虛擬實驗平臺運用于高中生物課堂

李一帆 周青春

摘要：以實驗“檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質”為例，說明如何在高中課堂中運用虛擬實驗情境展開教學。通過親歷實驗探究過程，感悟生命觀念，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的科學思維和科學探究能力。

關鍵詞：虛擬實驗，興趣，教學

中圖分類號G434文獻標志碼：B

美國心理學家布魯納說：“學習的最好刺激，是對學習材料的興趣”。興趣對學生的推理能力、注意分配、閱讀理解、努力程度、加工水平等都有著積極的作用。因此，學習興趣的激發(fā)就顯得尤為重要了。常見的激發(fā)學習興趣的教學策略有運用情境教學、應用新教學模式、聯系生活實際、補充網絡教育技術等。本設計所用的方法就是虛擬實驗情境教學法。

現場做實驗需要搬運相關設備，提前制備所需試劑，費時費事，且學生很難觀看清楚，如果只通過圖片或視頻展示實驗又不夠立體和形象。虛擬實驗就很好地解決了這個問題，筆者選擇了一個針對初高中實驗教學的虛擬實驗平臺——樂步教育（https：//www.nobook.com/shengwu.html），以人教版高中生物教科書《必修1·分子與細胞》中第二章第一節(jié)“細胞中的元素和化合物——實驗：檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質”為例進行說明。

1 教學目標

①說明細胞由多種多樣的化合物組成，包括糖類、脂質和蛋白質等，深化物質觀。

②闡明檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質的方法及其原理。

③能夠基于給定條件，設計實驗探究方案。

2 教學過程

本次課為新授課，需要1個課時。

2.1 問題引導.層層深入

教師先引導學生回憶上節(jié)課所學內容——組成細胞的主要化合物（水、無機鹽、糖類、脂質、蛋白質、核酸），并提出問題：是不是所有細胞、所有組織中的化合物組成都一模一樣呢？利用該問題引出生物組織中糖類的檢測實驗。

設計意圖：教師引導學生回顧上節(jié)課的內容并過渡到新授課的內容，使學生在不同知識點之間建立脈絡網，幫助學生形成概念圖，從而培養(yǎng)學生的科學思維及科學探究能力。教師采用支架式教學法，建立最近發(fā)展區(qū)，激發(fā)學生學習興趣。

2.2 檢測生物組織中的糖類

教師在虛擬實驗平臺上展示完整的實驗過程并進行同步講解。對學生第一遍沒有觀察清楚的地方，教師可以從任意步驟開始，重新進行實驗。實驗演示結束后，教師要求學生思考：觀察到了什么？可以得出什么結論？（土豆中含有淀粉而蘋果中沒有，蘋果中含有還原糖而土豆中沒有）然后，詳細講解糖類鑒定中的注意事項、反應原理和實驗現象。

設計意圖：虛擬實驗教學不僅新穎有趣，而且有助于學生更好地理解實驗過程。教師不用花大量時間在課前準備各種材料，也不用擔心試劑失效、實驗失敗等問題.學生可以很清晰很直觀地看到各種材料的形態(tài)顏色及其變化過程。此外，虛擬實驗平臺能大大縮減實驗等待時間。例如，糖類檢測需要酒精燈加熱，在虛擬實驗平臺上，可以快速跳過等待時間（圖”。

2.3 檢測生物組織中的脂肪

通過實驗檢測，學生會發(fā)現不同組織中的糖類含量不一樣。教師追問：不同組織中的脂肪含量是否一樣呢？先給學生講解探究實驗的步驟（提出問題、作出假設、制定計劃、實施計劃、得出結論、表達交流）及實驗設計的原則（對照原則、單一變量原則等）。接著，學生分小組討論應該如何進行科學探究，并選出小組代表上臺演示。

設計意圖：教師充分利用虛擬教學平臺，將學生不方便直接操作和不能直接觀察到的實驗現象，在較短的時間內直觀呈現。例如，花生子葉切片制片的過程，由于花生子葉又薄又小，觀察起來不方便，但在虛擬教學平臺上，教師可以對其進行任意的放大和縮小，每一位學生都可以很清晰地看到整個過程（圖2）。另外，該過程培養(yǎng)了學生小組合作的意識。

2.4 檢測生物組織中的蛋白質

根據教師提供的實驗材料，學生自主設計實驗，檢測牛奶、豆?jié){、蘋果、土豆中是否含有蛋白質（教師進行答疑和指導）。待學生基本自主完成實驗后，教師在樂步教育網上在線操作，帶領學生回顧實驗過程。

設計意圖：教師通過自主設計實驗，培養(yǎng)學生自主學習、實驗探究、動手操作等方面的能力。通過在線操作回顧實驗過程，加深學生對實驗過程的理解、增強學生對實驗細節(jié)的把控力。

3思考與分析

本節(jié)課根據教學內容的特點設計了3個層層遞進的探究實驗，即己設計好的實驗、小組合作設計的實驗，及自行設計并實施的實驗，并以問題串為腳手架，由易到難，由簡到繁，引導學生層層深入，分別使學生學會“科學原理的驗證”“科學實驗的團隊協作”和“科學問題的自主探究”。學生在不斷發(fā)現問題和解決問題的過程中，發(fā)展比較與分析、歸納與演繹的科學思維。

生物實驗教學條件有限，生物課時安排少，會影響實驗課的有效開展。多數教師對實驗教學的價值認識不到位，講實驗和演示實驗過多，重結論，忽視探究過程。虛擬實驗教學可以在較短的時間內讓學生經歷實驗設計、實驗操作、實驗觀察等環(huán)節(jié)，并使學生鞏固實驗設計的基本原則及實驗操作細節(jié)，促進學生形成正確的生命觀念，發(fā)展學生的科學思維，提高學生的科學探究能力。