隨著教學(xué)改革的不斷推進，社會對中學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)提出了更高的要求?！读x務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》明確指出，應(yīng)利用數(shù)字化、多媒體、互聯(lián)網(wǎng)及人工智能技術(shù)，為學(xué)生提供適應(yīng)信息時代需求的新型學(xué)習(xí)模式和學(xué)習(xí)資源[1]。在當(dāng)前教育改革的大背景下，中學(xué)生物學(xué)實驗課程在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和動手能力方面扮演著至關(guān)重要的角色。然而，當(dāng)前實驗教學(xué)仍存在不足，如學(xué)生動手能力不強、對實驗步驟理解不準(zhǔn)確、教學(xué)方法缺乏靈活性、評價方式單一，嚴(yán)重制約了教學(xué)效果的提升。筆者以“探究酒精對水蚤心率的影響”實驗為例，引入智能點陣工具，對實驗導(dǎo)學(xué)案和實驗報告單進行優(yōu)化設(shè)計，并借助技術(shù)工具評估實驗課堂效果。筆者嘗試將智能點陣技術(shù)應(yīng)用于生物學(xué)實驗教學(xué)中，探索智能科技支持下的生物學(xué)實驗教學(xué)模式，意在為科學(xué)類學(xué)科的教育教學(xué)提供新的視角和方法，期望為中學(xué)生物學(xué)實驗教學(xué)提供切實可行的改進策略，進而推動學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的全面提升。一、生物學(xué)實驗課教學(xué)存在的問題與不足實驗教學(xué)是生物學(xué)教學(xué)過程中非常重要的組成部分。學(xué)生只有在掌握基本事實和原理的基礎(chǔ)上才能培養(yǎng)綜合能力。但在現(xiàn)實的生物學(xué)實驗教學(xué)中還存在如下問題。（一）學(xué)生動手能力不強，對實驗步驟把握不準(zhǔn)確筆者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一些學(xué)生之所以在實驗操作過程中表現(xiàn)不佳，主要原因在于：實驗教師并沒有對實驗器材的基本使用方法進行講解，導(dǎo)致學(xué)生在實驗操作過程中出現(xiàn)使用器材不規(guī)范，觀察現(xiàn)象和收集數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問題；學(xué)生在參與實驗課程學(xué)習(xí)之前，不能準(zhǔn)確把握實驗的目的，機械按照操作流程開展實驗，缺乏思考，課堂上教師提出的問題又與實驗操作沒有緊密聯(lián)系，導(dǎo)致學(xué)生實驗缺乏邏輯，流于形式。（二）限于資源展示，學(xué)生參與度不高一些教師開展生物學(xué)實驗教學(xué)時，擔(dān)心課堂上實驗現(xiàn)象不明顯，數(shù)據(jù)收集不精準(zhǔn)，往往采用播放錄制視頻的方式，反復(fù)帶領(lǐng)學(xué)生觀看。這種做法優(yōu)點在于：播放的視頻是教師精心選擇的，實驗現(xiàn)象明顯，誤差較小。但由于學(xué)生沒有真實體驗，難以鍛煉科學(xué)思維、實驗探究的能力。同時，由于觀看方法陳舊單一，參與式實驗任務(wù)有限，學(xué)生的學(xué)習(xí)僅停留在單向輸入的層面，沒有輸出，導(dǎo)致課堂缺乏參與度，效果不佳。（三）評價方式單一，缺乏診斷、改進與激勵教學(xué)評價在教學(xué)中主要起反饋作用，它是教學(xué)手段而不是教學(xué)目的。實驗評價不僅支配著教師采用何種教學(xué)模式、教學(xué)方法，也制約著學(xué)生的實驗動機、實驗態(tài)度和實驗過程中采取何種策略。目前，教師大多采用書面形式評價學(xué)生，雖然它簡便、省時，但是其局限性也顯而易見。用傳統(tǒng)的紙筆方式記錄不能全面反映學(xué)生的能力水平和實驗態(tài)度、習(xí)慣，造成學(xué)生做與不做實驗得到的評價差異不大?？己朔绞絾我唬荒芗皶r有效地記錄學(xué)生實驗操作的過程和實驗課堂的參與度，導(dǎo)致紙筆方式評價缺乏過程性診斷，難以發(fā)現(xiàn)實驗過程中的問題，缺少對學(xué)生的激勵措施。