技術(shù)增強(qiáng)型學(xué)習(xí)在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的融合與實(shí)踐

摘要：為提高學(xué)生參與度和學(xué)習(xí)主動(dòng)性，以“微生物培養(yǎng)技術(shù)及應(yīng)用”為例，深入探討了技術(shù)增強(qiáng)型學(xué)習(xí)（TEL）在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，推進(jìn)個(gè)性化精準(zhǔn)教學(xué)。教師整合互聯(lián)網(wǎng)資源、虛擬實(shí)驗(yàn)室和多媒體設(shè)備，構(gòu)建了融合課堂內(nèi)外的TEL教學(xué)模式。課前，學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源和虛擬實(shí)驗(yàn)室自主學(xué)習(xí)和模擬操作，做好理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。課堂上，利用多媒體設(shè)備提升師生互動(dòng)和實(shí)驗(yàn)操作的可視性。課后，學(xué)生借助人工智能（AI）智能體等工具進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)，激發(fā)創(chuàng)新思維，提高解決問(wèn)題的能力。實(shí)踐表明，應(yīng)用TEL模式能在提升學(xué)生學(xué)習(xí)成效和教師教學(xué)效率方面發(fā)揮重要作用，為高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了新的思路和方法。關(guān)鍵詞：TEL教學(xué)模式；技術(shù)增強(qiáng)學(xué)習(xí)；高中生物學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，教育領(lǐng)域正經(jīng)歷著一場(chǎng)深刻的變革。在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有效推進(jìn)技術(shù)增強(qiáng)型學(xué)習(xí)（TEL）成為提升教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)的關(guān)鍵。筆者以“微生物的培養(yǎng)技術(shù)及應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)為例，探討了在數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下，TEL在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的融合與實(shí)踐。筆者構(gòu)建課前、課中、課后一體化的TEL教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)流程的優(yōu)化，提升了學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)成效，為生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供新的思路和方法。一、TEL教學(xué)模式應(yīng)用于高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性技術(shù)增強(qiáng)型學(xué)習(xí)（Technology-EnhancedLearning，簡(jiǎn)稱TEL），指任何直接支持教與學(xué)的在線學(xué)習(xí)設(shè)施或環(huán)境[1]。TEL教學(xué)模式下，教師通過(guò)整合數(shù)字技術(shù)工具和資源，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)、提高學(xué)習(xí)效率，提升批判性思維、創(chuàng)新性思維和解決問(wèn)題的能力。新時(shí)代的學(xué)生生活在數(shù)字化環(huán)境中，對(duì)知識(shí)的獲取方式和途徑有了新的訴求。運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)、資源和方法，構(gòu)建新型的、高效的、互動(dòng)教學(xué)環(huán)境的TEL教學(xué)模式，能夠滿足學(xué)生個(gè)性化、多樣化的學(xué)習(xí)需求，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和參與度，促進(jìn)全面發(fā)展。生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高中生物教學(xué)中占據(jù)重要地位。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在教學(xué)方法單一、理論與實(shí)踐脫節(jié)、學(xué)生自主性受限、評(píng)價(jià)方式片面化等問(wèn)題。一些學(xué)校還存在實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)短缺、實(shí)驗(yàn)課不受重視等現(xiàn)象。數(shù)字技術(shù)的引入可以打破時(shí)空限制，緩解教育矛盾，一定程度上改善上述狀況?