李慶林
(甘肅省古浪縣第三中學(xué),甘肅古浪 733103)
虛擬仿真實(shí)驗(yàn)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ),整合了虛擬現(xiàn)實(shí)、圖形圖像、云教學(xué)等多種技術(shù)手段和信息資源,在創(chuàng)新高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系方面發(fā)揮了良好作用,同時(shí)也能打破傳統(tǒng)生物實(shí)驗(yàn)的諸多限制,為學(xué)生創(chuàng)設(shè)高度仿真的生物實(shí)驗(yàn)探究情境。教師應(yīng)當(dāng)把握虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值,使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究環(huán)境更符合現(xiàn)代化科技教育的標(biāo)準(zhǔn)和要求,從而促進(jìn)學(xué)生在生物實(shí)驗(yàn)中的互動(dòng)交流與自主探究,全面夯實(shí)學(xué)生的理性思維和實(shí)驗(yàn)技能。
過往的高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容受多種因素的限制,比如生物實(shí)驗(yàn)室條件匱乏、部分生物實(shí)驗(yàn)開展成本較高、實(shí)驗(yàn)造成生態(tài)環(huán)境污染,等等。如果這些因素得不到有效克服,學(xué)生的生物素養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)就會(huì)陷入瓶頸。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是計(jì)算機(jī)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的成果,將其與高中生物實(shí)驗(yàn)課程融合起來,不但能刷新學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究認(rèn)知態(tài)度,也能為僵化的生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系注入動(dòng)能和生機(jī)。經(jīng)過多方面的理論和實(shí)踐教育研究,現(xiàn)歸納總結(jié)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值。
第一,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)具有創(chuàng)新性,有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生投入生物實(shí)驗(yàn)探究的自主意識(shí)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息資源的有機(jī)結(jié)合體,其創(chuàng)新性是傳統(tǒng)生物實(shí)驗(yàn)?zāi)J诫y以媲美的,如教師可以利用網(wǎng)絡(luò)素材和數(shù)據(jù)資料為學(xué)生創(chuàng)設(shè)生物實(shí)驗(yàn)情境,帶領(lǐng)學(xué)生模擬和體驗(yàn)真實(shí)的生物實(shí)驗(yàn)過程,也可以開發(fā)虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)越功能,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)生物實(shí)驗(yàn)課題展開互動(dòng)討論,這更有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生投入生物實(shí)驗(yàn)探究的自主意識(shí),發(fā)展學(xué)生理性思維和創(chuàng)新精神,增強(qiáng)高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革質(zhì)效。
第二,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)具有經(jīng)濟(jì)、高效的特點(diǎn),可以更直觀地呈現(xiàn)生物實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。以往高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策劃開展面臨很多阻礙,部分實(shí)驗(yàn)課程對(duì)實(shí)驗(yàn)室條件和環(huán)境的要求非常嚴(yán)苛,還有部分實(shí)驗(yàn)課程的材料不易獲取、成本太高,往往因達(dá)不到上述標(biāo)準(zhǔn)和條件,造成生物實(shí)驗(yàn)開展失敗或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象不清晰等局面,很容易影響學(xué)生對(duì)生命世界和生命現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)具有經(jīng)濟(jì)、高效的特點(diǎn),從實(shí)驗(yàn)設(shè)備方面講,教師只需在信息化教學(xué)系統(tǒng)中安裝虛擬仿真軟件,確保教學(xué)演示工具運(yùn)行正常即可,且生物虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的仿真還原度非常高,教師可以把實(shí)驗(yàn)中微觀的生命結(jié)構(gòu)宏觀、直觀地向?qū)W生呈現(xiàn),使學(xué)生對(duì)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的認(rèn)知更加透徹。
第三,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用場(chǎng)景更廣,有助于教師組織策劃多樣化生物實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)。傳統(tǒng)的高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展方式具有單一性,學(xué)生自主探討生命現(xiàn)象和規(guī)律的空間非常狹窄,導(dǎo)致學(xué)生科學(xué)探究素質(zhì)和生物實(shí)驗(yàn)?zāi)芰﹄y以進(jìn)一步提升。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用場(chǎng)景極為廣闊,教師可以把虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資料穿插運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,也可以將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行虛實(shí)互補(bǔ),在此基礎(chǔ)上組織學(xué)生對(duì)生物實(shí)驗(yàn)開展觀察、提問、方案籌劃、操作訓(xùn)練、猜想論證等探究活動(dòng),學(xué)生不僅能夠積累充裕的生物實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),也能突破發(fā)展科學(xué)探究精神和生物學(xué)習(xí)能力。
