初中生物信息化教學(xué)設(shè)計分析

初中生物信息化教學(xué)設(shè)計分析摘要：為跟進(jìn)教育現(xiàn)代化新課程改革的發(fā)展要求，文章以初中生物“植物細(xì)胞”章節(jié)為例，基于系統(tǒng)論、信息技術(shù)與課程整合理論，利用NOBOOK虛擬實驗室、VR生物公園等信息技術(shù)手段，精心設(shè)計情景導(dǎo)入、任務(wù)分組、虛實演練、VR體驗、總結(jié)拓展五個課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，構(gòu)建核心素養(yǎng)下生物信息化教學(xué)設(shè)計過程，以期提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，改善生物課堂教學(xué)效果。關(guān)鍵詞：初中生物；虛擬實驗；核心素養(yǎng)；信息化教學(xué)設(shè)計一、引言自教育部頒布各種全面深化課程改革的有關(guān)文件以來，各類教育工作者一直致力于學(xué)科核心素養(yǎng)如何落實到課堂教學(xué)中的問題，從整體上推動了教育的深層次改革【1】。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、VR（虛擬現(xiàn)實）、AR（增強現(xiàn)實）等新興科技的迅猛發(fā)展，再次加快了現(xiàn)代化教育教學(xué)改革的步伐。如何利用信息技術(shù)進(jìn)行教育教學(xué)改革、完善信息化教學(xué)設(shè)計，成為一線教師面臨的首要問題【2】。生物學(xué)是對生命基本現(xiàn)象和一般規(guī)律的理解與解釋，與人們的生產(chǎn)、生活有著密切的關(guān)系【3】。與傳統(tǒng)教學(xué)模式不同，如今的生物課堂教學(xué)倡導(dǎo)以學(xué)生為主體，利用信息技術(shù)手段，精心打造教學(xué)設(shè)計，在體驗中習(xí)得生物學(xué)知識、培養(yǎng)積極的科學(xué)態(tài)度、發(fā)展終身學(xué)習(xí)的能力。本文依托生物學(xué)核心素養(yǎng)（生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任【4】）的培養(yǎng)目標(biāo)，以人教版《生物學(xué)》七年級上冊“細(xì)胞是生命活動的基本單位”這一章的第二節(jié)“植物細(xì)胞”為例，結(jié)合NOBOOK虛擬實驗等現(xiàn)代新興技術(shù)進(jìn)行信息化教學(xué)設(shè)計，并加以理論的闡釋和說明，希冀為廣大一線教師提供教學(xué)參考。二、信息化教學(xué)設(shè)計的理論分析信息化教學(xué)設(shè)計作為一種解決教學(xué)實際問題的“工具”，離不開學(xué)習(xí)理論、教學(xué)理論、系統(tǒng)論和傳播理論四大理論的指導(dǎo)【5】，具體如下：①依據(jù)系統(tǒng)論原理，在信息化教學(xué)設(shè)計中，教師要注重統(tǒng)籌教學(xué)過程的各個環(huán)節(jié)，根據(jù)教材內(nèi)容分析、學(xué)習(xí)者分析、目標(biāo)分析等把握設(shè)計思路，將導(dǎo)入、探究、練習(xí)、總結(jié)等各個要素有機結(jié)合，把信息化教學(xué)設(shè)計置于一個整體系統(tǒng)中，打造最佳的教學(xué)設(shè)計。②建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論中“同化、建構(gòu)和平衡”的思想【6】，指導(dǎo)我們在教學(xué)鞏固復(fù)習(xí)部分中運用網(wǎng)絡(luò)平臺、生物狗App等信息技術(shù)手段進(jìn)行設(shè)計，學(xué)生可隨時隨地對課堂的重點和難點進(jìn)行復(fù)習(xí)檢驗，完成學(xué)習(xí)過程的螺旋式自適應(yīng)循環(huán)。③有意義學(xué)習(xí)教學(xué)理論指導(dǎo)教師要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，合理運用視頻、圖片、手機App、虛擬現(xiàn)實等直觀性技術(shù)創(chuàng)設(shè)情境，還要重視生物實驗的探究體驗，讓學(xué)生在體驗中獲得知識。④傳播理論指導(dǎo)教學(xué)傳播過程的有效進(jìn)行，例如點陣筆的運用可使教師迅速得知學(xué)生課堂答題情況，達(dá)到實時反饋的傳播效果。