NOBOOK虛擬實驗平臺在初中生物學實驗教學中的應用

程幽池

(中國人民大學附屬中學通州校區 北京 101100)

實驗教學是生物學教學的基本形式之一,教師要創造條件開設好生物學實驗。《義務教育生物學課程標準(2022年版)》(以下簡稱“課程標準”)的“課程理念”部分也強調“生物學課程高度關注學生學習過程中的實踐經歷,強調學生的學習過程是主動參與的過程,設計學習任務,讓學生積極參與動手和動腦的活動”。然而在條件受限、實驗無法實際開展時,利用好虛擬實驗平臺進行實驗教學則具有重要意義,虛擬實驗平臺能幫助學生更好地理解實驗過程,使得教師的教學取得良好效果。

1 NOBOOK虛擬實驗平臺的優勢

課程標準提出:“通過實驗等實踐活動,使學生加深對生物學概念的理解,提升應用知識的能力,激發探究生命奧秘的興趣,進而能用科學的觀點、知識、思路和方法探討或解決現實生活中的某些問題”。強調教師要創造條件指導學生親身參與實踐、體會實踐,保證課堂的教學效果。

相比傳統的實驗教學,靈活性、仿真性和交互性是NOBOOK虛擬實驗平臺最突出的特點。學生通過虛擬實驗平臺操作鼠標即可完成實驗過程、觀察實驗現象、分析實驗結果、得出實驗結論等,從而獲得實驗探究能力和科學思維能力的提升,因此利用虛擬實驗平臺進行實驗教學具有便捷性。

2 NOBOOK 軟件的下載和使用方法

NOBOOK 平臺支持在線和下載使用,兼容臺式、筆記本電腦等。鑒于使用方便性,推薦從官方網站下載軟件,投屏使用;也可下載到教師個人電腦,利用“騰訊會議”軟件屏幕共享,即可實現其輔助線上教學功能。

具體使用方法為:打開NOBOOK 軟件,在搜索欄輸入關鍵詞,找到想要的實驗案例,點擊即可觀看和操作完成實驗。

3 虛擬實驗室在初中生物實驗教學中的應用

NOBOOK 軟件中共包含觀察類、演示類、探究類等實驗174 個,根據人教版教材分冊順序進行分類展示,對學生課前預習、課后復習實驗、教師課堂演示實驗都有幫助。本文將按照實驗分類對其應用進行說明。

3.1 在觀察類實驗中的應用

3.1.1 顯微鏡觀察實驗

顯微鏡是初中生物學實驗中極其重要的實驗工具,熟練使用顯微鏡也是初中生需要掌握的重要實驗技能。該平臺提供了很多顯微鏡的范例實驗,內容豐富全面,而且每個實驗都說明了實驗目的、材料用具等,一目了然。同時跟著指引進行每一步實驗流程操作,能讓學生身臨其境,體會實驗。

例如,人教版《生物學·七年級·上冊》“觀察人的口腔上皮細胞”實驗在該虛擬平臺上列出了此實驗目的是:制作人的口腔上皮細胞臨時裝片、認識口腔上皮細胞的基本結構;材料用具為:顯微鏡、載玻片、消毒牙簽、生理鹽水等;還設置了討論要點:“制作口腔上皮細胞臨時裝片時為什么要用生理鹽水,用清水行不行?”學生通過瀏覽平臺上的實驗目的、動手點擊鼠標完成實驗操作、觀看實驗現象和結果;思考回答問題等就能獲得對該實驗的直觀認識。

3.1.2 動物觀察實驗

例如,《生物學·八年級·上冊》“兩棲動物青蛙”實驗,該平臺展示、還原了真實的青蛙形態,不僅如此該實驗還動態展示了青蛙的運動,如跳躍、呼吸、捕食等過程,通過青蛙的系統透視圖還能清晰觀察到它的呼吸、消化、循環系統等解剖結構。類似這樣的觀察實驗平臺上還有很多,這些范例實驗的展示對學生深入、正確理解真實的運動過程大有幫助,而平臺上這種逼真的三維立體透視效果也是實際動手實驗難以實現的。

