优化高中生命科学实验教学的实证研究

1、优化高中生命科学实验教学的实证研究上海市南洋模范中学 安梅【摘要】 实验教学是高中生命科学教学中的重要环节，合理运用显微数码互动系统能在一定程度上克服传统生物实验教学的局限性，研究表明，运用该系统在提高课堂效率，增加师生沟通、实现资源共享，推动高中生命科学基础型、拓展型、研究型三类课程发展等方面发挥了积极的作用，提升了高中生命科学实验教学的质量，并带来实验教学观念上的更新。 【关键词】 显微数码互动系统 优化 高中生命科学实验1研究背景11高中生命科学实验教学的重要性实验教学是高中生命科学教学中一个重要环节，是理论联系实际，培养学生分析问题、解决问题能力和强化理论知识，增强

2、形态概念的重要手段，其学习的过程重在观察实践。使用显微镜进行微观观察是实验教学中普遍使用的教学模式和环节，是高中生命科学教学不可缺少的内容，也是使学生通向微观世界的重要窗口。实验教学可以加深学生对理论知识点的理解与记忆，还可以培养学生较强的动手能力、科学思维能力及创新能力，提高学生的抽象思维、逻辑思维及综合分析能力，极大地激发学生浓厚的学习兴趣和强烈的求知欲，挖掘了学生体内蕴藏的巨大潜力，使学生变被动学习为主动学习，为今后的学习和科学研究打下坚实的基础。在深化教学改革的新形势下，如何在实验教学中培养学生的观察、分析、思维和动手能力，促进学生综合素质的提高，已成为当前高中生命科学教学改革工作的重

3、点。12传统生物实验教学存在的问题高中生命科学的大部分实验课都离不开显微镜的使用。但目前在实验教学中所使用的显微镜大多品牌杂、质量差，急需更新。现有显微镜的功能和质量远不能适应和满足现代高中生命科学实验教学工作的需要，使目前传统实验教学存在以下几个方面的问题。121课堂效率方面在课堂时间内，教师上课相当吃力，除了负责主场教学外，在所剩不多的时间内，由于显微镜使用的特殊性和个体性，如学生有问题，老师就得走到学生座位上进行单独指导，但其他同学就无法了解；如果有许多同学提问，你一言，我一语，老师根本来不及回答问题；经常发生学生排队等老师回答问题的情况。有些同学等不及，也就不提问了。教师只能指导有限的

4、几个学生，大部分的学生不能得到有效而及时的辅导。传统显微镜功能的限制也严重限制了教学的内容。学生在每一次课堂教学中，只能观察到有限的几种材料的微观图像，内容的局限性使课堂效率不尽如人意。122师生沟通方面在课堂上，学生们各自使用自己的显微镜，孤立地做各自的操作，单独观察自己的实验内容，看不到老师或其他同学的实验过程。一方面教师不能够及时掌握学生所观察的内容，使得教师不得不经常重复回答不同学生提出的相似问题，另一方面教师们在实验课中忙于对学生的个别指导，常行走于发生问题的学生们中。对于不提问题的学生，教师无法了解他们是否都观察到正确的部位。由于教师与学生及学生之间的沟通和交流受到时间、空间的限制

5、，使学生不能得到最多的收获。123资源共享方面资源无法共享也是传统显微镜教学中的一大弊病。由于在传统微观教学实验中，不能实现图像的远距离传送和储存，一些好的材料、好的现象和好的结果只能局限于某一次实验课或某一个实验室中，而无法在另外的时间或不同的实验中再现，更谈不上校际资源共享。从经济上考虑，在传统的显微镜教学中，有限的资金不能合理有效地用于不同的实验教学中。某些观察性实验由于材料昂贵而不得不取消。2研究对象和内容21设备与教学环境.显微数码互动系统显微数码互动系统是通过使用新型的教学设备来推行一种全新的教学理念。这一系统将传统的由教师个别地手把手地教学生用显微镜进行微观形态观察，变为师生互动

6、的、图像共享的、高效率的教学体系。系统由数码显微镜系统、图像处理系统、语音问答系统、计算机软件系统、多媒体投影机系统等组成。我校数码互动实验室由1台教师数码显微镜连接25台学生数码显微镜组成数码显微镜系统，教师镜和学生镜下的图像均可经图像处理系统实时传输到教师端的电脑显示器上，并通过多媒体投影机系统投影到大屏幕上。每台数码显微镜内置有亮度可调的LED指针，可指向显微镜下画面的任意位置，便于讨论。语音问答系统提供了全通话、师生对讲、学生示范、分组讨论四种模式便于师生之间的交流。学生端还设有拍照按键，学生可将需要的镜下图像拍摄下来并保存。此系统通过微机和网络的作用，还能存贮所获得的生物图像信息，并

