技術(shù)增強(qiáng)型學(xué)習(xí)在高中生物學(xué)實驗教學(xué)中的融合與實踐

摘要：為提高學(xué)生參與度和學(xué)習(xí)主動性，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）在高中生物實驗教學(xué)中的應(yīng)用，推進(jìn)個性化精準(zhǔn)教學(xué)。教師整合互聯(lián)網(wǎng)資源、虛擬實驗室和多媒體設(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)資源和虛擬實驗室自主學(xué)習(xí)和模擬操作，做好理論學(xué)習(xí)和實驗準(zhǔn)備。課堂上，利用多媒體設(shè)備提升師生互動和實驗操作的可視性。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，提高解決問題的能力。實踐表明，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，為高中生物實驗教學(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)；實驗教學(xué)隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，教育領(lǐng)域正經(jīng)歷著一場深刻的變革。在高中生物學(xué)實驗教學(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)體驗的關(guān)鍵。筆者以“微生物的培養(yǎng)技術(shù)及應(yīng)用”實驗為例，探討了在數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下，TEL在高中生物學(xué)實驗教學(xué)中的融合與實踐。筆者構(gòu)建課前、課中、課后一體化的TEL教學(xué)模式，實現(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)實驗教學(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)實驗教學(xué)的必要性技術(shù)增強(qiáng)型學(xué)習(xí)（Technology-EnhancedLearning，簡稱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、提高學(xué)習(xí)效率，提升批判性思維、創(chuàng)新性思維和解決問題的能力。新時代的學(xué)生生活在數(shù)字化環(huán)境中，對知識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、互動教學(xué)環(huán)境的TEL教學(xué)模式，能夠滿足學(xué)生個性化、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)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，實驗教學(xué)在高中生物教學(xué)中占據(jù)重要地位。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)存在教學(xué)方法單一、理論與實踐脫節(jié)、學(xué)生自主性受限、評價方式片面化等問題。一些學(xué)校還存在實驗經(jīng)費(fèi)短缺、實驗課不受重視等現(xiàn)象。數(shù)字技術(shù)的引入可以打破時空限制，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，實驗設(shè)計應(yīng)該多樣化，可以充分利用多媒體、互聯(lián)網(wǎng)及無線通信技術(shù)進(jìn)行虛擬實驗[2]。教師應(yīng)探索生物學(xué)實驗教學(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)模式與實驗教學(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)實驗教學(xué)中，教師往往占據(jù)主導(dǎo)地位，側(cè)重于理論知識的傳授，而容易忽視對學(xué)生實驗操作技能和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。學(xué)生被動接受知識，主觀能動性受到抑制，不注重課前預(yù)習(xí)，缺乏獨立思考的能力。通常，教師用4個或5個課時完成“微生物的培養(yǎng)技術(shù)及應(yīng)用”的教學(xué)，前面的課時用于理論教學(xué)，僅在最后一個課時組織學(xué)生進(jìn)行實驗操作。學(xué)生未能深度參與實驗，同時缺乏對實驗操作情況的有效評價。為解決上述問題，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)實驗教學(xué)的各階段。從學(xué)生課前自學(xué)到課堂互動，再到課后的拓展學(xué)習(xí)，教師整合虛擬實驗室、交互式多媒體設(shè)備等資源，可構(gòu)建全面互動、個性化且適宜的教學(xué)環(huán)境，實現(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，教師能夠為學(xué)生提供多樣化學(xué)習(xí)材料；利用智能測試平臺，教師能夠及時獲得學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋信息，進(jìn)行更有針對性的教學(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（如國家中小學(xué)智慧教育平臺、嗶哩嗶哩、微信公眾號等）精選優(yōu)質(zhì)課程資源（如實驗操作視頻、微課、教學(xué)課件等），若某知識點沒有合適的資源則自行錄制微課，將其上傳到“釘釘平臺”的班級專用文件夾，構(gòu)建網(wǎng)上學(xué)習(xí)資源庫，供學(xué)生自主學(xué)習(xí)。學(xué)生利用空閑時間學(xué)習(xí)資源庫中的資料，并根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況選擇性地反復(fù)觀看，提煉疑難問題，利用微信、釘釘?shù)冉涣髌脚_與同伴交流或者向教師請教。如此，教師將節(jié)省用于講授實驗原理、實驗步驟的時間，極大地提高了教學(xué)效率。2.利用線上平臺測試學(xué)習(xí)效果為檢驗學(xué)生課前學(xué)習(xí)效果，筆者在“智學(xué)網(wǎng)”平臺的作業(yè)中心設(shè)置“同步作業(yè)”。教師借助平臺可獲得學(xué)情信息，對學(xué)生在線上學(xué)習(xí)中遇到的問題、難點進(jìn)行整理。