NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在初中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

程幽池

(中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)通州校區(qū) 北京 101100)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是生物學(xué)教學(xué)的基本形式之一,教師要?jiǎng)?chuàng)造條件開設(shè)好生物學(xué)實(shí)驗(yàn)?！读x務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》(以下簡(jiǎn)稱“課程標(biāo)準(zhǔn)”)的“課程理念”部分也強(qiáng)調(diào)“生物學(xué)課程高度關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的實(shí)踐經(jīng)歷,強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程是主動(dòng)參與的過程,設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù),讓學(xué)生積極參與動(dòng)手和動(dòng)腦的活動(dòng)”。然而在條件受限、實(shí)驗(yàn)無法實(shí)際開展時(shí),利用好虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)則具有重要意義,虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能幫助學(xué)生更好地理解實(shí)驗(yàn)過程,使得教師的教學(xué)取得良好效果。

1 NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)

課程標(biāo)準(zhǔn)提出:“通過實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐活動(dòng),使學(xué)生加深對(duì)生物學(xué)概念的理解,提升應(yīng)用知識(shí)的能力,激發(fā)探究生命奧秘的興趣,進(jìn)而能用科學(xué)的觀點(diǎn)、知識(shí)、思路和方法探討或解決現(xiàn)實(shí)生活中的某些問題”。強(qiáng)調(diào)教師要?jiǎng)?chuàng)造條件指導(dǎo)學(xué)生親身參與實(shí)踐、體會(huì)實(shí)踐,保證課堂的教學(xué)效果。

相比傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué),靈活性、仿真性和交互性是NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)最突出的特點(diǎn)。學(xué)生通過虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)操作鼠標(biāo)即可完成實(shí)驗(yàn)過程、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論等,從而獲得實(shí)驗(yàn)探究能力和科學(xué)思維能力的提升,因此利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有便捷性。

2 NOBOOK 軟件的下載和使用方法

NOBOOK 平臺(tái)支持在線和下載使用,兼容臺(tái)式、筆記本電腦等。鑒于使用方便性,推薦從官方網(wǎng)站下載軟件,投屏使用;也可下載到教師個(gè)人電腦,利用“騰訊會(huì)議”軟件屏幕共享,即可實(shí)現(xiàn)其輔助線上教學(xué)功能。

具體使用方法為:打開NOBOOK 軟件,在搜索欄輸入關(guān)鍵詞,找到想要的實(shí)驗(yàn)案例,點(diǎn)擊即可觀看和操作完成實(shí)驗(yàn)。

3 虛擬實(shí)驗(yàn)室在初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

NOBOOK 軟件中共包含觀察類、演示類、探究類等實(shí)驗(yàn)174 個(gè),根據(jù)人教版教材分冊(cè)順序進(jìn)行分類展示,對(duì)學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)、教師課堂演示實(shí)驗(yàn)都有幫助。本文將按照實(shí)驗(yàn)分類對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行說明。

3.1 在觀察類實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

3.1.1 顯微鏡觀察實(shí)驗(yàn)

顯微鏡是初中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中極其重要的實(shí)驗(yàn)工具,熟練使用顯微鏡也是初中生需要掌握的重要實(shí)驗(yàn)技能。該平臺(tái)提供了很多顯微鏡的范例實(shí)驗(yàn),內(nèi)容豐富全面,而且每個(gè)實(shí)驗(yàn)都說明了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、材料用具?一目了然。同時(shí)跟著指引進(jìn)行每一步實(shí)驗(yàn)流程操作,能讓學(xué)生身臨其境,體會(huì)實(shí)驗(yàn)。

例如,人教版《生物學(xué)·七年級(jí)·上冊(cè)》“觀察人的口腔上皮細(xì)胞”實(shí)驗(yàn)在該虛擬平臺(tái)上列出了此實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖?制作人的口腔上皮細(xì)胞臨時(shí)裝片、認(rèn)識(shí)口腔上皮細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu);材料用具為:顯微鏡、載玻片、消毒牙簽、生理鹽水等;還設(shè)置了討論要點(diǎn):“制作口腔上皮細(xì)胞臨時(shí)裝片時(shí)為什么要用生理鹽水,用清水行不行?”學(xué)生通過瀏覽平臺(tái)上的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?dòng)手點(diǎn)擊鼠標(biāo)完成實(shí)驗(yàn)操作、觀看實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果;思考回答問題等就能獲得對(duì)該實(shí)驗(yàn)的直觀認(rèn)識(shí)。

3.1.2 動(dòng)物觀察實(shí)驗(yàn)

例如,《生物學(xué)·八年級(jí)·上冊(cè)》“兩棲動(dòng)物青蛙”實(shí)驗(yàn),該平臺(tái)展示、還原了真實(shí)的青蛙形態(tài),不僅如此該實(shí)驗(yàn)還動(dòng)態(tài)展示了青蛙的運(yùn)動(dòng),如跳躍、呼吸、捕食等過程,通過青蛙的系統(tǒng)透視圖還能清晰觀察到它的呼吸、消化、循環(huán)系統(tǒng)等解剖結(jié)構(gòu)。類似這樣的觀察實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上還有很多,這些范例實(shí)驗(yàn)的展示對(duì)學(xué)生深入、正確理解真實(shí)的運(yùn)動(dòng)過程大有幫助,而平臺(tái)上這種逼真的三維立體透視效果也是實(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)的。

3.1.3 植物觀察實(shí)驗(yàn)