三、“植物細(xì)胞”信息化教學(xué)設(shè)計與實施1.教材分析與設(shè)計思路?！爸参锛?xì)胞”這節(jié)內(nèi)容中“觀察植物細(xì)胞表皮結(jié)構(gòu)”實驗的優(yōu)化設(shè)計，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神，增強學(xué)習(xí)生物的濃厚興趣。但實驗結(jié)束后，還是有很多學(xué)生無法掌握模型概念，不明白具體的植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)，也不能理解相應(yīng)的功能。鑒于初一學(xué)生缺乏相關(guān)的生物學(xué)基礎(chǔ)知識，缺少對微觀世界的空間感，為強化學(xué)生探究體驗、改善生物課堂教學(xué)效果，教學(xué)思路如下：①以視頻這一視覺呈現(xiàn)方式趣味導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。②教師提前準(zhǔn)備好多種實驗材料，便于學(xué)生隨機選擇。③實驗中，先以NOBOOK生物虛擬實驗平臺進(jìn)行模擬，在學(xué)生明確具體的實驗操作步驟和安全提示后，再進(jìn)行真實的實驗操作練習(xí)，可減少學(xué)生因操作不熟練帶來的問題。④實驗后，學(xué)生根據(jù)結(jié)果觀察歸納出植物細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)及功能，并指導(dǎo)學(xué)生在紙上畫出。⑤最后利用VR生物公園向?qū)W生展示細(xì)胞的立體模型，并讓感興趣的學(xué)生課下制作，幫助學(xué)生樹立生物體結(jié)構(gòu)的三維空間感，為之后的生物學(xué)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。2.教學(xué)目標(biāo)。依據(jù)初中生物學(xué)最新課程標(biāo)準(zhǔn)與生物學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求【7】，制定如下教學(xué)目標(biāo)：①通過虛擬實驗操練、真實實驗觀察，闡明植物細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)及功能，繪制細(xì)胞簡圖，形成生命觀念。②通過探究過程，培養(yǎng)學(xué)生剖析歸納、模型構(gòu)建、解決問題的科學(xué)思維和態(tài)度。③通過科學(xué)實驗步驟，掌握科學(xué)探究方法，提高科學(xué)探究能力。④運用細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀念解釋一些生命現(xiàn)象，具有一定的社會責(zé)任意識。3.教學(xué)重難點。重點：實驗后歸納出植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)及功能。難點：成功制作植物細(xì)胞臨時裝片，形成植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡圖。4.教學(xué)過程。第一階段：課前學(xué)生：通過在線學(xué)習(xí)平臺、App等復(fù)習(xí)先前顯微鏡的使用方法、預(yù)習(xí)本節(jié)課植物細(xì)胞內(nèi)容，準(zhǔn)備自己想探究的生物材料。教師：詢問學(xué)生對本節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容的想法；準(zhǔn)備好材料用具，提供多種植物素材（如菠菜、黃瓜、洋蔥等），以便小組隨機選擇。第二階段：課中（1）創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)學(xué)習(xí)興趣教師活動：①播放HankGreen老師的網(wǎng)易公開課視頻《植物細(xì)胞》片段（課前用錄屏工具將該片段錄制保存，部分內(nèi)容如圖1所示）：這漢堡真的超好吃，這是一種神奇的魔法，但你知道它一部分是由植物做的，你在人生中吃過的大多數(shù)東西都是由植物做的……②引導(dǎo)學(xué)生從“細(xì)胞”這一生物體結(jié)構(gòu)的基本單位開始了解植物，引出本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容。學(xué)生活動：觀看視頻，感知任務(wù)。設(shè)計意圖：本節(jié)內(nèi)容以短視頻的形式引出，短小精悍、幽默風(fēng)趣，視頻內(nèi)容緊貼生活飲食，課堂氣氛得以充分調(diào)動。