初中生物教學(xué)中虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用

張漫漫

(安徽省淮北市烈山區(qū)古饒中心學(xué)校 235000)

虛擬實(shí)驗(yàn)是指借助于多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)在計(jì)算機(jī)上完成實(shí)驗(yàn)操作的一種實(shí)驗(yàn).初中生物教學(xué)中應(yīng)做好虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，將虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于相關(guān)的教學(xué)活動(dòng)中.

1 應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

教學(xué)實(shí)踐表明，初中生對信息技術(shù)興趣濃厚，因此可考慮運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛力.教學(xué)中為使學(xué)生更好的掌握眼球結(jié)構(gòu)、眼球中各個(gè)部分的作用、眼球的成像原理等知識(shí)，可組織學(xué)生開展虛擬實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，并給學(xué)生預(yù)留親自動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，使其其深刻的體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過程，尤其圍繞實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相關(guān)問題，與學(xué)生一起分析問題的解答過程，幫助學(xué)生更好的掌握該部分知識(shí).在虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使用如圖1所示實(shí)驗(yàn)裝置模擬眼球成像過程，更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

圖1

(1)可變焦水透鏡的注射器模擬的是眼球的睫狀體，對水透鏡模擬的____起調(diào)節(jié)作用.光屏模擬眼球的____.

(2)向左移動(dòng)“F光源”，模擬看遠(yuǎn)處的物體，此時(shí)應(yīng)____(選填推、拉或不動(dòng))注射器，才能在光屏上出現(xiàn)清晰物像(向內(nèi)推注射器水透鏡曲度變大，向外拉則向反).

(3)在光屏上呈現(xiàn)的物象是倒立的，而人們形成的視覺影像卻是正立的，因?yàn)檠矍颢@取圖像信息后需經(jīng)過____的加工處理才能形成視覺.

(4)一位學(xué)生在“F光源”和水透鏡之間安裝一個(gè)廢棄的顯微鏡光圈，用于模擬眼球的____.

由眼睛的構(gòu)成、成像原理可知，晶狀體是一個(gè)小巧而富有彈性的凸透鏡狀結(jié)構(gòu)，被懸掛于睫狀體上，睫狀體內(nèi)平滑肌的舒縮引起晶狀體的曲度變化，因此水透鏡模擬的為晶狀體，而光屏相當(dāng)于視網(wǎng)膜.當(dāng)“F光源”向左移動(dòng)時(shí)，物體的距離變遠(yuǎn)，為保證在光屏上出現(xiàn)物像，則晶狀體的曲度應(yīng)變小，即，應(yīng)拉注射器.視網(wǎng)膜產(chǎn)生的圖像信息需要經(jīng)過大腦皮層的加分處理才能形成視覺.由眼的結(jié)構(gòu)可知，顯微鏡光圈用于模擬瞳孔.

2 應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行新課講解

教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容，注重采取實(shí)驗(yàn)尤其注重虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用，逐漸過渡到新知識(shí)的講解中更容易使學(xué)生接受與理解新知識(shí).課堂上注重運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)配合使用多媒體技術(shù)，為學(xué)習(xí)者展示虛擬實(shí)驗(yàn)過程，并拋出相關(guān)問題要求學(xué)習(xí)者思考，而后進(jìn)行新課講解.例如，使用如圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究種子萌發(fā)所需的外界條件，圖2中的種子均為菜豆種子.要求學(xué)習(xí)者思考以下問題：

圖2

(1)結(jié)合所學(xué)的實(shí)驗(yàn)知識(shí)，若探究溫度對種子萌發(fā)的影響應(yīng)選擇編號為____的種子進(jìn)行對照.

(2)如果將①和②作為一組對照實(shí)驗(yàn)，該對照實(shí)驗(yàn)的變量為____，從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析，該組對照實(shí)驗(yàn)可以得出的結(jié)論為____.

(3)③不會(huì)萌發(fā)的原因?yàn)開___.

(4)實(shí)驗(yàn)的不足之處是每一組只有一組種子，會(huì)因?yàn)開___因素的影響導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)論錯(cuò)誤.