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)觀察案例。例如,《生物學(xué)·七年級(jí)·上冊(cè)》“觀察桃花”實(shí)驗(yàn)在該平臺(tái)上清晰展示了桃花的花托、花萼、花瓣等結(jié)構(gòu),同時(shí)該平臺(tái)的觀察桃花虛擬實(shí)驗(yàn)還模擬人手拖動(dòng)刀片劃過子房,剖開、觀察內(nèi)部胚珠的過程。點(diǎn)擊屏幕閃光處,可見花藥里密集的花粉,細(xì)節(jié)逼真。利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)不受季節(jié)的限制,即使是非桃花綻放時(shí)節(jié),教師通過在班級(jí)內(nèi)投屏就可以帶領(lǐng)學(xué)生在室內(nèi)觀察到桃花的具體結(jié)構(gòu)。不受時(shí)節(jié)的影響和材料的限制也是該平臺(tái)的一大優(yōu)勢(shì)。

3.2 在調(diào)查類實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

調(diào)查法是生物學(xué)研究中常用的方法之一,不僅有定性調(diào)查,還有定量調(diào)查。教師應(yīng)向?qū)W生提供機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)量的測(cè)定,實(shí)事求是地記錄、整理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、定量表述實(shí)驗(yàn)結(jié)果等。該平臺(tái)也涵蓋了調(diào)查類實(shí)驗(yàn)案例。

例如,《生物學(xué)·七年級(jí)·上冊(cè)》“測(cè)定食物中的能量”實(shí)驗(yàn),該平臺(tái)上直觀展現(xiàn)了花生和核桃分別放在酒精燈火焰上燃燒的過程。此外還能通過溫度計(jì)直接觀察水溫上升變化:如果是花生,屏幕上的溫度計(jì)顯示水溫會(huì)由21 ℃升高為26.5 ℃,如果是核桃,水溫會(huì)由21°升高為42.8 ℃,各組實(shí)驗(yàn)分別設(shè)置了三次重復(fù)。學(xué)生通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)在表格當(dāng)中記錄下數(shù)據(jù),計(jì)算平均值,分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,就能由此測(cè)定出花生食物所含熱量為693J,核桃含熱量2746.8J。這樣的實(shí)驗(yàn)操作不僅十分方便,而且實(shí)驗(yàn)的安全性也得到保障。

3.3 在模型制作類實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

模擬實(shí)驗(yàn)一般需要進(jìn)行具體模型的制作,該平臺(tái)也提供了具體的范例。比如《生物學(xué)·七年級(jí)·下冊(cè)》“膈運(yùn)動(dòng)引起胸廓容積改變”實(shí)驗(yàn)就涉及到模型的制作,一般是由學(xué)生在家找紙板、吹氣球、礦泉水瓶等自行完成。而通過該平臺(tái)的線上實(shí)驗(yàn),學(xué)生點(diǎn)擊鼠標(biāo)拖動(dòng)胸骨、膈肌等部件,點(diǎn)擊鼠標(biāo)牽拉即可觀看到膈肌收縮和舒張的狀態(tài),習(xí)得“膈肌收縮時(shí),胸腔變大,肺內(nèi)氣壓變小,完成吸氣”的概念。所以線上實(shí)驗(yàn)不但能讓難以理解的概念和生理過程變得簡(jiǎn)單化、形象化,同時(shí)還具有能節(jié)約成本、降低材料損耗、減少生物垃圾的優(yōu)點(diǎn)。

3.4 在探究類實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

探究學(xué)習(xí)對(duì)發(fā)展學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力至關(guān)重要,探究性學(xué)習(xí)需要具體的探究性活動(dòng)來落實(shí)。該平臺(tái)也提供了相應(yīng)的探究活動(dòng)案例,例如,《生物學(xué)·七年級(jí)·下冊(cè)》“探究酸雨對(duì)生物的影響”在該平臺(tái)的虛擬實(shí)驗(yàn)顯示為:將黃豆種子均分A、B、C 三組,其中A 組用清水培養(yǎng),B 組用pH 為5 的溶液培養(yǎng),C 組用pH 為3 的溶液培養(yǎng),除溶液pH 外其他條件均相同,觀察7 天內(nèi)種子萌發(fā)情況研究酸雨對(duì)黃豆種子萌發(fā)的影響。學(xué)生通過在線設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,觀察、記錄、分析數(shù)據(jù),進(jìn)一步總結(jié)、認(rèn)識(shí)酸雨的危害,不僅能直接完成科學(xué)探究過程,認(rèn)同“酸雨環(huán)境會(huì)對(duì)植物種子的萌發(fā)造成影響”的生命觀念,同時(shí)也形成保護(hù)環(huán)境的生態(tài)意識(shí),從而實(shí)現(xiàn)生物學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。

4 虛擬實(shí)驗(yàn)室的不足之處和使用建議

因?yàn)橛?jì)算機(jī)存在參數(shù)誤差情況,所以虛擬實(shí)驗(yàn)不可能完全取代真實(shí)實(shí)驗(yàn),但事實(shí)證明,在真實(shí)實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行或效果不好時(shí),利用好虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)這一工具也能幫助教師取得良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

此外,任何工具的選擇和使用都是基于教學(xué)目的,為教師實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)服務(wù)的。不管是虛擬實(shí)驗(yàn)還是真實(shí)實(shí)驗(yàn),更重要的是教師本身的教學(xué)設(shè)計(jì),是教師鼓勵(lì)、指導(dǎo)學(xué)生參與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程,啟發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維提升。在日常教學(xué)中教師要注重為學(xué)生實(shí)踐搭建好平臺(tái),充分提供支持,才能真正鍛煉學(xué)生的能力,引領(lǐng)教與學(xué)方式的變革,從而為將來學(xué)生步入社會(huì)解決實(shí)際問題做好準(zhǔn)備。