虛擬仿真實驗在高中生物實驗教學中的應用

曲卓瑪

(西藏日喀則市拉孜高級中學 西藏 日喀則 858100)

根據生物實驗，它是一門自然學科，是通過實驗研究生命現(xiàn)象和自然科學行為規(guī)律的重要學科。生物學的誕生在既定的進化過程中，生物實驗是人類研究生命規(guī)律的最基本方式。通過生物實驗，幫助學生學習和理解自然生物學的規(guī)律，理解研究和科學思維。但在目前實驗生物學教學中，由于實驗室設備不足，實驗課時間不夠，實驗課開學緩慢，實踐技能正在被理論課所取代。

1.虛擬仿真實驗

虛擬仿真實驗是在計算機系統(tǒng)中使用虛擬現(xiàn)實技術來創(chuàng)建一個組織知識的集成環(huán)境。這種虛擬實驗環(huán)境允許對計算機創(chuàng)建的真實或虛擬世界進行高級模擬。用戶可以通過多種感官渠道與虛擬世界進行交互，包括視覺、聽覺和觸覺。虛擬仿真將虛擬現(xiàn)實世界技術和仿真技術結合成一張實驗地圖。它基本上是在虛擬計算環(huán)境中模擬真實的實驗室設備和材料。實驗者使用計算機創(chuàng)建模擬實驗材料并進行虛擬實驗[1]。

2.將虛擬仿真實驗應用于高中生物實驗教學的路徑

《普通高中生物學課程標準(2017年版)》建議實驗室教育者的設計多樣化，例如使用電子設備進行模擬實驗或使用多媒體和互聯(lián)網進行虛擬實驗。虛擬仿真利用虛擬現(xiàn)實技術和仿真技術，在夢幻般的環(huán)境和場景、逼真的工作對象和學習內容中創(chuàng)造靈活多樣的關系，提供有效、安全、經濟、完全開放的教學和學習。除了理論教學和實踐培訓外，第三教育體系可以成為信息時代教育改革的發(fā)展方向，將成為教育信息化實踐的重要資源。課前預測通過在課堂教學和課后研究中體驗虛擬模擬，學生可以積極參與獲取知識、養(yǎng)成理性思維習慣、有效提高學習成績的過程。

2.1 利用虛擬仿真實驗進行課前預習。通過虛擬模擬實驗，學生可以充分展示自主學習的能力，學生可以根據書中內容在不同的教室進行實驗。學生在虛擬仿真平臺上學習實驗原理和實驗材料，執(zhí)行仿真任務。如果操作不正確，系統(tǒng)會顯示錯誤指示，學生會表現(xiàn)出錯誤的行為，以便學生及時解決，在老師的指導下完成整個實驗后最終做正確的事情。這樣可以讓學生在課前掌握實驗過程，同時能夠解釋實驗過程中可能出現(xiàn)的問題。

2.2 植物組織培養(yǎng)虛擬實驗。高中生物人教版《現(xiàn)代生物科技專題》介紹了植物組織培養(yǎng)的原理、條件和過程。植物組織培養(yǎng)技術是現(xiàn)代生物技術中非常實用的一門課程，是植物基因工程實驗中最重要的關鍵。這也是技術之一，但是很難獲得常規(guī)高中實驗室使用的無菌技術，這需要時間來研究種植植物的技術。環(huán)衛(wèi)高中生物實驗室設備與技術學生模擬植物基本操作、栽培技術的跨界階段，獲得更直觀的體驗和親身體驗實驗的樂趣。他通過虛擬實驗彌合了差距，促進了學生積極而深入的教學。

2.3 利用虛擬仿真實驗進行課中學習。教師在開始時為學習者提供基于自主學習者的學習體驗，并使用學習問題模塊在課前檢查學生的情況，并幫助他們及時調查學生的問題。實驗目的實驗原理關于實驗材料的研究。學生有意識地記錄在準備學習時出現(xiàn)的問題。這將提高您的訓練效果。教師不要求對實驗過程進行解釋和演示。您可以讓學生在活動掛圖上設計演示過程和結果，或者談論您自己工作中的差異和挑戰(zhàn)。之后，所有學生在電腦上獨立作業(yè)，老師帶隊。在同一個實驗中，每個學生的進步可能不同，但最終他們結束了實驗。一些學生根據教科書中列出的程序依次學習。一些學生通過完成組合體驗課程來總結各個步驟并節(jié)省時間。完成本次實驗后，部分學生使用仿真平臺對練習卷中描述的實驗進行評價。本課程不僅滿足學生的創(chuàng)造力，而且培養(yǎng)學生的獨立研究和科學思維。最重要的是要認識到教師教育作為一個主體的變化，學生學習作為一個主體，促進教育體制和學生學習方式的變化。

2.4 標志重捕法虛擬實驗。高中生生物學必修二第四章第1節(jié)“種群的特征”中的“標志重捕法”相關內容。這一內容屬于種群特征中調查種群密度的方法，這是第4章“種群和群落”的基礎知識之一，也與下一章密切相關。雖然這部分的內容顯然不是課程標準的要求，但最近的經驗表明，這種方法很有可能：考題不僅要知道原理，還要找出錯誤的分析，才能理解其本質并計算結果。學生能夠控制陷阱的開關時間、分布，還能夠控制種群的分布情況(隨機分布、集群分布、均勻分布)該模型使學生能夠了解人口分布和隨機化的影響。從陷阱到應用該項目還可以“運行”先“討論”的實驗，以解決試驗周期長、實驗組多的問題。這不僅培養(yǎng)了操作技能，而且還增強了學生的能力?！吧钊氲臋M向理解包括某些客觀因素對歸因于科學實驗的錯誤的影響。

2.5 利用虛擬仿真實驗進行課后探索。傳統(tǒng)的實驗教學中，教師為主導的體驗式學習來補充這種體驗式，通常不會尋求并擴展這項實驗性研究。但是，虛擬仿真實驗平臺允許教師要求學生在課本上進行實驗，然后要求他們繼續(xù)研究或改進他們的課本體驗。虛擬體驗模擬平臺有很多學生可以找到和使用的功能。如人教版高中生物必修1教材中的“生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質”實驗中，教材中給出的還原糖的檢測條件是50℃～65℃水浴加熱。有同學問：“為什么是這個特定的溫度，或者可能是不同的溫度？”研究過程充分培養(yǎng)了對該主題的研究態(tài)度和基本的閱讀理解能力[2]。

3.結語

得益于新技術，虛擬仿真使學生更容易學習。我們怎樣才能更好地在教學中運用它來幫助培養(yǎng)學生的實踐技能？如何認真運用申請方法，學生如何忠實或充分展現(xiàn)學科的基本能力，是值得思考的問題。