同時，結(jié)合“食物大多數(shù)是由植物做的”視頻為例，引導(dǎo)學(xué)生運用生命觀念來認(rèn)知生命世界、解釋生命現(xiàn)象，緊扣生物學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)。（2）準(zhǔn)備材料，實施任務(wù)分組教師活動：①共同認(rèn)識實驗?zāi)康暮鸵蟆＂趯嵤﹥扇嘶パa的分組方式，讓學(xué)生合作完成實驗，并將準(zhǔn)備的實驗材料進(jìn)行隨機提供。③教師給出實驗結(jié)果的記錄要求，讓學(xué)生試著繪制出植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡圖。學(xué)生活動：學(xué)生明確任務(wù)后，兩人一組為單位準(zhǔn)備實驗觀察，學(xué)生可使用教師提供的生物材料，也可采用自己準(zhǔn)備的材料。設(shè)計意圖：剛接觸生物的初中生對實驗的操作還不熟悉，教師需給出詳細(xì)的實驗結(jié)果記錄要求，以結(jié)果為導(dǎo)向促進(jìn)學(xué)生實踐。（3）虛擬實驗展示，真實實驗操練任務(wù)一：合作探究，觀察植物細(xì)胞教師活動：①NOBOOK虛擬實驗展示。打開NO-BOOK虛擬實驗平臺（PC端或網(wǎng)頁版）———選擇“初中生物”并登錄———選擇“制作并觀察洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮細(xì)胞臨時裝片”實驗，教師進(jìn)行虛擬實驗演示，引導(dǎo)學(xué)生概括制作方法（部分片段如圖2所示）。將其虛擬實驗過程投放于大屏幕，保證每一位學(xué)生及時、完整地接收知識，避免看不清操作步驟的情況。②真實實驗操作。根據(jù)先前學(xué)習(xí)由學(xué)生主動提出實驗步驟，再由教師進(jìn)行真實實驗演示，并針對操作過程中的關(guān)鍵問題做好講解，不斷引發(fā)學(xué)生的思考。③明確任務(wù)，以小組為單位選用生物材料，將臨時裝片做好后放到顯微鏡下觀察（教師巡視，注意對各小組給予評價）。學(xué)生活動：①關(guān)注NOBOOK虛擬實驗中的每個過程，歸納總結(jié)實驗方法和步驟。②觀看教師實驗過程，認(rèn)真聽取、記憶實驗注意事項。③學(xué)生合作制作臨時裝片，置于顯微鏡下觀察。設(shè)計意圖：以NOBOOK生物虛擬實驗操作為輔，避免視線看不見的問題，保證每位學(xué)生能夠及時、完整地接收到具體實驗操作步驟，并且減少學(xué)生因?qū)嶒灢僮鞑皇炀殠淼倪M(jìn)度參差不齊或存在的安全問題；以真實的實驗操作練習(xí)為主，學(xué)生通過實驗步驟的強化、問題的思考與討論，能更好地理解操作要點。通過歸納、概括實驗步驟及方法培養(yǎng)科學(xué)思維和科學(xué)態(tài)度，通過小組合作過程培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。任務(wù)二：形象感知，繪制植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡圖教師活動：①指導(dǎo)學(xué)生討論顯微鏡下的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。②布置任務(wù)：再次觀察，按照繪制要求畫出一個植物細(xì)胞的生物結(jié)構(gòu)簡圖，試著理解各部分的功能。③小組代表上臺展示繪制出的細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡圖，分享本組成果，師生共同總結(jié)評價。學(xué)生活動：畫出細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡圖，識別各結(jié)構(gòu)名稱。通過小組討論、師生合作理解植物細(xì)胞各部分的功能，體會植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)層次。設(shè)計意圖：通過形象感知、繪制植物細(xì)胞簡圖、討論細(xì)胞結(jié)構(gòu)及功能，不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的交流、合作能力，還能促進(jìn)學(xué)生的綜合素質(zhì)發(fā)展，形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。