基于虛擬實驗平臺提升生物教師信息素養的研究

徐傳發

摘 要：虛擬實驗在高中生物實驗教學中的應用效果很好，對教師信息素養的提升顯著。首先，在學習熱情上，學生普遍接受和認可虛擬實驗，也能很快適應虛擬實驗的操作，此外，虛擬實驗能有效激發學習興趣、提供學習幫助、提升實驗完成的信心。其次，在知識理解上，虛擬實驗能有效幫助學生準確理解實驗原理，鞏固已學知識。最后，在實驗技能上，虛擬實驗能顯著提高學生的技能操作水平。因此，擴大虛擬實驗的應用范圍、豐富虛擬實驗的應用方式和拓寬虛擬實驗的應用載體，是完善現階段實驗教學的途徑之一。

關鍵詞：虛擬實驗;生物教師;信息素養

虛擬實驗是一種以現代信息技術為基礎的實驗，與真實實驗相比，具備以下特點：

（1）虛擬性。虛擬性是虛擬實驗最基本、最顯著的特征。一個真實生物實驗的完成，需要有特定的生物實驗室，需要儀器、材料和試劑等，都是實驗者可以感觸到的。但在虛擬實驗中，上述內容則是以計算機模擬現實環境進行操作，只需要一臺含相關軟件的計算機，實驗者就能夠完成整個實驗，是對現實實驗的模擬。虛擬實驗的虛擬性，在很大程度上能有效減少實驗設備、節約實驗材料和試劑，降低實驗成本，使得很多的實驗開展成為可能。

（2）交互性。交互性是指為了實現教學目標，實驗者在虛擬實驗情境中所進行的各種交互，包括操作交互、信息交互和概念交互等。借助虛擬實驗的交互性，實驗者能夠像控制真實實驗設備那樣完成實驗，增強學生的親臨感，激發學生探索獲取知識的興趣和欲望，提高學生實際動手操作能力。

（3）靈活性。虛擬實驗過程的靈活性，使得實驗者能從實驗過程中學習，不僅能獲得實驗的結果，而且能體驗知識的發現過程，激發實驗者進一步提出問題與尋求解決問題的興趣，這對提高實驗者邏輯思維、思維創新相結合的能力和自我主觀能動性都有很大的輔助作用。因此，靈活性使虛擬實驗的實用性更強。

（4）開放性。開放性是指實驗空間、時間、使用對象、教學方法等的開放。實驗裝置及實驗環境突破了時空限制，學生只要借助計算機就能在任何時間任何地方使用虛擬實驗。另外，虛擬實驗在實現網絡共享后，實驗者可以按照自己的學習進度和自我學習特點選擇或整合實驗內容;還可以自由地選擇實驗時間，獲得管理員許可后隨時都可進入虛擬實驗室進行實驗。這樣，實驗者掌握了學習的主動權，大大提高了學習的效果。

（5）安全性。在真實實驗中，部分生物實驗存在一定的操作安全隱患。虛擬實驗使得完成一些危險性和破壞性的實驗成為可能，能大大降低實驗危害性，有效拓展實驗范圍。

總之，虛擬實驗具有很多優點，在實驗教學中有著真實實驗無法比擬的優勢，可以解決真實實驗無法解決的問題。因此，推廣虛擬實驗平臺在實驗教學中的應用，對生物老師信息素養的提高具有非常重要的意義。

對初中生物實驗教學現狀進行調查，發現目前初中生物實驗教學現狀總體不太樂觀。主要表現在：教師隊伍有提升空間，必須推進生物實驗教師的培訓和專業成長計劃，積極主動學習快速扎實地提高教育教學水平。教師的教學觀念有待改變，需要教師不斷更新教學觀念，并在教學中滲透新課程理念。對生物教學不夠重視，各級教育部門、學校應該增強和提高生物實驗教學功能的認識，重視生物實驗教學。實驗室條件欠缺、實驗經費不足，需要有關部門增大實驗教學經費的投入和加強實驗室建設，不斷改善實驗室條件。實驗開出率低，應采取各種合理措施來保證實驗的開出。實驗課時不足，需要保證生物實驗足夠的課時。教學方法尚有提升的空間，教師需要優化實驗教學方法和策略。實驗評價體系亟待完善，建立全面、科學、多元的生物實驗評價體系。教學資源的開發不足，應當開發和整合多樣的教學資源，用以促進生物實驗教學?；谶@些現狀，嘗試進行虛擬實驗平臺的使用，以補充實驗教學的不足。

虛擬實驗在生物教學領域的出現是在1995年，則以RichardHill和DavidHugnes發的Froguts為典型代表。Froguts是一款虛擬青蛙解剖實驗，實驗者可以用虛擬手術刀層層分離青蛙，從任意調整角度來觀察和摘除青蛙的器官，為生物教學提供了全新的教學環境，極大地提高知識信息的傳輸和接受的質量，使課堂教學由靜態灌輸變為圖文并茂的動態傳播，激發了學生的學習熱情和主動性，有助于培養學生的思維能力和創新能力。

日常初中實驗教學與虛擬實驗平臺的結合在生物課堂教學中的效果反應良好。在學習熱情上，學生普遍接受和認可虛擬實驗，適應虛擬實驗的操作，另外，虛擬實驗能有效激發學生學習興趣、提高學生學習熱情、為學生提供學習幫助、提升學生實驗完成的信心。在知識理解上，虛擬實驗能夠有效地幫助學生準確地理解實驗原理，鞏固已學知識。在實驗技能上，虛擬實驗的作用也很明顯，它能夠顯著提高學生的實驗操作水平。不同的運用方式，虛擬實驗的教學效果略有不同。與單獨應用虛擬實驗相比，將虛擬實驗和真實實驗結合起來運用于生物實驗教學中，對知識理解和實驗技能的提升效果都更為顯著。

虛擬實驗平臺以其高度開放、不受時空限制、實驗資源高度共享、實驗操作安全可靠等特點日益受到青睞。它在一定程度上解決了實驗教學的問題，但也存在著一些不足之處。比如：①缺乏必要的人文環境?，F實世界環境的特征沒能很好地融入虛擬學習環境中。②學生實驗操作受到限制。目前用于教學的中學虛擬實驗，大都是演示型桌面虛擬實驗。而在少數的操作型虛擬實驗中，由于領域模型不健全，造成學生只能按部就班地在平臺上做實驗，把探究性實驗做成了驗證性實驗，不能達到預期的實驗目的，特別是學生培養目標，還需與真實實驗相互結合使用。

綜上，將虛擬實驗應用在初中生物實驗教學，是信息技術與生物實驗課程整合的趨勢，也是解決初中生物實驗教學不足的重要途徑之一，應當重視虛擬實驗平臺和在教學中的應用。