虛擬實(shí)驗(yàn)在初中生物教學(xué)中的應(yīng)用

商淑華 王永升

由于現(xiàn)代教育和科學(xué)技術(shù)的飛快發(fā)展，目前，虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)更加廣泛的運(yùn)用于很多領(lǐng)域。更新和改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)模式、內(nèi)容和教學(xué)方法是改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為教育活動(dòng)中的重要部分，它對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力和問(wèn)題解決的能力是非常重要的。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)急需改革和虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展成熟促使下，使得對(duì)于虛擬實(shí)驗(yàn)的研究也發(fā)生了變化，當(dāng)今虛擬實(shí)驗(yàn)在教育中的運(yùn)用已開(kāi)始由理論方面的研究向?qū)嶋H運(yùn)用方面邁進(jìn)。

一、生物教學(xué)大綱對(duì)生物實(shí)驗(yàn)的要求

《中學(xué)生物教學(xué)大綱》第一次把學(xué)生實(shí)驗(yàn)和教學(xué)要求以及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)用表格的形式羅列出來(lái)，使知識(shí)點(diǎn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)應(yīng)達(dá)到的教學(xué)要求層次較舊大綱具體而明確，這符合心理學(xué)規(guī)律。因而初中生物教學(xué)既應(yīng)切實(shí)落實(shí)大綱對(duì)知識(shí)點(diǎn)的具體教學(xué)要求，又應(yīng)切實(shí)落實(shí)大綱對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的具體教學(xué)要求。中考和高考實(shí)驗(yàn)考查的轉(zhuǎn)向，即：由簡(jiǎn)單機(jī)械的記憶實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)向?qū)?shí)驗(yàn)的原理、思想和實(shí)驗(yàn)方法的理解這個(gè)層次轉(zhuǎn)化，尤其重視對(duì)學(xué)生考查綜合處理問(wèn)題的能力和實(shí)驗(yàn)操作能力。隨著現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和教育改革的不斷深入，學(xué)生所學(xué)習(xí)的課程內(nèi)容和數(shù)量都經(jīng)歷了較大調(diào)整，與之相呼應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式也面臨變革。為此，生物教學(xué)活動(dòng)革新的基礎(chǔ)是加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)方面的教育教學(xué)。

二、中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)實(shí)需求

作為中學(xué)生物學(xué)課堂教學(xué)中的一個(gè)關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)是對(duì)學(xué)生實(shí)踐操作能力、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維培養(yǎng)的一種基本手段。然而有時(shí)常會(huì)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)器材自身所存在的局限性，所以全體同學(xué)就無(wú)法直接清楚地觀察到整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，以至于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果會(huì)受到影響；有時(shí)卻因?yàn)檫@個(gè)生物現(xiàn)象自身就是一個(gè)比較微觀的領(lǐng)域，沒(méi)有辦法直接進(jìn)行操作等因素，使得學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中無(wú)法獲得對(duì)于相關(guān)實(shí)驗(yàn)的感性認(rèn)識(shí)，也就不能較好的把握整個(gè)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)規(guī)則、原理及現(xiàn)象；有時(shí)候由于實(shí)驗(yàn)自身就存有某些方面的不足之處，便會(huì)使得學(xué)生很難出現(xiàn)較為豐富的聯(lián)想，依據(jù)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的現(xiàn)象進(jìn)而分析出它的實(shí)驗(yàn)原理則難于完成等。實(shí)驗(yàn)具備有趣生動(dòng)和形象逼真的特點(diǎn)，在形成生物概念、得出生物規(guī)律前能夠?yàn)閷W(xué)生營(yíng)造出鮮活的生物場(chǎng)境，對(duì)學(xué)生生物的學(xué)習(xí)表現(xiàn)出重要的現(xiàn)實(shí)意義。作為一名生物教師，首要任務(wù)就是：盡最大努力的給學(xué)生創(chuàng)設(shè)展現(xiàn)出形形色色的生物現(xiàn)象和豐富多彩的生物教學(xué)場(chǎng)景。由此看來(lái)，積極推進(jìn)中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)教育教學(xué)，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰κ俏覀儽仨毴プ龅闹匾蝿?wù)。

