虛擬實驗在初中生物學實驗教學中的實踐探究

黃裕花

摘要：相比于傳統的初中生物教學模式而言，虛擬實驗合理利用了信息化的教學手段，在一定程度上提高了課堂教學的效率，節省了實驗的成本，保障了實驗的安全性，具有不可估量的課堂應用價值。本文對虛擬實驗的概念及應用現狀進行了簡要闡述，從提升學習效率、節約教學成本、保障實驗安全等三方面分析了虛擬實驗應用于初中生物實驗教學中的作用，從課前、課中、課后三個環節指出虛擬實驗在初中生物學實驗教學中的實踐策略。

關鍵詞：虛擬實驗;初中生物;實驗教學;實踐探究

引言：眾所周知，生物學是一門以實驗為基礎的自然學科。在初中生物教學過程中，開展生物實驗不僅能夠鍛煉學生的實踐操作能力和創新能力，還有助于學生更加深入地理解和掌握生物知識，提高生物課堂教學的有效性。但是經過實際的教學實踐調查可知，在初中生物實驗教學過程中，往往會受到諸多因素的影響，導致生物實驗教學的效果不盡如人意。比如，有的生物實驗需要大量的材料，實驗準備工作較為繁瑣;有的實驗耗時很長，往往需要幾天甚至更長的時間才能夠完成;有的實驗存在危險性和諸多不安全因素，學生操作起來存在一定困難等，眾多因素影響了初中生物實驗教學的高效開展。為此，廣大初中生物教師可以合理開展虛擬實驗教學，引導學生在操作虛擬實驗的過程中獲得所需要的知識和能力，利用虛擬實驗有機地代替或優化傳統開設的真實實驗，對于提升初中生物實驗教學的有效性具有重要的意義。

1.虛擬實驗概述

通常來講，虛擬實驗依托于智能化的多媒體和計算機，在虛擬的環境當中，教師利用數據眼睛、數據手套以及電子顯示器等工具為學生展示一個完整的實驗流程。在這個過程中，學生能夠對實驗產生一個真實的體驗，從而有助于更加深入地探究生物實驗背后蘊含的自然規律。虛擬實驗能夠利用多媒體設備模擬真實的實驗過程，因此開展虛擬實驗教學，就必須要有專業的實驗教學軟件以及相應的設備。雖然我國的虛擬實驗教學還處在初級發展階段，但是越來越多的初中生物教育工作者開始逐漸認識到虛擬實驗教學在生物教學中體現的獨特優勢，并致力于探究虛擬實驗在初中生物學實驗教學過程當中具體應用策略，以期改善初中生物學實驗教學的現狀。

虛擬實驗有交互和非交互兩種。在我國，傳統的生物虛擬實驗更多的是非交互式。也就是學生能夠通過觀看動畫、視頻等了解和學習實驗內容，掌握生物實驗演示過程，但是不能自己親自實驗操作。這樣就不能使學生獲得直觀的感性認知，也不利于學生實驗技能的形成以及課本內容的鞏固、吸收。為此，在初中生物實驗學教學過程中，學校和教師要大力致力于交互式虛擬生物實驗室的開發與構建，讓初中生不僅能夠直觀的觀看，同時還能有選擇性地對實驗過程進行動手實踐操作，充分發揮虛擬實驗在初中生物實驗教學中的價值與作用。

2.虛擬實驗應用于初中生物實驗教學中的作用

2.1 虛擬實驗能夠顯著提高學生學習效率

相對于小學階段而言，初中階段學生學習知識、掌握知識的方式發生了較大變化。他們的機械記憶下降，記憶形式主要是以理解記憶為主。在初中生物教學中開展生物實驗能夠提高學生的動手、觀察以及邏輯思維能力，激發學生學習生物的興趣，提高課堂教學的效率。但是在傳統的初中生物實驗教學過程中，許多教師都是讓學生“背流程、背重點、背技藝”，這種學習方法違背了初中生物學習的規律，也很容易讓學生對于學習生物產生一種厭煩的情緒，學生的學習效率得不到保障。傳統的生物實驗具有很大局限性，生物實驗會受到時間、空間、人力以及物力等多方面因素的影響，因此傳統生物實驗難以真正發揮其教學價值。此時，將虛擬實驗運用在初中生物實驗教學中，能夠突破傳統生物實驗教學的局限性，將機械記憶轉化為形象直觀的實驗過程，學生們可以隨時隨地進行實驗，能夠深入地理解和掌握知識，學習效率也會大幅提高。除此之外，虛擬實驗能夠為學生提供更加開放的操作環境，將一些傳統實驗不能夠實現的實驗效果展現給學生，拓寬學生的思維意識，保障生物實驗教學的有效性。

