楊秀麗

【摘要】? ? 生物實(shí)驗(yàn)作為高中生物教學(xué)的重要組成部分，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和提升學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)方面具有不可替代的作用。普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）倡導(dǎo)教師要注重發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)的優(yōu)勢，積極探索現(xiàn)代信息技術(shù)與高中生物實(shí)驗(yàn)的有機(jī)融合。將虛擬仿真技術(shù)嵌入生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以拓寬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可能性，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。本文主要闡述將虛擬仿真技術(shù)嵌入生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用價值與實(shí)踐措施。

【關(guān)鍵詞】? ? 虛擬仿真技術(shù)? ? 生物實(shí)驗(yàn)? ? 教學(xué)應(yīng)用

引言：

隨著信息技術(shù)在教育教學(xué)的蓬勃發(fā)展，高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)普遍應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。但是，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于基礎(chǔ)教育教學(xué)的研究和應(yīng)用并不多。將虛擬仿真技術(shù)與高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)化融合，是未來生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個發(fā)展方向。

一、虛擬仿真技術(shù)的基本概述

通常來說，虛擬仿真技術(shù)主要是利用計(jì)算機(jī)手段組合而成的模擬系統(tǒng)，能夠?yàn)槭褂谜咛峁I(yè)的技術(shù)模擬，從而能夠使其接觸更加真切的環(huán)境空間，生動體現(xiàn)生物學(xué)科的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。使用者可以體驗(yàn)到類似于真實(shí)的場景，同時在體驗(yàn)的過程中，可以發(fā)揮主觀能動性，合理避免因現(xiàn)實(shí)條件的限制而產(chǎn)生的局限性。營造一個自主選擇的實(shí)驗(yàn)條件和環(huán)境，學(xué)生可以突破時間地點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)條件的限制，選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備等，允許反復(fù)多次試錯，提高實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性，掌握學(xué)習(xí)的主動權(quán)。

二、高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的困難

2.1實(shí)驗(yàn)課的低效

無論是學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)還是在教室內(nèi)展開的分組實(shí)驗(yàn)，往往都無法取得滿意的實(shí)驗(yàn)效果。原因是學(xué)生對操作步驟和實(shí)驗(yàn)儀器的使用不熟練，面對新奇事物的自控能力差，小組成員分工不明確，成員之間的協(xié)作變成了無效的聊天，往往讓一堂實(shí)驗(yàn)課變成了娛樂課，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上沒有收獲，教師只能通過講實(shí)驗(yàn)來“返工”，幫助學(xué)生鞏固和完成教學(xué)目標(biāo)。低效率的實(shí)驗(yàn)課相當(dāng)于浪費(fèi)了學(xué)生寶貴的學(xué)習(xí)時間。

2.2學(xué)生實(shí)驗(yàn)課時較少

迫于升學(xué)的壓力，學(xué)生的學(xué)習(xí)時間總是緊張的。開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程耗時較長且短時間內(nèi)實(shí)驗(yàn)操作能力不能轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)考試分?jǐn)?shù)。短期來看，“講實(shí)驗(yàn)”比“做實(shí)驗(yàn)”在考試中更為有效直接。所以學(xué)校在總體學(xué)時安排上實(shí)驗(yàn)課時占比很少，實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法展開。且高中缺乏專職實(shí)驗(yàn)老師，生物學(xué)科教師的教學(xué)任務(wù)重時間緊，也難以開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

2.3實(shí)驗(yàn)損耗資源較多

在高中階段，生物實(shí)驗(yàn)課程的覆蓋范圍較廣。對進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的儀器和設(shè)備要求較高，經(jīng)常需要采用一些工序較為復(fù)雜的技術(shù)，并對教師的專業(yè)能力提出較高要求。高中學(xué)校面臨實(shí)驗(yàn)室場地有限、實(shí)驗(yàn)硬件缺乏、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)不足、沒有專職實(shí)驗(yàn)員等問題。加之學(xué)校生源數(shù)量往往高于自身教學(xué)資源的承載量，有的高中學(xué)校甚至沒有能力開展分組實(shí)驗(yàn)課程。教師只能用“講實(shí)驗(yàn)”代替“做實(shí)驗(yàn)”，學(xué)生只能用看視頻代替親手操作。

三、虛擬仿真技術(shù)在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用價值

3.1有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

通常來說，學(xué)生在學(xué)習(xí)高中生物學(xué)課時，由于急于求成的思想觀念，而未將足夠的精力和時間投入到實(shí)驗(yàn)方面的操作與訓(xùn)練當(dāng)中，所以使得自身的學(xué)習(xí)積極性較低，難以與教師形成良好配合，不斷推動課堂教學(xué)工作的穩(wěn)步前進(jìn)。但是，在應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)時，就會使學(xué)生擁有嘗試新鮮事物的機(jī)會，能夠憑借最新的科學(xué)技術(shù)，接觸更多生物學(xué)科的實(shí)驗(yàn)操作，以此能夠有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，不斷促進(jìn)學(xué)生真正參與到生物實(shí)驗(yàn)的操作過程當(dāng)中，積極營造逼真的環(huán)境氛圍，激發(fā)學(xué)生生物學(xué)習(xí)的主觀興趣。