該虛擬實(shí)驗(yàn)從學(xué)習(xí)者熟悉的實(shí)驗(yàn)知識(shí)切入真實(shí)展示種子萌發(fā)過程，給學(xué)習(xí)者帶來直觀上的認(rèn)識(shí).同時(shí)，鼓勵(lì)其思考問題，使其能夠其透過現(xiàn)象看本質(zhì)，幫助其更好的接受與理解接下來要講解的新知識(shí).學(xué)習(xí)者只要認(rèn)真觀察，積極思考，把握單一變量原則不難回答上述問題.問題(1)溫度是變量，應(yīng)保持其他條件相同，即應(yīng)選擇②和⑤種子進(jìn)行對照.問題(2)中對照實(shí)驗(yàn)的變量是水分，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出種子萌發(fā)需要一定水分.問題(3)③不會(huì)萌發(fā)因?yàn)闆]有氧氣.問題(4)因?qū)嶒?yàn)的種子較少，難免會(huì)受到偶然因素的影響.教學(xué)實(shí)踐中先為學(xué)習(xí)者展示虛擬實(shí)驗(yàn)，而非直接的講解新知識(shí)，如此更能增加課堂趣味，避免學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的枯燥感.與此同時(shí)學(xué)習(xí)者對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有所掌握，更容易掌握接下來要學(xué)習(xí)的新知識(shí).

3 應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)深化知識(shí)理解

虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛑庇^的展示相關(guān)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，啟發(fā)學(xué)生思考與理解蘊(yùn)含在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的知識(shí)，更好的把握生物知識(shí)本質(zhì).植物的光合作用、呼吸作用、蒸騰作用是初中生物的重要知識(shí)點(diǎn)，為使學(xué)生更好的理解這些知識(shí)本質(zhì)，可在課堂上為學(xué)生展示相關(guān)的虛擬實(shí)驗(yàn)，化抽象為具體，給學(xué)生帶來視覺上的刺激，尤其注重在課堂上圍繞設(shè)計(jì)好的問題與學(xué)生積極互動(dòng)，進(jìn)一步提升學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn).課堂上運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為學(xué)生展示如圖3所示的實(shí)驗(yàn)情境并圍繞相關(guān)問題采用一問一答的形式與學(xué)生互動(dòng)：

圖3

(1)將閥門①②關(guān)閉放在黑暗處一段時(shí)間，目的是____.

(2)阻斷葉片間有機(jī)物的運(yùn)輸后將整個(gè)裝置轉(zhuǎn)移到陽光下照射數(shù)小時(shí)，打開閥門①則透明塑料袋中的氣體進(jìn)入到甲試管，待氣體收集滿后，用帶火星的木條檢測氣體，木條能夠復(fù)燃，表明A葉片能進(jìn)行____產(chǎn)生氧氣，綠色植物釋放該氣體的生理活動(dòng)的反應(yīng)式為____.

(3)打開閥門②將黑色塑料袋中的氣體通入乙試管進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)石灰水變渾濁，則該氣體來自植物的____，該生理過程的實(shí)質(zhì)為____；

(4)試驗(yàn)完成后，會(huì)發(fā)現(xiàn)塑料袋的內(nèi)壁附著許多水珠，這些水珠通過植物的____散失的.

根據(jù)所學(xué)的植物呼吸與光合作用可知，實(shí)驗(yàn)時(shí)先將植物放在黑暗處處理一段時(shí)間，目的在于讓葉片通過呼吸作用耗盡原有的淀粉.當(dāng)放在光下時(shí)，植物會(huì)進(jìn)行光合作用放出氧氣，是帶火星的木條復(fù)燃.光合作用的反應(yīng)式為：

在進(jìn)行光合作用的同時(shí)也進(jìn)行呼吸作用，其中呼吸作用會(huì)釋放出氧化碳，加澄清的石灰水變渾濁，呼吸作用生理過程的實(shí)質(zhì)為分解有機(jī)物釋放能量.實(shí)驗(yàn)中塑料在內(nèi)壁上附著小水珠是由于植物通過蒸騰作用散失的水分遇到塑料袋內(nèi)壁會(huì)形成小水珠.