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》提出，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)該多樣化，可以充分利用多媒體、互聯(lián)網(wǎng)及無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)[2]。教師應(yīng)探索生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的多元化方式，更新教育理念，學(xué)習(xí)新的教學(xué)模式。筆者，以“微生物的培養(yǎng)技術(shù)及應(yīng)用”為例，借助數(shù)字技術(shù)連通課堂與課外，探索TEL教學(xué)模式與實(shí)驗(yàn)教學(xué)深度融合之道。二、基于數(shù)字技術(shù)促進(jìn)課堂課內(nèi)外結(jié)合的教學(xué)流程優(yōu)化在傳統(tǒng)的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師往往占據(jù)主導(dǎo)地位，側(cè)重于理論知識(shí)的傳授，而容易忽視對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)，主觀能動(dòng)性受到抑制，不注重課前預(yù)習(xí)，缺乏獨(dú)立思考的能力。通常，教師用4個(gè)或5個(gè)課時(shí)完成“微生物的培養(yǎng)技術(shù)及應(yīng)用”的教學(xué)，前面的課時(shí)用于理論教學(xué)，僅在最后一個(gè)課時(shí)組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。學(xué)生未能深度參與實(shí)驗(yàn)，同時(shí)缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)操作情況的有效評(píng)價(jià)。為解決上述問(wèn)題，筆者嘗試?yán)枚喾N數(shù)字技術(shù)，構(gòu)建課堂教學(xué)與課外活動(dòng)融合的TEL教學(xué)模式。教學(xué)流程如圖1所示。三、TEL教學(xué)模式的具體應(yīng)用數(shù)字技術(shù)可應(yīng)用于高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各階段。從學(xué)生課前自學(xué)到課堂互動(dòng)，再到課后的拓展學(xué)習(xí)，教師整合虛擬實(shí)驗(yàn)室、交互式多媒體設(shè)備等資源，可構(gòu)建全面互動(dòng)、個(gè)性化且適宜的教學(xué)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)教學(xué)效率和學(xué)習(xí)效果的提升。（一）課前學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源自學(xué)與測(cè)試課前，數(shù)字技術(shù)的運(yùn)用極大地豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)資源和方式。借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，教師能夠?yàn)閷W(xué)生提供多樣化學(xué)習(xí)材料；利用智能測(cè)試平臺(tái)，教師能夠及時(shí)獲得學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋信息，進(jìn)行更有針對(duì)性的教學(xué)準(zhǔn)備。課前準(zhǔn)備不僅提升了學(xué)生的自學(xué)能力，也為課堂教學(xué)的高效實(shí)施奠定基礎(chǔ)。1.利用網(wǎng)絡(luò)資源構(gòu)建自主學(xué)習(xí)資源庫(kù)在信息爆炸的當(dāng)今，網(wǎng)絡(luò)上有海量的資源。課前，筆者在主流平臺(tái)（如國(guó)家中小學(xué)智慧教育平臺(tái)、嗶哩嗶哩、微信公眾號(hào)等）精選優(yōu)質(zhì)課程資源（如實(shí)驗(yàn)操作視頻、微課、教學(xué)課件等），若某知識(shí)點(diǎn)沒(méi)有合適的資源則自行錄制微課，將其上傳到“釘釘平臺(tái)”的班級(jí)專用文件夾，構(gòu)建網(wǎng)上學(xué)習(xí)資源庫(kù)，供學(xué)生自主學(xué)習(xí)。學(xué)生利用空閑時(shí)間學(xué)習(xí)資源庫(kù)中的資料，并根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況選擇性地反復(fù)觀看，提煉疑難問(wèn)題，利用微信、釘釘?shù)冉涣髌脚_(tái)與同伴交流或者向教師請(qǐng)教。如此，教師將節(jié)省用于講授實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟的時(shí)間，極大地提高了教學(xué)效率。2.利用線上平臺(tái)測(cè)試學(xué)習(xí)效果為檢驗(yàn)學(xué)生課前學(xué)習(xí)效果，筆者在“智學(xué)網(wǎng)”平臺(tái)的作業(yè)中心設(shè)置“同步作業(yè)”。教師借助平臺(tái)可獲得學(xué)情信息，對(duì)學(xué)生在線上學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題、難點(diǎn)進(jìn)行整理。