NOBOOK虛擬實驗平臺在初中生物學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用研究

摘要：實驗教學(xué)是初中生物教學(xué)的重要組成部分，旨在培養(yǎng)學(xué)生的動手能力及幫助學(xué)生更好的理解理論知識?！靶抡n標”提倡有條件的學(xué)校充分運用互聯(lián)網(wǎng)、多媒體等技術(shù)開展虛擬實驗教學(xué)。基于此，本文介紹了基于NOBOOK虛擬實驗平臺的初中生物實驗教學(xué)，供相關(guān)教師參考。

關(guān)鍵字：NOBOOK虛擬實驗平臺；實驗教學(xué)；初中生物；應(yīng)用

現(xiàn)階段，初中生物實驗教學(xué)存在專業(yè)教師少、教學(xué)方法單一、實驗儀器不足等問題，導(dǎo)致初中生物實驗教學(xué)質(zhì)量不高。隨著教育信息化改革的深入發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在生物實驗教學(xué)中得到應(yīng)用。這項技術(shù)可以模擬現(xiàn)實環(huán)境，幫助學(xué)生身臨其境地開展實驗。在條件有限、實驗難以順利開展時，充分使用虛擬實驗平臺開展實驗教學(xué)，有助于學(xué)生通過深度參與實驗過程而理解實驗內(nèi)容，從而獲得良好的教學(xué)效果。

NOBOOK虛擬實驗平臺作為涵蓋初高中生物學(xué)虛擬實驗的一款仿真軟件，引入了HTML5技術(shù)作為底層技術(shù)架構(gòu)，最新的V2版本采用新型的骨架結(jié)構(gòu)及3D引擎[1]。其中，初中版涵蓋不同版本的主流教材生物學(xué)實驗，設(shè)備配備顯微鏡裝片、3D模型等，是教學(xué)技術(shù)市場比較完善的軟件系統(tǒng)。在初中生物學(xué)實驗教學(xué)中使用NOBOOK虛擬實驗平臺，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能解決學(xué)校實驗設(shè)備不足等問題，對于輔助初中生物學(xué)實驗教學(xué)發(fā)揮著重要的作用。此外，初中教師將其應(yīng)用于實驗拓展、課程復(fù)習(xí)等方面，有助于鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，提升實驗教學(xué)效果。

一、NOBOOK虛擬實驗平臺概述

生物是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，反過來，實驗教學(xué)是生物教學(xué)中的基本形式。NOBOOK虛擬實驗平臺是誕生于2014年的教學(xué)軟件，該軟件支持在線使用，兼容PC端、移動端設(shè)備，適用于windows、android等多種操作系統(tǒng)。教師利用NOBOOK虛擬實驗平臺開展實驗教學(xué)時，可以把實驗移植到不同的應(yīng)用上，從而擺脫硬件方面的限制。將NOBOOK虛擬實驗平臺用于生物實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，便于教師為學(xué)生演示實驗，可將繁瑣的實驗變得更加高效、簡單，從而提升實驗教學(xué)效率及教學(xué)效果。此外，將NOBOOK虛擬實驗平臺用于初中生物實驗教學(xué)，有利于避免部分實驗的安全性風(fēng)險，打破部分實驗的時空限制，對于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)、提升生物教學(xué)質(zhì)量具有重要的意義。

NOBOOK虛擬實驗平臺的使用方法如下：打開NOBOOK軟件，進入相應(yīng)的登錄頁面（NOBOOK虛擬實驗平臺登錄界面如圖1所示）。輸入相應(yīng)的賬號和密碼，即可進入。根據(jù)實際階段，可以選則初中版或高中版。使用者依據(jù)自己的年級打開相應(yīng)的實驗點擊進入。每一個實驗項目包含實驗原理、材料用具、操作步驟等，學(xué)生順利打開實驗項目，進而明確實驗?zāi)康牡软椖?，隨之，單擊開始實驗，即可借助鼠標對真實實驗場景進行模擬，如切片、調(diào)試顯微鏡等操作，從而獲得相應(yīng)的實驗結(jié)果。NOBOOK虛擬實驗平臺支持實驗檢索，學(xué)生可以在搜索欄輸入相應(yīng)的關(guān)鍵詞，即可檢索出想要的實驗案例。案例支持點擊觀看、模擬實驗等操作。