3.1.3 植物觀察實驗

虛擬實驗平臺提供了相關的實驗觀察案例。例如,《生物學·七年級·上冊》“觀察桃花”實驗在該平臺上清晰展示了桃花的花托、花萼、花瓣等結構,同時該平臺的觀察桃花虛擬實驗還模擬人手拖動刀片劃過子房,剖開、觀察內部胚珠的過程。點擊屏幕閃光處,可見花藥里密集的花粉,細節逼真。利用虛擬實驗平臺進行實驗教學不受季節的限制,即使是非桃花綻放時節,教師通過在班級內投屏就可以帶領學生在室內觀察到桃花的具體結構。不受時節的影響和材料的限制也是該平臺的一大優勢。

3.2 在調查類實驗中的應用

調查法是生物學研究中常用的方法之一,不僅有定性調查,還有定量調查。教師應向學生提供機會學習量的測定,實事求是地記錄、整理和分析實驗數據、定量表述實驗結果等。該平臺也涵蓋了調查類實驗案例。

例如,《生物學·七年級·上冊》“測定食物中的能量”實驗,該平臺上直觀展現了花生和核桃分別放在酒精燈火焰上燃燒的過程。此外還能通過溫度計直接觀察水溫上升變化:如果是花生,屏幕上的溫度計顯示水溫會由21 ℃升高為26.5 ℃,如果是核桃,水溫會由21°升高為42.8 ℃,各組實驗分別設置了三次重復。學生通過點擊鼠標在表格當中記錄下數據,計算平均值,分析實驗結果,就能由此測定出花生食物所含熱量為693J,核桃含熱量2746.8J。這樣的實驗操作不僅十分方便,而且實驗的安全性也得到保障。

3.3 在模型制作類實驗中的應用

模擬實驗一般需要進行具體模型的制作,該平臺也提供了具體的范例。比如《生物學·七年級·下冊》“膈運動引起胸廓容積改變”實驗就涉及到模型的制作,一般是由學生在家找紙板、吹氣球、礦泉水瓶等自行完成。而通過該平臺的線上實驗,學生點擊鼠標拖動胸骨、膈肌等部件,點擊鼠標牽拉即可觀看到膈肌收縮和舒張的狀態,習得“膈肌收縮時,胸腔變大,肺內氣壓變小,完成吸氣”的概念。所以線上實驗不但能讓難以理解的概念和生理過程變得簡單化、形象化,同時還具有能節約成本、降低材料損耗、減少生物垃圾的優點。

3.4 在探究類實驗中的應用

探究學習對發展學生的實踐和創新能力至關重要,探究性學習需要具體的探究性活動來落實。該平臺也提供了相應的探究活動案例,例如,《生物學·七年級·下冊》“探究酸雨對生物的影響”在該平臺的虛擬實驗顯示為:將黃豆種子均分A、B、C 三組,其中A 組用清水培養,B 組用pH 為5 的溶液培養,C 組用pH 為3 的溶液培養,除溶液pH 外其他條件均相同,觀察7 天內種子萌發情況研究酸雨對黃豆種子萌發的影響。學生通過在線設計實驗方案,觀察、記錄、分析數據,進一步總結、認識酸雨的危害,不僅能直接完成科學探究過程,認同“酸雨環境會對植物種子的萌發造成影響”的生命觀念,同時也形成保護環境的生態意識,從而實現生物學核心素養的發展。

4 虛擬實驗室的不足之處和使用建議

因為計算機存在參數誤差情況,所以虛擬實驗不可能完全取代真實實驗,但事實證明,在真實實驗無法進行或效果不好時,利用好虛擬實驗平臺這一工具也能幫助教師取得良好的實驗教學效果。

此外,任何工具的選擇和使用都是基于教學目的,為教師實現教學目標服務的。不管是虛擬實驗還是真實實驗,更重要的是教師本身的教學設計,是教師鼓勵、指導學生參與設計實驗的過程,啟發學生的科學思維提升。在日常教學中教師要注重為學生實踐搭建好平臺,充分提供支持,才能真正鍛煉學生的能力,引領教與學方式的變革,從而為將來學生步入社會解決實際問題做好準備。