生物學(xué)教師應(yīng)優(yōu)化實驗教學(xué)，改進教學(xué)方式，分析智能技術(shù)對初中生物學(xué)教學(xué)改革的影響，充分應(yīng)用信息技術(shù)探索提高生物學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量的有效路徑。二、智能點陣技術(shù)支撐下的實驗教學(xué)設(shè)計與實施（一）研究設(shè)計與準(zhǔn)備1.實驗課內(nèi)容的整體設(shè)計臨近初中生物學(xué)學(xué)業(yè)水平考試時間，學(xué)生既需要在知識方面查漏補缺，又需要進一步提升生物學(xué)核心素養(yǎng)。當(dāng)然，學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣也需要教師激活和點燃。完美兼顧并滿足學(xué)生學(xué)業(yè)需求，是單元復(fù)習(xí)設(shè)計的出發(fā)點和目標(biāo)。除合理恰當(dāng)選擇教學(xué)方法、設(shè)計教學(xué)內(nèi)容、組織教學(xué)環(huán)節(jié)外，教師還應(yīng)努力為學(xué)生創(chuàng)建開放的學(xué)習(xí)環(huán)境。針對本單元的教學(xué)，筆者借助生物學(xué)實驗室、點陣數(shù)碼工具等，聚焦學(xué)生的疑難問題，以學(xué)定教，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生科學(xué)探究能力，促進解題能力的提高?！疤骄烤凭珜λ樾穆实挠绊憽笔浅踔猩飳W(xué)實驗教學(xué)的重點內(nèi)容。學(xué)生在實驗操作過程中需要掌握科學(xué)探究的一般方法，在分析解決真實情境中的生物學(xué)問題的過程中初步形成科學(xué)探究能力。引導(dǎo)學(xué)生在收集處理實驗數(shù)據(jù)的過程中養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度，既提高實驗操作能力，又培養(yǎng)科學(xué)思維的習(xí)慣和樂于探索生命奧秘的興趣。筆者將智能點陣工具與實驗課程相結(jié)合，設(shè)計了單元復(fù)習(xí)課“探究酒精對水蚤心率的影響”教學(xué)方案，合計三課時。第一課時：借助網(wǎng)絡(luò)圖片資源、視頻資源、酒后傷亡統(tǒng)計數(shù)據(jù)等材料激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，發(fā)現(xiàn)問題——酗酒對人體有哪些危害？確定實驗方案，以水蚤為例，設(shè)計探究實驗：酒精對水蚤心率的影響。在不斷討論交流中完善實驗設(shè)計，利用多媒體課件為學(xué)生生動形象地展示酗酒對人體的傷害。第二課時：生物學(xué)實驗室內(nèi)，以小組為單位開展科學(xué)探究實驗。實驗材料：顯微鏡、水蚤、不同濃度酒精溶液、載玻片、蓋玻片等。小組充分合作進行實驗觀察，課堂上用點陣學(xué)案在線收集并統(tǒng)計全班實驗數(shù)據(jù)。在點陣學(xué)案的幫助下，學(xué)生快速精準(zhǔn)處理實驗數(shù)據(jù)，高效完成教學(xué)任務(wù)。第三課時：以“探究酒精對水蚤心率的影響”實驗為背景，開展科學(xué)探究專題復(fù)習(xí)。筆者帶領(lǐng)學(xué)生梳理科學(xué)探究問題的解決方法，運用智能手寫設(shè)備實時在多媒體大屏上輸出學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容，及時進行點評，并讓學(xué)生互評，了解他們在課堂上對知識的掌握情況。學(xué)生利用智能工具的書寫功能整理第二課時中收集的數(shù)據(jù)，并繪制不同酒精濃度下水蚤心率變化曲線。在全班范圍內(nèi)開展展示與交流活動，引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)酗酒對人體的危害，認同保持健康生活方式的重要性。2.智能技術(shù)的選擇與應(yīng)用分析點陣筆是一種基于光學(xué)點陣技術(shù)的新型智能輸入工具。它支持教師或者學(xué)生在印有點陣碼的紙張上書寫，借由點陣筆前端的攝像頭捕捉筆尖的運動軌跡，并利用壓力傳感器采集筆跡坐標(biāo)、筆畫順序等數(shù)據(jù)[2]。這些數(shù)據(jù)被即時存儲并傳輸至后臺服務(wù)器。