基于OMO模式的生物学概念教学实践——以“呼吸作用”为例.pdf

2024 年第 4 期 中小学数字化教学|63数字课堂信息技术、数字技术与教育教学深度融合是构建高质量教育体系的应有之义。义务教育生物学课程标准（2022年版）（以下简称“新课标”）在教学建议中指出，要“推进现代信息技术与教学深度融合”：教师应重视运用互联网技术、移动通信技术和人工智能等现代信息技术手段，开发和利用数字化教学资源，丰富师生互动交流方式，促进学生个性化学习1。OMO（online merge offline）模式源于 O2O（online to of-fline）模 式 与 OAO（online and offline）模式的线上线下优势互补理念，且超越了两者。此模式以学生为中心，借助技术手段破除线上与线下和虚拟与现实学习场景中各种结构、层次、类型的数据壁垒，形成线上线下融合的场景生态，实现个性化教学的新样态2。笔者以“呼吸作用”概念教学为例，线下利用信息技术手段完成实验，形成数字化资源后线上推送，实现概念初建；然后线下组织探究活动对实验资源深入挖掘，借助线上平台深度互动，完善概念理解；同时线上线下关注学生反馈，促进概念落实，以期有效提升学生核心素养。下面具体阐述 OMO 模式下的教学探索。一、OMO 创设资源，实现概念初建新课标指出：概念的主动建构，应以学生认识丰富的、有代表性的事实为基础，为概念形成提供支撑3。本节呼吸作用的相关概念在新课标中表述为“细胞能通过分解糖类获得生命活动所需的能量，同时生成二氧化碳和水”4。在建构过程中，教师创设绿豆种子呼吸作用的真实情境，引导学生借助信息技术手段，参与以下探究实践以“呼吸作用”为例基于 OMO 模式的生物学概念教学实践文|张 培活动，为线上学习提供事实性资源支撑。实验 1：探究种子呼吸作用时的气体变化学生用传感器检测萌发绿豆种子和煮熟绿豆种子在呼吸作用过程中氧气和二氧化碳变化情况（如图 1），数据采集窗口如图 2 所示。学生将检测过程拍照并录制视频，探究种子在呼吸作用时气体变化情况。教师用其作为“萌发种子呼吸作用消耗氧气，产生二氧化碳”的数字化资源。图 1 氧气和二氧化碳传感器检测装置图 2 氧气和二氧化碳传感器的数据采集窗口实验 2：探究种子呼吸作用时的质量变化学生将大小基本一致、活性良好的绿豆种子平均分为几组，每隔一天选择一组种子进行萌发实验，观察、测量、比较处于不同萌发天数时种64|基于 OMO 模式的生物学概念教学实践数字课堂子的子叶大小及干重，并用折线图表示，直观展示种子呼吸作用时干重逐渐下降的过程。教师让学生将此过程拍照并录制视频，作为“萌发种子呼吸作用消耗有机物”的数字化资源。实验 3：探究种子燃烧时的能量变化在教师指导下，学生将燃烧前的绿豆种子用电子天平称重，搭建绿豆种子的燃烧装置，将其连接温度传感器，用数据采集器采集绿豆种子燃烧时间和保温瓶温度变化数据，拍照并录制视频，展示种子燃烧时温度逐渐升高的过程。燃烧完成后，再次对种子称重并记录数据。教师将其作为“种子燃烧时会释放热能”的数字化资源。实验 4：探究种子呼吸作用时的温度变化学生分别称取等量萌发的绿豆种子和煮熟的绿豆种子，放入两个相同的保温瓶内，记录初始数据。利用温度传感器（如图 3）分别检测两个保温瓶内的温度变化情况，并连接数据采集器，同时记录种子呼吸作用时间。由于该实验耗时较长，学生用延时摄影的方式录制实验过程并制作快进播放视频，展示种子在呼吸作用时温度逐渐升高的过程。在植物呼吸作用完成后，学生再次用电子天平将种子称重，进行记录（两次称重均为干重）。实验数据连同视频一起被列为“种子呼吸作用时释放热能”的数字化资源。对以上过程进行记录，制作视频（快进播放）。教师将其作为“种子呼吸作用可能有水产生”的数字化资源。