二、NOBOOK虛擬實驗平臺使用優(yōu)劣勢

（一）優(yōu)勢分析

生物“新課標”明確指出：“依托實驗等一系列實踐活動，加深學(xué)生對于生物學(xué)相關(guān)概念的理解，有利于激發(fā)學(xué)生探究生物學(xué)知識的興趣，學(xué)會采用科學(xué)的觀點、思路及方法解決現(xiàn)實中的問題，大幅提升學(xué)生應(yīng)用生物學(xué)知識的能力”[2]?！靶抡n標”要求教師創(chuàng)造良好的教學(xué)條件，指導(dǎo)學(xué)生親身參與實踐活動，確保課程教學(xué)獲得良好的效果。與傳統(tǒng)實驗教學(xué)相比，NOBOOK虛擬實驗平臺具有靈活性好、交互性強、仿真性高等優(yōu)點，學(xué)生利用鼠標即可順利完成虛擬實驗過程，也可以深入觀察實驗現(xiàn)象、分析實驗結(jié)果等，大幅度提升了學(xué)生實驗探究能力，也能在一定程度上鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維能力[3]。教師借助NOBOOK虛擬實驗平臺輔助開展生物學(xué)實驗教學(xué)，相當于為學(xué)生提供不受時間、空間限制的實驗室，學(xué)生在任意地方、任何時間均可利用虛擬實驗平臺完成實驗操作。從空間視角分析，NOBOOK虛擬實驗平臺支持那些因客觀因素?zé)o法開展的生物實驗得以順利完成。從時間方面分析，NOBOOK虛擬實驗平臺有利于降低實驗操作的教學(xué)周期，確保實驗結(jié)果或現(xiàn)象能在較短時間之內(nèi)呈現(xiàn)出來，不僅可以節(jié)省實驗教學(xué)時間，還能提升實驗教學(xué)效率。隨著互聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，遠程虛擬實驗室得到發(fā)展。在遠程虛擬實驗中，實驗操作不再局限于生物實驗室中，實驗人員利用網(wǎng)絡(luò)可以不受時空限制開展實驗，與其他實驗人員共享實驗資源，滿足合作實驗、遠程實驗等要求，有利于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，為實驗教學(xué)工作提供重要的支持。

（二）劣勢分析

NOBOOK虛擬實驗平臺所用器材、實驗現(xiàn)象等均由代碼編譯而成，學(xué)生只是機械化對實驗步驟進行模擬，難以有效提升學(xué)生的實際操作能力。基于此，在利用NOBOOK虛擬實驗平臺開展生物學(xué)實驗教學(xué)中，教師不可盲目采用虛擬實驗代替真實的實驗教學(xué)，而是應(yīng)該充分發(fā)揮平臺的輔助作用，彌補真實實驗操作的不足之處[4]。教師在開展真實實驗教學(xué)時，不可避免地會出現(xiàn)實驗誤差，使得實驗結(jié)果與預(yù)期結(jié)果出現(xiàn)一定的差別。些許的誤差有利于激發(fā)學(xué)生的好奇心，讓學(xué)生在反復(fù)思索與驗證中掌握知識。而通過NOBOOK虛擬實驗平臺開展的實驗全部通過代碼編寫完成，按部就班向?qū)W生展現(xiàn)實驗流程及結(jié)果，不會發(fā)生偏差，過程和結(jié)果太完美反而不利于激發(fā)學(xué)生的探索欲望。通過分析發(fā)現(xiàn)，采用NOBOOK虛擬實驗平臺輔助生物學(xué)實驗教學(xué)中，教師不可盲目地一味采用虛擬實驗，而應(yīng)將其作為真實實驗的有效補充。