7、与网络系统连接，实现图像和资讯的异地实时共享。这种迅速发展的综合性信息技术，为教育现代化提供了全方位的技术支持，使教育教学手段产生了深刻的变革。22研究内容针对高中生命科学实验教学实践，基础型课程方面选取上海市南洋模范中学高二2班46人，高二3班45人为样本，着重了解显微数码互动系统对基础型实验教学课堂效果、师生互动、资源共享方面产生的影响，探明学生在知识、技能、情感态度、探究能力、学科理解等方面的情况变化，并以案例分析的形式研究显微数码互动系统对拓展型校本课程的建设和研究型课题小组研究中所起的作用。 3研究过程我校有生命科学实验室有两间，一为数码互动实验室，一为传统实验室，笔者在不同实验室内

8、分别对实验班和对照班按大纲要求进行基础型实验教学，并在数码互动实验室开设拓展课和开展课题研究。经过一年的教学实践，在查阅文献的基础上，自编“高中生命科学实验学习情况调查问卷”进行调查，学生问卷共发放91份，回收有效问卷91份，有效回收率为100%，其中实验班45人，对照班46人；男生41人，女生50人。31 “问卷”的信度和效度检验311信度分析用SPSS11.0对“高中生命科学实验学习情况调查问卷”的指标进行分析，其内在一致性信度alpha=0.8966,说明各个指标之间内在一致性较高。312效度分析 表1 问卷各分指标与问卷总分的内容效度课堂效果知识技能情感态度探究能力学科理解师生互动资源

9、共享相关系数.8921*.7784*.7405*.6831*.8407*.6734*.8996 *.8915 *P值0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000问卷各指标得分与总分的相关系数见表1，在0.01的水平上均达到了极其显著水平，说明该问卷具有较高的内容效度。32 高中生命科学实验学习情况的现状分析321问卷各分指标基本统计量（见表2）表2 各分指标的描述性统计样本量均数最大值最小值极差标准差变异系数课堂效果9127.803316174.13714.9%知识917.389361.36418.5%技能9114.20186122.27216.0%情感态度

10、9114.97188102.30215.5%探究能力9125.983315183.95215.2%学科理解9113.19186122.25017.1%师生互动9143.015117346.26014.6%资源共享9119.07248163.69619.4%总分91165.602019510621.44212.9%图1 生物实验学习情况总分直方图（含正态分布曲线）322实验对象在各分指标上差异显著性比较（见表3）表3 各分指标实验班和对照班显著性差异检验样本量人数平均值标准差T值P值课堂效果实验班4529.733.1074.945.000对照班4625.914.173知识实验班458.041.1

11、075.175.000对照班466.741.290技能实验班4514.932.1783.209.002对照班4613.482.147情感态度实验班4515.822.0593.751.000对照班4614.132.237探究能力实验班4527.403.5573.615.000对照班4624.593.856学科理解实验班4514.291.7535.261.000对照班4612.112.173师生互动实验班4546.115.4865.339.000对照班4639.985.471资源共享实验班4521.333.2687.264.000对照班4616.852.590总分实验班45177.4918.167

12、6.233.000对照班46153.9817.817表3数据显示：实验班和对照班在课堂效果、知识、技能、情感态度、探究能力、学科理解、师生互动、资源共享上得分的进行平均数差异显著性检验，T值分别为4.945、5.175、3.209、3.751、3.615、5.261、5.339、7.264、6.233，所有的P<0.01，这说明实验班和对照班在以上各分指标上得分差异极其显著，实验班在各方面均明显优于对照班。4研究结果和分析41优化生命科学实验教学效果411对基础型教学实效性的全面提高4111改进教学手段提高堂效率运用显微数码互动系统，改进了教学手段，提高了学生对生物实验课的总体评价，生物

