安英　沈楠　趙麗晶　陳雪　徐博參 考 文 獻(xiàn) [1] 安英，劉晗，趙麗晶，等. 醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)展線上教學(xué)的組織與實(shí)踐[J]. 中國(guó)新通信，2020，22（23）：179. [2] 馮建軍. 后疫情時(shí)期重構(gòu)教育新常態(tài)[J]. 中國(guó)電化教育，2020(9)：1-6.

【摘要】? ? 隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)受到越來(lái)越多的關(guān)注。本文主要根據(jù)高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，探討虛擬仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)和不足。將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)輔助于高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過(guò)“虛實(shí)結(jié)合”，為有效增強(qiáng)中學(xué)生生物實(shí)踐能力、完善中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法提供參考。

【關(guān)鍵詞】? ? 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)? ? 高中生物? ? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)? ? 輔助教學(xué)

引言：

生物學(xué)是一門(mén)基礎(chǔ)性、實(shí)踐性學(xué)科，是農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)、生態(tài)學(xué)、食品學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)，與人類生活密切相關(guān)。根據(jù)新課改要求，高中生物教學(xué)要以增強(qiáng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為宗旨，在教育部頒布的《普通髙中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中也明確提出“為著力培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，尤其是科學(xué)探究和生物學(xué)實(shí)踐能力，應(yīng)加強(qiáng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和探究式教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐和體驗(yàn)的機(jī)會(huì)?！盵1] 。然而，根據(jù)高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀來(lái)看，絕大多數(shù)的學(xué)校因受到實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足、課時(shí)數(shù)有限等因素影響，部分生物實(shí)驗(yàn)局限于填鴨式教學(xué)，致使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)難以理解，甚至產(chǎn)生厭學(xué)感。因此，在“互聯(lián)網(wǎng)+”的大背景下，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與教育教學(xué)相結(jié)合，使學(xué)生在虛擬中實(shí)驗(yàn)，在仿真中提高 [2] 。

一、高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

如今高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中往往存在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容增加而課時(shí)數(shù)不增加，課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的比例嚴(yán)重不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象[3]，致使部分實(shí)驗(yàn)只進(jìn)行“講實(shí)驗(yàn)”而不“做實(shí)驗(yàn)”;加之實(shí)驗(yàn)設(shè)備和經(jīng)費(fèi)不足，學(xué)生只能靠死記硬背來(lái)記住實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、過(guò)程和結(jié)果;另外，還存在部分教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念陳舊、教學(xué)模式單一等系列問(wèn)題，使得學(xué)生生物實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作能力的培養(yǎng)大打折扣[4-5]。

二、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)輔助于高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)

2.1虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)這一概念最早是由美國(guó)弗吉尼亞大學(xué) William Wolf 教授提出，是指利用多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)、虛擬技術(shù)和仿真技術(shù)等現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的新興實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括以計(jì)算機(jī)作為控制中心形成的相關(guān)實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)信息資源、以及相符的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，能夠代替或部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)所需，使實(shí)驗(yàn)者能夠直接參與實(shí)驗(yàn)虛擬對(duì)象的交互，從而獲得現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)中的各種體驗(yàn)[6]。

2.2“虛實(shí)結(jié)合”輔助于高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)