三、NOBOOK虛擬實驗平臺的實際應(yīng)用

（一）觀察類實驗的應(yīng)用

顯微鏡結(jié)構(gòu)觀察是初中生物實驗教學(xué)的重要組成部分，但是，一些纖維結(jié)構(gòu)材料難以獲取或?qū)嵨镉^察效果較差，往往限制實驗教學(xué)課程的開展。對于這類實驗，教師可采用NOBOOK虛擬實驗平臺代替實物開展實驗。NOBOOK虛擬實驗平臺中提供了大量顯微鏡實驗范例，內(nèi)容和類型比較豐富，且每一個實驗均明確說明實驗?zāi)康摹⒉牧嫌镁叩葍?nèi)容，可以指引學(xué)生開展實驗流程操作，體會真實的實驗場景[5]。例如，在進行“兩棲動物青蛙”的實驗教學(xué)中，該平臺能夠真實還原青蛙的形態(tài)，也支持動態(tài)展示青蛙跳躍、捕食等過程。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生可利用系統(tǒng)透視圖觀察青蛙的呼吸、消化等系統(tǒng)的解剖情況。細胞是組成生物體結(jié)構(gòu)及功能的最基本單位，生物體的生命活動均以細胞生命活動為基礎(chǔ)。采用NOBOOK虛擬實驗平臺輔助實驗教學(xué)，以“觀察洋蔥鱗片葉表皮細胞 ”為例，具體教學(xué)內(nèi)容如下：要求學(xué)生清楚了解細胞結(jié)構(gòu)，理解細胞分裂、生長等知識。教師可先向?qū)W生發(fā)放任務(wù)導(dǎo)學(xué)單，主要內(nèi)容包含：1.利用NOBOOK虛擬實驗平臺模擬解剖花、了解花的結(jié)構(gòu)；2.介紹花傳粉、受精過程。在課堂教學(xué)過程中，教師首先要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)合理的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生思考為什么無法看到菠菜葉的細胞，以激發(fā)學(xué)生的好奇心。在此基礎(chǔ)上，教師通過播放視頻向?qū)W生講解不同生物材料的處理方法，對玻片分類等知識進行介紹。借助問題引導(dǎo)、學(xué)生互動、小組交流等教學(xué)環(huán)節(jié)讓學(xué)生學(xué)會制作、觀察指標細胞臨時裝片操作步驟及實驗注意要點。通過NOBOOK虛擬實驗平臺，讓學(xué)生在多媒體上展示如何制作臨時裝片，借助PPT呈現(xiàn)植物細胞結(jié)構(gòu)圖，經(jīng)過師生互動、小組溝通等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生了解植物細胞結(jié)構(gòu)、功能等信息，虛擬實驗操作見圖2。

小組討論后，各組分別對植物細胞臨時裝片實驗步驟、植物細胞結(jié)構(gòu)等內(nèi)容進行總結(jié)。隨后，教師帶領(lǐng)學(xué)生進入真正的實驗環(huán)境中，觀察學(xué)生的操作規(guī)范性并適時予以指導(dǎo)。利用NOBOOK虛擬實驗平臺對實驗內(nèi)容進行復(fù)習(xí)，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對實驗知識、原理的了解和掌握，提升學(xué)生的實驗操作技能。

（二）探究類實驗的應(yīng)用

探究學(xué)習(xí)有利于鍛煉學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，開展探究性學(xué)習(xí)必須通過相應(yīng)的探究性活動予以落實。生物學(xué)實驗教學(xué)中，一些昂貴的實驗器材，受到價格的限制難以普及，部分實驗由于時間持續(xù)時間較長難以開展。采用NOBOOK虛擬實驗平臺開展實驗教學(xué)，器材、時間均不再是問題。例如，在初中生物實驗“探究酸雨對生物的影響”中，NOBOOK虛擬實驗平臺實驗顯示如下：將黃豆種子均勻劃分為三組，依次為A組、B組、C組，第一組采用清水培養(yǎng)，B組采用pH值為5的溶液進行培養(yǎng)，第三組采用pH值為3的溶液進行培養(yǎng)，除溶液pH值外，其他條件相同，注意觀察7日之內(nèi)種子萌芽情況，進一步分析酸雨對于黃豆種子萌發(fā)的影響。學(xué)生通過在線設(shè)計相應(yīng)的實驗方案，對相關(guān)數(shù)據(jù)進行觀察、記錄及分析，總結(jié)出酸雨帶來的危害。采用NOBOOK虛擬實驗平臺開展此次教學(xué)，不僅可以幫助學(xué)生順利完成科學(xué)探究過程，也能讓學(xué)生認同酸雨的危害，有利于學(xué)生樹立保護環(huán)境的生態(tài)意識，促進學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。