13、实验课自然有序，调控有力，学生注意力集中，学习兴趣浓厚，促进了对实验的知识和操作技能的掌握，同学间合作互助，对执教老师的喜欢和信任使学生对生物实验课的教学方式感到满意，自身价值也得到了展示。通过该系统，教师可把观察的装片中的图象利用计算机的软件系统即时投影到屏幕上，比如颤藻和水绵的观察中，教师将染色后水绵的细胞核呈现出来可以学生使学生更容易在自己的显微镜里观察到实验现象。教师利用真实图像讲解，示教效果理想。教师在主控台微机显著屏上可随时观察到每一位学生的镜下图像，比如“植物细胞分化的观察”，教师可以知道学生看的具体结构，可随时采取有针对性的调控方法进行指导，使学生能正确区分根冠、分生区、伸长区

14、和成熟区的细胞。教师随时掌握学生的学习情况，使指导有很强的针对性。学生可以利用“作业提交”功能将自己在镜下找到的典型的照片提交给教师，还可以利用这套系统的“图像处理”功能将照片上的典型结构和细胞标记，教师还可以通过“文件分发”功能，将最典型的照片发给每一个学生机，可以更有效地检验学生的学习效果。这样学生对于刚学过的知识内容总能够及时弄懂。在运用显微数码互动系统的过程中，学生熟练掌握了使用各种实验仪器的技能，采集培养和处理实验材料的技能，制作装片和徒手切片的技能，绘图记录和分析实验结果的技能，课堂上老师布置动手操作时，每次都能做的很好。这种成功的体验使学生对自己动手做实验充满信心，愿意和实验室的

15、设备打交道，在实验课上精神振奋，愉快乐观，激发了他们学习的兴趣和获取思维成果的欲望，从而促使他们积极主动地参与到学习过程中去。这样上课时学生自觉支配自己的活动，减少了教师在课堂秩序管理上投放的精力，指导力量加强了。学生积极运用多种感官观察出事物的特征，把已学到的知识技能去发现分析实际问题；对于不能观察到实验现象时，也能很快知道自己错误原因，并能独立订正。做实验时，遇到难题后，总是先认真思考，实在不会再请教别人；在学习过程中，能主动提出问题并努力设法解决、实验课上思维活跃，学生的提问有一定深度，他们既不轻信别人的观点，也不一味固执已见。实验课的学习方式留给学生足够的自主探究空间，有利于学生形成生

16、物体结构和功能、局部与整体、多样性与共同性相统一的世界观，更加有利于学生养成求实、质疑、创新和勇于实践的科学精神和科学态度。运用显微数码互动系统的实验教学，使学生充分理解生命科学的学科特点，即通过实验来获得和理解生物学概念。同学感到通过实验观察过的现象能记住，抽象的内容也能理解，化难为易，学生不认同实验之前教师应该告诉正确的实验结果，愿意自己亲自探索，这有助于辩证唯物主义自然观的形成，有助于学生对科学过程和本质的理解。学习是一个主动建构知识、发展能力、形成正确的情感态度与价值观的过程。先进的教学手段使这一过程在高中生命科学实验课上有了更充实的内涵。4112提高互动效率增强沟通灵活的语言教学模式

17、和全面的图像数据共享，实现了在同一时间、同一界面师生的高效沟通，避免了由于师生换位观察而可能造成的观察和理解上的错位，学生可以通过显微镜下的光标指针对图像中某一不懂的细胞或组织进行标记，通过“呼叫”对教师进行提问。教师根据问题的普遍性或特殊性可以选择对单个学生进行“师生对话”或选择“全通话”对全班学生进行指导和讲解，这样教师不用走动就能指导学生，十分方便地进行相互交流；教师也可以选择学生中某个做得比较好的显微镜下的图像，进行讲解和分析。如“洋葱根尖有丝分裂的观察”实验，对中期和后期细胞的分辨，学生常常说看得头昏脑胀也找不到，这时如果把某个学生找到中期或后期的细胞通过“学生示范”投影到屏幕上展示

18、给其他学生看，他们照着这个特征去寻找，往往就可以很快发现目标，这种做法不但缩短了学生的寻找时间，而且提高了他们的学习热情和效率，也把教师从体力疲惫中解放出来。使教师对每一个学生实验情况都能给予密切关注，学生感到教师愿意与他们进行积极交流、教师能经常性给予学生激励性支持，教师对实验中出现问题的讲解，注重启发，思维点拨到位，对学生很有帮助，学生在学习中遇到困难会及时向教师提出，教师对学生学习过程出现的问题的适时辅导使学生感到教师的关心，教师定期总结作业中出现的有代表性的问题，对每个人的作业给出宽容和鼓励的评语和建议，及时调整教学适合学生个体的学习风格，用恰当的方法引导学生间的互相评价和激励，激发自