2.2 虛擬實驗能夠有效節約課程教學成本

在初中生物實驗教學中，往往許多實驗都需要準備大量的儀器和實驗材料。比如，在“觀察鳥卵的結構”這個實驗中，如果采用傳統的實驗方式，那么每個學生都需要至少一個雞蛋，一個班級就需要幾十個雞蛋。與此同時，在實驗過程中存在大量的隨機因素，有些學生的實驗操作不規范，這樣也會造成實驗材料浪費的現象。但是利用虛擬實驗卻不需要任何實體實驗材料，可以極大程度地節約實驗的成本，實驗過程中也不會產生任何的環境污染，同時學生還可以反復實踐操作，這樣也有助于加深學生對于生物知識和規律的理解和掌握。

2.3 虛擬實驗能夠更加保障實驗操作安全

在初中生物實驗教學中，學校和教師為了防止學生在操作中出現意外傷害，會制定許多嚴格的實驗規章制度。嚴格的規章制度和實驗本身的危險性，經常會讓教師望而卻步，采用演示實驗代替學生的實踐操作。另一方面，可能會有部分學生的隨意性較強，在實驗操作前不認真學習操作規范，在操作過程中也不按照正確的操作規程來操作，容易產生安全隱患，也會加大實驗儀器損壞的概率。但是初中生物教學必須要讓學生親自參與生物實驗，這樣才能夠體現生物學科教學的價值和意義。為此，教師可以利用虛擬實驗代替操作過程當中存在的“危險性實驗”，有效地解決實驗安全問題。另外，教師可以先讓學生在虛擬實驗平臺操作，等學生熟練掌握其操作流程、嚴格遵守操作規范之后再進行實際操作，降低由于學生自身操作不規范而出現損壞儀器、損耗材料的實驗現象，提高實驗成功率、安全性，減少實驗材料的無用損耗。

2.4虛擬實驗能夠有助提升學生探究能力

在開展生物實驗之前，教師可讓學生先開展虛擬實驗操作，然后再進行實際的實驗操作，這樣不僅能夠降低儀器的損耗率，培養學生的實驗技能，還能有效提升學生的自主探究能力。與此同時，虛擬實驗室為學生提供了更加全面和開放的操作環境，將傳統實驗不能實現的現象、功能、效果等更充分地展現出來，讓學生在虛擬世界進行真實的體驗，從而培養學生的生物核心素養。

例如，在教學顯微鏡的使用實驗時，傳統教學中都是教師先講解后示范，大部分學生被動聽講，在獨立實驗時難以掌握正確的掌握操作要領，出現不規范操作進而影響實驗效果。而如果讓學生先利用虛擬實驗來“練習使用顯微鏡”，學生根據自已的學習特點、學習方式、學習進程，在做中學，做中探，做中悟，不僅優化了教學過程，還能體現學習的自主性、差異性。

3.虛擬實驗在初中生物學實驗教學中的實踐策略

3.1將虛擬實驗應用于真實實驗前的指導

在初中生物實驗開展前，教師可以利用虛擬實驗，有針對性地對生物實驗的原理、過程以及實驗現象進行一個完善和詳細的介紹，有助于學生能夠對教學內容有一個更加深入的理解，也有助于初中生物教學中真實實驗的順利開展和進行。

