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信息技术的生物学教学模式与整合
信息技术的生物学教学模式与整合 【摘 要】 本文从实践的角度出发阐述了目前信息技术在生物学教学中的三种基本模式：多媒体演播模式；交互模式；多媒体网络模式，对每种模式的应用方式配上课件和实例进一步加以说明。并针对目前生物学教学和信息技术中的一些误区，提出自己的看法：信息技术应该是学生学习生物学知识的工具；应该适度使用多媒体和网络；整合不应该分层次。 【关键词】 信息技术 生物学教学 教学模式 课程整合
以多媒体计算机和网络为代表的信息技术在中学教学中越来越得到广泛的应用。多媒体计算机具有良好的交互性，能够处理多样化的信息（包括文字、声音、图片、动画等）；网络能够给学习者提供丰富的资源，同时，网络具有时空不限性，Internet能够让学习者随时上网学习。利用传统教学手段是难以实现这一切的。信息技术正在给教学带来一场革命性的变革。 生物学教学非常注重直观，多媒体技术集动画、图像、音乐等媒体于一体，能够更加有效地实现教学的直观性。而网络学习又能够培养学生的协作精神、探究能力，无疑对于培养学生的生物学能力是非常有利的。如果我们在生物学教学中合理使用信息技术，将大大提高学生的素质。为此，我们从1998年开始开展了“基于信息技术的生物学教学模式”的研究，下面将我们的经验和思考整理成文，与大家共同讨论，以起到抛砖引玉的作用。 一、 信息技术在生物学教学中应用的三种模式 （一）多媒体演播模式 这种教学模式还是一种以教师讲，学生听为主的学习方式，在课堂中，教师借助多媒体计算机系统向学生传授知识，大量采用讲授法和谈话法进行教学，因此这种教学模式基本上是传统教学的延伸（图1）。
图1多媒体教学模式 这种多媒体系统比较经济，只需要一台电脑和一台液晶投影就可以装备一间教室，比较适合我国的国情。因此，多媒体教学模式是目前中小学应用最广泛的一种模式。 运用这种多媒体系统进行生物学教学，不仅可以加强讲授内容的科学性、系统性、直观性和趣味性，而且可以轻松有效地突破各种生物学教学难点。在生物学教学中的作用主要表现在：
1、 刺激学生的多种感官，从而提高教学效率 多媒体组合，能通过多种渠道、多种方式，刺激学生的多种感官，使学生能利用多种感官分析器进行学习。如用形象生动的图像信号吸引学生的视觉，用音响适中、悦耳精炼的语言信号吸引学生的听觉，特别是电教媒体的特技效果突破了信息传递中的时间和空间的限制，使学生能直观地看到宏观世界、微观世界、远方或过去的事物，使信息通道得到了无限的延伸和扩展。 根据心理学关于学习比率、注意比率、记忆比率的研究表明：人们学习，通过视觉获得的知识，占83％，听觉占11％；人们在学习时，使用视觉媒体，其注意集中力的比率为81．7％，使用听觉媒体为54．6％，前者比后者高得多；同样学习一份材料，让学生光听，三小时后能记住60％，采取光看，三小时后能记住70％，视听并用，三小时后能记住90％。三天后，三种学习方法的记忆率分别为15％、40％、75％，视听并用的记忆率远远大于两者之和。因此，在教学中，利用多媒体组合，能真正实现视听的完美结合,有效地提高学生的注意力、记忆力，从而提高教学效率。
2、 改进信息的转换方式，从而提高教学质量 生物学知识，有的抽象性强，有的综合复杂，有的时空跨度大，难就难在这些知识信息不能直接被学生感知。而利用多媒体计算机，可以把这些信息通过转换变成光、电、磁等信号，并以一种直观的形式，使事物真实地再现于课堂，让学生耳闻目睹、身临其境。主要表现在下面三个方面： （1）化微观为宏观：由于条件的限制，学生不能够观察到一些生物学现象。如：噬菌体侵染细菌的实验，是要通过电子显微镜才能够观察到的，一般中学根本就没有这种条件，但我们使用多媒体系统来进行模拟（http://www.hfedu.net/dna/shijunti2.htm），可以很清楚地说明侵染细菌的过程，使学生容易理解和接受，提高教学效率。 （2）化快速为慢递：一些生物学现象是非常快速的，学生不容易观察。这时，采用计算机动画技术，就能根据需要进行控制，可使图像化快速为慢速，甚至可以暂停下来。如青蛙捕捉害虫，整个过程只有1/20秒，肉眼是看不清楚的，但用计算机模拟（图2），可以慢慢地播放出来，让学生观察清楚。 运用多媒体计算机同样能够化慢为快，把持续几小时甚至几天的生物学过程在几分钟内播放出来，如花的开放过程、孟德尔遗传规律的解释（http://www.hfedu.net/dna/mengdeer2.htm）等。
图2 青蛙捕捉害虫
（3）化抽象为形象：自然学科中的很多规律是抽象的，但往往是学习重点和难点所在。学生在观察时，无法看到这些规律的变化和事物的演变，不利于教学。如：《光合作用》，主要让学生理解光合作用，即在太阳光的照射下，植物体内的叶绿体把根吸收的水分和从气孔吸进的二氧化碳，合成植物需要的养料，同时放出氧气的过程。这一过程，对于学生而言，是很难想象和理解的。而使用多媒体课件，可以帮助我们营造一个形象的光合作用过程，设计成一个动画，将这一个过程可视化、拟人化。把叶绿体描述成一个“工厂”，水和二氧化碳是这个“工厂的原料”，当这些“原料”欢快地进入“工厂”加工后，出来的是“工厂的产品”：氧气和养料。学生通过这个贴近他们生活的动画，很快就能理解光合作用，认识光合作用对于植物的重要性。这种学习方式，易被学生接受。
（二）交互模式 交互性是指CAI通过学习者（学生）与计算机之间的直接对话，从而形成一种积极主动的学习环境。交互学习模式可以用图3来表示： 图3 交互学习模式 图4 操作与练习的基本结构
交互模式在生物学教学中主要有以下4种应用： 1 操练与练习 计算机逐个或一批批地向学生提出问题，当学生送入回答后，计算机判断其正确情况，并根据学生回答的情况给予相应反馈，以促进学生掌握某种知识与技能技巧(图4)。计算机可以提供的练习方式有填空、选择、填图、配伍等。如图5就提供了一个交互式的图形组合题：学生就可以使用鼠标把分散的鱼的器官拼成一条完整的鲫鱼。如果错误，所拖动的器官就会返回原来的位置，如果正确，就会给予鼓励。
图5 交互式练习题
2 指导 包括呈现各种形式的教学材料（概念叙述、公式、规则、例子、说明等）和提问、回答与判断反馈等各个方面。如视觉的形成（网址：http://league2000.y365.com/视觉的形成.zip）就是这样一个指导型课件，学生可以通过操纵鼠标选择学习的内容，也可以选择使用不同的透镜来矫正视力，并根据计算机反馈回来的信息再决定学习进程。
3 咨询 在学习过程中，学生根据需要选择一定的材料，并发出一定的指示，计算机根据学生给出的各种指令，显示相应的学习内容（图6）。如：兽类识别与检索（http://animal.ioz.ac.cn/identification/asj.html）就采用了这种方式，根据欲识别动物与条文相应的特征，找到符合于该正反条文中的那一段，再依相符合条文后面所标示的条文号继续往下，点击软件提供相应链接，直到最终找到该动物的相应名称。
图6 咨询型课件的常见结构
4 模拟 利用计算机模拟某些规律，产生各种与现实世界相类似的现象，供学生观察，帮助学生认识（发现）和理解这些规律与现象的本质。这种模式有助于培养学生的能力，成为发展较快的一种课件类型。如：虚拟青蛙解剖（http://george.lbl.gov/ITG.hm.pg.docs/dissect/dissect.html/），学生可以用鼠标代替解剖刀对青蛙进行解剖，还可以调整角度进行观察。通过计算机可以反复进行实验，有助于达到教学的目的。
（三）多媒体网络模式 多媒体网络是指由教师机、学生机、服务器和控制台联网而成的个人计算机系统，可以实现教师和学生、学生和学生之间的点对点、点对面的通讯。在教学过程中，教师除了可以向每台学生机传送教学信息之外，还可以通过教师机观察每一台学生机屏幕信息，以达到对教学的反馈和监控；学生可利用教师设计的教学软件自主学习，学习中的问题可通过网络向教师或同学提问，并进行网络对话。网络学习模式可以用图7来表示。
