高中生物实验智慧课堂的探索与实践

摘要：基于信息技术的智慧课堂推动了教育教学方式的转型与创新。随着各地区学校对教育信息化的投入不断增加，硬件设施和软件系统逐步得到完善，智慧课堂成为教育发展的重要方向。探讨信息技术赋能智慧课堂落地的保障措施，并以实验课例展示高中生物实验课堂的智慧化教学结构，旨在探索高中生物实验智慧课堂的有效教学模式，提升实验教学的实效性和学生的学习体验。关键词：高中生物；实验教学；智慧课堂构建信息技术与学科教学融合创新的智慧课堂，是当前课堂教学改革的趋势。2012年教育部发布的《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》明确指出：“推进信息技术与教学融合，建设智能化教学环境，提供优质数字教育资源和软件工具，利用信息技术开展启发式、探究式、讨论式、参与式教学，鼓励发展性评价，探索建立以学习者为中心的教学新模式，倡导网络校际协作学习，提高信息化教学水平。”［1］所谓“智慧课堂”，是以建构主义学习理论为依据，以“互联网+”的思维方式和大数据、云计算等新一代信息技术打造的智能、高效的课堂［2］，是能够为适应性学习、以学生为中心的学习和所有其他与学习相关的活动提供支持的新型信息化课堂模式。实验教学是生物学教学的基本形式之一，是促进学生生物学科核心素养发展的重要支撑［3］59。为适应新课程改革，笔者在高中生物实验教学中，充分利用实验设备和智慧平台，变革实验教学模式，创设条件还原科学探究过程，鼓励学生使用智能手机、平板等终端开展实验探究，探索信息技术赋能的高中生物实验智慧课堂。一、高中生物实验教学存在的问题（一）传统演示性实验盛行尽管教育界普遍认识到实验教学的创新和学生实践能力培养的重要性，但在实际操作层面，传统的演示性实验仍然占据主导地位。这种情况源于多种因素，如教学条件受限，教师教学理念较为传统，或是为了确保教学进度而简化实验教学。某些演示性实验涉及一些具有危险性的操作或物质，增加了实验过程中的安全隐患。为保障学生安全，教师需要花费许多时间和精力来讲解安全事项和防范措施，这进一步减少了有效的实验教学时间。一些高中生物学教师甚至认为组织生物实验教学活动会浪费大量的时间和精力，他们相信通过板书的方式讲解实验原理、实验步骤以及实验结论，教学效率更高［4］。然而，这种单向的教学方式经常会限制学生的参与度和互动性，使学生难以深入理解和体验实验过程，不利于学生创新思维的发展。（二）教学资源分配不均信息技术在一定程度上可提升生物实验教学效果。在资源配置上，经济发达地区的学校往往能够投入更多的资金用于实验教学资源建设，包括实验室建设、实验设备购置以及实验材料准备等；而经济欠发达地区的学校由于资金限制，教学资源相对匮乏。随着科技不断发展，新的实验设备和教学方法不断涌现。然而，一些学校由于资金、观念等方面的限制，无法及时更新实验设备，导致实验教学水平滞后，部分实验无法开展，或者实验效果受到严重影响。此外，即便学校配备了先进的实验设备，若教师缺乏相关培训或操作技能不够熟练，这些设备也难以充分发挥作用。（三）信息技术与实验教学融合不足相较于“教师讲解—学生操作—教师总结”的传统生物实验教学模式，信息技术与实验教学的融合创新要求应用更加灵活、互动的教学方式。目前，信息技术已经普遍应用于实验教学中，但不少应用仍然停留在表面，没有深入实验教学的核心环节。比如，一些教师只是简单地将实验步骤和结果以多媒体形式呈现，没有充分利用信息技术的优势优化实验设计、提高实验效率或深化学生的实验理解。此外，在实际教学中，信息技术与生物实验教学融合的成功案例相对较少，导致教师在尝试融合时缺乏可借鉴的经验和模式。部分教师因过于依赖信息技术手段而忽略了教学的本质和核心，无法将信息技术与实验教学有机结合，导致教学效果不佳。