王 輝 （深圳市南山區(qū)華僑城中學 廣東深圳 518053）

1 實驗操作考評現(xiàn)狀調查

在基礎教育中，實驗教學的落實情況歷來為素質教育倡導者所擔憂，有很多單位和個人對中學生物學實驗教學現(xiàn)狀進行過相關研究［1-2］。為了全面培養(yǎng)生物學科核心素養(yǎng)，落實素質教育，達到以考促教的目的，不少省、市都在嘗試進行理科實驗操作考試。例如廣東、江蘇、河南、山西等地組織初中生進行理科實驗考試。研究其組織形式，大多是一個考室安排多名監(jiān)考教師，一對一或一對多監(jiān)考學生的實驗操作過程，面對考生現(xiàn)場評價，考生對評價結果認同后簽字的模式。太原市和中山市等地對考生的操作過程全程錄像，對成績有異議的考生，可以通過回看視頻再次評價。

研究各地教育部門的相關文件，例如《鄭州市教育局關于做好2015年中招理化生實驗操作考試工作的通知》特別強調：“……（二）要采取措施，公平公正。一是要加強監(jiān)考人員的紀律教育，完善監(jiān)督機制。二是要加強監(jiān)考教師的業(yè)務培訓，使監(jiān)考教師充分掌握評分標準，做到評分尺度統(tǒng)一，確保監(jiān)考和評分工作公平、嚴肅。”從上述文件中可以看出，如何公平公正地考評學生的實驗操作，更值得探索。

2 DIS 技術在生物學實驗中的應用

DIS 實驗系統(tǒng)已為大家所熟知，在生物學實驗教學中也有一些探索： 例如探究不同pH 值對過氧化氫酶活性的影響［3-4］、探究光照強度對光合作用速率的影響［5］。本文介紹2 個本校在課題研究（廣東省教育研究院教育研究課題——高中生物學實驗操作考試研究與實踐） 中的研發(fā)案例：探究植物細胞的失水和吸水；檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質。

使用DIS 實驗系統(tǒng)，不僅可優(yōu)化部分傳統(tǒng)實驗，還能降低教學難度，幫助解決一些傳統(tǒng)實驗手段不能解決的問題。它讓實驗過程演示得更精確、直觀、具可比性，這些都是傳統(tǒng)實驗無法比擬的優(yōu)越性［6］。

3 DIS 實驗操作智能考評系統(tǒng)的研究思路和案例

3.1 DIS 實驗操作智能考評系統(tǒng)的研究思路依據(jù)現(xiàn)行中學生物學教材的實驗課題，突破傳統(tǒng)的實驗手段和方案設計，利用傳感器實時檢測學生實驗操作的關鍵步驟和結果呈現(xiàn)。采集數(shù)據(jù)，根據(jù)課題的需要尋求相應的算法，經(jīng)過大量實驗進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在相應的軟件中預設標準和容錯范圍，設置賦分點，對學生的實驗過程和結果給出準確的評價（數(shù)據(jù)檢測點的設置及賦分參考圖2、圖4）。實驗數(shù)據(jù)在后臺留存?zhèn)洳椤?/p>

DIS 技術更接近當前科技發(fā)展現(xiàn)狀，對于培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)更為有益。與傳統(tǒng)實驗操作考試相比，實驗操作智能考評系統(tǒng)既針對結果，又注重過程；評價準確、客觀、公正；能克服人力評價的各種不足，并提供考生及其家長進行成績異議復查的客觀依據(jù)。

測試發(fā)現(xiàn)學生能在30 min 左右適應考評系統(tǒng)，效果超出預期。

3.2 DIS 實驗操作智能考評系統(tǒng)的研究案例

案例1：探究植物細胞的吸水和失水實驗。

這是教材中的一例典型生物學實驗： 既有顯微鏡的使用，又有對學生探究能力的培養(yǎng)。鑒于實驗操作考試時間的要求，本案例僅選取探究失水部分進行研究。

本案例研發(fā)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過傳感器檢測材料試劑的取用情況、引流操作和顯微圖像的識別處理等環(huán)節(jié)。評價學生臨時裝片的制作、顯微鏡的使用、引流法的操作要領和準確辨識細胞的質壁分離狀態(tài)等基本能力。評價要點及賦分情況詳見圖2。