图7 多媒体网络学习模式（仿李克东）
对于多媒体网络环境下的生物学教学，我们主要采取三种方法： 1支架式教学：支架原本指建筑行业中使用的脚手架，在这里用来形象地描述一种教学方式：儿童被看作是一座建筑，儿童的“学”是在不断地、积极地建构着自身的过程；而教师的“教”则是一个必要的脚手架，支持儿童不断地建构自己，不断建造新的能力。支架式教学是以前苏联著名心理学家维果斯基的“最近发展区”理论为依据的。维果斯基认为，在测定儿童智力发展时，应至少确定儿童的两种发展水平：一是儿童现有的发展水平，一种是潜在的发展水平，这两种水平之间的区域称为“最近发展区”。教学应从儿童潜在的发展水平开始，不断创造新的“最近发展区”。支架教学中的“支架”应根据学生的“最近发展区”来建立，通过支架作用不停地将学生的智力从一个水平引导到另一个更高的水平。 支架式教学的流程可以用图8来表示：
图8 支架式教学流程 例如：《黑色的眼睛》（http://league2000.y365.com /eye）这一课就采取了支架式教学。 （1）搭脚手架——围绕《眼睛》这个主题，按“最邻近发展区”的要求建立概念框架提出5个问题，并用大屏幕投影显示出来：①眼睛的结构是怎样的？②视觉是怎样形成的？③眼睛怎样看清楚远近不同的物体？④近视和远视是怎样形成的？如何进行矫正？⑤检查你的眼睛。我们如何对眼睛进行卫生保健？ （2）进入情境－－用诗篇导入： “黑夜给了我黑色的眼睛，我却用它寻找光明”。 让学生思考为什么眼睛能够见到光明。 （3）独立探索－－让学生根据网站给出的链接进行探索，并思考教师提出的问题。探索过程中教师要适时提示，帮助学生沿概念框架逐步攀升。 （4）协作学习－－进行小组协商、讨论。在共享集体思维成果的基础上达到对当前所学概念比较全面、正确的理解，即最终完成对所学知识的意义建构。 （5）效果评价－－通过对学生回答问题的结果对学生的学习效果进行评价。
2 抛锚式教学：这种教学要求建立在有感染力的真实事件或真实问题的基础上。确定这类真实事件或问题被形象地比喻为“抛锚”，因为一旦这类事件或问题被确定了，整个教学内容和教学进程也就被确定了(就像轮船被锚固定一样)。由于抛锚式教学要以真实事例或问题为基础(作为“锚”)，所以有时也被称为“实例式教学”或“基于问题的教学”或“情境性教学”。 抛锚式教学的流程可以用图9来表示：
图9：抛锚式教学流程 例如：《小小营养学家》（http://www.hfedu.net/yy）一课就采取了抛锚式教学： （1）创设情境－－提出问题：日本人在古代被称为“倭”，即矮的意思，但根据北京大学季成叶教授的调查，日本青少年的平均身高已经超过中国。为什么在二战后日本人的身高会迅速超过中国人呢？以一个两难问题引导学生进入探究情境。 （2）确定问题－－在学生总结出是“营养”的原因后，提出问题：怎样的营养才是合理的？营养配餐有怎样的原则呢？ （3）自主学习－－学生利用教师提供的配餐工具软件自主探究（图10），自己总结营养学的原则。教师给予一定的帮助和指导。
图10 配餐工具软件
（4）协作学习－－讨论和交流自己的配餐心得，通过不同观点的交锋，补充、修正、总结出合理的营养学观点。 （5）效果评价－－对学生的配餐结果进行评价，根据电脑显示的结果可以显示学生完成成果的合理性。
3 随机进入教学：学习者可以随意通过不同途径、不同方式进入同样教学内容的学习，从而获得对同一事物或同一问题的多方面的认识与理解，这就是所谓“随机进入教学”。显然，学习者通过多次“进入”同一教学内容将能达到对该知识内容比较全面而深入的掌握。这种多次进入，绝不是像传统教学中那样，只是为巩固一般的知识、技能而实施的简单重复。这里的每次进入都有不同的学习目的，都有不同的问题侧重点。因此多次进入的结果，绝不仅仅是对同一知识内容的简单重复和巩固，而是使学习者获得对事物全貌的理解与认识上的飞跃。 随机进入教学的流程可以用图11来表示：
