小議虛擬實驗與真實實驗的利弊

吉筱蓉

生物學是一門以實驗為基礎的學科，實驗教學在生物教學中是不可或缺的重要組成部分。《義務教育生物課課程標準（2011年版）》提倡實驗設計多樣化，建議“有條件的學校還可以適當引入多媒體技術進行虛擬實驗”。 虛擬實驗的應用改變了傳統的教育模式，使教與學的方式發生了革命性的變化。

一、什么是虛擬實驗

虛擬實驗是指借助于多媒體、仿真和虛擬現實（又稱 VR）等技術在計算機 上營造可輔助、 部分替代甚至全部替代傳統實驗各操作環節的相關軟硬件操作環 境，實驗者可以像在真實的環境中一樣完成各種實驗項目，所取得的實驗效果等價于甚至優于在真實環境中所取得的效果。虛擬實驗建立在一個虛擬的實驗環境（平臺仿真）之上， 而注重的是實驗操作 的交互性和實驗結果的仿真性。 虛擬實驗的實現將有效緩解很多高校在經費、場 地、 器材等方面普遍面臨的困難和壓力，而且開展網上虛擬實驗教學能夠突破傳 統實驗對“時、空”的限制，無論是學生還是教師，都可以自由、無顧慮地隨時 隨地上網進入虛擬實驗室，操作儀器， 進行各種實驗， 有助于提高實驗教學質量。

二、虛擬實驗的優勢

初中生物教學中，虛擬實驗可以在教學中發揮獨特的作用。

1、在傳統生物實驗室，開設驗證性實驗時往往都是先由教師在講臺上演示實驗過程，介紹實驗中應注意的各個問題，然后由學生來操作。但是由于受實驗儀器小、學生多等限制。教師在演示過程中不可能面面俱到，總會有一部分學生不能清楚地看到實驗過程和聽清楚實驗過程中的關鍵事項。例如在顯微鏡的使用實驗中：一般教師先講解、示范顯微鏡的使用，可等學生自己獨立實驗時，有相當一部分學生不能正確掌握操作的要領，就會出現一些不規范操作，致使實驗效果不佳。如果利用多媒體仿真虛擬實驗室來“練習使用顯微鏡”，不僅可以避免上述情況，而且在學生單獨實驗時，學生某一步驟搞不清楚，可以反復播放操作指引，根據提示練習操作技巧，直到掌握為止。這樣兼顧個體差異的實驗課堂，真正做到了面向全體學生，提高生物科學素養。

2、為了提高學生的生物科學素養，初中生物實驗內容明顯增多，造成教學課時的不足，教師在開展真實實驗前，可以通過展示虛擬實驗來講解實驗原理、實驗方法、實驗步驟，讓學生能充分了解實驗的進程，就可以增加學生對實驗的了解，以保證學生有較多的操作時間。如果學生能夠在開展真實實驗前，親手操作虛擬實驗課件，學生不必擔心損壞儀器，甚至發生事故，在正式實驗時就能熟悉操作過程，減少操作失誤，從而更加激發學生對實驗的學習興趣。

3、與真實實驗不同，驗證性虛擬實驗是利用計算機并結合虛擬現實技術來完成真實環境中的各種驗證性實驗，除了其實驗效果與真實實驗效果完全一致外，還具有虛擬實驗特有的實時性、可控性、安全性、仁愛性和重復性等特點。

演示實驗是中學生物教學的重要環節，可以很好地輔助教學，使生物學原理和規律更為直觀地展現。然而客觀條件的限制又往往導致一些演示實驗無法完成或效果不佳。如人教版初中生物學八年級上冊探究“鳥適于飛行的特點”，學生提出“胸肌為鳥的飛行提供了動力，發達的胸肌是鳥類適于飛行的特征”假設時，解剖一種會飛的鳥，觀察鳥的胸肌附著的方式和位置；用電流刺激使胸肌收縮，看其是否能牽引翼產生與飛行有關的運動來驗證胸肌是否與飛行有關就顯得非常重要了。這不僅能幫助學生深入理解知識，而且是培養科學思維和科學態度的重要契機。然而，解剖動物的實驗與課標保護生命愛護小鳥的教育教學理念相抵觸。利用多媒體虛擬仿真平臺不僅能夠在虛擬情況下完成解剖家鴿觀察胸肌附著位置和驗證胸肌為鳥類的飛行提供動力，而且能夠在利用計算機虛擬現實的功能創建胸肌與飛行關系的立體模型，完成實驗報告。

虛擬實驗是對真實實驗的模擬或再現，能開展真實實驗的還是要開展真實實驗，只有通過真實實驗，才能逐步提高學生的動手操作能力。而在有條件的學校，也要提倡充分開發虛擬實驗，使其成為教學的重要組成部分。因為，即使是交互性不強的虛擬實驗，也形象、生動、直觀，在展現實驗現象時具有強大的表現力。

三、虛擬實驗的弊端

虛擬實驗不能完全代替真實實驗，雖說虛擬實驗有上述諸多優點，但 學校以此就將實驗室的重心轉移到虛擬實驗室上來，僅僅只做一兩次實驗，這是不可取的。

首先因為實驗是一個動手操作的過程，需要學生有一定的實驗技術和 動手操作能力，在此基礎上，結合所學的理論知識，這樣知識才能融會貫通。真實實驗對學生的動手能力的培養是不可缺少的。

其次做實驗的過程可以說是一次探索發現，過程中可能出現意想不到的結果，事故也好，驚喜也罷，學生都能從 中獲取經驗，并且學會分析和解決問題，這是一種能力的培養。

最后，真實實驗中干擾因素較多， 實驗容易出現誤差， 有些因素在人為的情況下， 可以減少或避免。而虛擬實驗，不會受這些因素影響，學生感受不到，學不到這方面的知識，不利于培養學生嚴謹的科學態度。

總之，虛擬實驗和真實實驗都是實驗中的重要組成部分，各有利弊，這就要求我們在教學中處理好兩者的關系，在學校實驗條件允許的情況下，按照教學計劃開展實驗，選擇合適的實驗教學方式，不要因為虛擬實驗簡單，就忽視了真實實驗。兩者都應該為教學服務。