19、信，所以学习有热情，学生随时随地与教师进行交流，不受时空限制，选择自己喜欢的方式与教师交流。课堂上以教师为首席的师生平等关系是高效沟通的基础，而显微数码互动系统的运用丰富了师生互动的内容，教师通过情感交流提高学生参与交互的兴趣和热情，学生的积极参与程度有利于学生的动机持续性，从而能顺利实现因材施教和满足个性化学习，充分体现“以学生为中心，以学生发展为中心”的理念。4113积累教学资源实现共享利用显微数码互动教学系统，教师可随时通过教师显微镜给同学示教，也可随时反映某一学生镜下非常典型的结构及特殊的现象通过投影仪投放到屏幕上展示给全班同学，尤其对不容易见到的特殊现象或典型结构还可拍照摄像，以备随

20、时调出使用，理论上几乎每个学生切片中有意义的结构都可供全体同学观察，从而实现了资源共享，大大提高了学习效率。通过显微数码互动教学系统可选择自己喜欢的方式随时随地与同学进行交流，表达自己的想法并倾听他人的观点，同学相互补充，拓展思维，互相帮助，能按进度完成任务，同学因为分享集体的智慧和经验而提高了水平。由于学生镜图像和教师镜图像均可上传至微机，因此教师可通过操作微机对任一台显微镜上传来的图像进行捕捉、照相、处理和保存。更重要的是教师在实验课教学过程中对不容易见到的结构、典型结构及某些特殊现象可随时捕捉、照相、摄影，经过处理后保存在电脑中，从而在教学过程中不断储备和丰富教学资料，并可将之用到后续的

21、教学中去。比如“质壁分离及复原”的动态变化的过程成为学生深刻的记忆，经年累月的蓄积必定形成丰富的教学资源，以前的实验资料数据库给学生提供了有益的参考，多种类型的学习资源激发了学生的求知欲，对促进教学质量的提高大有裨益。各种渠道来源信息的充分利用，在培养学生收集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力等的同时，突出创新精神和实践能力的培养。从而使学生理解科学、技术与社会的相互关系，理解科学的本质并形成科学的态度和价值观，真正体现二期课改的精神。412对拓展型实验系统性的有力促进案例1趣味生物实验探究拓展型校本课程三年前从讲义开始，现已形成包含实验报告在内的

22、校本教材，可在12-15课时内完成，内容包括徒手切片观察植物组织细胞、血液涂片的制作、不同浓度的溶液对动物细胞形态的影响、单细胞动物（草履虫）的应激性反应、酵母菌的培养和观察、生活中的霉菌的培养和观察等等，每个实验后面除了有对实验现象的观察形成的实验报告的要求，还有对实验的总结和提升，比如通过实验引发的进一步思考，新的提问和解决途径，最大的收获和与同学合作学习的情况等等，最后，要求学生根据在生物实验拓展课中所学的实验设计原理和实验操作方法，独立设计实验方案，探究自己生活和学习中感兴趣的或感到困惑的、同时需要在生物实验室里才能解决的一些问题。经集中讨论，分析其可行性和可操作性，结合学生所学的知识

23、和学校的实际情况，确定最终课题。学生的成绩由学生的课堂表现，实验报告，实验总结和实验方案设计等等方面进行综合评定。利用显微数码互动系统进行拓展型校本课程的开发，开辟了高中生命科学实验教学新领域。拓展课上常见的实验由于运用显微数码互动系统，不仅使学生体验到先进技术的魅力，更能体验到先进技术对学习的支持作用。不仅切片涂片等生物的传统技能能得到很好的落实，还解决了原来无法克服的困难，比如生物作图作为高中生命科学实验教学的较高要求，在拓展课上落实的时候，很多同学难以在一课时内完成一幅作品，他们可以将图象拍摄下来，在一个半到两个课时内完成，这样的安排适合绘图技术熟练程度不同的同学都能认真仔细地完成任务。

24、又如同学在对原核生物颤藻摄像过程，发现了不停扭动的原生动物，在欣喜之余，自行设计了“原生动物的观察与分类实验”，既满足了学生的好奇心和求知欲，又激发了学生的创新热情。413对研究型活动过程性的合理完善 案例2 课题研究“校园菌落的初步研究寻找校园最脏的角落”小组首先进行微生物实验基本操作训练，然后就积极开展课题研究，他们在校园多个角落取样，采用平板菌落记数法，需将等待测验的菌液进行一系列的梯度稀释后培养，观察记录，并利用显微数码互动系统对微观材料进行长度、面积、周长、半径等的专业测量导出数据统计表等，这些工作对涉及此学习领域不深、能力相对不足的高中学生而言，一步到位是有一定难度的，工作量大，不