高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)強(qiáng)調(diào)演繹和推理、思考和探究,對(duì)學(xué)生的理性思維和抽象思維能力提出了更高要求,但現(xiàn)階段多數(shù)高中生的生物思維能力偏弱,面對(duì)生物實(shí)驗(yàn)活動(dòng)時(shí),學(xué)生表現(xiàn)出的心理壓力和畏難情緒比較強(qiáng)烈。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用核心是圍繞生物實(shí)驗(yàn)研究課題,采用虛擬仿真技術(shù)和相關(guān)智能化軟件,為學(xué)生創(chuàng)設(shè)多媒體形式、可視化的生物實(shí)驗(yàn)探究情境,讓學(xué)生感知到生命現(xiàn)象和規(guī)律中隱含的奧秘,從而喚醒學(xué)生的生物實(shí)驗(yàn)探究期待,下面就講一下創(chuàng)設(shè)生物虛擬仿真實(shí)驗(yàn)情境的策略。
第一,在生物實(shí)驗(yàn)導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)創(chuàng)設(shè)虛擬仿真情境。高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)非常緊要,很多學(xué)生對(duì)生物實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目了解興致不高,大部分原因是教師導(dǎo)學(xué)手法陳舊。在生物實(shí)驗(yàn)導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)創(chuàng)設(shè)虛擬仿真情境時(shí),教師可以根據(jù)生物實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的主要探究?jī)?nèi)容,應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)呈現(xiàn)可視、可聽,甚至是可觸摸的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景。如教師可以一邊借助虛擬仿真技術(shù)在投影屏上播放生物實(shí)驗(yàn)過程,一邊利用模型器材演示,同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生上臺(tái)摸一摸生物模型器材,提出思考交流問題:同學(xué)們,親身觸摸生物模型器材后,你有怎樣的感受?聯(lián)系虛擬仿真實(shí)驗(yàn)情境,你從中發(fā)現(xiàn)了哪些生命現(xiàn)象和規(guī)律?可以和同桌互動(dòng)闡述一下嗎?學(xué)生互動(dòng)闡述完畢后反饋結(jié)論,教師把關(guān)鍵結(jié)論記錄到白板屏幕上,組織學(xué)生完善和補(bǔ)充,這樣學(xué)生既獲取到有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)探究經(jīng)驗(yàn),主動(dòng)參加生物實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的興致也顯著提高。
第二,在生物實(shí)驗(yàn)原理講解中創(chuàng)設(shè)虛擬仿真情境。高中生普遍樂于參與生物實(shí)驗(yàn)的操作過程,但是對(duì)探討和歸納總結(jié)生物實(shí)驗(yàn)原理缺乏熱情。教師在講解生物實(shí)驗(yàn)原理中創(chuàng)設(shè)虛擬仿真情境時(shí),可以先根據(jù)生物實(shí)驗(yàn)課程的要點(diǎn)知識(shí),運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)為學(xué)生模擬生物實(shí)驗(yàn)步驟和每個(gè)步驟的反應(yīng)現(xiàn)象。如利用Flash 技術(shù)和圖形化界面,直接在信息化教學(xué)系統(tǒng)上在線模擬生物實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)施步驟和結(jié)果,同時(shí)設(shè)置實(shí)驗(yàn)原理分析任務(wù):同學(xué)們,在生物虛擬仿真實(shí)驗(yàn)情境中,我們完整認(rèn)識(shí)了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的過程和步驟,從虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看,你認(rèn)為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的原理是什么?涉及哪些生物概念知識(shí)?學(xué)生合作參與實(shí)驗(yàn)原理分析活動(dòng)期間,教師可以提示學(xué)生先把實(shí)驗(yàn)條件羅列在演算紙上,然后用簡(jiǎn)潔的語言概括每個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟的反應(yīng)現(xiàn)象,對(duì)照生物教材中給出的概念文字,自主構(gòu)建和歸納生物實(shí)驗(yàn)原理,這樣就能明顯增強(qiáng)學(xué)生的生物實(shí)驗(yàn)探究動(dòng)力和信心。
在計(jì)算機(jī)科技飛速發(fā)展的當(dāng)下,各種虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件不斷推陳出新,賦予高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革更強(qiáng)大的動(dòng)能。應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件實(shí)施生物實(shí)驗(yàn)教學(xué),不需要普通意義上的生物實(shí)驗(yàn)器材,卻可以高度仿生實(shí)驗(yàn)條件和過程。為此,教師必須加強(qiáng)應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件,提高對(duì)生物實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的模擬現(xiàn)實(shí)效果,組織學(xué)生開展生物實(shí)驗(yàn)探究,從而擴(kuò)充學(xué)生的生物實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn),基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件的生物探究組織教學(xué)策略如下。