1）材料用具：教材中材料用具（略），DIS 實驗操作考評系統(tǒng)（圖1，包括課題研發(fā)的質壁分離實驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和相應軟件、數(shù)碼顯微鏡）。

2）方法步驟：①連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)碼顯微鏡，打開顯微鏡電腦桌面上的考評系統(tǒng)，輸入考號登錄進入操作界面。②數(shù)碼顯微鏡對光—制作臨時裝片—顯微觀察—采集紫色表皮細胞圖像并上傳。③引流操作： 從蓋玻片的一側滴加蔗糖溶液，在蓋玻片的另一側用吸水紙吸引，重復幾次。④顯微觀察—采集發(fā)生了質壁分離的細胞圖像并上傳。⑤上傳實驗結果，依據(jù)賦分情況（圖2）反思實驗得失。關閉考評系統(tǒng)，整理實驗臺。

案例2:檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質。

本案例研發(fā)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過傳感器檢測試劑取用情況，采集并比對組織樣液反應前、后的顏色變化?？疾閷W生對生物材料中含有的有機成分、檢測試劑的選擇與使用，顏色反應是否正確等知識和技能的掌握情況。鑒于已有案例1 的研究和實驗操作考試時間的要求，僅對檢測生物材料中的有機物部分進行探索。

該系統(tǒng)也可用于其他試劑顏色反應類實驗，例如酵母菌發(fā)酵產(chǎn)生酒精的檢測，粗提取DNA 的鑒定；還可用于自制酸堿指示劑、溶液酸堿性的檢驗、苯酚的性質和蛋白質的性質等化學實驗。

1）材料用具：教材中材料用具（略）。DIS 實驗操作考評系統(tǒng)（圖3，包括課題研發(fā)的試劑顏色反應類實驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和相應軟件、電腦）。

2）方法步驟：①連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和電腦，打開電腦桌面上的考評系統(tǒng)，登錄進入操作界面。②檢測生物組織中的還原糖?？忌灾鬟x取生物材料，加入試管并采集顏色上傳—加入相應的檢測試劑—水浴加熱2 min—采集顏色并上傳。③檢測生物組織中的淀粉（脂肪、蛋白質）?？忌灾鬟x取生物材料，加入試管并采集顏色—加入相應的檢測試劑—采集顏色。④上傳實驗結果，依據(jù)賦分情況（圖4）反思實驗得失。關閉考評系統(tǒng)，整理實驗臺。

4 結語

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》指出：“生物學……在微觀與宏觀2 個方向的發(fā)展都非常迅速，并且與信息技術和工程技術的結合日益緊密，正在對社會、經(jīng)濟和人類生活產(chǎn)生越來越大的影響。”DIS 實驗技術應用于基礎教育實驗教學，勢必突破傳統(tǒng)的實驗手段和方案設計。也有研究者擔憂中學生實驗操作能力，繪制生物圖的能力必然會下降。這些都與普通高中生物學課程標準（實驗）的能力要求相違背。其實有些生物學實驗課題由于實驗對象、實驗時間跨度和實驗方法等特點的限制，很難應用傳感器進行研究，例如調查人類遺傳病、調查土壤小動物類群豐富度等調查類實驗，細胞結構模型構建等模型構建類實驗，還是能對學生能力的全面發(fā)展有更好的互補作用。

傳感器廣泛應用于人類生活和社會發(fā)展的各個領域，例如家用電器、工業(yè)自動化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、機器人技術、醫(yī)療診斷、軍事工程、航天技術等。讓傳感器走進學生的學習活動，走進課堂，有利于整體提高學生的科學素養(yǎng)和進行探究實踐。希望本文的研究能起到一點推動作用。