附相关实验测试成绩分析：

（29、30、35、36班，为对照班级；31、32、33、34班，为实验班级）

（2）实验技能测试：鉴于我们平时注重对学生数字化实验技能的培养，在“2018年潍坊市及青州市举办的高中生数字化实验技能大赛”上，我校学生均取得优异

成绩，多人荣获一等奖、二等奖、三等奖。

2.教学案例方面：课题实施过程中，形成了比较成熟的数字化实验教学案例。 案例1：

观察“洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原”实验过程中，利用显微数码互动系统，学生将显微镜视野中典型的图像转播到电脑屏幕上，利用摄像功能实时

293031323334353668分以上5777575062.5分以上61112.3117159353分以上20.4292422.221.227.215.212.2吻合

11

13

16

14

13

21

1411

577

75

75

611

12.311

715

9

320.429

24

22.221.227.2

15.212.21113

1614

13

21

14110

510152025

30人数

班级

生物实验知识测试

68分以上

62.5分以上53分以上

吻合

监控、记录植物细胞在不同条件下吸水和失水情况的动态变化。及时与小组成员进行交流，探究质壁分离及复原的原理，这样不仅使得学生对物质运输内涵的理解更加深入，也增加了学生对生物课堂的投入。

观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原

案例2：

“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验通常用观察和比较不同试管内气泡产生的数量和卫生香的复燃情况，得出酶具有高效性的结论，是一个定性的实验。利用压强传感器可以把这一实验改进成为定量实验，且实验结果以曲线的形式显示也更为直观。

案例3：

光合作用是高中生物教学的重点和难点，且学生很难对其进行探究，主要原因是光合作用和呼吸作用往往是同时进行的，而这两个生理过程的主要宏观变化都是

CO

2和O

2

气体体积在密闭容器内的变化，用肉眼难以观察，一般实验设备难以测