（4）VR體驗，理解細(xì)胞模型教師活動：在學(xué)生認(rèn)為完全認(rèn)識細(xì)胞結(jié)構(gòu)后，利用手機上的“VR生物公園”App投屏到多媒體，向?qū)W生展示細(xì)胞立體模型，讓學(xué)生在三維世界中進(jìn)一步理解植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)層次與功能。學(xué)生活動：親身體驗，身臨其境般地感知細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)與功能。明白顯微鏡下所觀察到的只是植物細(xì)胞的平面結(jié)構(gòu)，而實際的細(xì)胞結(jié)構(gòu)是三維的。設(shè)計意圖：利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)達(dá)到豐富的體驗效果，將細(xì)胞這一微觀概念直觀形象化，既能拓寬學(xué)生視野，又能引導(dǎo)學(xué)生樹立生物體結(jié)構(gòu)的立體觀和整體觀。（5）總結(jié)拓展，聯(lián)系生活實踐教師活動：①與學(xué)生一起系統(tǒng)歸納本節(jié)知識點，利用思維導(dǎo)圖軟件形成知識網(wǎng)絡(luò)圖。②提出并解釋有關(guān)生物學(xué)知識的常見現(xiàn)象，如沙瓤西瓜里發(fā)亮的小顆粒就是一個個游離的細(xì)胞；西瓜里流出的許多甜甜的汁液，就是試著運用生物學(xué)知識解釋生活中的常見現(xiàn)象。設(shè)計意圖：充分利用知識網(wǎng)絡(luò)圖或腦圖等可視化技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)梳理，總結(jié)強化本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容；通過結(jié)合生活實際解釋生命現(xiàn)象，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念和社會責(zé)任意識。第三階段：課后教師：提供NOBOOK虛擬實驗室平臺，讓學(xué)生復(fù)習(xí)本節(jié)知識要點；給出制作植物細(xì)胞立體模型的相關(guān)要求，讓學(xué)生自行組織制作。學(xué)生：根據(jù)教師要求，感興趣的學(xué)生通過自由組合完成模型制作，構(gòu)建細(xì)胞的立體結(jié)構(gòu)。還可寫出模型說明書，強調(diào)細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能，完成后放置展示區(qū)供大家鑒賞。5.教學(xué)反思本節(jié)課將信息技術(shù)和生物學(xué)知識進(jìn)行了有效融合。對本實驗的處理是依托信息技術(shù)手段，設(shè)計了NOBOOK生物虛擬實驗?zāi)M與真實實驗操作相結(jié)合的教學(xué)過程，強化學(xué)生的實驗步驟與思維過程，減少實驗中可能出現(xiàn)的錯誤，以期改善實驗效果，提高課堂教學(xué)效率。通過觀察、實驗操作、生物繪圖等活動，以學(xué)生為主體，讓學(xué)生親歷探究，逐步構(gòu)建植物細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)與功能。通過VR生物公園體驗立體模型制作，在學(xué)生心中埋下了熱愛生物的“種子”，增強了生物課堂教學(xué)的趣味性，有利于學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。信息技術(shù)手段的合理應(yīng)用和基于生物學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)，使得本節(jié)課高效地完成了教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生的掌握情況明顯好于傳統(tǒng)課堂。四、信息化教學(xué)設(shè)計的優(yōu)勢分析1.合理利用信息技術(shù)手段提高教學(xué)效率?，F(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學(xué)的融合，能夠打破傳統(tǒng)課堂的時空局限，凸顯學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。無論是課上幽默視頻的導(dǎo)入、學(xué)生借助NOBOOK虛擬實驗室平臺的觀察學(xué)習(xí)、通過“VR生物公園”體驗細(xì)胞的立體結(jié)構(gòu)，還是課后選擇網(wǎng)絡(luò)或手機App進(jìn)行復(fù)習(xí)，這些信息技術(shù)的選擇都是基于學(xué)情和教學(xué)實際，高效突破難點，化解重點。