例如，筆者在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，“無(wú)菌技術(shù)滅菌與消毒的區(qū)別”“利用稀釋涂布平板法進(jìn)行微生物的計(jì)數(shù)”“選擇培養(yǎng)基的應(yīng)用”是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。筆者根據(jù)學(xué)情進(jìn)行針對(duì)性備課，以幫助學(xué)生突破難點(diǎn)，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。3.利用虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬操作在操作真實(shí)實(shí)驗(yàn)之前，筆者讓學(xué)生先利用線上的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行模擬操作。以“NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室”為例，利用微信小程序即可搜索到學(xué)生端，選擇“高中生物”—“同步學(xué)”，即可在導(dǎo)航欄上找到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生登錄平臺(tái)后可以了解實(shí)驗(yàn)原理、目的、材料、用具等，還可進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，提早熟悉藥品和器材的選擇安裝及實(shí)驗(yàn)的規(guī)范操作，為正式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。（二）課上學(xué)生利用多媒體設(shè)備展示與研討對(duì)于本專題，筆者安排了4個(gè)課時(shí)進(jìn)行課堂教學(xué)。以下介紹課堂教學(xué)過(guò)程中數(shù)字化工具與設(shè)備的應(yīng)用情況。1.利用交互式電子白板進(jìn)行展示與交流交互式電子白板不僅可以作為課件播放平臺(tái)，還能憑借其“拍照上傳”和“手機(jī)投屏”等功能，實(shí)現(xiàn)課堂上實(shí)時(shí)展示與交流。第1課時(shí)，教師可以根據(jù)課前學(xué)生自主學(xué)習(xí)的反饋情況，制作課件進(jìn)行重難點(diǎn)的講解，也可截屏展示學(xué)生在線上測(cè)試中出現(xiàn)的典型錯(cuò)誤并糾正。第3課時(shí)，可以拍照上傳學(xué)生課堂的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)進(jìn)行交流與討論，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行思維碰撞。第4課時(shí)，教師為學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)成果提供舞臺(tái)，讓學(xué)生以課件、視頻、實(shí)物等方式，展示小組的研究成果，提升成就感與責(zé)任感。2.利用“釘釘”直播進(jìn)行操作示范第2課時(shí)，學(xué)生要完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)操作。由于微生物實(shí)驗(yàn)室中超凈工作臺(tái)數(shù)量有限，且培養(yǎng)基滅菌需要較長(zhǎng)時(shí)間，無(wú)法支持大班集體操作。筆者優(yōu)化了操作流程。大部分學(xué)生仍留在普通實(shí)驗(yàn)室，興趣小組的兩三名學(xué)生利用手機(jī)發(fā)起“釘釘”直播，為班級(jí)同學(xué)示范培養(yǎng)基的配置、高壓蒸汽滅菌鍋的使用、超凈工作臺(tái)的使用等操作。學(xué)生觀看并連麥提問(wèn)，實(shí)時(shí)互動(dòng)，及時(shí)解惑。之后，學(xué)生在酒精燈火焰周圍利用事先滅好菌的培養(yǎng)基完成倒平板、平板劃線、稀釋涂布平板等操作。課后，學(xué)生分組到微生物實(shí)驗(yàn)室完成培養(yǎng)基的配置與滅菌，為下一個(gè)班級(jí)的實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。如此可極大地節(jié)省課堂時(shí)間，高效完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。3.利用實(shí)物投影儀展示成果實(shí)物投影儀可直觀地展示實(shí)物。第3課時(shí)，學(xué)生代表展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果——微生物的生長(zhǎng)與分離情況。由于培養(yǎng)皿體積小，后排的學(xué)生無(wú)法看清。教師利用高清攝像頭將實(shí)物投影到屏幕上，無(wú)需近距離觀看或傳遞實(shí)物，可提高展示的效率，增加學(xué)生的參與度。同時(shí)，實(shí)物投影儀還有記錄與存檔功能，可將展示過(guò)程錄制下來(lái)，方便回放。（三）課后學(xué)生利用數(shù)字化工具拓展與學(xué)習(xí)教師完成課堂教學(xué)并不代表學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)束。學(xué)生在深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)指引下，課后拓展學(xué)習(xí)至關(guān)重要。這樣不僅能鞏固課堂上的知識(shí)，還能拓寬學(xué)生的視野，提高實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。