虛擬仿真技術嵌入中學生物實驗教學的應用研究

楊秀麗

【摘要】? ? 生物實驗作為高中生物教學的重要組成部分，在激發(fā)學生學習興趣和提升學生生物學科核心素養(yǎng)方面具有不可替代的作用。普通高中生物課程標準（2017版）倡導教師要注重發(fā)揮現代信息技術的優(yōu)勢，積極探索現代信息技術與高中生物實驗的有機融合。將虛擬仿真技術嵌入生物實驗教學，可以拓寬實驗教學的可能性，提升實驗教學的有效性。本文主要闡述將虛擬仿真技術嵌入生物實驗教學的應用價值與實踐措施。

【關鍵詞】? ? 虛擬仿真技術? ? 生物實驗? ? 教學應用

引言：

隨著信息技術在教育教學的蓬勃發(fā)展，高校實驗教學已經普遍應用虛擬仿真實驗。但是，虛擬仿真實驗應用于基礎教育教學的研究和應用并不多。將虛擬仿真技術與高中生物實驗教學優(yōu)化融合，是未來生物實驗教學的一個發(fā)展方向。

一、虛擬仿真技術的基本概述

通常來說，虛擬仿真技術主要是利用計算機手段組合而成的模擬系統(tǒng)，能夠為使用者提供專業(yè)的技術模擬，從而能夠使其接觸更加真切的環(huán)境空間，生動體現生物學科的實驗內容。使用者可以體驗到類似于真實的場景，同時在體驗的過程中，可以發(fā)揮主觀能動性，合理避免因現實條件的限制而產生的局限性。營造一個自主選擇的實驗條件和環(huán)境，學生可以突破時間地點和實驗條件的限制，選擇實驗內容、實驗儀器設備等，允許反復多次試錯，提高實驗的可重復性，掌握學習的主動權。

二、高中生物實驗教學面臨的困難

2.1實驗課的低效

無論是學生進入實驗室做實驗還是在教室內展開的分組實驗，往往都無法取得滿意的實驗效果。原因是學生對操作步驟和實驗儀器的使用不熟練，面對新奇事物的自控能力差，小組成員分工不明確，成員之間的協作變成了無效的聊天，往往讓一堂實驗課變成了娛樂課，達不到實驗教學的目標。學生在實驗課上沒有收獲，教師只能通過講實驗來“返工”，幫助學生鞏固和完成教學目標。低效率的實驗課相當于浪費了學生寶貴的學習時間。

2.2學生實驗課時較少

迫于升學的壓力，學生的學習時間總是緊張的。開設實驗課程耗時較長且短時間內實驗操作能力不能轉化為實驗考試分數。短期來看，“講實驗”比“做實驗”在考試中更為有效直接。所以學校在總體學時安排上實驗課時占比很少，實驗教學無法展開。且高中缺乏專職實驗老師，生物學科教師的教學任務重時間緊，也難以開展實驗教學。

2.3實驗損耗資源較多

在高中階段，生物實驗課程的覆蓋范圍較廣。對進行實驗操作的儀器和設備要求較高，經常需要采用一些工序較為復雜的技術，并對教師的專業(yè)能力提出較高要求。高中學校面臨實驗室場地有限、實驗硬件缺乏、實驗經費不足、沒有專職實驗員等問題。加之學校生源數量往往高于自身教學資源的承載量，有的高中學校甚至沒有能力開展分組實驗課程。教師只能用“講實驗”代替“做實驗”，學生只能用看視頻代替親手操作。

三、虛擬仿真技術在生物實驗教學中的應用價值

3.1有利于激發(fā)學生的學習興趣

通常來說，學生在學習高中生物學課時，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驗方面的操作與訓練當中，所以使得自身的學習積極性較低，難以與教師形成良好配合，不斷推動課堂教學工作的穩(wěn)步前進。但是，在應用虛擬仿真技術時，就會使學生擁有嘗試新鮮事物的機會，能夠憑借最新的科學技術，接觸更多生物學科的實驗操作，以此能夠有效提高學生的學習積極性，不斷促進學生真正參與到生物實驗的操作過程當中，積極營造逼真的環(huán)境氛圍，激發(fā)學生生物學習的主觀興趣。

3.2有利于拓展學生的邏輯思路

在傳統(tǒng)的生物教學課堂當中，教師基本上都是以書本知識為主，為學生進行指導與教學。在這種情況之下，就會使學生的思維和邏輯發(fā)展存在很強的局限性，不利于學生真正投入到生物學科的相關實驗訓練當中。而在虛擬仿真技術的應用階段，則能夠為學生提供多種多樣的實驗機會，讓學生能夠在自己原有的思維基礎之上進行不斷延伸。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。并能夠在實際的鍛煉與操作當中，不斷提高自己的專業(yè)能力與水平。

3.3有利于提升實驗教學的效果

對于高中生物學科的教學工作來說，實驗教學是其中必不可少的重要組成部分，需要引起教師和學生的共同關注，從而能夠真正發(fā)揮實驗教學的有效作用，不斷提高生物學科的指導價值。在傳統(tǒng)的課堂當中，教師的實驗器具有限，能夠為學生展現的實驗操作也屈指可數。而在利用虛擬仿真技術時，教師可以為學生提供一個逼真的研究環(huán)境，從而可以不斷提高實驗教學的效果，讓學生能夠真正將所學的理論知識應用到實驗操作當中，以此滿足現階段生物教學的基本要求，努力提高實驗課堂的質量與水平。