图11 随机进入教学流程 例如：《保护绿色家园》（http://www.hfedu.net/green）一课就采取了随机进入教学： （1）呈现基本情境－－向学生展现黄河上游和中下游的图片，提出问题：为什么黄河上游清澈明净，而下游却污涝混浊呢？ （2）随机进入学习－－学生可以通过网站导航中的链接，进入各个专题（一共有8个专题）进行学习（图12）。在此过程中教师应注意发展学生的自主学习能力，使学生逐步学会自己学习。
图12 网站《保护绿色家园》
（3）思维发展训练－－教师提出四个问题（①如何保护我们的森林和草原②对建立自然保护区的看法③如何保护动植物资源④如何使广州更美丽），引导学生思考，发展学生的思维能力。 （4）小组协作学习－－围绕前面提出的四个问题学生展开小组讨论。可以是面对面的交流，也可以通过BBS、聊天室进行讨论。在讨论中，每个学生的观点受到其他同学和教师考察、评论，同时每个学生也对别人的观点、看法进行思考并作出反映。 （5）学习效果评价：教师提供计算机反馈的在线练习。根据计算机反馈的
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结果，教师对其中有共性的问题，作适当的评讲。
二、 对信息技术与生物学科整合的思考 （一）信息技术应该是学生学习生物学知识的工具 从前面的论述我们可以理解将信息技术运用与生物学教学中是有利于学生学习的。但信息技术在生物学教学中应该居于一个怎样的地位呢？笔者认为应该是一种认知的工具： 1 引导进入教学情境的工具； 2获取学习资源的工具； 3 进行思想交流的工具； 4 反馈学习结果的工具； 5 意义建构的工具。 只有当教师使用计算机就象使用黑板和粉笔一样自然，学生使用网络象使用钢笔一样得心应手，才能够达到信息技术与生物学科整合的目的。笔者相信，将来的计算机就和今天的挂图、模型、标本一样，成为生物学课堂中不可缺少的教学和学习用具。
（二）应该适度使用多媒体和网络 1 不能代替实验和实践 在生物学教学中，实验和实践是不能够被信息技术替代的。我们不能够认为有了网络上的虚拟青蛙解剖，实验室就应该找不到青蛙的影子了。在实验中，使用模拟和录象可以起到先行组织者的作用，但绝对不意味着可以取消实验。反而，有了计算机的帮助，我们应该把实验做得更加完整和漂亮。 2 不能够违背教学规律 整堂课不顾教学实际全部使用多媒体和网络也是不可取的，这样就会造成“人灌+机灌”的局面，违背了教学的基本规律，是不会达到良好教学效果的。 3 应该考虑经济和实效 传统教学手段有时比用现代技术更加有效，如《叶序的种类》，使用从校园采来的枝条进行讲解绝对比用计算机的三维模拟更加形象和生动，而且费用也要低廉很多。在大多数情况下，我们应该优先考虑传统手段，而把信息技术的使用重点放在突破教学难点和培养学生的能力上。 （三）整合不应该分层次 有学者认为，信息技术与学科课程整合有不同的层次，这些层次之间存在着递进关系，并把这种层次作为评定教学人员的一种参考。笔者认为这是不妥当的。我们认为：教学有法，教无定法。我们开展信息技术与生物学科课程整合是为了提高教学的效益。搞错了方向，失之毫厘，差之千里。我们不能够认为把信息技术作为发现探究的工具比作为演示工具更加能够提高教学效益。当然，研究性学习对于培养学生的探究精神、创造才能和解决问题的能力具有一定的作用。但我们认为，有意义接受学习有利于学生获得系统的、精确的、牢固的科学知识，在整个教学法中应该居于核心地位，它在传授大量知识方面是基本有效和可行的办法。这是奥苏贝尔的观点，也是符合学校教学实际的结论。 (四)谈谈多媒体辅助教学中应注意的几个问题 随着现代教育技术的广泛开展，利用多媒体计算机辅助教学已是一种重要的教学手段，它具有传统电教媒体无法比拟的优点。