如何構(gòu)建互動(dòng)性強(qiáng)、學(xué)習(xí)個(gè)性化的學(xué)習(xí)環(huán)境？以下，探討三種創(chuàng)新途徑。1.利用“騰訊會(huì)議”系統(tǒng)進(jìn)行交流研討在展示、分析第2課時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，筆者給學(xué)生布置任務(wù)：利用微生物培養(yǎng)技術(shù)探究生活中的問(wèn)題。學(xué)生在課堂上組隊(duì)，確定選題及初步方案。周末組長(zhǎng)帶隊(duì)用“騰訊會(huì)議”系統(tǒng)組織交流研討，確定最終實(shí)驗(yàn)方案、任務(wù)分工，并完成探究實(shí)驗(yàn)。表1列出了代Wbl0hofBGcsqoOED711ZyGPD+u67/DBckT7iM1whGnk=表性的選題及研究方案。2.利用網(wǎng)絡(luò)投票小程序提升學(xué)習(xí)熱情在完成“微生物的培養(yǎng)技術(shù)及應(yīng)用”的教學(xué)后，筆者抓住學(xué)校舉辦“科技藝術(shù)節(jié)”的契機(jī)，組織了“微生物作畫大賽”。參賽學(xué)生利用課余時(shí)間，在培養(yǎng)基上利用菌液作畫，創(chuàng)作了一件件生動(dòng)有趣的作品。筆者拍照后，利用微信投票小程序組織了網(wǎng)絡(luò)投票，吸引了大量學(xué)生甚至家長(zhǎng)的參與，不僅提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，更大幅提高了調(diào)查范圍和收集信息的效率。3.利用AI智能體進(jìn)行后續(xù)學(xué)習(xí)近年來(lái)，人工智能（AI）迅速發(fā)展。國(guó)內(nèi)也誕生了如“文心一言”“訊飛星火”“Kimi”等大模型。AI具有強(qiáng)大的情境理解能力，可以進(jìn)行流暢的人機(jī)對(duì)話，助力學(xué)生課后拓展學(xué)習(xí)。相比通用大模型，AI智能體對(duì)學(xué)生更有幫助。教師可以上傳電子教材、教學(xué)設(shè)計(jì)、試題、網(wǎng)址鏈接等內(nèi)容，創(chuàng)建教學(xué)智能體，為學(xué)生提供更專業(yè)的“私人輔導(dǎo)教師”，幫助學(xué)生更好地掌握核心知識(shí)點(diǎn)，提高關(guān)鍵能力。學(xué)生可以向智能體提問(wèn)，破解困惑；也可以請(qǐng)智能體為自己量身定制相關(guān)的試題，隨時(shí)檢測(cè)知識(shí)的掌握情況；還可以與智能體對(duì)話，評(píng)估自己實(shí)驗(yàn)方案、課題的可行性。四、總結(jié)與反思本案例應(yīng)用了多種數(shù)字資源工具及平臺(tái)（見(jiàn)表2），實(shí)現(xiàn)數(shù)字技術(shù)與高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合，充分體現(xiàn)了TEL教學(xué)模式的特點(diǎn)。在融合過(guò)程中，筆者不僅對(duì)教學(xué)模式進(jìn)行了創(chuàng)新，而且通過(guò)多方面的評(píng)估與反思，確保這一融合實(shí)踐的有效性和可持續(xù)性。（一）學(xué)生學(xué)習(xí)成效提升TEL教學(xué)模式顯著提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和參與度，成效顯著。一方面，學(xué)生通過(guò)課前自學(xué)與測(cè)試，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、操作步驟的理解更為深刻。縱向比較，單元考試結(jié)果顯示，課前檢測(cè)呈現(xiàn)的“微生物的計(jì)數(shù)”“選擇培養(yǎng)基的應(yīng)用”等難點(diǎn)已被有效突破。與往屆同一時(shí)期比較，學(xué)生的卷面成績(jī)、口頭表達(dá)水平及與微生物培養(yǎng)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)操作水平均有明顯提高。另一方面，學(xué)生通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的模擬操作和課堂上的實(shí)時(shí)展示與交流，在實(shí)驗(yàn)操作中的準(zhǔn)確性和規(guī)范性得以加強(qiáng)。大部分學(xué)生無(wú)菌操作規(guī)范流暢，倒平板時(shí)極少出現(xiàn)以往培養(yǎng)基沾污培養(yǎng)皿壁的情況；進(jìn)行平板劃線時(shí)極少出現(xiàn)劃破培養(yǎng)基的情況。（二）教師教學(xué)效率提高TEL教學(xué)模式具有以學(xué)生為中心、主動(dòng)學(xué)習(xí)、技術(shù)工具支持等特點(diǎn)。隨著數(shù)字技術(shù)的引入，教師能夠節(jié)省大量重復(fù)講解的時(shí)間，轉(zhuǎn)而將更多精力投入個(gè)性化輔導(dǎo)和指導(dǎo)學(xué)生解決問(wèn)題上，提高了教學(xué)效率和質(zhì)量。例如，教師借助智學(xué)網(wǎng)平臺(tái)測(cè)試、批改，可以快速獲取學(xué)情信息，進(jìn)行針對(duì)性備課，實(shí)現(xiàn)分層教學(xué)。同時(shí)，多媒體設(shè)備和在線平臺(tái)的使用，促進(jìn)了師生之間的即時(shí)互動(dòng)與反饋，增強(qiáng)了課堂的互動(dòng)性和有效性。（三）教師要做好數(shù)字化資源的選擇與優(yōu)化