四、虛擬仿真技術在生物實驗教學中的應用分析

4.1半透膜實驗

在生物必修一課本當中，有關物質的跨膜運輸方式的部分，是學生需要進行探究式學習的關鍵內容。在本節(jié)課當中，教師大多是以課本上的知識為主，將多種生物膜的運輸方式進行介紹與講解，能夠讓學生了解物質跨膜運輸方式的類型與特點。但是，教師如果采用傳統(tǒng)的教學方式，很容易由于學生缺乏直觀的認識與了解，導致學生在相關知識點的學習當中產生混淆，從而使學生的生物學習不夠扎實，無法保證日常教學的質量與水平。其中，可以利用虛擬仿真技術，為學生提供有關半透膜的虛擬實驗，從而可以利用實驗內容模擬半透膜的通透性，然后再將布朗運動中進行分子移動的過程形象展示出來，以此能夠讓學生對跨膜的物質運輸現象產生透徹的了解與認識，能夠逐漸將抽象的知識具體化，進一步提升學生的理解能力與分析能力。

4.2標志重捕法實驗

標志重捕法，作為動物種群密度的常用方法，出現在人教版高中生物必修三的課本當中， 需要學生在理解的基礎之上，逐步滿足生物課堂教學的基本目標。但是，教材當中對該部分的內容講述較少，并且從現實角度出發(fā)，學生又很難在條件允許的情況下進行野外實驗。因此，教師就可在該過程當中，利用虛擬仿真技術打造的虛擬實驗，有效模擬種群的分布以及重捕等各個步驟的具體情況，幫助學生形成扎實的知識基礎，努力在考試當中提高做題的準確概率。其中，該實驗需要考慮到隨機分布的基本特點，能夠有效避免因客觀因素對實驗結果造成的誤差，從而可以在條件允許的情況之下進行多次實驗，能夠真正培養(yǎng)學生的動手操作能力，并進一步拓寬學生的觀察視野。

4.3植物組織培養(yǎng)實驗

在高中生物人教版教材當中，現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，需要學生根據相關的原理與條件，能夠正確把握植物組織培養(yǎng)的實施過程，從而可以從多角度出發(fā)，掌握有關該部分內容的相關知識。其中，教師必須要考慮到植物的組織培養(yǎng)內容屬于較為應用性較強的課程，僅憑書本當中的概念展示，無法使學生得到充足鍛煉。所以，必須要考慮進行實驗操作與理論知識相結合的方式，有效滿足該部分內容的教學要求。其中，由于考慮到植物組織培養(yǎng)技術的開展，必須要在無菌操作的環(huán)境之下進行。而一般的高中實驗室則難以達到該方面的標準和要求。在這個時候，虛擬仿真技術，就更能夠切實彌補實驗操作資源條件的不足，積極響應生物實驗的標準與要求。在實驗當中，可以模擬從消毒、接種到組織分化等多項步驟，能夠逐步突破傳統(tǒng)教學模式的局限性，讓學生能夠在直觀、真實的環(huán)境之下，感受植物組織培養(yǎng)的基本操作過程。以此拉近生物實驗技術和日常學習生活的距離，不斷提高學生的觀察能力與實踐能力。

五、虛擬仿真技術在生物實驗教學中的不足之處

盡管從以上內容當中可以了解到：虛擬仿真技術能夠憑借自身的專業(yè)優(yōu)勢，為高中生物實驗教學提供巨大的便利與幫助，從而能夠突破原有教學模式的局限性，不斷為學生提供直觀的實驗演示，并不斷促進學生參與到課堂學習過程當中，努力提高生物實驗教學的質量與水平。但是，任何事物的存在都會具有兩面性，虛擬仿真實驗也不例外。由于考慮到虛擬仿真技術屬于一項創(chuàng)新化的信息技術，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)素質才能夠操作自如。在實際情況下，由于教師的專業(yè)水平有限，所以在操作當中很容易產生諸多突發(fā)情況，進而會延緩課堂時間，不利于把握課堂當中的教學節(jié)奏。

除此之外，虛擬實驗系統(tǒng)本身還會存在一定的局限性。容易因為多方面原因，導致基本的實驗步驟和操作行為都需要進行預先設定，無法依據實際需要進行自主操作。而這就不利于發(fā)揮學生的主體地位，并逐漸限制學生的思維邏輯，不利于構建良好的課堂氛圍，滿足學生的成長發(fā)展需要。因此，在開展虛擬仿真實驗技術時，教師可以根據教學內容，適當與真實的實驗操作相結合，能夠通過相互的補充與融合，解決實際教學工作當中的困難與不足，不斷符合生物教學的實踐要求。

六、結束語

綜上所述，隨著高中階段教育事業(yè)的逐漸發(fā)展，生物學科的教學工作也面臨著諸多要求與標準。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，真正考慮生物學科的教學情況，并能夠依據學生的學習需求，全面看待生物教學工作的指導要求，能夠通過提出適當的實踐策略，不斷提高日常教學工作的實效性作用。其中，由于實驗教學作為生物學科的重要部分，更需要引起教師的關注和重視，能夠將較多的精力和時間投入到高中生物實驗的授課過程當中。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限制，不斷采用創(chuàng)新的教學模式，發(fā)揮虛擬仿真技術的實際價值，努力促進該類技術在生物實驗教學當中的實踐作用。以此能夠真正提高教學的效率水平，不斷促進學生自身能力與素質的提高，進而推動生物實驗教學工作的創(chuàng)新與發(fā)展。

參? 考? 文? 獻

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