数值技术赋能下高中生物实验教学活动的设计研究

引言

生物学作为一门以实验为基础的学科，实验教学在高中生物课程中占据关键地位[1]。传统教学往往存在实验资源少、观察效果不理想以及实验时间过长等问题，导致学生无法发挥求知欲以及促进学生实践力、创造力的发展。因此，随着信息技术的飞速发展，数值技术逐渐渗透到教育领域，优化高中生物实验教学策略，提升学生生物科学基本素养，为培养创新型人才奠定基础。

一、实验教学资源的数字化革新

数值技术赋能背景下，实验教学资源的数字化革新是高中生物实验教学变革的重要基石。以往的生物实验资源受限，因此，借助生物实验资源数字化的形式，可以帮助学生做到全面地观察实验的过程，并不受时间以及空间的影响，获取更丰富全面的实验信息[2]。另外，教师也可以从教学的实际角度出发对资源进行整合，完成针对性的实验课程的创建工作，并有助于帮助学生提高对生物学实验的兴趣，实现学生获得稳定而多样的学习资源，并使生物实验教育由传统向现代变革的趋势。

例如，教师在进行《DNA 的结构》教学过程中，通过虚拟仿真软件，将DNA 双螺旋结构以 3D 动态形式呈现，可以使学生从各个方位与角度观察与研究它的结构特点，如碱基互补配对的方式，直径以及长度、螺距等，解决平面式教材单一视觉模式的问题。同时，可以利用动画展现 DNA 的复制过程，形象直观地描述半保留复制的过程，可以达到学生对于这一晦涩理论概念的理解。再结合网络的相关科学视频、科普读物等拓宽课程的内容。针对学生学习的情况设计不同层度的实验项目，低级学习层次的学生可依托数字化资源深化认识，高级学习层次的学生应拓展研究范围。数字化改革可以激发学生对于DNA 结构的研究兴趣，提升教学效益与精准度，促进生物实验室教学的发展。

二、教学互动模式的智能化重构

数值技术为高中生物实验教学互动模式带来智能化重构的契机。传统高中生物实验的交流对话方式是在课堂教学中的师生问答和小组交流合作，而且是相对单一的表现形式。可以通过对教学环境的数字化创新来应用数字化工具，如智能教学助手、虚拟实验室等来扩大交互交流的主体，此外，还可采用数字化手段分析学生实验操作、交互交流情况，了解学生学习瓶颈所在，调整教学策略，实现个性化互动教学。数字化的互动模型能增强师生的交流互动，调动学生的积极性和主动性，优化提升生物实验教学质量与效果。

例如，教师在进行《细胞的衰老和死亡》教学过程中，课前，通过网络推送与细胞衰老与死亡有关的趣味视频与动画，帮助学生构建初始认知，推送一些问题让学生思考。

课堂上，用虚拟实验器材让学生亲自动手体验在不同条件下细胞衰老与死亡的过程，并网上共享实践的成果与困惑。教师利用数字工具收集整理学生的实践数据与话题讨论，准确地找到学生认知的不足之处，如混淆凋亡和坏死的区别，帮助学生解答。组织学生形成学习小组，激辩，加深记忆理解。最后，课后给每位学生推送一些个性化任务，并基于每名学生的学习情况，推荐学习资料强化记忆，实现个性化教育，提升教学质效。

三、教学评价体系的精准化升级

传统的实验教学评价以实验报告、实验操作等为主，具有主观、局限性。而当精细化升级后，借助大数据、人工智能算法等，可全面收集学生在实验过程中的多维度数据。通过分析学生实验过程行为，可以了解到学生做实验的相关技能、知识点的掌握程度、科学思维的发展情况等。而且智能评价系统还能够根据学生的个体差异生成个性化评价报告，并提出改善的建议。同时，教师还可以根据精准测评来再次确定教学的重难点和教学的方式，实现个性化教学。

例如，教师在进行《染色体变异》教学过程中，实验前，利用学习分析工具收集学生的预习信息，了解其对染色体结构、变异类型等基础知识的掌握差异。实验过程中，通过智能传感器实时采集学生显微镜操作数据（如调焦速度、视野切换频率）、染色体观察记录数据（如变异特征标注准确率），结合人工智能模型来评价操作规范性、细致性及知识应用能力。实验后，系统自动生成个性化评分报告：对操作熟练但基本原理联系低的学生，反馈需加强“变异类型与遗传效应”的逻辑梳理；对观察细致但记录混乱的学生，建议使用数字化实验记录模板。教师基于上述评价结果，适时调整教学内容，针对共性问题设计“变异案例分析”讨论课，以达到教学优化的目的，促进学生科学思维发展。

结束语

综上所述，引入数值技术为高中生物教学注入活力，改变课堂活动的组织方式。模拟实验室环境的创设实现身临其境式学习，借助数字技术对数据的准确程度进行判定，数字化手段的运用提高课堂实验课的质量水平，提升学生对实验知识的理解程度。因此，要加强对教师的培训力度，提高教师信息处理能力，提供符合要求的数值技术资料，促进数字技术和高中生物实验教学质量的融合，不断优化课堂活动的设计，为学生提供优质的实验学习体验。

参考文献

[1]翁晶晶.高中生物实验教学融入立德树人理念的探究[J].高考,2025,(01):134-137.

[2]毛成刚.核心素养视域下高中生物实验教学策略探究[J].高考,2024,(11):117-119.