技术增强型学习在高中生物学实验教学中的融合与实践

摘要：为提高学生参与度和学习主动性，以“微生物培养技术及应用”为例，深入探讨了技术增强型学习（TEL）在高中生物实验教学中的应用，推进个性化精准教学。教师整合互联网资源、虚拟实验室和多媒体设备，构建了融合课堂内外的TEL教学模式。课前，学生利用网络资源和虚拟实验室自主学习和模拟操作，做好理论学习和实验准备。课堂上，利用多媒体设备提升师生互动和实验操作的可视性。课后，学生借助人工智能（AI）智能体等工具进行拓展学习，激发创新思维，提高解决问题的能力。实践表明，应用TEL模式能在提升学生学习成效和教师教学效率方面发挥重要作用，为高中生物实验教学提供了新的思路和方法。关键词：TEL教学模式；技术增强学习；高中生物学；实验教学随着信息技术的飞速发展，教育领域正经历着一场深刻的变革。在高中生物学实验教学中，有效推进技术增强型学习（TEL）成为提升教学质量和学生学习体验的关键。笔者以“微生物的培养技术及应用”实验为例，探讨了在数字化转型背景下，TEL在高中生物学实验教学中的融合与实践。笔者构建课前、课中、课后一体化的TEL教学模式，实现了教学流程的优化，提升了学生的参与度和学习成效，为生物学实验教学提供新的思路和方法。一、TEL教学模式应用于高中生物学实验教学的必要性技术增强型学习（Technology-EnhancedLearning，简称TEL），指任何直接支持教与学的在线学习设施或环境[1]。TEL教学模式下，教师通过整合数字技术工具和资源，增强学生学习体验、提高学习效率，提升批判性思维、创新性思维和解决问题的能力。新时代的学生生活在数字化环境中，对知识的获取方式和途径有了新的诉求。运用数字化技术、资源和方法，构建新型的、高效的、互动教学环境的TEL教学模式，能够满足学生个性化、多样化的学习需求，提高学生学习兴趣和参与度，促进全面发展。生物学是一门以实验为基础的自然学科，实验教学在高中生物教学中占据重要地位。传统的实验教学存在教学方法单一、理论与实践脱节、学生自主性受限、评价方式片面化等问题。一些学校还存在实验经费短缺、实验课不受重视等现象。数字技术的引入可以打破时空限制，缓解教育矛盾，一定程度上改善上述状况。《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》提出，实验设计应该多样化，可以充分利用多媒体、互联网及无线通信技术进行虚拟实验[2]。教师应探索生物学实验教学的多元化方式，更新教育理念，学习新的教学模式。笔者，以“微生物的培养技术及应用”为例，借助数字技术连通课堂与课外，探索TEL教学模式与实验教学深度融合之道。二、基于数字技术促进课堂课内外结合的教学流程优化在传统的微生物学实验教学中，教师往往占据主导地位，侧重于理论知识的传授，而容易忽视对学生实验操作技能和创新能力的培养。学生被动接受知识，主观能动性受到抑制，不注重课前预习，缺乏独立思考的能力。通常，教师用4个或5个课时完成“微生物的培养技术及应用”的教学，前面的课时用于理论教学，仅在最后一个课时组织学生进行实验操作。学生未能深度参与实验，同时缺乏对实验操作情况的有效评价。为解决上述问题，笔者尝试利用多种数字技术，构建课堂教学与课外活动融合的TEL教学模式。教学流程如图1所示。三、TEL教学模式的具体应用数字技术可应用于高中生物学实验教学的各阶段。从学生课前自学到课堂互动，再到课后的拓展学习，教师整合虚拟实验室、交互式多媒体设备等资源，可构建全面互动、个性化且适宜的教学环境，实现教学效率和学习效果的提升。（一）课前学生利用网络资源自学与测试课前，数字技术的运用极大地丰富了学生的学习资源和方式。借助网络平台，教师能够为学生提供多样化学习材料；利用智能测试平台，教师能够及时获得学生的学习反馈信息，进行更有针对性的教学准备。课前准备不仅提升了学生的自学能力，也为课堂教学的高效实施奠定基础。1.利用网络资源构建自主学习资源库在信息爆炸的当今，网络上有海量的资源。课前，笔者在主流平台（如国家中小学智慧教育平台、哔哩哔哩、微信公众号等）精选优质课程资源（如实验操作视频、微课、教学课件等），若某知识点没有合适的资源则自行录制微课，将其上传到“钉钉平台”的班级专用文件夹，构建网上学习资源库，供学生自主学习。学生利用空闲时间学习资源库中的资料，并根据自己的学习情况选择性地反复观看，提炼疑难问题，利用微信、钉钉等交流平台与同伴交流或者向教师请教。如此，教师将节省用于讲授实验原理、实验步骤的时间，极大地提高了教学效率。2.利用线上平台测试学习效果为检验学生课前学习效果，笔者在“智学网”平台的作业中心设置“同步作业”。教师借助平台可获得学情信息，对学生在线上学习中遇到的问题、难点进行整理。例如，笔者在测试中发现，“无菌技术灭菌与消毒的区别”“利用稀释涂布平板法进行微生物的计数”“选择培养基的应用”是学生学习的难点。笔者根据学情进行针对性备课，以帮助学生突破难点，达成教学目标。3.利用虚拟实验室进行模拟操作在操作真实实验之前，笔者让学生先利用线上的虚拟实验平台进行模拟操作。以“NOBOOK虚拟实验室”为例，利用微信小程序即可搜索到学生端，选择“高中生物”—“同步学”，即可在导航栏上找到相应的实验。