高中生物虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的交融互補(bǔ)

朱愛卿

摘 要：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的出現(xiàn)使信息化教學(xué)進(jìn)一步深入課堂。雖然在某些方面它的優(yōu)越性彌補(bǔ)了真實(shí)實(shí)驗(yàn)的缺陷，然而它也有諸多缺陷。因此，真實(shí)實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)合才是中學(xué)生物教學(xué)的未來發(fā)展趨勢。融合這兩種實(shí)驗(yàn)方式，揚(yáng)長避短、互補(bǔ)交融才能更有效地引導(dǎo)學(xué)生自主、能動(dòng)地學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的生物學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)；真實(shí)實(shí)驗(yàn)；儀器

高中生物學(xué)科中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求學(xué)生在教材及教師的指導(dǎo)下自主完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)在課堂中的扎實(shí)展開，能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和操作能力，促進(jìn)學(xué)生在掌握生物原理和操作技能的基礎(chǔ)上，更加全面地認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)生物科學(xué)。在高中生物課堂中，學(xué)生可以通過實(shí)驗(yàn)簡單快捷地了解和掌握所學(xué)的生物知識(shí)及原理，感受生物這門特殊的自然科學(xué)。

一、當(dāng)前高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

然而，在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，許多方面存在不足，如實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所需要的材料過少或者缺少其中某一樣實(shí)驗(yàn)器材都將導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無法正常開展。而有些則是因?yàn)樗M(jìn)行的實(shí)驗(yàn)本身存在一定的危險(xiǎn)性而無法真正開展，以至于實(shí)驗(yàn)教學(xué)在生物課堂中成為一種擺設(shè)，也就無法發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)本身的輔助作用。這不僅嚴(yán)重影響著教師的教學(xué)活動(dòng)，還減少了學(xué)生全面學(xué)習(xí)生物知識(shí)的方法和途徑。當(dāng)然不免有些教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中為了節(jié)省時(shí)間而演示生物實(shí)驗(yàn)，也就是通常所說的教師做、學(xué)生看。這樣一來，學(xué)生也就不會(huì)積極主動(dòng)地參與到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，這不僅不利于培養(yǎng)他們的動(dòng)手實(shí)踐和操作能力，還降低了他們運(yùn)用生物知識(shí)去分析和解決實(shí)際問題的意識(shí)與能力。由此可見，高中生物教學(xué)中實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展存在許多的問題，而作為高中生物教師，我們在教學(xué)過程中要善于科學(xué)合理地運(yùn)用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對于存在危險(xiǎn)性及實(shí)驗(yàn)器材缺乏的實(shí)驗(yàn)，我們可以利用計(jì)算機(jī)、多媒體技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行模擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以此突破生物實(shí)驗(yàn)的局限性，實(shí)現(xiàn)生物虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的相互交融與

互補(bǔ)。

二、高中生物虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的整合

（一）虛擬儀器及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

高中生物虛擬仿真實(shí)驗(yàn)即利用全新的、先進(jìn)的且富有生命力的虛擬儀器和多媒體計(jì)算機(jī)，對教材數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，在虛擬操作中為學(xué)生展示其中的實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)果。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理與智能技術(shù)及音響技術(shù)等多方面的功能，給學(xué)生以直觀形象的感受，促進(jìn)他們更加簡單快捷地學(xué)習(xí)和掌握生物實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及操作。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)主要通過虛擬儀器進(jìn)行，虛擬儀器就是在多媒體計(jì)算機(jī)上配上相應(yīng)的專用軟件和硬件，并設(shè)定和設(shè)計(jì)好的測試功能，從而實(shí)現(xiàn)真實(shí)儀器所具備及缺乏的特殊實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

1.虛擬儀器的特點(diǎn)

相比于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器，虛擬儀器更加智能，處理能力更強(qiáng)，且使用起來更加方便靈活，它的開放性和功能軟件的模塊化有利于提高資源的重復(fù)利用率，并縮短系統(tǒng)組建時(shí)間。運(yùn)用計(jì)算機(jī)對生物實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行分析、存儲(chǔ)、顯示及打印，能夠有效地完善數(shù)據(jù)的傳輸和交換等性能，使得組建系統(tǒng)更加簡單快捷。