25、是一位同学利用一个中午休息或一个下午能完成的，而且由于学业比较繁重，也不能保证每天抽出固定时间进行课题研究。在教师指导下，学生运用显微数码互动系统强大的记录储存化解了这一困难。研究过程历时6个月，由于每位同学的时间进度和工作成果都一目了然，避免了任务分配不合理、遇事相互推诿，缺乏责任心的现象发生，强化了合作意识，提高了合作能力。生命科学课程标准把“倡导探究性学习”作为新的课程理念之一，通过探究性学习，使学生的学习过程成为一个发现问题、分析问题、解决问题的过程，成为暴露学生各种疑难、困难、障碍和矛盾的过程，成为展示学生的聪明才智、独特个性、创新成果的过程。从高中研究型课程和生物学科对学生探究学习

26、的要求来看，无论是实验材料的选择、控制变量的选定、对照实验的设计以及数据的收集、处理都要科学合理，才能使最后实验的结果正确、得出的结论科学。显微数码互动系统对数据处理功能确保数据的可靠性、有效性、充分性、典型性，再经过学生运用科学的方法对资料进行分析提炼而获得的科学的结论，既重过程又重结果，过程与结果相结合，学生在课题研究的过程中实现了对探究性学习的正确理解。42更新生命科学实验教学观念显微数码互动系统有着传统实验教学无法比拟的优势，极大改善了实验课的教学条件，对提高教学质量和教学效率起了很大的推动作用，使教师进行实验教学改革成为可能。教师在更新实验教学观念，探索新的实验教学模式时，应该注意以

27、下三个方面：421突出基本技能教学显微镜操作技术、临时玻片标本的制作、徒手切片法、压片法、撕片法是高中生命科学实验的基本技能，教师应从提高学生动手的积极性，培养学生乐于实践的习惯入手，加强学生动手能力的培养，提高对动手能力训练的要求，把培养学生动手能力做为主要课程目标。改革实验课成绩评价标准，让动手能力成为实验课成绩评价标准的重点内容。422突出培养学生独立实验能力在教给学生基本技能的基础上，让学生独立自主的实施实验，其中包括鼓励学生改革常规实验步骤，增减某些实验内容，让学生有更大的发挥，从而使学生能发挥更大的独立自主性，使他们在实验中有更多的思考，有更多发现问题的机会，和更多独立自主解决问题

28、的机会，从而培养学生学会发现问题、解决问题，独立完成实验任务的能力。423突出培养学生设计实验能力经常布置设计实验的作业，让学生在老师的指导下课下设计实验课，并每学期至少给学生提供一次实验课，实施其自行设计的实验。让学生在实施自行设计的实验中，找到自已在设计实验方面的不足，为下次设计更合理的实验打下基础。5讨论显微数码互动系统将现代信息技术手段融入了传统的教学中，能将示教、观察、提问、讨论、考试等各个教学环节有机地结合在一起，大大优化了高中生命科学实验教学，是生命科学实验教学方式的一大变革。由于这一系统在高中生命科学实验教学中运用时间不长，课程资源库储备不够丰富，各教学环节的结合也有待完善。因

29、此，笔者提出以下发展性思考和建议：51调动学生的积极性共建课程资源库教师要通过精心设计评价标准，使学生在完成作业的同时也积累了高质量的课程资料。教师还要利用课外时间进行多种实验材料和方法的尝试并记录保存，成为课程资源库的重要组成部分。52形成三大类型课程的系列校本课程根据高中生命科学基础型、拓展型、研究型三类课程的教学目的、教学要求和学校的办学目标、学生特点的不同，设计不同的教学方案，并通过教学实践不断完善，使各教学环节有效结合起来，形成一套受到学生喜爱的内容丰富的校本课程。【参考文献】1 周 伊，成小利，张润岐等 . 显微数码互动系统在病理学实验教学中的应用 J 现代医药卫生 2005 ， 21 （ 20 ）： 2879-2880 2 张耀杰、张秉义、子思敏等 显微数码互动系统开创形态实验教学新模式 J 西北医学教育 2004 ， 12 （ 5 ）： 427-428; 3 王国强. 多元化开放式实验教学的创新与实践J. 黑龙江高教探索，