2.適當(dāng)運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)增強學(xué)生體驗。在初中生物課堂教學(xué)中，尤其是實驗教學(xué)中，收集虛擬現(xiàn)實技術(shù)軟件并適當(dāng)采用，有利于學(xué)生感知真實的生物世界，增強體驗感。本文對“觀察洋蔥鱗片葉表皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)”這一實驗進(jìn)行了創(chuàng)新，采用以NOBOOK虛擬實驗?zāi)M為輔、真實的實驗操作練習(xí)為主的虛擬與現(xiàn)實相結(jié)合的教學(xué)過程，讓學(xué)生在“VR生物公園”中體驗真實感，取得了良好的教學(xué)效果。3.實現(xiàn)信息技術(shù)與生物學(xué)教學(xué)的有效融合。信息技術(shù)與課程整合的基本階段在本文案例的教學(xué)設(shè)計中體現(xiàn)為：課前，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)、手機App提前一步進(jìn)行知識的學(xué)習(xí)，減少學(xué)生課上學(xué)習(xí)的認(rèn)知負(fù)荷；課內(nèi)，通過NOBOOK虛擬實驗平臺、VR技術(shù)等信息技術(shù)提供課堂教學(xué)創(chuàng)新的新型工具，以期提高“師—生”和“生—生”交互的效果和效率；課后，利用NOBOOK虛擬實驗等網(wǎng)絡(luò)平臺輔助學(xué)生鞏固新舊知識，激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)生物的持續(xù)熱情。4.有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)?；谛畔⒓夹g(shù)與課程整合理論，積極進(jìn)行生物教學(xué)的創(chuàng)新，有利于學(xué)生在合作學(xué)習(xí)的過程中提升自身能力、培養(yǎng)生物核心素養(yǎng)。導(dǎo)入中創(chuàng)設(shè)貼近生活實際的情境、總結(jié)中學(xué)會運用生物知識解釋生活現(xiàn)象，有助于引導(dǎo)學(xué)生形成正確的生命觀念；充實、愉悅、有效的課堂體驗，實驗過程中的小組互助、任務(wù)探究，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和探究能力。五、結(jié)語新興技術(shù)的發(fā)展為生物課堂與信息技術(shù)的有效融合帶來機遇的同時也存在一定的問題，值得我們深思：第一，生物學(xué)科知識和信息技術(shù)的結(jié)合，雖然能夠提高教學(xué)效率，但要真正做到信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)的整合，還需明確教學(xué)問題，在依據(jù)內(nèi)容、遵循一定原則的基礎(chǔ)上從資源中選取適合的技術(shù)，正所謂“適合的才是最好的”。第二，信息技術(shù)與生物學(xué)科教學(xué)的深度融合還未真正落到實處，還需要政府、教育機構(gòu)、學(xué)校、教師、學(xué)生和家長的多方努力，轉(zhuǎn)變教育理念、合理利用技術(shù)。如何將信息技術(shù)恰當(dāng)?shù)剡\用到初中生物教學(xué)中，輔助信息化教學(xué)設(shè)計？筆者有以下三點建議：一是從創(chuàng)設(shè)情境、貼近生活處導(dǎo)入；二是從突出重點、突破難點處切入；三是從體驗拓展、實際應(yīng)用處完結(jié)。新時代，教師必須充分把握系統(tǒng)論觀點，積極落實學(xué)科核心素養(yǎng)，利用信息化技術(shù)手段更新教育教學(xué)方式，精心設(shè)計教學(xué)過程，打造高效課堂。參考文獻(xiàn)：【1】《關(guān)于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務(wù)的意見》節(jié)選.教育科學(xué)論壇,2017(20):3-5.【4】張鋒.指向核心素養(yǎng)達(dá)成的高中生物學(xué)教學(xué)變革———《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》解讀.福建基礎(chǔ)教育研究,2018