比如，如在學習蘇教版初中生物七年級上冊“植物的開花和結果”這一章節的內容時，植物的開花與結果是一個漫長的過程，學生們無法在短暫的時間內直觀地觀測到植物開花結果的情況。但在為了幫助學生對于植物的開花與結果有一個基礎的了解，教師可以將虛擬實驗應用于生物課堂的實驗教學中，讓學生們可以在計算機模擬的情況下，毫無遺漏、全程地觀察到一株具體的植物（如桃花、梨花等）最初的發芽、再到開花、再到結果的整個過程，讓學生們能夠對植物的各個結構和生長過程有一個直觀的認識與了解，吸引學生開展實驗和堅持實驗的興趣和熱情，提升學生們的注意力。當虛擬實驗完成后，學生們便可以著手開展真實實驗。如：在種植植物的過程中，學生們就可以觀察到植物在生長過程中出現的一些現象，回憶并深入理解在課堂中學習的植物自身的各個結構和部分，實現對于知識的內化和吸收，這樣虛擬實驗的教學作用便得以體現。

3.2 將虛擬實驗應用于學習教學內容

在初中生物課堂中，為了幫助學生更加透徹地理解一些實驗現象，生動、全面的學習相關知識和內容，需要借助實驗來給學生提供學習、觀摩、體驗、實踐的機會。通常來講，這些教學內容可以是通過真實實驗來演示，也可能是一些宏觀的、微觀的、危險的或者其他難以通過真實實驗來演示、觀察、實踐的。這時，通過虛擬實驗來模擬實驗現象、體驗實驗過程便是一個十分合理有效的教學方法。但值得注意的是，需要生物教師結合具體情況進行具體分析和安排，切實發揮虛擬實驗輔助初中生物實驗教學的價值和意義，將虛擬實驗恰當好處地應用于“刀刃”上，防止“電灌”等信息化教學方式的重復堆疊。

比如，在學習蘇教版初中生物七年級下冊《血液和血型》內容時，設計了“模仿鑒定ABO血型，掌握ABO血型的輸血原則，模仿輸血”的虛擬實驗，教師可以組織學生參與虛擬實驗流程，讓學生在虛擬的實驗情境之中發展實踐操作能力，鞏固知識技能。在該虛擬試驗過程中，教師提供有關“血液和血型”的學習資料供學生學習，并給學生模擬一個真實實驗情景：“三位病人由于失血過多需要輸血，操作者的工作就是測定三個人各自的血型，然后輸入匹配的血液。”學生在虛擬實驗操作中扮演“操作者”，跟隨操作提示進行操作。如：首先需要用鼠標點擊注射器，從“病人”裸露的胳膊上抽取血樣，并將其與三種血型抗體試劑相混合，通過查看三個實驗試管出現的現象判斷每個人的血型，最終“操作者”點擊相應的血液完成給病人的正確輸血。為了切合真實情況，還可以把這個虛擬實驗的情景設計得更加逼真：如果學生操作正確，那么病人的臉色在輸血后就會變得紅潤;如果學生操作錯誤，那么病人的臉色就會變得青紫。這種虛擬實驗情景與醫院醫生的真實操作也非常的相似，學生也能夠快速的理解，在輕松便捷操作的同時，自然地完成了知識的掌握內化。

2.3 將虛擬實驗應用于課后復習

在生物復習過程中，學生一定還會遇到形形色色的問題、產生各種疑慮，其中就有很多知識涉及到實驗內容。這時候，學生再返回去做實驗已然不可能，此時虛擬實驗的作用便凸顯出來了，學生可以自由利用虛擬實驗軟件進行自主學習，強化知識結構，提高課后學習效率。

比如，在學習完蘇教版初中生物七年級上冊《觀察根尖細胞分裂基本過程》這個實驗內容后，有些學生因為不能夠在課堂中及時進行記錄而導致自身的知識結構不完整，或者在完成作業時針對某個知識點又產生了疑問。為了及時幫助學生補充知識，學生便可以自主利用虛擬實驗軟件，將教師在課堂中講解的知識在虛擬實驗中進行回顧和復習，在虛擬實驗中進行一個實踐和總結。這樣有助于完善學生的知識結構，實現虛擬實驗提升生物課后復習效率的作用。

總而言之，在初中生物實驗教學過程中，生物教師要充分認識到虛擬實驗輔助實驗教學的價值和意義，結合實驗教學契合點，合理充分地開展虛擬實驗教學，發揮虛擬實驗教學的獨特作用，有效彌補傳統實驗教學的短板，提高初中生物實驗教學的有效性。

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