虛擬仿真實驗在高中生物實驗教學中的應用

曲卓瑪

(西藏日喀則市拉孜高級中學 西藏 日喀則 858100)

根據生物實驗，它是一門自然學科，是通過實驗研究生命現象和自然科學行為規律的重要學科。生物學的誕生在既定的進化過程中，生物實驗是人類研究生命規律的最基本方式。通過生物實驗，幫助學生學習和理解自然生物學的規律，理解研究和科學思維。但在目前實驗生物學教學中，由于實驗室設備不足，實驗課時間不夠，實驗課開學緩慢，實踐技能正在被理論課所取代。

1.虛擬仿真實驗

虛擬仿真實驗是在計算機系統中使用虛擬現實技術來創建一個組織知識的集成環境。這種虛擬實驗環境允許對計算機創建的真實或虛擬世界進行高級模擬。用戶可以通過多種感官渠道與虛擬世界進行交互，包括視覺、聽覺和觸覺。虛擬仿真將虛擬現實世界技術和仿真技術結合成一張實驗地圖。它基本上是在虛擬計算環境中模擬真實的實驗室設備和材料。實驗者使用計算機創建模擬實驗材料并進行虛擬實驗[1]。

2.將虛擬仿真實驗應用于高中生物實驗教學的路徑

《普通高中生物學課程標準(2017年版)》建議實驗室教育者的設計多樣化，例如使用電子設備進行模擬實驗或使用多媒體和互聯網進行虛擬實驗。虛擬仿真利用虛擬現實技術和仿真技術，在夢幻般的環境和場景、逼真的工作對象和學習內容中創造靈活多樣的關系，提供有效、安全、經濟、完全開放的教學和學習。除了理論教學和實踐培訓外，第三教育體系可以成為信息時代教育改革的發展方向，將成為教育信息化實踐的重要資源。課前預測通過在課堂教學和課后研究中體驗虛擬模擬，學生可以積極參與獲取知識、養成理性思維習慣、有效提高學習成績的過程。

2.1 利用虛擬仿真實驗進行課前預習。通過虛擬模擬實驗，學生可以充分展示自主學習的能力，學生可以根據書中內容在不同的教室進行實驗。學生在虛擬仿真平臺上學習實驗原理和實驗材料，執行仿真任務。如果操作不正確，系統會顯示錯誤指示，學生會表現出錯誤的行為，以便學生及時解決，在老師的指導下完成整個實驗后最終做正確的事情。這樣可以讓學生在課前掌握實驗過程，同時能夠解釋實驗過程中可能出現的問題。

2.2 植物組織培養虛擬實驗。高中生物人教版《現代生物科技專題》介紹了植物組織培養的原理、條件和過程。植物組織培養技術是現代生物技術中非常實用的一門課程，是植物基因工程實驗中最重要的關鍵。這也是技術之一，但是很難獲得常規高中實驗室使用的無菌技術，這需要時間來研究種植植物的技術。環衛高中生物實驗室設備與技術學生模擬植物基本操作、栽培技術的跨界階段，獲得更直觀的體驗和親身體驗實驗的樂趣。他通過虛擬實驗彌合了差距，促進了學生積極而深入的教學。

2.3 利用虛擬仿真實驗進行課中學習。教師在開始時為學習者提供基于自主學習者的學習體驗，并使用學習問題模塊在課前檢查學生的情況，并幫助他們及時調查學生的問題。實驗目的實驗原理關于實驗材料的研究。學生有意識地記錄在準備學習時出現的問題。這將提高您的訓練效果。教師不要求對實驗過程進行解釋和演示。您可以讓學生在活動掛圖上設計演示過程和結果，或者談論您自己工作中的差異和挑戰。之后，所有學生在電腦上獨立作業，老師帶隊。在同一個實驗中，每個學生的進步可能不同，但最終他們結束了實驗。一些學生根據教科書中列出的程序依次學習。一些學生通過完成組合體驗課程來總結各個步驟并節省時間。完成本次實驗后，部分學生使用仿真平臺對練習卷中描述的實驗進行評價。本課程不僅滿足學生的創造力，而且培養學生的獨立研究和科學思維。最重要的是要認識到教師教育作為一個主體的變化，學生學習作為一個主體，促進教育體制和學生學習方式的變化。

2.4 標志重捕法虛擬實驗。高中生生物學必修二第四章第1節“種群的特征”中的“標志重捕法”相關內容。這一內容屬于種群特征中調查種群密度的方法，這是第4章“種群和群落”的基礎知識之一，也與下一章密切相關。雖然這部分的內容顯然不是課程標準的要求，但最近的經驗表明，這種方法很有可能：考題不僅要知道原理，還要找出錯誤的分析，才能理解其本質并計算結果。學生能夠控制陷阱的開關時間、分布，還能夠控制種群的分布情況(隨機分布、集群分布、均勻分布)該模型使學生能夠了解人口分布和隨機化的影響。從陷阱到應用該項目還可以“運行”先“討論”的實驗，以解決試驗周期長、實驗組多的問題。這不僅培養了操作技能，而且還增強了學生的能力。“深入的橫向理解包括某些客觀因素對歸因于科學實驗的錯誤的影響。

2.5 利用虛擬仿真實驗進行課后探索。傳統的實驗教學中，教師為主導的體驗式學習來補充這種體驗式，通常不會尋求并擴展這項實驗性研究。但是，虛擬仿真實驗平臺允許教師要求學生在課本上進行實驗，然后要求他們繼續研究或改進他們的課本體驗。虛擬體驗模擬平臺有很多學生可以找到和使用的功能。如人教版高中生物必修1教材中的“生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質”實驗中，教材中給出的還原糖的檢測條件是50℃～65℃水浴加熱。有同學問：“為什么是這個特定的溫度，或者可能是不同的溫度？”研究過程充分培養了對該主題的研究態度和基本的閱讀理解能力[2]。

3.結語

得益于新技術，虛擬仿真使學生更容易學習。我們怎樣才能更好地在教學中運用它來幫助培養學生的實踐技能？如何認真運用申請方法，學生如何忠實或充分展現學科的基本能力，是值得思考的問題。