虛擬實驗室在中學生物實驗教學中的應用研究

王茹

（江西省南昌市洪都中學，江西 南昌 330000）

生物學是一門實驗科學。實驗教學對培養(yǎng)和提高學生觀察、分析和解決問題的能力及形成良好的科學素養(yǎng)起到至關(guān)重要的作用。在傳統(tǒng)的中學生物實驗教學中，由于實驗設備昂貴，教學經(jīng)費不足等，許多實驗課無法正常開設，多靠教師口頭講授，學生興趣不足，嚴重影響教學目標的達成。虛擬實驗室通過構(gòu)建逼真的三維實驗環(huán)境、儀器設備和實驗資源可有效的彌補傳統(tǒng)實驗教學中的不足，提高學生學習興趣，改善教學質(zhì)量，還能節(jié)省學校開支，減少實驗廢棄物排放產(chǎn)生的環(huán)境污染。

一、虛擬實驗室在中學生物實驗教學中的應用

中學生物學實驗多采取學生分組實驗，分組實驗根據(jù)教學內(nèi)容特點又可以分為驗證性實驗、探究性實驗和同步性實驗。

（一）虛擬實驗室在驗證性實驗教學中的應用

驗證性實驗在新課結(jié)束后進行，以驗證為目的，通常以形態(tài)和現(xiàn)象的觀察為主，如觀察葉片的結(jié)構(gòu)，觀察花的結(jié)構(gòu)等。此類實驗對學生基礎知識的掌握程度要求較高，操作復雜且實驗內(nèi)容多。在虛擬實驗室可以利用虛擬切片系統(tǒng)選擇合適的組織切片，也可通過虛擬操作來完成切片的制作和觀察，模擬實驗操作的各個環(huán)節(jié)，最后觀察驗證相關(guān)知識點。

（二）虛擬實驗在探究性實驗教學中的應用

探究性實驗能充分體現(xiàn)啟發(fā)式教學的思想，由教師向?qū)W生提出課題和實驗方法，學生通過思考、討論提出自己的方案，然后主動的去操作、觀察最后得出結(jié)論。如高中生物必修一探究細胞的吸水和失水實驗，利用虛擬實驗室的預習功能，使學生充分了解將要操作的實驗及相應實驗設計可能產(chǎn)生的實驗結(jié)果，和實際動手實驗得出的結(jié)果有出入的，再進行討論分析，從而總結(jié)影響實驗的要素。

（三）虛擬實驗在同步性實驗教學中的應用

同步性實驗中實驗講解與操作同時或交替進行，實驗內(nèi)容跟所講知識點結(jié)合緊密，學生需要通過實驗加深對相關(guān)知識點的理解，通過實驗實現(xiàn)對相關(guān)知識點從感性認識上升到理性認識。如學習花的結(jié)構(gòu)時，教師可以通過虛擬實驗室將實驗的操作及觀察要點演示給學生，配合講述、總結(jié)，使學生對花的認識由表及里，符合初中生從感性認識上升到理性認識的認知規(guī)律。

二、虛擬實驗室在教學中的應用優(yōu)勢及存在的問題

（一）虛擬實驗室可以開設更多的實驗項目。由于實驗課時、實驗儀器設備及安全性等因素的限制，許多實驗項目通過傳統(tǒng)實驗室都無法開設。虛擬實驗室則可以完全彌補上述不足，通過仿真操作，學生的實驗不再受時間、設備、場地等的限制，自主安排實驗，實現(xiàn)對相關(guān)知識更好的理解掌握。

（二）虛擬實驗室可以更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。利用虛擬實驗室，學生可以對自己提出的各種假設模型進行模擬，并且虛擬系統(tǒng)會直觀的呈現(xiàn)出各種假設所產(chǎn)生的效果，有利于激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

（三）虛擬實驗室可以幫助教師更好的維持課堂秩序，提高教學質(zhì)量。傳統(tǒng)實驗教學效果不好的很大一部分原因是學生態(tài)度不端正，對待實驗課的態(tài)度敷衍，在課堂上講話，打鬧，教師要花費很大的精力維持課堂秩序，影響課堂教學效果。虛擬實驗高度仿真的場景能夠最大限度的激起學生的求知欲，減輕了教師的壓力，使教師有更多的時間和精力去關(guān)注學生的學習情況，更好的維持課堂秩序，提高教學質(zhì)量。

（四）虛擬實驗室在生物實驗教學中存在的問題

虛擬實驗室存在著諸多優(yōu)勢，但也不可避免的存在某些弊端。筆者認為目前虛擬實驗在實際應用中主要存在以下幾個問題：

1.虛擬實驗室不能完全體現(xiàn)實體實驗室的功能。虛擬實驗室是在仿真環(huán)境下的進行模擬操作，所有的程序和可能出現(xiàn)的情況都是人為預先設定好的，但在現(xiàn)實實驗中存在很多偶然因素會對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，在實際教學過程中，教師不應全盤托付給虛擬實驗室，而是應該有選擇性的應用，使其成為一種輔助實驗教學手段而不是主要教學手段。

2.受技術(shù)水平限制，目前虛擬實驗室技術(shù)和功能還相對單一、封閉。目前各個中學購買或引進的虛擬實驗室系統(tǒng)還處于基礎層次，實驗步驟、內(nèi)容單一，缺乏創(chuàng)新，用戶只能按照預設的程序進行操作，一方面限制了教師的教學方法發(fā)揮，另一方面不利于師生互動及學生思維的發(fā)散，因此，虛擬實驗室還需要開發(fā)出更具靈活性的系統(tǒng)，以滿足學生身心發(fā)展及教師專業(yè)發(fā)展的需要。

3.虛擬實驗室中學生間的合作交流受限。中學實驗多為分組實驗，需要學生相互協(xié)作配合才能順利完成實驗，而虛擬實驗室通常是學生各自為戰(zhàn)，或者以某一個學生操作為主，其他同學則多為旁觀者，不利于培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作意識。因此，虛擬實驗要和實體實驗相互融合，相互補充，才能促進學生科學素養(yǎng)的全面發(fā)展。

三、結(jié)語

作為傳統(tǒng)實驗教學的補充和發(fā)展，虛擬實驗室具有鮮活的生命力，它是一種全新的教學形式，有著傳統(tǒng)實驗教學不可比擬的優(yōu)點，有利于激發(fā)學生興趣，提高教學質(zhì)量。雖然目前虛擬實驗室還存在一些問題，但隨著科學技術(shù)的不斷進步和教育教學手段的不斷更新，虛擬實驗室在未來的中學生物學教學領域定會有很好的發(fā)展前景。