2014年，北京樂(lè)步教育科技有限公司推出了一個(gè)包含理化生實(shí)驗(yàn)的“NOBOOK虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”軟件[7]，目前因其方便性（ipad、電腦、手機(jī)均可下載）、實(shí)驗(yàn)畫(huà)面真實(shí)性等優(yōu)勢(shì)，頗受大家喜愛(ài)。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可不受時(shí)間和空間的限制。2020年因突如其來(lái)的疫情，全國(guó)各地的學(xué)生不能正常開(kāi)學(xué)，學(xué)校秉著“停課不停教、停課不停學(xué)”的原則，將線下課堂改為線上教學(xué)，生物實(shí)驗(yàn)課因無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)操作而調(diào)停課。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以打破這種時(shí)空限制，學(xué)生們可通過(guò)電腦、平板等載體隨時(shí)隨地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。再加上軟件還自帶測(cè)試模塊，學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)束后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給出成績(jī)，大大提高了學(xué)習(xí)效率 [8]。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可加強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的直觀感性認(rèn)識(shí)，提高學(xué)習(xí)興趣。例如：第一章第二節(jié)“細(xì)胞的多樣性和統(tǒng)一性”。本節(jié)課主要內(nèi)容為使用高倍顯微鏡觀察細(xì)胞，原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的異同及理解細(xì)胞的多樣性和統(tǒng)一性。學(xué)生第一次接受原核細(xì)胞這一概念，若僅從課本上觀看原核細(xì)胞的平面圖，他們將較難形成對(duì)此知識(shí)的直觀感性認(rèn)識(shí)。利用“NOBOOK虛擬仿真實(shí)驗(yàn)” 軟件，做觀察 “原核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)”的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可直觀清晰的觀察到原核細(xì)胞的外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)其形成感性認(rèn)識(shí)，更好的理解原核生物和真核生物的異同，從而進(jìn)一步理解細(xì)胞的多樣性和統(tǒng)一性。在“使用高倍顯微鏡觀察幾種細(xì)胞”的實(shí)驗(yàn)中，可利用“先實(shí)后虛”法，學(xué)生可先通過(guò)在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室中操作顯微鏡觀察細(xì)胞，掌握顯微鏡的使用要點(diǎn)，再利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)觀察各種細(xì)胞，從而解決在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中因?qū)嶒?yàn)操作不當(dāng)而觀察不到細(xì)胞的問(wèn)題，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可解決因?qū)嶒?yàn)周期長(zhǎng)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求高等因素，致使實(shí)驗(yàn)無(wú)法開(kāi)展的問(wèn)題。例如：人教版選修一《生物技術(shù)實(shí)踐》專題三“植物的組織培養(yǎng)技術(shù)”。植物組織培養(yǎng)的過(guò)程：植物組織? ? 形成愈傷組織? ? 長(zhǎng)出叢芽? ? 生根? ? 移栽成活，該過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng);且在配置培養(yǎng)基過(guò)程中會(huì)用到高壓蒸汽滅菌鍋;培養(yǎng)時(shí)還需在無(wú)菌箱中，每日用日光燈照射12h，并定期進(jìn)行消毒。一般高中生物實(shí)驗(yàn)室條件達(dá)不到，此時(shí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)了出來(lái)。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可利用系統(tǒng)中已配備好的實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)定好的實(shí)驗(yàn)步驟，在較短時(shí)間內(nèi)觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，解決學(xué)生因?qū)嶒?yàn)周期長(zhǎng)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求高等因素?zé)o法在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的問(wèn)題，使學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的樂(lè)趣。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可減少實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的安全問(wèn)題。例如：人教版必修一《分子與細(xì)胞》第五章第三節(jié)“細(xì)胞呼吸的原理和應(yīng)用”中“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行此實(shí)驗(yàn)會(huì)用到較多的玻璃儀器及氫氧化鈉、濃硫酸等危險(xiǎn)試劑，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室做此實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性較大。利用“先虛后實(shí)”法，學(xué)生可通過(guò)虛擬仿真平臺(tái)提前對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)習(xí)，在虛擬實(shí)驗(yàn)操作的關(guān)鍵位置或危險(xiǎn)步驟中有危險(xiǎn)信號(hào)提示和危險(xiǎn)場(chǎng)景預(yù)報(bào)，有助于加深學(xué)生印象，培養(yǎng)良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣[9]。這樣，學(xué)生在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)操作中就會(huì)避免出現(xiàn)這些錯(cuò)誤，從而降低實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性。

三、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足

1.不能完全體驗(yàn)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。雖然虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚝艽蟪潭壬夏M實(shí)驗(yàn)實(shí)景，但還是不能真真正正的代替真實(shí)實(shí)驗(yàn)，虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)于理想化和程序化，這在一定程度上限制了學(xué)生的主動(dòng)思維能力[10]。

2.不能很好體現(xiàn)學(xué)生間的合作意識(shí)。在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)操作中，教師一般會(huì)根據(jù)班級(jí)人數(shù)進(jìn)行分組，一個(gè)實(shí)驗(yàn)的順利完成往往是每個(gè)小組成員共同努力的結(jié)果，然而通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，雖然可以實(shí)現(xiàn)一人一機(jī)，每個(gè)人都有機(jī)會(huì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，但缺乏同學(xué)間的合作交流，不能很好的培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)[11]。

3.不能很好的展現(xiàn)學(xué)生的個(gè)體差異。在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)操作中，教師可根據(jù)學(xué)生具體的實(shí)際操作情況，正確評(píng)估學(xué)生的個(gè)體差異，并及時(shí)因材施教。然而在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，因?qū)嶒?yàn)程序化不能充分體現(xiàn)學(xué)生的個(gè)體差異，影響教師進(jìn)行針對(duì)性指導(dǎo)。

4.不能模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的“意外”。這里所說(shuō)的“意外”不是實(shí)驗(yàn)事故，而是在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)中，可能會(huì)因某一步操作與設(shè)定的不同，出現(xiàn)不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)于程序化、固定化，在一定程度上限制了學(xué)生的思維和創(chuàng)新能力。

四、結(jié)束語(yǔ)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)雖具有不能完全代替真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境、減少了學(xué)生間合作交流機(jī)會(huì)、降低了教師對(duì)學(xué)生個(gè)體差異的正確評(píng)估等方面的不足;但在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也具有不可替代的優(yōu)勢(shì)，它可以為學(xué)生提供安全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，還可以打破時(shí)空限制，隨時(shí)隨地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。

因此，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)輔助于高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有至關(guān)重要的意義。教師要充分利用虛擬仿真技術(shù)，秉著“能實(shí)勿虛，虛實(shí)結(jié)合”的原則，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力和生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1] 安英，劉晗，趙麗晶，等. 醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)展線上教學(xué)的組織與實(shí)踐[J]. 中國(guó)新通信，2020，22（23）：179.

[2] 馮建軍. 后疫情時(shí)期重構(gòu)教育新常態(tài)[J]. 中國(guó)電化教育，2020（9）：1-6.