数字化技术驱动高中生物教学优化的方法

引言：高中生物是一门研究生命现象的自然学科，教学内容具有枯燥性与专业性等特征，涵盖基因表达、生态系统的物质循环等知识。但是，传统生物学科教学受到抽象概念、空间条件等因素的限制，抽象概念知识难以直观化、具象化呈现，学生很难明确生物知识的魅力与本质特征，无法落实生物素养培养目标。数字化技术是一种兼具数据驱动性与交互性等特征的教学工具，为生物学科教学问题解决提供强有力支持，其可以破解时空对生物课堂的限制，搭建虚拟实验场地、拓展交互平台、沉浸式学习场景，在提升生物知识整体教学质量的基础上，增强生物课程教学广度与深度。因此，在高中生物教学过程中，教师需要深入探究数字化运用策略，构建数字化技术驱动的课程教学体系。

一、数字化技术的优势

数字化技术是以二进制代码为载体，通过各种新型的数字设备，包括传感器、网络平台与计算机等，实时动态存储、收集、传输与处理展示信息数据的技术体系。在高中生物教学过程中，其具有如下优势，一是可扩展性，数字化技术有着资源复制、传播成本较低的特征，可以为学生个性化、大规模学习提供支持[1]。例如：“国家中小学智慧教育平台”当中拥有海量、优质的生物微课视频与动态课件，支持学生利用课前时间进行同步学习，借此破解时间与空间带来的资源不均衡难题。二是智能性，灵活运用数字化技术，可以助力学习路径、学习内容智能规划与推荐，例如：通过Knewton 平台根据学生知识图谱，动态调整课后习题，能够满足学生个性练习需求，减少重复性的训练内容。三是多模态交互，数字化技术深度融合听觉、视觉、触觉与动觉等多种不同的感知通道，可以多模态、多方位呈现基础生物概念，营造直观化、虚拟化与动态化的课堂学习环境，提升学生课堂学习投入度、信息接受效率。

二、数字化技术驱动高中生物教学优化的策略

（一）开发数字资源，创设沉浸式学习情境

为降低抽象生物知识学习难度，让学生能够深刻理解重难点知识的特征。在高中生物教学过程中，教师可以借助数字化技术，从视觉、触觉与听觉等层面开发数字资源，构建高度关联、协调交互的沉浸式学习情境，在降低学生抽象知识认知门槛的基础上，让学生产生“身临其境”的代入感与参与感，激活学生生物知识深度学习动机[2]。例如：在高一必修2：“DNA是主要的遗传物质”课时教学为例，这一节课知识具有微观特征，碱基互补配对规则与DNA 的双螺旋结构等难以肉眼观察发现，为解决这一问题，教师可以借助数字化技术，开发整合“DNA 是主要的遗传物质”相关的微课视频，通过动画演示、直观模拟的形式，呈现DNA 的结构与运动过程，逐步提升学生的认知。在这一基础上，运用PyMOL、Jmol 等开源软件，搭建模拟的DAN 双螺旋立体模型，学生可以通过鼠标拖拽、放大缩小等各种手段，多维度观察与分析“磷酸－脱氧核糖骨架的抗扭转性”，并且通过点击碱基对，触发相应的动画，直观体现氢键的断裂、形成演变过程中，实时感知能量变化动态。借此不仅可以促进生物知识从二维平台朝向三维动态转化，帮助学生建立生物学思维[3]。

（二）运用数字技术，组织虚拟实验活动

实验是高中生物教学的重要环节，也是引领学生内化吸收生物知识与技能的重要途径。然而传统生物实验容易受到空间、时间的约束，实验难度相对较大，很难获取想要的实验效果。在数字化技术快速发展背景下，生物实验组织过程中，教师可以合理引入数字技术，包括计算机仿真技术、VR/AR 技术等，组织开展虚拟仿真实验活动，让学生通过反复操作、参数调整、数据实时收集等举措，动态化、虚拟化开展实验活动，在凸显生物实验的育人功能基础上，降低实验安全风险。例如：在高一必修 1“光合作用与能量转化”课时教学过程中，组织开展“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验活动时，教师可以合理运用 PhET 仿真实验软件，模拟光合作用演示实验活动，实时动态展示 CO₂ 浓度变化、光照强度对植物氧气产生速率的影响数据，生成个性化、虚拟化的数据曲线图，学生则可以观察虚拟实验操作，快速对比多组不同的变量，归纳总结“暗反应与光反应之间的联动机制”。同时，还可以指导学生结合虚拟实验数据，提出全新的假设与质疑，如“光饱和点是否存在？”，并且指导学生继续实验虚拟实验软件，开展仿真实验活动，借此培养学生“实验、假设、探究”实验探究与高阶思维能力。

（三）借助数字平台，提供生物知识拓展学习空间

在数智时代，数字化技术发展速度逐步加快，为高中生物教学拓展化、创新化改革提供强有力支持，教师可以灵活运用新型数字平台，包括学科社区、在线课程与开放数据库等，打破课堂、生物教材带来的时空限制，为学生提供跨学科、动态化、多维联动的拓展学习平台，支持学生进行课下自主复习、交流互动，在满足学生差异化课下复习需求的基础上，培养学生实践学习能力。例如：高一必修 2“种群基因组成的变化与物种的形成”课时教学结束之后，教师可以使用腾讯文档或者 UMU 在线学习平台等，搭建班级协作社区，并且发布课下拓展学习任务，任务 1：“收集数据，拍照记录校园内部的鸟类图片，标注其地理位置、环境特征”；任务2：“辩论交互“气候变化对于北极狐基因频率改变带来了什么影响？”，要求学生借助互联网平台，调查收集相关数据，并且撰写陈述报告，提供反馈建议”。在任务发布结束之后，借助线上学习平台举办“物种形成机制”研讨活动，鼓励学生上传自己拍摄的照片、动物概念图，进行合作学习、深度探讨等活动，

结束语：综上所述，数字化技术为高中生物教学带来巨大的机遇，可以进一步提升生物学科教学灵活性、生动性，丰富生物学科教学资源，优化课程教学动态，推动生物课程与时俱进转型。需要对其进行重点关注，教师需要明确数字化技术的优势，灵活运用数字化技术，创设沉浸式学习场景，开展虚拟化实验活动，开发个性化学习平台，深化生物学科育人成效。

参考文献：

[1] 牟若兰. 数字化技术在高中生物教学中的应用研究[J]. 课堂内外（高中版）,2024(37):96-98.

[2] 陈雅蓉,杨守菊. 高中生物学数字化课堂教学范式的构建及应用[J].生物学教学,2025,50(3):30-33.

[3] 田穗. 数字化技术支持下的高中生物实验教学改革策略探析[J]. 智慧少年,2025(4):108-110.