服務(wù)器接收了這些信息后實時反饋給多媒體終端，實時在屏幕上呈現(xiàn)筆跡信息，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果的反饋，這種虛實同步的反饋有利于師生及時高效互動[3]。教師借助點陣筆這款互動工具，可以在課上、課下及時查看每個學(xué)生的測驗、作業(yè)等書寫過程，用不同顏色的筆跡對學(xué)生的作答進行批注和修改，為學(xué)生標(biāo)注出重難點、易錯點等內(nèi)容，也可以發(fā)起隨堂測驗，讓學(xué)生在點陣答題卡上提交答案，并利用點陣筆課堂互動系統(tǒng)即時統(tǒng)計和反饋[4]。點陣筆是一款解決“屏幕過度依賴”問題的信息技術(shù)替代工具，其應(yīng)用可以實現(xiàn)智能自然嵌入，讓教師及時了解每位學(xué)生的學(xué)習(xí)進度和過程，從而加強過程性指導(dǎo)，為解決生物學(xué)實驗教學(xué)中的問題提供了新的可能性。教師使用這一工具可以及時收集每個學(xué)生的實驗信息，及時發(fā)現(xiàn)班級每個學(xué)生在實驗過程中暴露出的薄弱點和易錯點，并開展重難點精講和易錯點解析等，提升對學(xué)生指導(dǎo)的及時性，關(guān)注到每位學(xué)生并即時反饋，輔助實驗教學(xué)。筆者采用點陣筆及其相應(yīng)的互動課堂軟件，輔助開展生物學(xué)實驗教學(xué)，為提升學(xué)生的動手能力、生物學(xué)科素養(yǎng)，提供創(chuàng)新解決方案和教學(xué)案例。（二）智能技術(shù)支撐下實驗教學(xué)的研究與實施1.點陣工具支撐生物學(xué)實驗學(xué)案設(shè)計，為規(guī)范實驗步驟提供有力技術(shù)支撐在點陣數(shù)碼工具支持下，學(xué)生在點陣學(xué)案上完成書寫內(nèi)容，整個書寫的過程被實時投影到多媒體大屏上。筆者用這種方式及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，呈現(xiàn)他們的學(xué)習(xí)成果。以實時更新的數(shù)字大屏為媒介，學(xué)生相互借鑒學(xué)習(xí)，提高了課堂學(xué)習(xí)效率和參與度。筆者在授課過程中根據(jù)實際需要單獨講評，或用對比觀察的方式引發(fā)全班討論。在收集數(shù)據(jù)的過程中，教師能夠快速掌握每位學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，對于實驗操作過程中出現(xiàn)問題的學(xué)生則可查看點陣學(xué)案的書寫過程以精準(zhǔn)定位到人，對實驗操作的具體過程和方法進行針對性指導(dǎo)。整個教學(xué)過程中，教師靈活運用點陣筆將數(shù)字化教學(xué)手段與傳統(tǒng)實驗教學(xué)相融合，強化了實驗操作，讓復(fù)雜的、單一的課堂變得簡單、高效和智能。圖1所示為實時互動場景。2.借助點陣工具高效完成實驗報告單，促進學(xué)生收集實驗數(shù)據(jù)并有效應(yīng)用收集不同濃度酒精溶液對水蚤心率的影響數(shù)據(jù)難度很大。學(xué)生需要分別計時計數(shù)水蚤在酒精4種不同濃度下的心率變化。同時，為保證實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，學(xué)生需要在每種濃度下測量5次，最終匯總?cè)鄶?shù)據(jù)。樣本量大，時間有限，如何突破難題？點陣實驗報告單為我們提供了突破口。學(xué)生以小組為單位填寫一份實驗報告單，為保證實驗數(shù)據(jù)的真實性，重復(fù)實驗，記錄同一濃度下5次實驗的真實數(shù)據(jù)。全班20個小組利用點陣筆及時傳輸?shù)浇處煻送瓿蓴?shù)據(jù)收集任務(wù)。全部4種濃度數(shù)據(jù)收集后，學(xué)生將上傳的同一濃度的全部數(shù)據(jù)收集起來，取其平均值。如此重復(fù)共操作5次，整理全班數(shù)據(jù)，完成在4種不同酒精濃度條件下水蚤心率變化的實驗數(shù)據(jù)匯總表的填寫任務(wù)。過往操作實驗為節(jié)約時間，避免實驗數(shù)據(jù)收集之煩瑣和分析的不精準(zhǔn)，不少教師以視頻演示來代替動手實驗操作，認為學(xué)生反復(fù)觀看也可以提高科學(xué)思維能力和實驗探究能力。實則不然。筆者優(yōu)化實驗后，課堂上收集到了豐富的數(shù)據(jù)，這時教師操作的核心在于是否具備對這些數(shù)據(jù)進行理解和批判性地評估統(tǒng)計結(jié)果，并作決策采取行動[5]。