数字化技术在高中生物教学中的应用研究

摘"要：教育数字化是扩大优质教育资源覆盖面、促进教育公平的重要抓手。将信息技术融入教育教学的全过程，能打破时空限制，有效支持学生的自主学习和教师专业发展。高中生物学科可以提升学生的实验探究、获取信息、综合运用能力，是学生高中阶段的重要学科之一。将信息技术融入高中生物课堂，可以进一步提升学生的核心素养和综合能力。如今，利用数字化技术手段提升高中生物课堂教学效能，已经成为高中生物教师重点研究的课题。基于此，文章主要对数字化助力高中生物教学效能的提升进行了分析，希望能够对进一步提高高中生物教师的教学效率等方面起到参考和帮助作用。关键词：高中生物；数字化技术；教学效能2023年2月13日至14日，由教育部、中国联合国教科文组织全国委员会共同举办的首届世界数字教育大会在北京开幕。会议主题为“数字变革与教育未来”，会议指出利用数字化手段扩大优质教育资源的覆盖面，显著提高数字资源共享的效率和效果。生物学是一门自然学科，它在高中生的学习生涯中扮演着重要“角色”，并与人类的生产生活密切联系。高中生物传统课堂的教学模式单一、枯燥，学生在学习过程中容易失去对生物学的学习兴趣，最终造成整体学习效率下降。而教师应用数字化教学模式，可以增强学生的互动和参与意识，改变学生的学习方法和方式，扩宽学生的学习资源范围。数字化教育作为现代教育的重要形式，为学生创造了更多全新的学习机会，增加了学习的趣味性和互动性，并让高中生物真正地融入学生的日常生活中，有利于学生高效地利用碎片化时间。在新技术的支持下，数字化教育介入高中生物教学已成为常态。基于此，文章主要对数字化技术助力高中生物教学效能的提升展开了探讨。一、高中生物课堂教学现状（一）对数字化技术的理解存在偏差现阶段，部分高中生物教师在实际教学的过程中，对数字化技术的理解不够透彻，甚至存在一些误解。他们片面地认为：学生会用电子设备在课堂上做与学习无关的事情，同时因为电子设备的过度使用而感到疲惫，并对课堂纪律产生负面影响，所以认为数字化教学并不能够更好地辅助生物课堂教学。但是，根据当下的教学实际情况进行分析，无论什么类型的教学，都可以通过数字化教学来实现。因此正是因为部分高中生物教师对数字化技术在理解方面存在问题，导致教学效率差强人意。（二）授课方式缺乏创新受到传统思想的影响与束缚，部分高中生物教师并没有及时更新自己的教学思维与方式，在实际教学过程中，依旧通过教材和板书为学生讲解知识内容。虽然这样的授课方式已历经多年，但是从整体的角度分析，教师长时间使用单一的教学模式开展教学，会让学生感到枯燥乏味、失去对知识学习的兴趣。实际上，教育界对教师数字素养的相关要求在不断变化，目前，要求教师提升“数字素养与技能”，具有“应用数字技术优化、创新和变革教育教学活动的综合素养”，才符合现代教育的发展趋势。二、高中生物教学中数字化技术的应用价值（一）激发学生学习兴趣“教育”就是应该让知识点活跃在书本上，而数字化信息技术真正使教材上的文字由静态转变为动态，将枯燥的文字内容转变成妙趣横生的动画。形、光、声和色等多种功能作用于学生的多个感官，从而聚集了学生的注意力；教师利用生物学虚拟仿真实验软件，不仅能够让学生在多种虚拟环境中进行模拟操作，提升学生的空间思维能力，还可以让学生避免实验操作中可能发生的意外事故。例如，在设计“神经调节的结构基础”的教学情境导入时，教师可以带领学生在观看一段世界杯的足球赛视频后，设问：“足球队员如何及时获得来自同伴、对手、裁判和足球的信息？队员获得信息后，如何经过自身的处理迅速做出反应？”顺势引入新课：“这个快速协调的过程需要体内多个器官、系统的配合，而神经系统扮演了主要角色。”学生在学习“扩散”的相关知识时，教师通过动画模拟分子运动的过程，展示出“分子在永不停息地做无规则运动”的特点。动态的动画能够化抽象为直观，使学生身临其境，加深对知识的理解。（二）提升新知教学和复习质量在数字化教学中，学生可以以任意的效率吸收知识，无限回顾旧知，提升新知学习质量。教师将数字化技术加入生物教学过程中，能够为学生构建出一个全新的教学课堂。新冠疫情期间，我国部分地区不得不停止线下教学，因此教师使用在线平台进行远程教学，居家的学生则合理地利用网络云平台、数字课程教学资源和专题教育资源学习知识，并利用GitMind、MindMaster、iMindMap构建生物思维导图，辅助知识的理解和记忆。（三）提高教学效率将数字化教学与传统教学模式相结合，能够提高学生的学习热情。教师利用数字化的动画、视频等，能够提高教学效率和增强学生的自主学习意识，让课堂更加融洽，学习氛围更加浓厚。同时信息技术可以在不受规模限制的前提下准确刻画每个学习者的个性化特征，进而提供高质量的定制化教学支持服务，显著提升了教育教学质量。（四）解决生物教学实验中的难题动物仿真软件的出现为生物教学带来了新的变革。传统的动物实验需要耗费大量的时间和经济成本，同时也涵盖了伦理道德问题，而动物仿真软件则解决了这些问题。动物仿真软件可以呈现真实的动物解剖、病理和生理学等方面的信息，能够让学生更加深入地了解动物的内部结构和功能。