3.2有利于拓展學(xué)生的邏輯思路

在傳統(tǒng)的生物教學(xué)課堂當(dāng)中，教師基本上都是以書本知識為主，為學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)與教學(xué)。在這種情況之下，就會使學(xué)生的思維和邏輯發(fā)展存在很強(qiáng)的局限性，不利于學(xué)生真正投入到生物學(xué)科的相關(guān)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練當(dāng)中。而在虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用階段，則能夠?yàn)閷W(xué)生提供多種多樣的實(shí)驗(yàn)機(jī)會，讓學(xué)生能夠在自己原有的思維基礎(chǔ)之上進(jìn)行不斷延伸。以此能夠超出書本知識的限制，逐步接觸到更多新穎的操作技術(shù)。并能夠在實(shí)際的鍛煉與操作當(dāng)中，不斷提高自己的專業(yè)能力與水平。

3.3有利于提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果

對于高中生物學(xué)科的教學(xué)工作來說，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是其中必不可少的重要組成部分，需要引起教師和學(xué)生的共同關(guān)注，從而能夠真正發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效作用，不斷提高生物學(xué)科的指導(dǎo)價值。在傳統(tǒng)的課堂當(dāng)中，教師的實(shí)驗(yàn)器具有限，能夠?yàn)閷W(xué)生展現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)操作也屈指可數(shù)。而在利用虛擬仿真技術(shù)時，教師可以為學(xué)生提供一個逼真的研究環(huán)境，從而可以不斷提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，讓學(xué)生能夠真正將所學(xué)的理論知識應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)操作當(dāng)中，以此滿足現(xiàn)階段生物教學(xué)的基本要求，努力提高實(shí)驗(yàn)課堂的質(zhì)量與水平。

四、虛擬仿真技術(shù)在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用分析

4.1半透膜實(shí)驗(yàn)

在生物必修一課本當(dāng)中，有關(guān)物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸方式的部分，是學(xué)生需要進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)的關(guān)鍵內(nèi)容。在本節(jié)課當(dāng)中，教師大多是以課本上的知識為主，將多種生物膜的運(yùn)輸方式進(jìn)行介紹與講解，能夠讓學(xué)生了解物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式的類型與特點(diǎn)。但是，教師如果采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，很容易由于學(xué)生缺乏直觀的認(rèn)識與了解，導(dǎo)致學(xué)生在相關(guān)知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)當(dāng)中產(chǎn)生混淆，從而使學(xué)生的生物學(xué)習(xí)不夠扎實(shí)，無法保證日常教學(xué)的質(zhì)量與水平。其中，可以利用虛擬仿真技術(shù)，為學(xué)生提供有關(guān)半透膜的虛擬實(shí)驗(yàn)，從而可以利用實(shí)驗(yàn)內(nèi)容模擬半透膜的通透性，然后再將布朗運(yùn)動中進(jìn)行分子移動的過程形象展示出來，以此能夠讓學(xué)生對跨膜的物質(zhì)運(yùn)輸現(xiàn)象產(chǎn)生透徹的了解與認(rèn)識，能夠逐漸將抽象的知識具體化，進(jìn)一步提升學(xué)生的理解能力與分析能力。

4.2標(biāo)志重捕法實(shí)驗(yàn)

標(biāo)志重捕法，作為動物種群密度的常用方法，出現(xiàn)在人教版高中生物必修三的課本當(dāng)中， 需要學(xué)生在理解的基礎(chǔ)之上，逐步滿足生物課堂教學(xué)的基本目標(biāo)。但是，教材當(dāng)中對該部分的內(nèi)容講述較少，并且從現(xiàn)實(shí)角度出發(fā)，學(xué)生又很難在條件允許的情況下進(jìn)行野外實(shí)驗(yàn)。因此，教師就可在該過程當(dāng)中，利用虛擬仿真技術(shù)打造的虛擬實(shí)驗(yàn)，有效模擬種群的分布以及重捕等各個步驟的具體情況，幫助學(xué)生形成扎實(shí)的知識基礎(chǔ)，努力在考試當(dāng)中提高做題的準(zhǔn)確概率。其中，該實(shí)驗(yàn)需要考慮到隨機(jī)分布的基本特點(diǎn)，能夠有效避免因客觀因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的誤差，從而可以在條件允許的情況之下進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，能夠真正培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力，并進(jìn)一步拓寬學(xué)生的觀察視野。

