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構(gòu)建高效的生物學(xué)實驗課堂論文
摘要 針對目前高中生物實驗教學(xué)現(xiàn)狀，嘗試在高中生物實驗教學(xué)中通過數(shù)碼顯微互動教室的利用，提高實驗教學(xué)的有效性。
關(guān)鍵詞 數(shù)碼顯微互動教室 高中生物 實驗教學(xué)
高中生物學(xué)教材(浙科版)中有多個實驗需要使用顯微鏡，例如，必修1中就有：檢測生物組織中的油脂、觀察多種多樣的細胞、觀察葉綠體、觀察洋蔥表皮細胞的質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復(fù)原、觀察細胞的有絲分裂等。但是目前的生物學(xué)實驗課堂比較低效，具體表現(xiàn)為：學(xué)生對實驗的興趣僅僅停留在低層次感知和操作層面，多數(shù)未形成相對持久的探究興趣和創(chuàng)造興趣；在實驗課中教師由于時間、精力等因素，來不及糾正學(xué)生的不良習(xí)慣及錯誤操作，只能將自己認為的重點實驗反復(fù)講，反復(fù)讓學(xué)生訓(xùn)練，機械地模仿學(xué)習(xí)造成了學(xué)生“畫實驗”、“背實驗”，缺少實驗意識；教師在實驗教學(xué)中，對于學(xué)生在實驗課堂上生成的問題，常常來不及發(fā)現(xiàn)和及時解決，因此往往只能在課堂中解決預(yù)設(shè)的問題，從而錯過學(xué)生的問題中蘊含著的極為豐富的教學(xué)資源；45min的一堂實驗課中，教師來不及面向全體學(xué)生，只能與個別學(xué)生進行有限的交流；甚至有一部分學(xué)校、教師利用計算機模擬實驗代替具體實驗，且愈演愈烈，完全失去了實驗的意義。以上種種低效的實驗教學(xué)狀況難免令人遺憾。
筆者所在學(xué)校于2009年9月新增加了數(shù)碼顯微互動生物學(xué)實驗教室，該教室由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構(gòu)成。硬件系統(tǒng)包括數(shù)碼顯微鏡系統(tǒng)、教師計算機工作站、學(xué)生電腦、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)控制軟件(視頻、語音、網(wǎng)絡(luò)通訊控制)、教師端高級圖像軟件和學(xué)生端獨立圖像軟件。通過一年的嘗試，大大提高了生物學(xué)實驗教學(xué)的效率。
1 通過實時動態(tài)觀察，及時發(fā)現(xiàn)問題
數(shù)碼顯微互動教室的教師計算機工作站與學(xué)生電腦相連，教師電腦能同屏實時動態(tài)監(jiān)控學(xué)生的顯微視頻，這樣就有助于教師及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生在實驗過程中遇到的問題，并給予指導(dǎo)。例如，在顯微鏡操作練習(xí)課上，進行實驗“觀察多種多樣的細胞”時，有些學(xué)生的顯微視頻出現(xiàn)黑屏，有些學(xué)生的顯微視頻中觀察到的物像不在視野中央，有些學(xué)生在高倍鏡觀察時視野太暗，教師都能及時地通過教師計算機的實時動態(tài)監(jiān)控功能發(fā)現(xiàn)，并給予學(xué)生及時的指導(dǎo)，以便學(xué)生及時糾正錯誤的操作；又例如在“觀察洋蔥表皮細胞的質(zhì)壁分離”實驗中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生制作的裝片“撕取的洋蔥表皮細胞顏色太淺，不易觀察質(zhì)壁分離現(xiàn)象”的問題后，立即給予指出。另外，師生的互動完全能滿足全體學(xué)生的需要，實時了解每位學(xué)生的實驗狀態(tài)，從而不漏過實驗教學(xué)中的任何問題，有效提高了實驗教學(xué)的效率，也節(jié)約了時間。
2 通過比較教學(xué)，有效解決問題
數(shù)碼顯微鏡系統(tǒng)除了視頻全屏顯示，還可以1～64畫面同屏動態(tài)顯示、師生同屏顯示、生生視頻同步顯示，使師生討論更有針對性。例如在“觀察洋蔥表皮細胞的質(zhì)壁分離”實驗中，由于學(xué)生操作有快慢，不同學(xué)生的實驗進行的程度也不一樣，教師通過同時同屏顯示學(xué)生質(zhì)壁分離前的洋蔥表皮細胞、質(zhì)壁分離初始狀態(tài)的洋蔥表皮細胞和質(zhì)壁分離明顯狀態(tài)的洋蔥表皮細胞，指導(dǎo)學(xué)生觀察原生質(zhì)體與細胞壁的分離情況、液泡的大小、液泡的顏色等，幫助學(xué)生理解洋蔥表皮細胞質(zhì)壁分離現(xiàn)象。另外，在觀察過程中，可以通過LED光標(biāo)指針指示到觀察目標(biāo)范圍內(nèi)的任何地方，從而使學(xué)生的觀察更具體更有效。