同时补充文字资料：虽然我们当前的实验条件无法为“呼吸作用产生水”提供确切证据，但是这已经被科学家研究证实。以上数字化资源准备完毕后，教师将其连同呼吸作用微课一起借助“锐学堂”智慧教学平台推送给学生，并发送线上学习任务单。具体问题：呼吸作用的原料和产物分别有哪些？呼吸作用和燃烧过程是否伴有能量的释放？如果有，分别是以什么形式释放的？呼吸作用和燃烧释放的能量来自何处？呼吸作用的意义是什么？搜集呼吸作用在生活中的应用实例。学生登录平台，下载课程资源，根据个人的知识消化能力和需求，课下合理安排学习时间、进度和重复次数，在任务单的引领下，初步建构呼吸作用概念。如果在学习过程中产生疑问，学生还可以及时通过微信、QQ 等方式联系教师解答。教师将有价值的问题进行梳理为线下教学做准备。此环节，教师利用信息技术开发数字化资源，并借助线上平台实现资源共享，让未能参与实验的学生也深入其中，减少了学习探究活动对教学条件的依赖。再者，教师以传统方式开展实验教学，无法在一节课内让学生完整地经历这些实验，而数字化教学则扩宽了学生获取信息的途径，有助于保证探究活动的完整性。此外，在线上教学互动中，教师也可以将学生的碎片化时间充分利用起来，突破教与学的时间和空间限制，助力学生个性化、灵活化、自主化学习。二、OMO 深化探究，完善概念理解学生参与线上学习和互动活动后，已对呼吸作用的概念有了初步了解。基于此，教师还以精心设计的线下教学活动为载体，引导学生深入建构概念和知识框架，让课堂教学更有利于核心素养目标的落实。（一）归纳概括，描述呼吸作用过程 教师借助“锐学堂”平台组织学生参与展示图 3 温度传感器检测装置实验 5：探究种子呼吸作用可能产生水学生搭建萌发绿豆种子和煮熟绿豆种子的呼吸作用对比装置（在相同环境下静置一天），观察装置内壁上水量的差异，并以延时摄影的方式2024 年第 4 期 中小学数字化教学|65数字课堂交流等活动。学生在线上学习的基础上，分组交流任务单上问题到的个性化学习成果，归纳概括呼吸作用过程中的物质变化和能量变化，达成统一意见后上传至平台。如果组内出现意见分歧，学生可以重复查看线上数字化资源，研讨达成一致。教师引导学生进行组间交流，汇报展示结果，建立次位概念：呼吸作用的原料是有机物和氧气，产物是二氧化碳和水；呼吸作用和燃烧都有热能的释放，燃烧还有光能的释放；呼吸作用和燃烧释放的能量来源于有机物。此环节，教师以线上线下融合的方式重点进行了科学思维中归纳概括的思维训练，提升了学生的图表分析能力、表达倾听能力，以及合作意识。（二）对比分析，阐明呼吸作用意义在以往的教学中，不少学生存在这样的疑问：如何知道呼吸作用为生命活动提供动力？也就是说，学生期待更多的实验证据支持结论。活动中，教师准备了数字化资源，让学生借助信息技术手段实现了定量分析，通过比较、分析、计算等方法充分论证呼吸作用的意义，为概念的获得提供证据支持。课堂上，学生利用数字化资源中的温度变化及干重变化数据，运用计算分析：比较相同质量绿豆种子在呼吸作用和燃烧时释放的热能（见表 1）。经过计算，学生发现：与燃烧相比，呼吸作用在分解相同质量的有机物时释放的热能更少，即种子呼吸作用释放的能量有一部分以热能的形式散失到环境中，但并非全部。那些没有以热能形式散失的能量去哪里了？实际上，它们转表 1 燃烧和呼吸作用过程中绿豆种子的质量变化和保温瓶内的温度变化绿豆种子质量/g保温瓶内温度/燃烧前0.0618.6燃烧后020.6绿豆种子干重/g保温瓶内温度/呼吸作用前12022.5呼吸作用后116.325.6注：呼吸作用时间为 12 小时。化成了其他形式的能量，用于支持种子内部的各项生命活动，比如细胞分裂和生长、合成代谢、物质运输等。由此学生建立次位概念：生物体进行各项生命活动都会消耗能量，呼吸作用为生命活动提供能量。教师引导学生继续挖掘已有数据，深入探究（见表 2）：呼吸作用和燃烧在有机物的分解速度上是否存在差异？