淺析虛擬實驗在初中生物實驗教學中的作用

【摘 要】針對初中生生物學習興趣不高以及初中教學中“重理論，輕實驗”的問題。本文分析了初中生物實驗教學中存在的問題，結合初中生物虛擬實驗的特點，從多個角度闡述了虛擬實驗系統在初中生物實驗教學中的作用。

【關鍵詞】虛擬實驗 初中生物 作用

1 引言

生物學是一門以實驗為基礎的自然科學，生物學的形成與發展離不開實驗，通過實驗不僅可以培養學生的動手能力和創新能力，而且能夠使學生更容易理解和掌握生物學知識。在初中生物實驗教學中，由于受很多因素的影響，實驗教學的效果往往不盡如人意。比如有的實驗需要很多材料，而且實驗往往不能得到預期的實驗結果；有的實驗耗時太長，需要幾個月時間才能完成；有的因存在危險性而無法開展，結果造成初中生物教學過程中“重理論、輕實驗”，有的學校甚至不開設生物實驗課程或將實驗課程以演示實驗為主。虛擬實驗教學指的是利用計算機來模擬實驗的過程，讓學生通過計算機模擬操作實驗，從中掌握應實驗中獲得所需要的能力和知識，以代替傳統開設的真實實驗，對提高實驗教學的效果具有重要意義。

2 虛擬實驗在初中生物教學中的作用

2.1虛擬實驗是提高生物學習效率的重要途徑

初中學生和小學生相比較，對知識的掌握方式發生了較大的變化。在小學階段，學生學習主要是以機械記憶為主，而初中階段學生機械記憶下降，記憶主要是以理解記憶為主。在傳統初中生物教學過程中，很多老師和學生覺得生物就是讓學生“背教材，背重點，背試卷”，這種教學方式嚴重違背了生物的學習規律，讓學生對生物學習產生厭學情緒，學習效果往往很差。在初中生物教學中，通過有效的實驗教學，提高學生動手能力、觀察能力、邏輯思維能力，從中激發學生學習興趣，提高學習效率。利用虛擬實驗，可以隨時隨地進行實驗，培養學生動手能力，將機械記憶的知識轉化為形象直觀的實驗過程，讓學生更容易理解和掌握知識，學習效率將得到提高。例如，在學習《植物的開花與結果》過程中，我們要觀察花的結構，但根據課時安排，此時已是冬季，桃花已無處可尋，實驗沒有辦法開設，在教學過程中，很多教師就安排學生把圖記住，學生覺得很困難，特別是各部分結構最終發育的結果很難理解。我們可通過虛擬實驗系統中對桃花開花過程、結構以及各部分發育結果進行模擬。這種方式實驗能夠很好地提高了學生學習興趣和學習效果，提高課堂效率。

2.2虛擬實驗能節約教學成本

在生物實驗中，許多實驗需要大量的儀器和實驗材料。例如，觀察雞蛋結構實驗，就是一個需要消耗大量實驗材料的實驗，每個學生在實驗過程中需要至少一個雞蛋，一個班級需要幾十個，一個年級開設實驗下來消耗雞蛋幾百個，而且，很多同學在實驗過程中操作不規范，造成材料巨大浪費。利用虛擬實驗，實驗過程中不需要任何實驗材料，大大降低實驗成本，也不產生任何環境污染，學生可以反復操作，加深對知識的理解。

2.3虛擬實驗能保障實驗和設備安全

在初中生物實驗課開設過程中，為了防止學生操作過程中的意外傷害，往往制定了很多規章制度。這樣做，一方面，由于嚴厲的規章制度和實驗本身容易導致安全問題，在實驗過程中教師不敢讓學生親自操作，實驗往往不做或以演示實驗代替。另一方面，部分學生好奇心較強，實驗操作過程中不聽教師講解，不按照實驗操作規程來操作，結果造成意外安全事故或實驗儀器損壞的情況。初中生物是一門與實際生活聯系緊密，以實驗為基礎的學科，初中生物學習中，學生如果不能親自參與實驗，那么學生對生物的學習將覺得枯燥，缺少學習興趣。用虛擬實驗代替操作過程中的“危險性實驗”，將很好解決實驗安全問題。例如，可以讓學生提前通過虛擬實驗室平臺操作后，再進行實際操作，讓學生提前了解實驗操作過程，在實際實驗操作過程中，可以降低由于不規范操作造成的危險，同時減少實驗儀器和實驗材料的損耗。從更高的層面上看，虛擬實驗室為學生提供全方位、開放性的操作環境，能把很多傳統實驗做不到的效果一一展現 ，是學生在課堂上實現了在虛擬世界的真實體驗。例如，在顯微鏡的操作使用實驗中：首先，教師先講解、示范顯微鏡的使用和操作，再由學生自己完成實驗操作，有部分學生在教師講解時候，注意力往往集中在顯微鏡上面，而不是教師講解的實驗操作注意事項和操作方法，結果沒有掌握操作的要領，致使實驗掌握效果不佳。如果使用虛擬實驗室，不僅可以克服上述問題，而且可以讓學生在單獨操作實驗過程中反復操作練習，直到掌握為止。

2.4虛擬實驗便于開展實驗檢測作用

在傳統實驗過程中，由于受實驗時間和實驗本身情況限制，在實驗過程中沒有辦法對學生實驗操作進行檢測評價，對學生是否掌握實驗操作及相關知識點根本不知道。利用虛擬實驗，展現真實的實驗環境，讓學生在虛擬的實驗環境中完成實驗操作，系統可以快速、準確地對實驗操作進行檢測評價，實現實驗技能的檢測目標。

3 虛擬實驗適用性分析

在初中生物實驗包括驗證性實驗和探索性實驗，虛擬實驗主要用于對傳統的驗證性實驗教學的輔助。當在現有實驗設備條件下，學生較難完成實驗時，可以借助計算機為學生創造虛擬實驗場景，讓學生在虛擬條件下操作實驗，以獲得知識和培養動手能力。虛擬實驗主要適用于：一、實驗材料消耗量較大，實驗成本較高；二、實驗對環境條件要求較高，在一般情況下難以達到理想實驗條件；三、 實驗需要周期較長；四、實驗操作有危險，甚至現有實驗條件無法完成等情況。

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