学生登录平台后可以了解实验原理、目的、材料、用具等，还可进行模拟实验，提早熟悉药品和器材的选择安装及实验的规范操作，为正式进行实验打下基础。（二）课上学生利用多媒体设备展示与研讨对于本专题，笔者安排了4个课时进行课堂教学。以下介绍课堂教学过程中数字化工具与设备的应用情况。1.利用交互式电子白板进行展示与交流交互式电子白板不仅可以作为课件播放平台，还能凭借其“拍照上传”和“手机投屏”等功能，实现课堂上实时展示与交流。第1课时，教师可以根据课前学生自主学习的反馈情况，制作课件进行重难点的讲解，也可截屏展示学生在线上测试中出现的典型错误并纠正。第3课时，可以拍照上传学生课堂的实验设计，实时进行交流与讨论，鼓励学生进行思维碰撞。第4课时，教师为学生展示实验成果提供舞台，让学生以课件、视频、实物等方式，展示小组的研究成果，提升成就感与责任感。2.利用“钉钉”直播进行操作示范第2课时，学生要完成相关的实验操作。由于微生物实验室中超净工作台数量有限，且培养基灭菌需要较长时间，无法支持大班集体操作。笔者优化了操作流程。大部分学生仍留在普通实验室，兴趣小组的两三名学生利用手机发起“钉钉”直播，为班级同学示范培养基的配置、高压蒸汽灭菌锅的使用、超净工作台的使用等操作。学生观看并连麦提问，实时互动，及时解惑。之后，学生在酒精灯火焰周围利用事先灭好菌的培养基完成倒平板、平板划线、稀释涂布平板等操作。课后，学生分组到微生物实验室完成培养基的配置与灭菌，为下一个班级的实验做准备。如此可极大地节省课堂时间，高效完成实验任务。3.利用实物投影仪展示成果实物投影仪可直观地展示实物。第3课时，学生代表展示实验结果——微生物的生长与分离情况。由于培养皿体积小，后排的学生无法看清。教师利用高清摄像头将实物投影到屏幕上，无需近距离观看或传递实物，可提高展示的效率，增加学生的参与度。同时，实物投影仪还有记录与存档功能，可将展示过程录制下来，方便回放。（三）课后学生利用数字化工具拓展与学习教师完成课堂教学并不代表学生的学习结束。学生在深度学习的目标指引下，课后拓展学习至关重要。这样不仅能巩固课堂上的知识，还能拓宽学生的视野，提高实践能力和创新思维。如何构建互动性强、学习个性化的学习环境？以下，探讨三种创新途径。1.利用“腾讯会议”系统进行交流研讨在展示、分析第2课时的实验结果后，笔者给学生布置任务：利用微生物培养技术探究生活中的问题。学生在课堂上组队，确定选题及初步方案。周末组长带队用“腾讯会议”系统组织交流研讨，确定最终实验方案、任务分工，并完成探究实验。表1列出了代Wbl0hofBGcsqoOED711ZyGPD+u67/DBckT7iM1whGnk=表性的选题及研究方案。2.利用网络投票小程序提升学习热情在完成“微生物的培养技术及应用”的教学后，笔者抓住学校举办“科技艺术节”的契机，组织了“微生物作画大赛”。参赛学生利用课余时间，在培养基上利用菌液作画，创作了一件件生动有趣的作品。笔者拍照后，利用微信投票小程序组织了网络投票，吸引了大量学生甚至家长的参与，不仅提升了学生学习的热情，更大幅提高了调查范围和收集信息的效率。3.利用AI智能体进行后续学习近年来，人工智能（AI）迅速发展。国内也诞生了如“文心一言”“讯飞星火”“Kimi”等大模型。AI具有强大的情境理解能力，可以进行流畅的人机对话，助力学生课后拓展学习。相比通用大模型，AI智能体对学生更有帮助。教师可以上传电子教材、教学设计、试题、网址链接等内容，创建教学智能体，为学生提供更专业的“私人辅导教师”，帮助学生更好地掌握核心知识点，提高关键能力。学生可以向智能体提问，破解困惑；也可以请智能体为自己量身定制相关的试题，随时检测知识的掌握情况；还可以与智能体对话，评估自己实验方案、课题的可行性。四、总结与反思本案例应用了多种数字资源工具及平台（见表2），实现数字技术与高中生物学实验教学的深度融合，充分体现了TEL教学模式的特点。在融合过程中，笔者不仅对教学模式进行了创新，而且通过多方面的评估与反思，确保这一融合实践的有效性和可持续性。（一）学生学习成效提升TEL教学模式显著提升了学生的学习主动性和参与度，成效显著。一方面，学生通过课前自学与测试，对实验原理、操作步骤的理解更为深刻。纵向比较，单元考试结果显示，课前检测呈现的“微生物的计数”“选择培养基的应用”等难点已被有效突破。与往届同一时期比较，学生的卷面成绩、口头表达水平及与微生物培养相关的实验操作水平均有明显提高。另一方面，学生通过虚拟实验室的模拟操作和课堂上的实时展示与交流，在实验操作中的准确性和规范性得以加强。大部分学生无菌操作规范流畅，倒平板时极少出现以往培养基沾污培养皿壁的情况；进行平板划线时极少出现划破培养基的情况。（二）教师教学效率提高TEL教学模式具有以学生为中心、主动学习、技术工具支持等特点。随着数字技术的引入，教师能够节省大量重复讲解的时间，转而将更多精力投入个性化辅导和指导学生解决问题上，提高了教学效率和质量。例如，教师借助智学网平台测试、批改，可以快速获取学情信息，进行针对性备课，实现分层教学。同时，多媒体设备和在线平台的使用，促进了师生之间的即时互动与反馈，增强了课堂的互动性和有效性。（三）教师要做好数字化资源的选择与优化