引言

在教育数字化转型背景下，初中生物学作为兼具抽象性与实验性的基础学科，传统教学方法难以破解微观知识讲解、长时实验开展等难题。将数字化技术与生物教学深度融合，可实现抽象概念具象化、实验过程可视化、学习过程自主化，有效激发学生探究兴趣，提升课堂效率与教学质量。本文结合教学实践，探讨数字化教学在情境创设、实验补充等方面的应用，为基础教育高质量发展提供实践参考。

一、初中生物学课程运用数字化教学的意义

教育数字化是我国开辟教育发展新赛道和塑造教育发展新优势的重要突破口，运用数字化教学资源，以数字化教学模式开展教学活动，以数字化赋能基础教育高质量发展，培养适应时代发展需要的具有创新意识和创新能力的复合型人才。将信息技术与初中生物学课程教学进行有机整合，为学生营造一种以学生为主体地位的信息化教学环境，在这种教学环境中，可以充分激发学生的学习能动性，从而积极、主动地去探索生物学的奥秘。

初中生物学是自然科学中的一门基础学科，在宏观和微观两个方面的发展都非常迅速，并且与信息技术和工程技术的结合日益紧密，作为一门实验性、探究性较强的学科，很多抽象的概念运用传统教学方式讲授学生难以理解，而利用数字化教学资源能够使抽象的概念具象化，促进学生对概念的理解，激发学生学习兴趣，因此，将数字化教学手段引入生物教学课堂，既是社会发展、技术进步大背景下的必然趋势，也是当下教师提高教学质量、增强课堂活力的有效工具。

二、数字化教学在生物课堂中的应用

（一）创设真实有趣的教学情境

生物学课程重视学生在学习过程中的实践经历，选择合适的情境，能够加深学生对生物学概念的理解，激发学生探究的乐趣，在生物课堂中应用数字化教学有助于创设真实有趣的情境，提升学生学习效果。例如：讲解《学习使用显微镜》时，可以先播放显微镜操作视频作为课前导学，引导学生初步了解显微镜的结构和操作；在正式授课时播放视频“一水一世界”，创设问题情境，看似清洁无一物的水中却蕴含着丰富的世界，如像鞋底一样形状的草履虫、在水中快乐翻腾的水蚤还有很多看不到的细菌，如何才能看到这些个体微小的生物呢？然后引出显微镜的相关内容。通过播放视频创设问题情境，极大地刺激了学生感官，让学生感受微观世界的真实和神奇，从而让学生对本节课的学习感兴趣。

（二）数字化教学展示探究过程

《光合作用》对于初中的学生们来说一直是个难点，教材中在介绍光合作用过程时，主要采用了图文结合的方式进行呈现，教材中关于光合作用的流程示意图非常清晰，但是对于初次接触光合作用的七年级学生来说有些吃力，教材中的正文内容比较严谨，缺少一定的趣味性，在实际的教学过程中采用传统的方式进行讲授学生们学起来会觉得非常枯燥，本节课涉及的实验数量比较多，个别实验耗时较长，如果只是课上带领学生们做实验比较浪费时间，所以笔者在讲授《光合作用》这一节时，在备课阶段先准备学生自学资源，包括“绿叶在光下制造有机物”的微课视频以及学生的自学任务单，微课视频中介绍探究实验的操作步骤和注意事项，任务单上面清楚地布置每位同学应完成的任务以及思考的关键题目，如：“为什么将天竺葵放在黑暗处一昼夜？为什么要用黑纸片将叶片的一部分遮盖起来？比较叶片的见光部分和遮光部分滴加碘液后的实验结果，你能得出什么结论”等。在正式上课的前一周，将微课视频、自学任务单和检测内容下发给学生，明确完成时间。学生利用课下时间进行观看、学习，然后班内以学习小组为单位，共同操作实验，观看实验现象，大多数学习小组都能观察到明显的实验现象，知道遮光部分滴加碘液不变蓝，未遮光部分滴加碘液会变蓝。学生们完成任务单之后，教师负责收集学生们反馈的问题，针对学生们课前检测的结果有针对性地进行二次备课，并根据学生们在课前参与实验和任务单检测的情况对学生进行课前评价。正式上课时，学生们带着问题进行学习，教师针对学生们提出的问题和实验关键点进行解释从而提升学习效能。

再比如说本节课中还有一个实验“探究二氧化碳是光合作用的必需原料”，如果用文字进行展示或者教师一味讲授都不足以吸引学生学习兴趣，有填鸭式教育之嫌，所以在讲授这个实验时笔者利用AI技术制作了一个与科学家对话的视频，学生们通过和科学家对话，逐步解决科学家提出的问题，能够跟随科学家的脚步，知道了以氢氧化钠溶液作为唯一变量去设计实验，揭露出光合作用需要二氧化碳作为必需原料的事实，从而尝试自主构建光合作用的概念模型。