（三）調(diào)查類實驗的應(yīng)用

調(diào)查法是生物學(xué)實驗教學(xué)最常用的一種方法，包含定性與定量調(diào)查兩種。開展實驗教學(xué)時，教師要向?qū)W生提供學(xué)習(xí)量的測定機會，認真記錄、整理并分析相關(guān)實驗數(shù)據(jù)等內(nèi)容。NOBOOK虛擬實驗平臺也包含調(diào)查類實驗案例，學(xué)生可以根據(jù)需求選擇相應(yīng)的調(diào)查實驗HOL4g7yL9iUIWmLL3JA+6aWDy6s7irox0/XTaVdvfn0=范例。如在“開展測定食物中的能量”這一實驗中，NOBOOK虛擬實驗平臺直觀呈現(xiàn)花生、核桃依次放于酒精燈火焰上進行燃燒的過程。除此以外，還可利用溫度計查看水溫升高的變化情況。若是花生，屏幕上的溫度計顯示水溫自21.0oC上升至26.5oC，若為核桃，水溫則從21.0oC上升至42.8oC，不同組別均重復(fù)3次實驗。學(xué)生點擊鼠標后，表格內(nèi)會記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)，求出平均值，并對實驗結(jié)果展開分析，從而測出花生、核桃這兩種食物的含熱量分別為693g、2746.8g。上述實驗具有操作簡單、安全性高等特點，有利于鍛煉學(xué)生的實踐操作能力。

（四）解剖類實驗的應(yīng)用

由于人體器官解剖實驗需要的材料成本較高，難以在初中生物學(xué)實驗教學(xué)中全面實施。因此，這類實驗大多以教師演示的形式代替。而在實際教學(xué)過程中，往往就是把經(jīng)過解剖的器官投影至屏幕上。這種展示法會受到屏幕像素的影響，導(dǎo)致學(xué)生難以清晰觀察器官的結(jié)構(gòu)特征。隨著NOBOOK虛擬實驗平臺的出現(xiàn)及其在實驗教學(xué)中的應(yīng)用，其能支持虛擬器官的解剖，有利于學(xué)生更好地觀察器官結(jié)構(gòu)。如"觀察心臟結(jié)構(gòu)"這一實驗中，教師可采用NOBOOK虛擬實驗平臺的“3D”實驗功能對心臟結(jié)構(gòu)及功能開展虛擬實驗教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生對心臟外形進行觀察，幫助學(xué)生學(xué)會識別與心臟連接的血管，以及其他與心臟相關(guān)的知識。在此基礎(chǔ)上，教師可利用平臺上的翻轉(zhuǎn)模型，讓學(xué)生認識到，可以根據(jù)心尖朝向判定心臟的左右位置。教師引導(dǎo)學(xué)生完成心臟外形的觀察后，可以通過點擊心臟解剖“3D”模型，指導(dǎo)學(xué)生對心臟四個腔進行觀察，并幫助學(xué)生識別左右心房及心室。學(xué)生通過觀察心臟解剖“3D”模型，能夠準確識別與心臟四個腔連接的血管。在此基礎(chǔ)上，教師可引導(dǎo)學(xué)生對心臟瓣膜進行觀察。同時，教師通過對模型進行旋轉(zhuǎn)處理，能夠幫助學(xué)生多視角、全方面立體觀察心臟的結(jié)構(gòu)。

四、結(jié)束語

計算機有一定的參數(shù)誤差，因此虛擬實驗難以完全代替真實實驗。但在真實實驗難以有效展開或開展效果不理想時，教師可以借助NOBOOK虛擬實驗平臺開展實驗教學(xué)，但任何一種工具的選擇及使用均要基于教學(xué)目標，為教師更好地開展實驗教學(xué)所服務(wù)。不論是虛擬實驗還是真實實驗，其有效性取決于教師的教學(xué)設(shè)計工作。教師要鼓勵、指導(dǎo)學(xué)生積極參與設(shè)計實驗的過程，啟發(fā)學(xué)生的思維能力。日常開展生物實驗教學(xué)中，教師要重視為學(xué)生建立良好的教學(xué)平臺，為學(xué)生提供所需的支持，從而有利于鍛煉學(xué)生的能力，提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

作者單位：靳麗麗 泰安市岱岳區(qū)范鎮(zhèn)第一中學(xué)

靳麗麗（1981.11-），女，漢族，山東泰安，本科，一級教師，研究方向：初中生物。

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