第一,高中生物課程中涉及的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目種類繁多,不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目具有不同的條件需求和特點(diǎn),教師可以應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件,幫助學(xué)生了解生物實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開展的準(zhǔn)備工作。如在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,教師可以使用同步虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),在系統(tǒng)搜索引擎中輸入生物實(shí)驗(yàn)課題,軟件系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)彈出該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所需的用品、條件和注意事項(xiàng),這些都屬于開展生物實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的準(zhǔn)備工作,教師可以讓學(xué)生把同步虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)彈出的資料,下載到生物學(xué)習(xí)U 盤中,還可以針對(duì)軟件系統(tǒng)給出的某項(xiàng)用品和條件對(duì)學(xué)生設(shè)問:軟件系統(tǒng)列出這項(xiàng)用品和條件的原因是什么?可以采用其他材料代替或更改條件嗎?這樣學(xué)生就會(huì)聯(lián)系生物實(shí)驗(yàn)知識(shí)和技能展開討論,論證各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)條件和用品的設(shè)定原因,從而加深學(xué)生對(duì)生物實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目準(zhǔn)備工作的認(rèn)識(shí)。
第二,應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件策劃開放式的生物實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)。在這一步,教師可以采用仿真度高的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件,根據(jù)生物實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容,組織策劃開放式的探究活動(dòng),如教師可以應(yīng)用cer 卓信365 仿真實(shí)驗(yàn)軟件,在軟件平臺(tái)中輸入實(shí)驗(yàn)研究課題,然后把學(xué)生劃分為若干小組,給學(xué)生布置生物實(shí)驗(yàn)虛擬操作任務(wù):同學(xué)們,現(xiàn)在大家可以看到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件提供了豐富的實(shí)驗(yàn)器材,下面請(qǐng)大家以小組形式構(gòu)建設(shè)計(jì)生物實(shí)驗(yàn)方案,并在軟件平臺(tái)上模擬實(shí)驗(yàn)操作。學(xué)生在對(duì)生物實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開展方案設(shè)計(jì)和模擬操作期間,教師可以指導(dǎo)學(xué)生嘗試改變虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件平臺(tái)的各項(xiàng)參數(shù),按照自主構(gòu)建完成的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行模擬操作,如果學(xué)生的操作手法不夠規(guī)范,軟件平臺(tái)會(huì)自動(dòng)發(fā)出糾正提醒,教師也可以及時(shí)介入指導(dǎo),面對(duì)面地向?qū)W生演示標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)操作手法,最終虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件會(huì)向?qū)W生呈現(xiàn)和實(shí)際相符的現(xiàn)象及結(jié)果,從而強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的生物實(shí)驗(yàn)探究技能與科研素養(yǎng)。
很多高中生物實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目反映的現(xiàn)象,都是微觀的、瞬時(shí)的,增加了學(xué)生認(rèn)清生命規(guī)律本質(zhì)的難度。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)背景下,生物實(shí)驗(yàn)微觀現(xiàn)象也能轉(zhuǎn)化為宏觀,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)工具的功能非常強(qiáng)大,可以顯著提高生物實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的清晰、可見性,相關(guān)的功能開發(fā)和應(yīng)用策略如下。
第一,開發(fā)應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)工具的定格和縮放功能。教師在利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件模擬實(shí)驗(yàn)過程時(shí),可以啟動(dòng)軟件工具的定格和縮放功能,幫助學(xué)生清晰地觀察到生物實(shí)驗(yàn)的微觀現(xiàn)象。如在關(guān)于細(xì)胞中分子的生物實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中,當(dāng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件模擬生成關(guān)鍵的現(xiàn)象時(shí),教師就可以迅速按下定格鍵,然后在和虛擬仿真軟件系統(tǒng)連接的可觸控投影屏上,用雙指把定格畫面拉到適宜的尺寸,還可以調(diào)整畫面銳度和對(duì)比度,讓生物實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象展示得更清晰,同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生交流、描述定格畫面反映的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和生命規(guī)律,教師從旁協(xié)助補(bǔ)充。這樣既發(fā)揮了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)工具的功能,也提高了學(xué)生對(duì)生物實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和理解效率。
第二,開發(fā)應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)工具的圖像記錄功能。圖像記錄功能也是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)工具的一大優(yōu)勢(shì),教師在實(shí)際開發(fā)應(yīng)用時(shí),可以提前在虛擬仿真軟件系統(tǒng)內(nèi)輸入圖像記錄指令。如針對(duì)一些運(yùn)動(dòng)速度快、具有瞬時(shí)性的細(xì)胞分子變化現(xiàn)象,教師可以把系統(tǒng)記錄保存的細(xì)胞運(yùn)動(dòng)圖像截取下來,單獨(dú)為學(xué)生進(jìn)行反復(fù)的慢速播放,指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用生物學(xué)術(shù)語描述細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和特點(diǎn),對(duì)照生物教材中的概念自主修復(fù)描述語言的不嚴(yán)謹(jǐn)處,從而達(dá)到完整地向?qū)W生展示微觀生物實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的目的,同時(shí)培育學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的生物研究精神。