點陣實驗報告單的使用，將原來凌亂分散的書寫筆跡清晰地呈現(xiàn)出來，快速在課堂上集中呈現(xiàn)，支持整體統(tǒng)計測算，實現(xiàn)了實驗數(shù)據(jù)的高效反饋。3.利用點陣工具優(yōu)化實驗教學(xué)效果評估，加強過程性評價激勵學(xué)生改進生物學(xué)實驗教學(xué)評價具有診斷、導(dǎo)向、調(diào)節(jié)、激勵等功能。以往教師開展實驗評價，以實驗報告、實驗考試等作為終結(jié)性評價，在時間、空間上有很大的局限性。學(xué)生在操作科學(xué)探究類實驗的過程中，對于數(shù)據(jù)和現(xiàn)象的處理往往比較粗糙，不夠精準(zhǔn)，很多僅限于收集數(shù)據(jù)。其實，在技術(shù)支持下以柱狀圖或折線圖表征實驗現(xiàn)象的趨勢更有利于學(xué)生理解科學(xué)探究的實驗結(jié)論?；谝陨峡紤]，筆者在第三課時的點陣學(xué)案中設(shè)計了坐標(biāo)軸，巧妙地利用點陣筆，將上節(jié)課得出的實驗數(shù)據(jù)和教師課下獲取的清水對照實驗數(shù)據(jù)進行匯總，讓學(xué)生利用點陣筆在自己的學(xué)案上繪制出“酒精對水蚤心率的影響”趨勢圖。每位學(xué)生繪制的曲線直接呈現(xiàn)于大屏之上，直觀又具體。學(xué)生將零散的數(shù)據(jù)集中到坐標(biāo)系中，分析實驗數(shù)據(jù)，得出實驗結(jié)論。整個數(shù)據(jù)分析的過程中，學(xué)生將數(shù)學(xué)思維、點陣筆設(shè)備及科學(xué)精神相融合，真正鍛煉了科學(xué)思維能力。授課過程中，筆者實時針對不同學(xué)生的作答情況進行針對性診斷和指導(dǎo)，極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。三、智能點陣工具應(yīng)用的反思與建議實踐表明，點陣筆的應(yīng)用可以改變傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，能夠促進信息技術(shù)與學(xué)科實驗教學(xué)的有效融合，優(yōu)化了教學(xué)模式與教學(xué)方法。筆者提出如下兩點意見。（一）提升技術(shù)流暢度優(yōu)化實驗教學(xué)智能點陣工具的應(yīng)用為課堂教學(xué)提供了良好的交互平臺與協(xié)作環(huán)境，有利于教師高效傳遞教學(xué)內(nèi)容，為學(xué)生提供豐富的互動學(xué)習(xí)資源，也有利于創(chuàng)設(shè)高階學(xué)習(xí)活動需要的支持環(huán)境與學(xué)習(xí)支架，改善了傳統(tǒng)實驗教學(xué)中學(xué)生動手能力不強、實驗步驟把握不準(zhǔn)確的狀況。新工具的應(yīng)用實現(xiàn)了精準(zhǔn)甄別學(xué)生個體與班級群體的學(xué)習(xí)狀況，為教師及時調(diào)整課堂教學(xué)進程提供數(shù)據(jù)支撐。但是實踐中也發(fā)現(xiàn)，技術(shù)操作的流暢度仍需提升。課堂實時檢測程序與學(xué)案展示頁面存在切換不流暢的瑕疵，建議后續(xù)進行技術(shù)升級，教師在教學(xué)中也要及時做好工具的維護與更新等工作。（二）以長效視角建設(shè)課程資源支撐實驗教學(xué)智能工具的應(yīng)用重塑了實驗課的教學(xué)模式。真實的實驗體驗激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，提高了學(xué)生的課堂參與度，體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位，使課堂真正變成學(xué)生獲得知識和能力的場所。智能工具支撐實驗課教學(xué)，實現(xiàn)了實驗數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)收集和分析。點陣數(shù)碼工具作為認知工具，用以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的參與度，促進了學(xué)生互動，便于進行信息交換、信息共享，及時獲得教師的評價與反饋及個性化輔導(dǎo)。當(dāng)然，點陣學(xué)案設(shè)計較為簡單，但常態(tài)處理批量印制方面對耗材要求較高，后續(xù)仍需探索更