在《光合作用》整节课的学习过程中，通过结合微课视频和AI视频与科学家对话，学生能够从被动回答问题到主动发现问题并提出问题再尝试解答问题，数字化教学给学生从视觉和听觉带来双重刺激，帮助学生更好地掌握知识，通过这样一节课的学习学生们记住的不再是分散的知识点，而是较好地建构了知识之间的联系，掌握了核心概念生成的来龙去脉，学生们通过课前任务单和微课视频的提前学习，大大提高了学习效率，也增强了学生在生物学实验中的参与感，学生学习的积极性得到了有效的调动。

（三）利用数字技术做实验教学的补充

生物学是一门从实验中延伸出来的学科，实验是生物学的重要教学分支。在《植物细胞》的教学中，需要学生自己尝试制作紫色洋葱、彩椒、番茄等植物细胞临时装片并利用显微镜进行观察，学生们上节课已经学习了显微镜的规范操作方法，所以授课时教师教学的重点主要放在如何指导学生制作临时装片上面，但是班容量较大的情况下，教师一一指导存在一定难度，所以在进行传统方式授课时仍有部分学生由于显微镜操作不熟练导致实验失败或者是临时装片制作出现大气泡，影响实验观察效果。为了解决这一问题，笔者选择利用NB虚拟实验室中的“显微镜模块”进行授课，该平台提供逼真的显微镜3D模型，学生可在虚拟环境中完成所有步骤如选择目镜物镜组合、调节光圈和反光镜对光、放置虚拟玻片、使用粗准焦螺旋调焦和细准焦螺旋调焦等。在授课过程中教师引导学生先在虚拟平台练习显微镜对光、调焦等步骤；然后模拟制作洋葱表皮细胞临时装片，观察细胞壁、液泡等结构，在这个过程中系统会自动提示错误操作，学生根据提示进行修改，当每组同学都利用虚拟实验进行初步操作、巩固关键步骤之后再鼓励学生们分组利用显微镜进行动手操作，制作临时装片并观察，教师在此过程中进行巡视，对于不规范操作进行纠正，经过改良，学生们发生镜头碰撞、压碎玻片等严重操作失误的比例大大下降，单位时间内完成有效观察的小组数量显著增加，课堂容量增大，首次成功观察到清晰物像的学生比例从传统课堂的60%左右提升至92%左右；课后对学生们进行采访，学生反馈说进行虚拟练习后，真实操作更明确，也更加从容自信。虚拟实验可重复进行的实验操作、操作的零风险、不同条件下进行的操作，可以满足每位学生的个性化学习需求，培养了学生获取知识、实践操作等关键能力，进而培养了学生的生物学科核心素养。虚拟实验就像一位永不疲倦的“智能助教”，作为实验教学的补充，它标准化了操作流程，及时纠错，大大减轻了教师在课堂巡回指导的压力，帮助教师能更关注学生的观察与思考本身。

（四）数字化教学让抽象概念具象化

初中生物学《神经调节》这一节涉及神经系统的组成、神经元、反射弧等高度抽象的知识，课本上的静态插图难以帮助学生建立关于神经元和反射弧的整体认知，传统教学手段往往让学生感到晦涩难懂，教育数字化转型为突破这一瓶颈提供了强大引擎。教师可以利用精美的3D动画和模拟视频呈现一个可360度旋转、缩放观察的神经元模型，轻触模型不同部位如树突或轴突末梢等结构可以实时弹出名称和功能注释，学生可以直观“看到”神经元的结构细节。这种互动性强的模型可以将复杂的结构与功能的对应关系具象化，帮助学生轻松建立系统性认知，符合学生的认知规律。通过3D建模技术将神经调节中最核心、最抽象的知识点进行了更加清晰、生动的可视化呈现，它不仅破除了学生认知上的“不可见”壁垒，还可以将抽象概念转化为可理解的模型，生动、科学的可视化内容不仅能极大地吸引学生的注意力，激发他们对微观生命现象的好奇心和学习动机，还可以显著提高学习的效率和理解深度，为后续学习神经系统的调节奠定了坚实的可视化认知基础。

《遗传与进化》这一学习主题的知识同样比较抽象，关于“孟德尔的豌豆杂交实验”更是不容易理解，为了更好地突破教学难点，在授课过程中教师可以将教学内容通过实验的方式向学生渗透，但是这个实验耗时较长，奥地利遗传学家孟德尔以豌豆为实验材料，潜心研究了8年才最终总结出了遗传定律，再现该过程难度太大，但如果只是按部就班地讲授，一节课40分钟只能介绍实验的一部分，学生无法掌握整个实验过程，也不利于整体思维的构建，不能从本质上理解“假说-演绎法”，因此教师可以利用数字技术将这一过程用微视频模拟出来，几分钟之内就可重演。这样既可以让学生仿佛亲身经历实验过程，又可体会科学发现的艰难及科学家的艰辛，从而帮助学生初步建立“遗传信息与生物性状的关系以及遗传信息可以在亲子代间传递”的生命观念。