第三,開發(fā)應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)工具的數(shù)據(jù)分析功能。數(shù)據(jù)也是生物實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中的要素之一,學(xué)生完整認(rèn)識(shí)生物實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象離不開各項(xiàng)條件數(shù)據(jù)的支持。通常虛擬仿真實(shí)驗(yàn)工具都搭載數(shù)據(jù)分析功能,教師在學(xué)生觀察生物模擬實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象環(huán)節(jié),可以調(diào)出平臺(tái)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分析和計(jì)算軟件,模擬生成生物實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)條狀或曲線模型統(tǒng)計(jì)圖,指導(dǎo)學(xué)生參考實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖去觀察和分析生物實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的產(chǎn)生原理。如在生物膜和物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)壬飳?shí)驗(yàn)課程中,適宜整合運(yùn)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)工具的數(shù)據(jù)分析功能觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,從而更好地提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)探索效果和生命觀念。
虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以和生物真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行虛實(shí)互補(bǔ),但虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不宜完全替代實(shí)操型的生物實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng),教師應(yīng)當(dāng)秉持以實(shí)為本、能實(shí)不虛的應(yīng)用原則,借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)去補(bǔ)足生物真實(shí)驗(yàn)條件的缺陷,從而促進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與生物真實(shí)驗(yàn)的科學(xué)整合,兼顧學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究素質(zhì)和生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)效性的同步突破,具體的教學(xué)策略如下。
第一,教師在選擇虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和生物真實(shí)驗(yàn)整合切入點(diǎn)時(shí),應(yīng)優(yōu)先選擇實(shí)驗(yàn)條件不合乎需求的生物實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,并詳細(xì)劃分實(shí)驗(yàn)流程和步驟,明確哪個(gè)步驟宜采用真實(shí)驗(yàn)方式,哪個(gè)步驟宜使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件模擬輔助。如對(duì)于一些實(shí)驗(yàn)用品經(jīng)濟(jì)易得,實(shí)驗(yàn)室器材條件完備,但是要觀察到結(jié)果的時(shí)間和周期較長的生物實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,教師可以保留真實(shí)驗(yàn)的操作步驟,然后在實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示步驟應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件。教師應(yīng)該把這些步驟的具體布設(shè)編制成完整的生物實(shí)驗(yàn)教案。
第二,學(xué)生在正式參與虛擬仿真與真實(shí)驗(yàn)整合的生物探究時(shí),教師應(yīng)當(dāng)在不同步驟滲透不同的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),如在生物實(shí)驗(yàn)手動(dòng)操作步驟,教師可以指導(dǎo)各小組學(xué)生協(xié)同配合,按照實(shí)驗(yàn)方案中的操作要領(lǐng)和注意事項(xiàng),正確使用生物實(shí)驗(yàn)器材和料品,對(duì)于高溫材料、用電設(shè)備必須規(guī)范、小心地使用。在實(shí)驗(yàn)結(jié)果模擬呈現(xiàn)步驟,教師則需要指導(dǎo)學(xué)生一邊細(xì)致觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果,一邊提煉概括其中潛藏的生物概念、原理及思想等,從而真正實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合的生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)。
綜上所述,在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn),不僅有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生投入生物實(shí)驗(yàn)探究的自主意識(shí),也能直觀呈現(xiàn)生物實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,具有更廣闊的實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用前景。為此,教師應(yīng)該基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù),著力為學(xué)生創(chuàng)設(shè)生物實(shí)驗(yàn)情境,向?qū)W生完整展示微觀的生物實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果,組織學(xué)生開展豐富的實(shí)驗(yàn)觀察、思考和論證活動(dòng),從而借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)提高生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新水平。