4.3植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)

在高中生物人教版教材當(dāng)中，現(xiàn)代生物科技部分將植物的組織培養(yǎng)放置到較為重要的地位，需要學(xué)生根據(jù)相關(guān)的原理與條件，能夠正確把握植物組織培養(yǎng)的實(shí)施過程，從而可以從多角度出發(fā)，掌握有關(guān)該部分內(nèi)容的相關(guān)知識。其中，教師必須要考慮到植物的組織培養(yǎng)內(nèi)容屬于較為應(yīng)用性較強(qiáng)的課程，僅憑書本當(dāng)中的概念展示，無法使學(xué)生得到充足鍛煉。所以，必須要考慮進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作與理論知識相結(jié)合的方式，有效滿足該部分內(nèi)容的教學(xué)要求。其中，由于考慮到植物組織培養(yǎng)技術(shù)的開展，必須要在無菌操作的環(huán)境之下進(jìn)行。而一般的高中實(shí)驗(yàn)室則難以達(dá)到該方面的標(biāo)準(zhǔn)和要求。在這個時候，虛擬仿真技術(shù)，就更能夠切實(shí)彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)操作資源條件的不足，積極響應(yīng)生物實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)與要求。在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，可以模擬從消毒、接種到組織分化等多項(xiàng)步驟，能夠逐步突破傳統(tǒng)教學(xué)模式的局限性，讓學(xué)生能夠在直觀、真實(shí)的環(huán)境之下，感受植物組織培養(yǎng)的基本操作過程。以此拉近生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)和日常學(xué)習(xí)生活的距離，不斷提高學(xué)生的觀察能力與實(shí)踐能力。

五、虛擬仿真技術(shù)在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足之處

盡管從以上內(nèi)容當(dāng)中可以了解到：虛擬仿真技術(shù)能夠憑借自身的專業(yè)優(yōu)勢，為高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供巨大的便利與幫助，從而能夠突破原有教學(xué)模式的局限性，不斷為學(xué)生提供直觀的實(shí)驗(yàn)演示，并不斷促進(jìn)學(xué)生參與到課堂學(xué)習(xí)過程當(dāng)中，努力提高生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量與水平。但是，任何事物的存在都會具有兩面性，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)也不例外。由于考慮到虛擬仿真技術(shù)屬于一項(xiàng)創(chuàng)新化的信息技術(shù)，對操作人員的專業(yè)要求較高，需要教師能夠具備較高的專業(yè)素質(zhì)才能夠操作自如。在實(shí)際情況下，由于教師的專業(yè)水平有限，所以在操作當(dāng)中很容易產(chǎn)生諸多突發(fā)情況，進(jìn)而會延緩課堂時間，不利于把握課堂當(dāng)中的教學(xué)節(jié)奏。

除此之外，虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)本身還會存在一定的局限性。容易因?yàn)槎喾矫嬖?，?dǎo)致基本的實(shí)驗(yàn)步驟和操作行為都需要進(jìn)行預(yù)先設(shè)定，無法依據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行自主操作。而這就不利于發(fā)揮學(xué)生的主體地位，并逐漸限制學(xué)生的思維邏輯，不利于構(gòu)建良好的課堂氛圍，滿足學(xué)生的成長發(fā)展需要。因此，在開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)時，教師可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)與真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作相結(jié)合，能夠通過相互的補(bǔ)充與融合，解決實(shí)際教學(xué)工作當(dāng)中的困難與不足，不斷符合生物教學(xué)的實(shí)踐要求。

六、結(jié)束語

綜上所述，隨著高中階段教育事業(yè)的逐漸發(fā)展，生物學(xué)科的教學(xué)工作也面臨著諸多要求與標(biāo)準(zhǔn)。教師必須要從自身樹立正確的思想意識，能夠充分把握時代的發(fā)展要求，真正考慮生物學(xué)科的教學(xué)情況，并能夠依據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，全面看待生物教學(xué)工作的指導(dǎo)要求，能夠通過提出適當(dāng)?shù)膶?shí)踐策略，不斷提高日常教學(xué)工作的實(shí)效性作用。其中，由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為生物學(xué)科的重要部分，更需要引起教師的關(guān)注和重視，能夠?qū)⑤^多的精力和時間投入到高中生物實(shí)驗(yàn)的授課過程當(dāng)中。因此，教師必須要摒棄傳統(tǒng)的思想觀念，真正顛覆以往的教學(xué)限制，不斷采用創(chuàng)新的教學(xué)模式，發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)的實(shí)際價值，努力促進(jìn)該類技術(shù)在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中的實(shí)踐作用。以此能夠真正提高教學(xué)的效率水平，不斷促進(jìn)學(xué)生自身能力與素質(zhì)的提高，進(jìn)而推動生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作的創(chuàng)新與發(fā)展。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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