通过多媒体辅助教学，不仅学生的学习兴趣和学习的主动性、积极性得到极大的提高，而且更有利于学生思维、判断、分析能力的培养。但是，如何在教学过程中充分而又恰当地使用好多媒体，如何真正发挥多媒体的功能，起好辅助教学的作用，是很值得研究的。笔者根据自己在多次制作和使用多媒体课件中的体会. 1．选择教学内容，合理使用媒体选择要表现的教学内容，这是制作多媒体课件的第一步。这一步必须建立在把教材钻透的基础上，只有钻透了教材，才能找出媒体的最佳作用点。不是任何学科任何环节都能由多媒体来实现的，也不是多媒体用得越多越好，这要根据教学目的、内容和学生的情况而定。如果整个教学过程都由多媒体来完成，学生在学习过程中反而抓不住知识的重、难点。一般来讲，多媒体应使用在突出重点、突破难点上。结论性的板书内容或以训练为主的内容应充分使用屏幕，以节省时间，增大课堂容量。此外，象理、化、生的一些过程演示，通过屏幕播放，学生可以更清楚、直观地了解整个动态过程。例：初一生物“叶的形态”一节内容浅显易懂,用实物进行教学就能收到良好的教学效果，就没必要花大量的时间和精力去制作一节多媒体课件。而象高中生物“细胞的有丝分裂”一节内容，既是重点，又是难点，很抽象，用传统的教学手法不能充分体现出分裂过程中染色体的变化。如果用多媒体的动画来表现，既直观，又形象,且能充分展示细胞分裂的动态过程，重难点迎刃而解。 2．适量使用媒体，切忌过多过滥多媒体辅助教学中应把握好声音、图象、文字、动画的合理使用，切忌过多过滥。必须恰到好处地、灵活地使用多媒体才会取得事半功倍的效果。课件的画面应简洁、明快，高度突出主题，使学生能迅速抓住要点。适量的图、文、声、像的使用，可以充分调动学生的学习兴趣和学习积极性，反之，过分夸张的声音、动画只会分散学生的注意力，不利于教学效果的提高。 3．适时呈现媒体，切忌喧宾夺主选准了多媒体的表现内容，还要设计多媒体在教学过程中呈现的时机、方式等，这就要求教师在教学过程中，针对学生在学习过程中的心理状态，根据教学内容所要求的不同的学习水平层次，不失时机的发挥媒体的作用，使媒体在最佳时机、以最佳方式呈现，从而帮助学生解决“掌握知识与形成能力”之间的矛盾，切不可喧宾夺主，随意呈现。例如：初一生物“细胞的分裂与生长”教学内容，让学生先看多媒体演示的细胞分裂生长过程及结果，学生自然就能归纳得出结论。 4．把握教师主导，突出学生主体计算机辅助教育手段作为一种现代教育技术，它的作用只能是“辅助”，它的价值也只能是作为一种为所用的教育手段而存在。应做好以下两个转变：教师角色的转变－－由以教师为中心的讲解者转变为学生学习的指导者和教学活动的组织者；学生地位的转变－－由被动的地位转变为主动参与、发现、探究和知识建构的主体地位。教师始终是教育的主导，如何把多媒体课件中的各个环节有机的“串”为一个整体，教师的“导”非常重要。在教学过程中，不要认为多媒体教学的内容已是非常的丰富了，就忽视了教师的主导作用，教师“导”得好，则是一堂生动活泼，丰富多彩的课，反之，只是一个生冷的“拼盘”。课堂教学活动的主体是学生，多媒体教学中更应突出学生的主体地位，增强学生的参与意识，充分发挥学生的学习主动性。 5．更新教育观念，切忌表面文章现代媒体的介入应该体现一种新的教育思想、新的教育观念，现代化是教育技术发展的历史必然之路，也是时代给我们造就的一个机遇。多媒体教学不能只停留在示范课、公开课、评优课上，应切切实实进入到课堂。作为一个教育工作者，身处教育改革的前沿，正确的态度应该是拥抱现代教育技术，接受挑战，下功夫学习多媒体课件的设计和制作，使电脑、光盘等现代媒体成为黑板、粉笔一样的得心应手的工具。缺乏现代科技素养的教师将越来越不受欢迎，甚至会失去在教坛的立足之地。教育是走向未来的通行证，而未来永远属于那些今天就把自己准备好了的人们。为了学生明天的发展，我们应当以历史的责任感抓住机遇。
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