二、信息技术赋能智慧课堂（一）智慧软件赋能智慧课堂在教育领域中，智慧软件平台通常集成了丰富的教育教学资源库，包括电子教材、教辅资料、多媒体教学资源、在线课程、互动学习工具等。云计算、大数据、人工智能等前沿信息技术的兴起，为智慧课堂提供了广阔的舞台。这些新兴技术不仅推动了教育领域的深刻变革，更成为构建智慧教育生态的重要驱动力，为实施智慧课堂提供了平台和技术支撑。希沃白板、UMU、学习通、雨课堂、钉钉等软件各具优势，教师可以充分利用这些软件的云服务、大数据等强大功能，开展微课录制、资源推送、分组任务、签到考勤、数据分析、拍照投稿、抢答评分、问卷调查、同步投屏、实时测评、在线问答等多样化的新型教学活动，创新教学模式，提高师生“教与学”的智慧［5］。（二）智慧学习工具赋能智慧课堂在智慧教育背景下，智慧学习工具成为推动课堂教学创新的关键力量，它们不仅能为学习者绘制实时的学习轨迹记录，如同导航仪般指引学习之路，还能为智慧课堂铺设坚实的基石，提供海量的学情数据储存、深度分析与精准诊断的资源宝库。在课堂内外，笔者倡导学生将手机、平板电脑等工具作为连接知识与现实的桥梁—智慧学习终端。通过这些终端，学生能够轻松触及广泛、丰富的学习资源，在在线学习空间中参与教育教学活动，开展小组合作交流和个性化学习等，让学习变得触手可及，扎实提升智慧课堂教学的时效性和实效性，保障智慧学习落地生根。三、高中生物实验智慧课堂教学模式的构建课堂教学结构的变革是信息技术与学科教学深度融合的核心。在构建高中生物实验智慧课堂时，教师应将传统的“以教师为中心”的课堂教学结构转变为“主导—主体相结合”的教学结构，开发丰富的学科资源，鼓励学生通过自主学习、合作交流和实践探索来获取知识，培养批判性思维和创新能力。笔者的高中生物实验智慧课堂结构与教学流程采取“两段三环六步”模式，充分落实“先学后教”和“以学定教”的教学理念，让“线上线下都能学”的要求落地。在“两段三环六步”模式中，“两段”指课外和课内两段，“三环”包括课前、课中和课末三个环节，“六步”包括教师层面的线上备课、二度备课、课堂教学、课堂评测、梳理归纳和布置新任务六步，以及学生层面的课前预习、线上解疑、课堂学习、课堂检测、巩固提升和明确新任务六步。“两段”的课外段指利用智能终端在学习空间等平台上进行课外学习，学生完成自学、自测、存疑等学习任务，做好交流和分享的准备；课内段指课堂学习，师生利用智能终端协作完成分享、交流、评价、梳理、总结等环节。课前、课中、课末“三环”贯穿智慧课堂始终，回环相扣，共同组成一个完整的教学过程。下面展示高中生物实验课例“绿叶中色素的提取和分离”的教学过程（表1），阐述基于信息技术的高中生物实验智慧课堂教学模式。课前阶段，教师备课与学生预习是相辅相成的。只有当教师与学生都准备充分时，课中的师生协作才能促进“教与学”的和谐统一。课末，教师要预设学习任务，为学生构建清晰的学习路线图，让学生明确复习和预习的目标和方向，知道为什么学、学什么、怎么学。“两段三环六步”智慧课堂教学模式充分利用了智能手机这一普及率高的移动设备，将课堂教学延伸至线上，实现了教学的灵活性和个性化。这一模式因特色鲜明，迅速在笔者所在学校推广并逐步常态化，师生的信息素养得到了显著提升。目前，笔者所任教的班级已建立了学习空间，并带动其他班级参与其中。本校生物教研组每学期都有精品课例选入学校的资源库。近五年来，教研组教师参与省市“双融双创”比赛，每位教师均有1至5个课例在融合创新应用教学案例中获奖。此外，教研组对选修生物学的学生进行了“信息技术应用助力高中生物实验智慧课堂”问卷调查。结果显示，93%的学生支持用手机开展实验课学习。随着教育信息化的不断推进，高中生物实验智慧教育正迎来前所未有的发展机遇，其独特的教育价值和教学效果正在逐渐显现，预计将为生物学实验教学的改革带来更多积极影响和深远变革。四、总结《普通高中生物学课程标准（2017年