三、網(wǎng)絡(luò)教育呼喚虛擬實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)踐過(guò)程，學(xué)生需要自主動(dòng)手實(shí)際操作和細(xì)致觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。目前不管在技術(shù)方面還是運(yùn)用其方法上通過(guò)網(wǎng)絡(luò)展開(kāi)的教學(xué)都已經(jīng)非常成熟，其發(fā)展步伐可謂迅速，但由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在著近距離性和實(shí)踐性的特點(diǎn)，因此在組織實(shí)施上存在著很大的困難，這自然也就成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)難點(diǎn)，也是制約教學(xué)質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵原因。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展快速，它是在計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)二者的有機(jī)結(jié)合中出現(xiàn)的。虛擬實(shí)驗(yàn)的含義隨著科學(xué)技術(shù)的逐漸發(fā)展孕育而生，隨之出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)，向人們顯示出了科研方法和信息社會(huì)下學(xué)習(xí)情境的發(fā)展方向。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式作為傳統(tǒng)實(shí)物實(shí)驗(yàn)教育教學(xué)的有益補(bǔ)充已成為增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐操作能力、優(yōu)化教學(xué)質(zhì)量和提升教學(xué)水平的關(guān)鍵方法。

通過(guò)走訪、問(wèn)卷等調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前，我國(guó)中學(xué)實(shí)驗(yàn)資源不是很足，特別是中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在很大的差距。第一，由于政府投入教育的資金有限，而教育投在實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器和設(shè)備方面又少之又少，這樣就造成實(shí)驗(yàn)資源嚴(yán)重匱乏。現(xiàn)實(shí)又存在班級(jí)學(xué)生人數(shù)的嚴(yán)重超編等等一系列的問(wèn)題，這樣就導(dǎo)致教師工作量量繁重，不能及時(shí)做實(shí)驗(yàn)，只能是在黑板上講實(shí)驗(yàn)。不能像國(guó)外教育實(shí)驗(yàn)課程那樣上實(shí)驗(yàn)課，因?yàn)閲?guó)外每堂課，教師是根據(jù)自己的課程需求來(lái)選用合適的實(shí)驗(yàn)器材設(shè)備開(kāi)展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，我們沒(méi)有條件把各個(gè)實(shí)驗(yàn)都放手于學(xué)生獨(dú)自完成，而且要真正做到每堂課都進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的確也是不現(xiàn)實(shí)的。其結(jié)果就是造成了現(xiàn)實(shí)的學(xué)科教學(xué)中缺乏實(shí)驗(yàn)的探究，造成了很多學(xué)生從心理上感覺(jué)生物是一個(gè)難學(xué)不容易理解的課程。第二，因?yàn)樘摂M實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建構(gòu)模式還需改進(jìn)很大程度上影響了開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的過(guò)程，學(xué)生親自參與到實(shí)驗(yàn)過(guò)程中且獨(dú)立的開(kāi)發(fā)操作同時(shí)也受到了制約。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)操作學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生并不是完整實(shí)驗(yàn)過(guò)程的主導(dǎo)者，而單單只是觀眾或是模仿者，依據(jù)教師的操作演示和講解過(guò)程，去模仿實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)單操作步驟，這樣就導(dǎo)致了不能有效的培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和動(dòng)手操作能力 。最后，因?yàn)樵谡n余時(shí)間實(shí)驗(yàn)室大都開(kāi)放的較少，所以就減少了學(xué)生主動(dòng)探究實(shí)驗(yàn)操作或者重復(fù)進(jìn)行操作過(guò)的實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。有的實(shí)驗(yàn)存在潛在的危害和危險(xiǎn)性，若是讓學(xué)生親自動(dòng)手做的話，可能會(huì)帶來(lái)一定的危險(xiǎn)。

總之，理論上實(shí)驗(yàn)教學(xué)的強(qiáng)度和力度需要加大，而現(xiàn)實(shí)教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)的數(shù)量和實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量卻又受到實(shí)際的教學(xué)情況的限制。怎樣才有效解決這個(gè)矛盾呢？虛擬實(shí)驗(yàn)有關(guān)軟件的產(chǎn)生徹底把此類(lèi)問(wèn)題處理好了。目前我們利用虛擬實(shí)驗(yàn)可以作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教育教學(xué)的有效輔助或有益補(bǔ)充（當(dāng)然不久的將來(lái)有可能普遍代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)驗(yàn)）。假如有些實(shí)驗(yàn)操作很危險(xiǎn)又或是因?qū)W校條件原因造成實(shí)驗(yàn)根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)，那么我們可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)代替，可以進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的操作觀察其實(shí)驗(yàn)效果從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的。對(duì)于那些不能運(yùn)用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法來(lái)操作的實(shí)驗(yàn)，教師也可以運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)來(lái)演示操作。借助虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，生物學(xué)科中全部的實(shí)驗(yàn)教師可以演示給學(xué)生，各個(gè)學(xué)生也可去親手操作。另外，師生可以隨心所欲地不受時(shí)間和空間的限制在課堂內(nèi)外都能開(kāi)展虛擬實(shí)驗(yàn)的探究操作，因?yàn)槭翘摂M的，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的所有實(shí)驗(yàn)器材、材料都不會(huì)因?yàn)榉磸?fù)應(yīng)用而擔(dān)心呈現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。

（作者單位：山東濰坊錦程中學(xué)）