三、结语

综上所述，数字化教学资源以其强大的情境创设、过程可视化、交互模拟与精准反馈能力，为初中生物学课堂注入了前所未有的活力，它有效突破了传统教学手段难以企及的瓶颈，实现了抽象概念的具象化，从神经元复杂结构的3D动态模型到光合作用微观过程的AI交互模拟，从模拟显微镜的可重复性操作到孟德尔遗传定律的微视频浓缩重现，数字技术将“不可见”变为“可见”，将“静态”化为“动态”，将“晦涩”转为“直观”，这极大地降低了学生的认知负荷，为学生理解生命活动的物质基础和内在逻辑搭建了坚实的认知基础。数字化教学可以使真实探究的效率得到明显提升，虚拟实验平台标准化了操作流程，通过即时纠错与零风险操作环境，夯实了实验基础技能，显著提升了实验成功率与课堂容量。同时，微课视频、AI交互式学习资源将时间周期长以及难以在课堂完成的实验以高效、生动的方式进行前置或重现，实现了实验探究过程的深度参与时空压缩，让学生在有限课堂时间内也能体验科学发现的完整逻辑与艰辛历程。课前布置的微课导学、自学任务单以及课上虚拟实验的灵活应用，支持了学习的“翻转”与前置，学生可以按照适合自己的节奏进行初步探索，带着问题与经验进入课堂，教师则通过课前检测精准把握学情，课堂聚焦于关键问题解析、深度互动与核心概念的自主建构，这种模式实现了从“被动灌输”到“主动发现、提出问题、尝试解答”的转变，极大地调动了学习的能动性、主动性与参与感，充分体现了学生为主体地位的课堂。

数字化教学在初中生物课堂的应用，其价值远不止于知识传递效率的提升，更在于为学生核心素养的全面发展提供了肥沃土壤，数字化教学展示实验探究过程，引导学生像科学家一样思考，学生的批判性思维、逻辑推理与问题解决能力得以扎实培养，数字技术以其强大的可视化与模拟能力，将分散的、抽象的知识点置于动态的生命活动情境中予以具象呈现，这有力促进了学生对知识的理解和掌握，从而有效建构“结构与功能观”“进化与适应观”等核心生命观念。数字化教学视频生动展现微观世界的奇妙，通过还原科学发现的艰辛不仅能激发学生对生命奥秘的持久好奇心与探究热情，更能使学生深刻体会科学研究的严谨与不易，理解生物科技在解决粮食、健康、环境等社会问题中的巨大潜力，从而潜移默化地培养学生尊重生命、热爱科学、关注社会、崇尚创新的科学态度与社会责任感。

教育数字化转型不仅是国家开辟教育发展新赛道、塑造新优势的战略引擎，更是新时代基础教育高质量发展的核心驱动力。在规模庞大的中国基础教育体系中，将数字化基因深度融入学科教学，是培养具有创新意识与能力复合型人才的必由之路。初中生物学作为一门兼具宏观与微观视野、实践性与理论性并重的自然科学基础学科，其知识体系高度抽象、更新迅速、与前沿技术结合紧密的特性，使其成为数字化教学深度融合的理想阵地。教育数字化转型为初中生物学教学打开了崭新的视窗，它实现了教学理念的深层变革与学习方式的重构再造。通过创设沉浸情境、具象抽象概念、赋能实验探究等，数字化教学正以其强大驱动力，将初中生物学科塑造成激发好奇心、启迪探究欲望、培育科学素养、孕育创新精神的活力课堂，持续深化数字化与生物学教学的融合创新，必将更好地服务于立德树人根本任务，为国家培养更多具备科学素养、创新精神和实践能力的未来生命科学人才。

参考文献：

1. [1] 谭泽晶.论新时期创新教育策略[J].湖南师范大学教育科学学报,2005(04):126-128.
2. [2] 冯治宇.中学课改形势下高职数学教学思考[J].科技信息,2010(09):279+113.
3. [3] 于淼.我国基础教育科学课程中的技术教育研究[D].上海师范大学,2013.
4. [4] 马兰花.互联网时代下“供应链管理”课程教学方法探索[J].科技创新与生产力,2018(06):117-118.
5. [5] 周江.基于微课的物理创新实验教学实践[J].中学物理,2020,38(08):58-60.