例如，筆者在測試中發(fā)現(xiàn)，“無菌技術(shù)滅菌與消毒的區(qū)別”“利用稀釋涂布平板法進(jìn)行微生物的計數(shù)”“選擇培養(yǎng)基的應(yīng)用”是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點。筆者根據(jù)學(xué)情進(jìn)行針對性備課，以幫助學(xué)生突破難點，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。3.利用虛擬實驗室進(jìn)行模擬操作在操作真實實驗之前，筆者讓學(xué)生先利用線上的虛擬實驗平臺進(jìn)行模擬操作。以“NOBOOK虛擬實驗室”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)的實驗。學(xué)生登錄平臺后可以了解實驗原理、目的、材料、用具等，還可進(jìn)行模擬實驗，提早熟悉藥品和器材的選擇安裝及實驗的規(guī)范操作，為正式進(jìn)行實驗打下基礎(chǔ)。（二）課上學(xué)生利用多媒體設(shè)備展示與研討對于本專題，筆者安排了4個課時進(jìn)行課堂教學(xué)。以下介紹課堂教學(xué)過程中數(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，還能憑借其“拍照上傳”和“手機(jī)投屏”等功能，實現(xiàn)課堂上實時展示與交流。第1課時，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)行重難點的講解，也可截屏展示學(xué)生在線上測試中出現(xiàn)的典型錯誤并糾正。第3課時，可以拍照上傳學(xué)生課堂的實驗設(shè)計，實時進(jìn)行交流與討論，鼓勵學(xué)生進(jìn)行思維碰撞。第4課時，教師為學(xué)生展示實驗成果提供舞臺，讓學(xué)生以課件、視頻、實物等方式，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，學(xué)生要完成相關(guān)的實驗操作。由于微生物實驗室中超凈工作臺數(shù)量有限，且培養(yǎng)基滅菌需要較長時間，無法支持大班集體操作。筆者優(yōu)化了操作流程。大部分學(xué)生仍留在普通實驗室，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、超凈工作臺的使用等操作。學(xué)生觀看并連麥提問，實時互動，及時解惑。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)生分組到微生物實驗室完成培養(yǎng)基的配置與滅菌，為下一個班級的實驗做準(zhǔn)備。如此可極大地節(jié)省課堂時間，高效完成實驗任務(wù)。3.利用實物投影儀展示成果實物投影儀可直觀地展示實物。第3課時，學(xué)生代表展示實驗結(jié)果——微生物的生長與分離情況。由于培養(yǎng)皿體積小，后排的學(xué)生無法看清。教師利用高清攝像頭將實物投影到屏幕上，無需近距離觀看或傳遞實物，可提高展示的效率，增加學(xué)生的參與度。同時，實物投影儀還有記錄與存檔功能，可將展示過程錄制下來，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，還能拓寬學(xué)生的視野，提高實踐能力和創(chuàng)新思維。如何構(gòu)建互動性強(qiáng)、學(xué)習(xí)個性化的學(xué)習(xí)環(huán)境？以下，探討三種創(chuàng)新途徑。1.利用“騰訊會議”系統(tǒng)進(jìn)行交流研討在展示、分析第2課時的實驗結(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)探究生活中的問題。學(xué)生在課堂上組隊，確定選題及初步方案。周末組長帶隊用“騰訊會議”系統(tǒng)組織交流研討，確定最終實驗方案、任務(wù)分工，并完成探究實驗。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)生利用課余時間，在培養(yǎng)基上利用菌液作畫，創(chuàng)作了一件件生動有趣的作品。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，人工智能（AI）迅速發(fā)展。國內(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智能體對學(xué)生更有幫助。教師可以上傳電子教材、教學(xué)設(shè)計、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點，提高關(guān)鍵能力。學(xué)生可以向智能體提問，破解困惑；也可以請智能體為自己量身定制相關(guān)的試題，隨時檢測知識的掌握情況；還可以與智能體對話，評估自己實驗方案、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（見表2），實現(xiàn)數(shù)字技術(shù)與高中生物學(xué)實驗教學(xué)的深度融合，充分體現(xiàn)了TEL教學(xué)模式的特點。在融合過程中，筆者不僅對教學(xué)模式進(jìn)行了創(chuàng)新，而且通過多方面的評估與反思，確保這一融合實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)主動性和參與度，成效顯著。一方面，學(xué)生通過課前自學(xué)與測試，對實驗原理、操作步驟的理解更為深刻?？v向比較，單元考試結(jié)果顯示，課前檢測呈現(xiàn)的“微生物的計數(shù)”“選擇培養(yǎng)基的應(yīng)用”等難點已被有效突破。與往屆同一時期比較，學(xué)生的卷面成績、口頭表達(dá)水平及與微生物培養(yǎng)相關(guān)的實驗操作水平均有明顯提高。另一方面，學(xué)生通過虛擬實驗室的模擬操作和課堂上的實時展示與交流，在實驗操作中的準(zhǔn)確性和規(guī)范性得以加強(qiáng)。大部分學(xué)生無菌操作規(guī)范流暢，倒平板時極少出現(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、主動學(xué)習(xí)、技術(shù)工具支持等特點。隨著數(shù)字技術(shù)的引入，教師能夠節(jié)省大量重復(fù)講解的時間，轉(zhuǎn)而將更多精力投入個性化輔導(dǎo)和指導(dǎo)學(xué)生解決問題上，提高了教學(xué)效率和質(zhì)量。例如，教師借助智學(xué)網(wǎng)平臺測試、批改，可以快速獲取學(xué)情信息，進(jìn)行針對性備課，實現(xiàn)分層教學(xué)。同時，多媒體設(shè)備和在線平臺的使用，促進(jìn)了師生之間的即時互動與反饋，增強(qiáng)了課堂的互動性和有效性。（三）教師要做好數(shù)字化資源的選擇與優(yōu)化