基于NOBOOK虛擬實驗室的高中生物教學

摘要：目前虛擬實驗室已經被廣泛應用在物理、化學、生物等實驗學科的教學中。虛擬實驗室通過計算機實現各種實驗操作，模擬各種實驗環境，提供與實際操作相似的實踐體驗。本文介紹了NOBOOK虛擬實驗室生物高中版的三個功能：3D資源、顯微鏡、互助課件，并結合教學片段分析總結了這些功能在高中生物教學中的應用。

關鍵詞：高中生物；NOBOOK虛擬實驗室

中圖分類號：G434" 文獻標識碼：A" 論文編號：1674-2117（2024）06-0074-03

生物學是一門以實驗為基礎的學科，無論是理論知識的講授，還是實踐能力的提升都離不開實驗教學。高中生物學教材實驗眾多，部分實驗操作步驟多且周期長，課本微觀生物學的知識點豐富，單憑黑板或課件上的“文字實驗”很難讓學生掌握。這時我們可以通過虛擬實驗，利用其便捷性、逼真性等優點來打破傳統實驗教學時間和空間的局限性，拓寬學生在實驗實踐的學習范圍和機會。本文以NOBOOK虛擬實驗室的使用為例，通過三個教學片段，展現了該平臺在生物教學的實驗觀察、結構認識、模型構建的應用。

教學片段一：顯微鏡功能有效輔助觀察類的實驗

顯微鏡一直是生物學實驗的重要工具，高中生物顯微鏡實驗大多需要學生現場制作裝片，由于其操作步驟繁瑣、取材不規范，并不是所有的學生都能在一節課時間內制作出合格的裝片用于觀察，此時教師可以借助NOBOOK虛擬實驗室的顯微鏡功能輔助教學。

例如，在人教版高中生物必修一“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”的實驗中，操作復雜而且成功率低，教師可以借助虛擬實驗平臺輔助教學。在實驗課前，教師布置學生運用平臺的虛擬實驗進行預習，提前了解實驗的大致流程。學生在電腦端的操作步驟如下：

①進入NOBOOK虛擬實驗室主頁面，選擇NB高中生物，在網頁操作界面可以看到“資源類型”的選項，在其中單擊鼠標左鍵，選擇“顯微鏡”選項，如下頁圖1所示。

②選擇“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”的實驗，點擊鼠標進入可以看到該實驗的實驗原理、材料用具、實驗目的、討論要點，點擊相關選項會出現相關詳細的文字說明，點擊“開始實驗”即可進行該實驗的虛擬操作。進入實驗的操作界面，如下頁圖2所示。

③點擊并拖拽可以實現虛擬材料用具的移動，按照左側文字提示依次完成“解離、漂洗、染色、制片觀察”的操作。如果能正確完成當前步驟，在該步驟右下方會出一個“√”的圖標提示；若操作錯誤，松開鼠標后虛擬材料會恢復原始位置。

④NB高中生物的顯微鏡功能還提供了清晰的實驗結果圖。點擊“制片、觀察”操作步驟，按照提示調節顯微鏡，右上方會出現“最佳視野”的圖像，鼠標雙擊該圖像可實現圖片放大的功能。在正式實驗課上教師結合實驗平臺進一步強調操作的規范性，課后以平臺提供的清晰實驗結果圖作為參考，指導學生辨認有絲分裂各時期圖像。

教學片段二：3D資源模型加深微觀結構的認識

人教版高中生物學必修一《分子與細胞》的教材內容大多屬于微觀生物學范疇，普通實驗室的光學顯微鏡是沒有辦法實現觀察的。使用課本的平面結構圖進行教學講解，是該內容授課的基本形式，但是細胞結構相關概念比較抽象，2D平面結構圖無法充分幫助學生理解，利用NOBOOK虛擬實驗室的3D資源，就能豐富課堂教學，為學生有效認識細胞結構提供條件。

例如，在進行“細胞器之間的分工合作”的教學時，教師可以采用課本2D平面結構融合3D模型的教學模式，吸引學生眼球，增加課堂的趣味性。在講解植物細胞的結構時，教材的平面彩圖能讓學生辨認出葉綠體、線粒體、內質網等細胞器的基本結構，在此基礎上借助平臺的3D模型，使用鼠標進行雙擊、旋轉、拖拽等操作，可以將每個細胞器的內部結構充分展現出來，呈現出震撼的視覺效果。下面，以認識葉綠體的亞顯微結構3D圖的過程為例，介紹具體操作過程。

①在資源類型中選擇“3D資源”選項，找到“植物細胞結構”的圖標，點擊即可出現植物細胞結構圖的3D圖片。圖片色彩豐富，生動形象地展示了植物細胞的亞顯微結構。點擊圖中某個細胞器，頁面會出現該細胞器的名稱及功能簡介。

②用鼠標點中“植物細胞結構”圖中的某個細胞器然后雙擊，可以實現該細胞器的放大功能，放大后的單個細胞器能清晰展示其內部結構。雙擊圖中右上方的葉綠體，屏幕視野出現葉綠體3D圖，如下頁圖3所示，有條件可以借助3D眼鏡觀察。使用葉綠體3D圖片教學，解決了常規教學無法形象觀察細胞器結構的問題，也有助于學生區分葉綠體內膜和類囊體薄膜這兩個易混淆的概念。

教學片段三：互助課件模擬模型構建的過程

《普通高中生物學課程標準》明確提出構建模型是高中學生必須掌握的科學方法之一。建模的教學策略能讓學生在模型構建活動中深入理解知識的生成過程，促進學生生物學學科核心素養的形成，尤其是科學思維能力的提升。傳統教學中，教師只利用課本已經建好的模型講解，容易忽視讓學生主動建模的過程。教師將NOBOOK虛擬實驗室的互助課件用于課堂教學，不僅能高效制作課件，還解決了在模型構建課上學生參與度低的問題。

例如，“減數分裂”是高中階段的重點和難點，其不僅是必修二當中關鍵的知識點之一，還是孟德爾遺傳定律的基礎。利用物理模型構建的教學方式可以令該節課內容由微觀轉化為宏觀知識點，使學生更容易理解減數分裂各時期的特征。下面以“建立減數分裂中染色體變化的模型”為例，介紹具體操作過程。

①在資源類型中選擇“互助課件”選項，鼠標左鍵點擊“建立減數分裂中染色體變化的模型”進入模型構建的頁面，如圖4所示。頁面中各時期的圖形都是空白的，頁面的右邊整齊排列著各時期的染色體形態圖，教師可以在課上讓學生進行互動操作，完成模型的構建。

②點擊界面右側的染色體形態圖并使用拖拽功能，把對應的染色體形態圖移動到對應的分裂時期。如果染色體形態圖沒有拖到對應分裂時期，平臺會給出相關文字提示，直至操作者找出匹配的答案。在學生完成建模后，教師點評操作，分析學生錯誤的原因并給予指導意見，這樣有助于降低模型構建的難度，加深學生對減數分裂過程的形象記憶。

結語

仿真性、便捷性和交互性是NOBOOK虛擬實驗室的突出亮點，教師用它進行課前復習和課堂演示實驗能提高教學的趣味性，學生將其用于課前預習和課后復習，能更好地理解實驗，從而提高科學探究能力。當然，NOBOOK虛擬實驗室只是一種教學工具，它并不能完全取代真實實驗。在使用虛擬實驗室時，教師應秉承“能真不虛，虛實結合”的教學觀念，使其更好地為教學服務。