4 應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)鞏固所學(xué)知識(shí)

運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)問題情境，既能夠及時(shí)鞏固學(xué)生所學(xué)，又能避免學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)的枯燥感，因此課堂上應(yīng)圍繞初中生物重點(diǎn)知識(shí)，做好虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，使學(xué)生通過操作實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、回答實(shí)驗(yàn)問題，更好的把握實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)原理，為其以后靈活的解答生物實(shí)驗(yàn)問題奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).課堂上應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為學(xué)生展示如圖4所示的A、B、C、D四個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟，探究饅頭在口腔中的變化，要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)回答如下問題：

圖4

(1)該實(shí)驗(yàn)的變量為____. D步驟滴入碘液的目的是____.

(2)C步驟放入37℃水浴加熱的目的是____.若將C步驟水溫升高至80℃，則2號試管D步驟的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為____.

(3)若增加一只3號試管，處理方法為等量的唾液加入饅頭塊后不振蕩，C、D操作步驟相同，則2號和3號試管作對照，可探究的問題是____.

認(rèn)真觀察兩個(gè)試管的操作，其中在B步驟中向1試管滴加的是水，而向2試管滴加的是唾液，可知實(shí)驗(yàn)的變量為唾液.唾液淀粉酶能消化淀粉，而淀粉遇碘能夠變藍(lán)，因此，可使用碘液檢驗(yàn)淀粉的存在. C步驟中將試管放入37℃水浴加熱目的在于模擬人體的口腔溫度.當(dāng)水溫升高至80℃時(shí)唾液淀粉酶失活，無法消化淀粉，因此，D步驟試管中會(huì)因淀粉的存在而變藍(lán)色.若設(shè)置實(shí)驗(yàn)以是否振蕩為變量，將步驟C、D中的2號和3號試管作對照，可探究牙齒的咀嚼與舌的攪拌是否會(huì)影響?zhàn)z頭在口腔中的變化這一問題.

5 應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行專題訓(xùn)練

植物的呼吸作用是初中生物的重要知識(shí)點(diǎn)，是日常測試的熱門考點(diǎn).學(xué)習(xí)過程中學(xué)習(xí)者僅僅掌握理論知識(shí)是不行的，還需要提高其理解所學(xué)以及運(yùn)用所學(xué)分析問題的能力.實(shí)踐中為使學(xué)習(xí)者更好地掌握植物的呼吸作用相關(guān)知識(shí)，應(yīng)注重借助虛擬實(shí)驗(yàn)組織學(xué)習(xí)者開展專題訓(xùn)練活動(dòng)，進(jìn)一步鞏固學(xué)生所學(xué)，澄清其對所學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)與理解，積累分析問題的豐富經(jīng)驗(yàn).實(shí)踐中可運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為學(xué)習(xí)者展示如下實(shí)驗(yàn)，并要求其認(rèn)真作答相關(guān)問題.圖5是探究植物呼吸作用產(chǎn)物的實(shí)驗(yàn)裝置，根據(jù)實(shí)驗(yàn)及所學(xué)回答問題：

圖5

(1)實(shí)驗(yàn)中A為塑料袋，則應(yīng)選擇什么顏色的塑料袋，為什么？

(2)實(shí)驗(yàn)過程中具體該怎么操作？

(3)實(shí)驗(yàn)中澄清石灰水有什么變化，從中可以得出什么結(jié)論？

該虛擬實(shí)驗(yàn)難度并不大，目的在于鞏固學(xué)習(xí)者對實(shí)驗(yàn)原理的理解.根據(jù)所學(xué)可知植物呼吸產(chǎn)生二氧化碳，而二氧化碳又是植物光合作用的原料，因此為避免光合作用吸收二氧化碳應(yīng)采用黑色的塑料袋罩住植物，避免其光合作用.一段時(shí)間后，應(yīng)注重將閥門B打開，用手?jǐn)D壓塑料袋可以看到澄清石灰水變渾濁，表明植物呼吸作用產(chǎn)生了二氧化碳.教學(xué)實(shí)踐中借助該虛擬實(shí)驗(yàn)開展專題訓(xùn)練活動(dòng)可大大增加訓(xùn)練趣味性，激發(fā)學(xué)習(xí)者思考問題的積極性.