与此同时，动物仿真软件还可以提供多种场景模拟，让学生在虚拟环境中开展不同类型的实验，从而更加深入地学习生物相关的知识。另外，生物教学过程中的很多实验由于设备限制或实验中难以快速观测生物细胞的变化而无法开展，并且课堂上也不便于研究复杂的问题。而数字化实验室通过高精度、高速度的数据采集，能够实时记录实验的每一个过程，把转瞬即逝的实验数据记录下来，更加高效、直观，便于学生仔细观察、加深理解，从而轻松解决教学中的难题。（五）培养学生的自主学习能力和探究精神数字化教学可以使学生更具体地认识到自己的知识薄弱点和不足，提高自主学习能力。在数字化教学的支持下，学生可以深入了解自己感兴趣的生物领域，从而培养研究精神。三、数字化技术在高中生物教学中的应用策略（一）情景导入环节的运用生物课堂教学过程中，一个非常重要的组成部分便是课堂导入环节。教师通过对课堂导入内容的巧妙设计，能够吸引学生的注意力和目光，激发学生的学习兴趣，帮助学生在学习的过程中展开想象力，提高分析能力、探究能力。开展高中生物教学时，教师可以在网络上下载相关资源，利用资源开展教学。例如，在设计“细胞的能量‘货币’ATP”的情景导入时，教师可以利用多媒体播放萤火虫在黑暗里发光的动画，让学生体会“轻罗小扇扑流萤”的意境，紧接着提问“萤火虫为什么能发光”，从而引发学生寻找萤火虫发光原理的兴趣。教师层层设问，学生在回答问题的过程中，完成新课内容ATP的学习。在讲解利用基因工程制备药物时，教师可以利用多媒体介绍创制抗疟药—青蒿素、双氢青蒿素，以及获得诺贝尔医学奖的屠呦呦。再如，针对高中生物选择性必修三“生物技术与工程”中轰动世界的“克隆羊多莉”，教师可以提前准备网络资源，让学生了解克隆羊多莉制造的整个流程。当学生了解了克隆羊多莉的故事之后，想必也会产生疑问：“能不能用同样的方法克隆人？”虽然克隆技术对改造人类社会大有裨益，可以保护濒危物种、保留优秀基因，也可以解决医疗领域器官移植供体短缺的问题。但是教师需要教育学生：克隆这项充满诱惑的技术，注定会打破一些固定的平衡，甚至违背社会的伦理道德，冲击社会秩序，需要时刻警醒。教师在课堂利用网络资源通过情景导入环节，加入故事与案例，发散了学生的思维，增强了学生的思考能力。（二）智慧教学平台的应用在国家教育信息化快速发展的背景下，各个高中校园把握住国家中小学智慧教育平台正式运行的宝贵机会，同时结合新课程改革的需要，明确工作思路，融通国家、省级、校级平台，支撑学校的数字化教育转型，希望可以提升教师的专业水平；以期通过“教”与“学”方式的变革培养更多的专业人才。国家平台具有综合性的特点，平台上都是优质的课程资源，包括德育、课程教学、体育、美育、劳动教育、课后服务、家庭教育等教育栏目。为此，教师在开展人教版高中生物课堂《细胞的凋亡》一课教学的过程中，可以应用“双师”课堂进行导学，对教学资源进行科学调整，帮助学生解决教学的重点与难点。在该过程中，教师需要将“以人为本”作为原则，明确教学的关键环节；在国家平台的“课程教学”栏目中找到需要播放的教学课程，并将“触屏”与线下教学活动相结合，开展“双师”课程教学。在学生遇到重难点时，教师需要暂停播放，并使用画板功能标注、圈画，进行详细指导，这有利于学生更好地吸收知识。国家中小学智慧教育平台为学校深化信息技术与校本教研融合应用提供了有力保障。在该平台，学生了解了人出生到死亡的全过程，对生命产生了敬畏之情。在这个案例中，教师通过视频让学生了解了人在不同的成长时期，体内的细胞数量也会有很大差异。通过观看视频，学生学会珍爱生命，并保持乐观、积极的生活态度。（三）微课教学的运用在数字化教育的背景下，微课以一种全新的教学方式出现在人们面前。微课教学主要指教学开展期间，教师以视频作为重要载体，围绕某一知识点展开针对性较强的教学活动。众所周知，高中生物课程非常复杂，内容较多，这时教师应用微课教学，能够充分利用学生的零碎时间激发学生学习的兴趣；学生也可以结合自己的学习情况，调整学习进度，找到适合自己的学习节奏。教师也可以将教学过程中的重点和难点内容编制成微课视频发送给学生，这样学生可以不受时间与空间的限制，合理安排时间观看视频，理解微课视频中的知识点，利用碎片时间进一步提高学习效率。例如，在开展人教版高中生物《光合作用的原理和应用》一课的教学时，教师将光合作用过程中的光反应和暗反应知识做成微课视频，凝聚课程重点，突出课程难点。3～10分钟短小、精炼的内容是微课最明显的特点。教师利用微课视频，使复杂内容的简单化、碎片化，能够促使学生充分利用零碎时间进行有效学习，最终取得事半功倍的效果。生物素材课件、练习测试、学生反馈、教师点评等辅助性教学资源，各内容相结合，共同营造了一个半结构化、主题式的资源单元应用小环境。微课结束后，教师进行教学反思，将教学过程中的体会如实写下来。与此同时，学生也可以对教师的微课教学做出正确评价，即学生结合自己的评价和感受进行总结，最终做出对微课教学效果的正确判断，找出自己的不足并弥补，从而大幅度提高了微课质量，提升了自身的专业水平。目