基于传感器技术的数字化实验在高中生物实验教学的应用研究

发布时间：2016-11-22 17:00

2 相关理论基础

2.1 数字化实验系统

基于传感器技术的数字化实验系统是由计算机及配套软件、传感器、数据采集器三部分构成的。传感器是通过测量理科生物、化学、物理实验的实验数据然后转换为数字信号传送到数据采集器。中学生物实验常用的传感器的类型有:压强传感器、pH传感器、气中氧传感器、溶解氧传感器、电导率传感器、温度传感器、湿度传感器、呼吸率传感器等。数据采集器的作用是将来自传感器的数据进行采集, 通过 USB 接口传送到计算机显示、存储、分析。配套软件中有通用软件和专用软件两种，都含有相关的分析、显示功能，能够将测得的数据以曲线、柱形图、表格等多种形式显示出来；配套软件还有丰富的图形处理功能，包括调节曲线图的形式和度量单位、缩放图形；有书写实验报告的活页簿。使用时仍需要传统的实验仪器与之配合，才能获取信号并转化[8]。

2.2 生物实验教学的理论基础

生物是一门实验科学，教学活动的重要内容就是实验。生物实验是科学探究的重要载体，在教学过程中教师充当一个指导者，要给学生提供一定的帮助，使学生在探究过程中能有一个明确的方向。学生在教师创造的一种社会环境和智力条件下逐渐发现有利于开展探索的认知策略、创造能力、学科要素和动作技能。基本原则是学生自己制定学习计划来获取知识，重视学习发展的过程，内在动机需要具体教学任务的刺激等。科学探究方法指在教师的指导下，学生把自己当作新知识的发现者和探究者，，运用已掌握的知识和技能，通过实验亲自发现问题，探索问题和解决问题的一种方法[17]。探究性实验是学生探究研究对象的未知特性，学生在实验前对研究对象不了解或者不完全了解，完全由学生去尝试研究。学生根据一定的实验目的作出假说，然后利用现有的实验条件完成实验，实验过程中要严格控制自变量、无关变量，遵循单一变量原则和对照原则，最后观察实验现象、分析实验结果，进而得出实验结论，实验结论可能与假设不一致。

3 数字化实验应用于高中生物实验教学中的研究............11

3.1 适用于数字化实验的高中生物实验...............11
3.2 数字化实验与传统实验教学的案例研究......................12
4 数字化实验应用于高中生物实验教学的实践研究..........37
4.1 实践研究方案.............37
4.2 实践研究结果及分析...............37
5 结论与建议................41
5.1 结论..............41
5.2 建议.........41

5 结论与建议

5.1 结论

1.数字化实验与传统实验相比更能够促进学生的学习，提高学生的科学探究能力，有利于学生的全面发展。2.数字化实验与传统实验相比的突出优点是实验操作步骤变的简单，实验操作时间减少，学生探究时间增多，实验结果直接以曲线形式展现形象直观，可以将定性实验变为定量实验提高了实验的准确度，实验结果可以重复，课堂时间内完成传统实验不易完成的实验。3.数字化实验与传统实验相比优势明显，但数字化实验不能完全替代传统实验，它是对传统实验的优化和补充。

5.2 建议

1.教师应该根据学生的学习情况、学校的硬件条件合理安排，有选择的使用数字化实验和传统实验。数字化实验并不能完全替代传统实验，而是传统实验的优化和补充。在进行实验教学时如果只运用数字化实验就会忽略了学生的动手能力、处理数据能力及观察能力；只运用传统实验就会让学生错过了一些探究的机会，也无法体会数字化实验的精妙。教师在教学中要根据情况合理选择，也可以将实验室开放，让学生在课外时间进行探究学习。2.在实际教学中应该以传统实验为载体，以具体的生活现象创设情境，让学生主动发现问题、研究问题进而解决问题，并利用数字化实验进行探究，从而获取知识和能力。3.设计出满足教学需求的数字化实验和传统实验的教学案例或者互补案例，将教学资源合理利用做到最优化。
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6 存在的问题与反思

6.1 存在的问题

虽然本研究取得了一定的效果，但在实验研究中还存在一些问题。1.能够利用数字化实验教学的高中生物实验内容较少，实验广度不大。2.实验研究时间较短，如数字化实验对于学生的及格率的促进不显著，要进行后续研究。3.数字化实验系统是新兴的实验工具，本人对数字化的实验教学也处于摸索阶段，实践经验少，今后会不断学习和实践，使组织、实施教学的能力更进一步。4.数字化实验所需的设备仪器价格昂贵，不易推广，即使建立了实验室，在日常的实验过程中仪器的损耗开销也较大。

6.2 反思

1.数字化实验教学重心不是解释实验装置如何连接，而是如何选择实验材料及相应的传感器设计实验。因此，在学生初次接触时要给学生讲清数字化实验如何操作，在后面的实验教学中关键是让学生如何利用这种工具进行科学探究。2.数字化实验对中学生物教师运用计算机的能力提出了更高要求。因此要加强教师关于数字化实验方面的计算机培训，熟悉相应的软件功能，教师也要积极主动的去关注、学习、实践。3.教师要及时更新观念，不能排斥基于数字化实验的探究性学习，因此在教学中在时间、条件允许的情况下尽可能的让学生进行实验操作，不能因为赶进度、追成绩而忽略了对学生创新精神和实践能力的培养。

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参考文献（略）

本文编号：186244