2.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)使抽象的生物知識(shí)更加形象和具體，運(yùn)用多媒體為學(xué)生提供聲音、圖像、文字等多方面的內(nèi)容，其信息量大且應(yīng)用范圍廣，能夠在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的基礎(chǔ)上，提高他們對生物知識(shí)的表達(dá)和運(yùn)用能力。在進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)之前，教師可以利用多媒體計(jì)算機(jī)對實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃瓦^程進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，從不同的角度和層次為學(xué)生加以演示和講解，促進(jìn)他們形象化思維的形成。高中生物教學(xué)中進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對實(shí)驗(yàn)教學(xué)尤為重要，不僅有利于提高生物教與學(xué)的質(zhì)量和效果，還能夠保障實(shí)驗(yàn)設(shè)備及教師的安全，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的高效開展。相對于傳統(tǒng)的生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)給學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程增加了許多樂趣，使他們更加熱愛生物實(shí)驗(yàn)，樂于學(xué)習(xí)生物知識(shí)。

例如，人教版高一生物必修2第三章《基因的本質(zhì)》中，DNA分子的結(jié)構(gòu)和復(fù)制過程微觀、抽象，學(xué)生即使制作出DNA物理模型，也難以在不斷犯錯(cuò)和糾正過程中，準(zhǔn)確模擬整個(gè)復(fù)制過程。借助虛擬仿真系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)對DNA分子的復(fù)制步驟進(jìn)行分析整合，使學(xué)生能夠展開思維的翅膀，自由模擬想象中的復(fù)制過程。在各種史料和事實(shí)的支撐下，構(gòu)建、完善DNA復(fù)制模型。在手腦并用操作實(shí)驗(yàn)的過程中直觀地感受和理解DNA復(fù)制的方式、特點(diǎn)，大大提高了生物教學(xué)的效率。

（二）真實(shí)實(shí)驗(yàn)

真實(shí)實(shí)驗(yàn)是教師在生物教學(xué)過程中運(yùn)用實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行實(shí)際操作的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，它給學(xué)生以真實(shí)的感受，消除他們對抽象知識(shí)點(diǎn)及虛擬實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)障礙，并在這樣的實(shí)驗(yàn)過程中對生物產(chǎn)生新的認(rèn)識(shí)和看法，這對高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)起著重要的作用。

（三）高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的關(guān)系

高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的真實(shí)實(shí)驗(yàn)是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，即虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是對真實(shí)實(shí)驗(yàn)的模擬，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴行У貜浹a(bǔ)真實(shí)實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)和局限性，二者相輔相成。因此，教師在教學(xué)過程中結(jié)合它們各自的優(yōu)勢，對生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，可以取得良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

1.能真勿虛

對于生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中那些過程簡單且易于操作的實(shí)驗(yàn)，且在現(xiàn)有條件下能夠運(yùn)用真實(shí)實(shí)驗(yàn)完成并達(dá)到預(yù)期教學(xué)效果的，教師在教學(xué)時(shí)就要運(yùn)用簡單的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)儀器完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

2.虛實(shí)互補(bǔ)

在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有的主要是觀察試驗(yàn)中所產(chǎn)生的現(xiàn)象，而有的是以得出結(jié)論為主，也有以理解生物規(guī)律和實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)儀器使用為主的。這就要求教師在實(shí)際教學(xué)中根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的不同，準(zhǔn)確無誤地確定是要采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)還是真實(shí)實(shí)驗(yàn)。

對于實(shí)驗(yàn)室的條件限制，需要采用先進(jìn)技術(shù)或是稀缺儀器的實(shí)驗(yàn)，或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象不太明顯的實(shí)驗(yàn)，一般采用仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。當(dāng)然，在學(xué)習(xí)新知時(shí)，教師可以先安排相關(guān)的簡單、易于操作的真實(shí)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在對主要實(shí)驗(yàn)儀器有了一定的真實(shí)感受之后，再輔之以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，這樣能夠有效地提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

總而言之，在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用和發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)的作用，并充分結(jié)合這兩者的優(yōu)勢，以此，在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力的基礎(chǔ)上，利用先進(jìn)而高效的現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)手段，鍛煉理性思維能力。只有這樣，才能更好地達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)，并培養(yǎng)出具有扎實(shí)生物實(shí)驗(yàn)?zāi)芰酮?dú)立思維能力的創(chuàng)新型人才。

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