经过估算，学生发现呼吸作用分解有机物的速度非常缓慢。为什么与燃烧快速释放能量相比，呼吸作用释放能量会更为缓慢？学生经过分析讨论，建立次位概念：呼吸作用时能量释放缓慢，为生命活动提供能量则可以更为持久（如图 4）。表 2 绿豆种子燃烧和呼吸作用消耗的时间和质量变化绿豆种子质量/g燃烧前0.06燃烧后0绿豆种子干重/g呼吸作用前120呼吸作用后116.7注：呼吸作用时间为 12 小时。注：燃烧时间为 16 秒。图 4 呼吸作用概念模型此环节，教师充分发挥了信息技术在实验教学中的优势，将实验数据与数学运算结合，运用对比分析方法，帮助学生理解呼吸作用与细胞能量供应的关系。学生以严谨求实的科学态度，依据事实和证据进行探究，有利于发展理性思维的能力，以及综合运用各学科知识和方法解决问题的能力。教师将此部分内容在线下课堂实施，有66|基于 OMO 模式的生物学概念教学实践数字课堂助于实现学生对概念的深入探究和理解。（三）演绎推理，呼吸作用原理应用 学生描述网络搜索到的呼吸作用原理应用的实例。教师出示线上收集到的典型问题。如：人为什么需要不停呼吸？跑步累了为什么呼吸频率会加大，深度会增加？甜玉米放久了为什么甜味会变淡？经过前面的深度学习，学生探究分析获得答案，既是对呼吸作用概念的巩固，又是学以致用的过程，提升了逻辑分析和演绎推理能力。三、OMO 关注反馈，促进概念落实无论是线上还是线下教学，教师都需要及时给予学生学习评价和反馈。在“呼吸作用”课程教学前，教师及时收集学生线上学习的任务单，查看结果并进行等级评价和记录。在课上实验结果的讨论交流环节，教师需要提升学生参与交流的广度和深度。传统的课堂环境下，往往只能实现教师和部分学生之间的有限互动；本次数字化教学中，教师借助“锐学堂”平台布置任务，让学生完成任务后拍照上传，实现了对学生学习情况的实时查看和反馈，同时促进了各学习小组之间的交流与合作。例如，针对探究呼吸作用的原料和产物这一问题，部分学生发现了氧气的减少和二氧化碳的增加，但是在查看其他组提交的结果后，便重复查看数字化资源，补充之前被忽视的有机物减少和水增多等表述（如图 5）。展示汇报时，教师针对性地选取学生作品进行分享交流。教师以这种线上线下相融合的方式教学，促进了多维度多向度的深度互动，提高了课堂反馈的针对性和时效性，促进了学生对概念的深入理解，也有助于提高学生的自主学习能力和团队合作精神。此外，将这些反馈作为过程性评价的重要依据，还具有激励学生的功能。课堂教学完成后，教师利用“小锐”作业平台对不同层次的学生发布呼吸作用相关的个性化检测题，实时获得学生的完成进度和正确率数据，据此进行针对性讲评。同时，学生的错题还会在线上错题库储存，方便进行个性化巩固。数字化图 5 学生两次提交结果对比学生第一次提交结果学生第二次提交结果测评既可以检测学生的概念落实情况，提高课堂教学效率，又可以满足学生个性化学习的需求。OMO 教学模式是一种区别于传统课堂的新型教学方式。线下教学让学生在真实情境下进行体验与交互，其优点是便于活动的多元化开展，也便于管理。线上教学具备线下教学所欠缺的快速、及时、不受时空限制和可重复性等优点，智能答疑、智能测评、学习数据自动化呈现等功能的应用有助于教学适应学生个性化需求5。在本次实践中，教师有效推动了教学活动进程，充分激发了学生作为学习主体的主动性、积极性和创造性，促进了学生科学思维和探究实践能力提升。OMO 模式的应用实现了线上和线下优势互补，具有推广价值。134 中华人民共和国教育部.义务教育生物学课程标准：2022 年版 S.北京：北京师范大学出版社,2022.25 祝智庭,胡姣.技术赋能后疫情教育创变：线上线下融合教学新样态 J.开放教育研究,2021(1):13-23.参考文献（作者系北京汇文中学教师）责任编辑：祝元志