3 通過實時評價與激勵，增強實驗興趣
教師利用數(shù)碼顯微鏡系統(tǒng)對學(xué)生的實驗過程進行實時監(jiān)控的同時，還可以通過語音系統(tǒng)進行實時的有針對性的評價和反饋。比如在“觀察細胞的有絲分裂”實驗中，教師對于部分學(xué)生成功制作的洋蔥根尖分生區(qū)臨時裝片給予高度評價，鼓勵學(xué)生在視野中找到細胞周期的各個時期，并觀察特點。另外利用數(shù)碼顯微系統(tǒng)顯微圖像拍照、顯微視頻錄像的功能，教師還鼓勵每位學(xué)生將自己認為最成功的實驗結(jié)果進行拍照記錄，并將自己的班級、名字加入對視頻、圖像的命名中，生成的相關(guān)實驗記錄內(nèi)容，除了教師保存外，學(xué)生課后也可以根據(jù)自己的名字來查詢和下載上課時拍下的照片和視頻，并附在實驗報告中，既起到實驗記錄的作用，又達到了激勵效果。學(xué)生在實驗中獲得了成功的體驗，對實驗的興趣大大提高，實驗教學(xué)也就事半功倍了。
4 通過語音互動系統(tǒng)，加強多向交流
數(shù)碼顯微互動教室的語音系統(tǒng)設(shè)置了師生對講、任意對話、學(xué)生示范等模式。例如在實驗開始前，教師可以通過麥克風(fēng)模式向全班學(xué)生講解實驗的注意事項；在實驗過程中，對于個別學(xué)生的個別問題，則可以采用師生個別對講模式，這樣既有效解決了實驗中的問題，又不妨礙其他學(xué)生實驗的進程。另外還可以通過生生互動模式，由教師指定某幾個學(xué)生就某一問題進行討論，這種模式的討論與以往的小組討論不同，可以不受座位的限制，而是根據(jù)討論的目的，在同質(zhì)小組或異質(zhì)小組之間展開，教師也可以隨時參與討論或進行指導(dǎo)；還可以通過學(xué)生示范模式，由指定學(xué)生來對全班學(xué)生或某組學(xué)生進行示范講解。一系列的互動模式徹底改變了以往生物學(xué)實驗室中單向師生交流的局面，有效地提高了實驗教學(xué)的效率。
5 通過積累實驗資料，完善教學(xué)資源庫
數(shù)碼顯微系統(tǒng)支持顯微圖像拍照、顯微視頻錄像，并予以保存。課后教師可以查詢、下載拍攝的顯微圖像和視頻，用于教學(xué)環(huán)節(jié)。例如在“觀察洋蔥根尖的有絲分裂”切片時，將觀察到的各個時期拍成照片，剪輯處理后，用于植物有絲分裂過程的教學(xué)中；又例如，將洋蔥表皮細胞的質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復(fù)原過程進行視頻錄像，用于以后質(zhì)壁分離的相關(guān)教學(xué)中，直觀清晰，而且還可以鼓勵后面年級學(xué)生，從而激起學(xué)生對生物學(xué)實驗的興趣與憧憬。又例如，在“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化”實驗中，對于血細胞計數(shù)這個技術(shù)難點，可以用顯微照片來進行教學(xué)從而突破這個抽象而難瞳的技術(shù)。另外使用普通顯微鏡高倍鏡觀察切片時，只能拍攝到切片。的局部圖像，而使用數(shù)碼顯微鏡可將拍攝切片的各個部位圖像進行拼接，得到完整的切片圖像，進行保存。
在數(shù)碼顯微互動教室的利用過程中，筆者也發(fā)現(xiàn)了一些需要進一步探討的問題。首先，由于，數(shù)碼顯微互動教室中的數(shù)碼顯微鏡觀察到的物像可以直接在學(xué)生電腦中顯示，致使部分學(xué)生對于“雙眼通過目鏡進行觀察”的操作進行了省略；另外，照片、錄像等記錄手段，也使部分學(xué)生懶得畫生物圖，實驗手冊上就直接貼張照片上交了。因此教師在利用好數(shù)碼顯微鏡的基礎(chǔ)上，需要在教學(xué)中強調(diào)并強化象顯微鏡使用、繪制生物圖等基本技能的訓(xùn)練。其次，高中不可能象大學(xué)一樣，開設(shè)出多個功能專一的生物學(xué)實驗室，筆者學(xué)校在寧波地區(qū)已經(jīng)屬于是高度重視生物學(xué)實驗的學(xué)校，共開設(shè)了4個生物實驗室，其中一個組培實驗室，一個數(shù)碼顯微互動教室，另外兩個普通實驗室。但是一個年級的14～15個班級，如果同時開實驗課，仍然存在緊張的狀況，因此如何有效地開發(fā)數(shù)碼互動顯微教室的其他實驗功能，而不僅僅是只作顯微實驗，就顯得尤為必要。
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