虛擬實驗應用于初中生物實驗教學中的作用及其價值評估

蔣麗麗

(如皋市東陳鎮(zhèn)雪岸初中，江蘇如皋，226500)

生物學對于初中生來說是一門既陌生又神秘的學科，學習生物知識的目的在于使學生對生物的門類、衍生、發(fā)展和特點有初步的了解，培養(yǎng)學生生物學方面的唯物主義思想。面對千奇百怪的生物知識，學生會覺得既好奇又難懂。實驗教學是學習生物知識的有效手段，做好生物實驗有助于幫助學生理解教材上的理論知識，加深感性認識，提高獨立思考和動手能力。但是從現(xiàn)實教學情況看，由于器材、成本、學生知識儲備不足等方面的限制，生物實驗課程的實際效果并不理想。為此，教師應當借助現(xiàn)代科技手段來解決現(xiàn)實問題，通過虛擬實驗的方法進行生物教學無疑是最為可行的。

一、虛擬實驗的基本概念

虛擬實驗指的是以現(xiàn)代計算機和多媒體演示設備為媒介，運用電子顯示器、數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)眼睛等工具傳導信息，在虛擬環(huán)境下，呈現(xiàn)出整個實驗操作流程，讓學生觀察實驗的變化，體驗實驗結(jié)果，探究實驗所展示的自然規(guī)律。簡單來講就是以多媒體手段模擬出真實的生物實驗的過程。這種學習模式需要配備專業(yè)化的教學實驗軟件和傳感設備，目前在我國尚未普及，屬于新鮮事物，但是虛擬實驗自身優(yōu)越的特性已經(jīng)被人們所認知，其對生物教學的輔助作用應當?shù)玫街匾暋?/p>

二、虛擬實驗在初中生物實驗教學中的作用

(一)增強課堂趣味性，提高學習效率

初中學生年齡偏小，正處于生長發(fā)育時期，記憶力、理解力和認知能力都比較強，特別是對新鮮事物充滿著好奇心和求知欲，但是心理素質(zhì)普遍較差，面對困難和挫折容易產(chǎn)生怯懦心理。生物課程作為一門新課程，很容易引發(fā)學生的學習興趣，但是因為基礎薄弱，課時較少，學生在學習上容易產(chǎn)生理解困難，所以必須注意激發(fā)學生的學習興趣，提高課堂教學的質(zhì)量，幫助學生更好地理解新知識。實驗是生物教學重要的組成部分，也最容易激發(fā)學生興趣的部分，通過教師演示和指導，學生自己動手進行實際操作，能夠有效提高學生的洞察力、理解力和邏輯思維的能力。尤其是虛擬實驗教學，它讓生物實驗教學更加簡單，克服了教育資源條件有限、材料缺乏的困難。

將抽象、復雜的生物知識轉(zhuǎn)化為形象的實驗事物，將實驗的整個過程和實驗品的變化情況形象地展現(xiàn)出來，克服了不良條件的限制，例如人教版初中生物教材七年級上冊第三單元的“光合作用”實驗，過程極易受到氣溫的影響，易造成實驗失敗，學生不能看到真實的實驗效果。但是通過虛擬實驗使用計算機模擬出實驗效果，反復觀察之下就會幫助學生理解“光合作用下生物圈的碳氧平衡”的道理。這種教學方法一方面激發(fā)了學生的學習熱情，另一方面也能起到幫助學生理解的作用，有助于教學質(zhì)量的提高。

(二)節(jié)約實驗材料，推進學生認知能力的發(fā)展

生物實驗需要有充足的實驗材料和儀器做基礎，但是某些材料的價格昂貴并帶有一定的危險性，因此，在進行實驗之前教師都會對實驗操作進行非常嚴格的要求，仔細監(jiān)督學生的每個步驟，這與其說是學生實驗課，不如說是學生按照教師的要求進行機械性的操作。這種做法是出于保護儀器和學生安全的考慮，本無可厚非，但是嚴格的監(jiān)管束縛了學生的手腳和思維，僅僅是機械地按照實驗要求做，這不能培養(yǎng)學生的實際動手能力和獨立思考能力，無法滿足學生的好奇心和求知欲，也讓學生無法理解實驗的真實目的。但是，使用虛擬實驗教學法就會使生物實驗變得簡單易行得多，通過多媒體演示設備將實驗的全部過程和細節(jié)展示給學生，學生可以在虛擬條件下假設自己就是實驗人員，在進行生物實驗時可以按照自己的理解進行操作，不必有其他的顧慮，這樣能夠加深學生對實驗知識的印象，獲得實驗的經(jīng)驗，之后再進行實際的生物實驗自然事半功倍，這種做法可以有效地提升學生對生物實驗課程知識的認知能力。從另一方面講，虛擬實驗全方位的演示環(huán)境能夠讓所有學生觀看到實驗的全部過程，而傳統(tǒng)的實驗教學則很難照顧到全部學生，這樣就限制了學生的均衡發(fā)展。采用虛擬實驗則能夠保證學生公平地享受教學資源。

三、虛擬實驗應用于初中生物教學的價值評估

(一)對于減少教學資源的消耗，降低實驗課程成本具有節(jié)約價值

生物實驗課程需要大量的實驗器材和實驗材料，很多的器材如顯微鏡、試管等價值不菲，加之初中生活潑好動的本性，在實驗課程中教師不得不嚴格監(jiān)管，保證器材不被破壞，而且器材的數(shù)量有限，很難滿足所有學生的實驗需求。虛擬實驗通過現(xiàn)代多媒體手段實現(xiàn)了實驗過程的全景演示，不需要實際的器材和實驗材料，這就大大節(jié)約了課堂教學的成本，降低了生物實驗課的管理難度。

(二)克服了實驗環(huán)境的限制，縮短實驗周期，提高了生物實驗教學效率

生物實驗對于環(huán)境和時間都有特殊的要求，例如進行“種子萌芽”這種實驗的周期是很長的，很難將變量控制在理想的狀態(tài)下；再如學習“光合作用”中氧氣的產(chǎn)生，這種實驗對于周邊的環(huán)境溫度和太陽光線要求是很高的。這些限制條件使得生物實驗的成功率大打折扣，采用虛擬實驗能夠模擬出現(xiàn)實實驗要求的全部條件，可以將正常實驗的過程和結(jié)果完美地展示出來，而且不需要漫長的等待，這對于提高生物實驗課的教學效率是很有價值的。

(三)提高教學質(zhì)量的實用價值

新課程改革追求素質(zhì)教育為先，主張學生應當成為課堂的主體，教師則是起輔助作用。課堂教學應最大限度地激發(fā)學生的學習熱情，倡導學生進行自主探究式學習。虛擬實驗教學能夠反復地進行實驗演示，讓每個學生都能感受到生物學科的神奇，仔細領(lǐng)悟生物實驗的科學理論，激發(fā)起學生探究生物生長奧秘的熱情，有助于提高課堂的教學質(zhì)量。

虛擬實驗教學是基于現(xiàn)代計算機和多媒體技術(shù)發(fā)展起來的先進教學方式，運用這種方法能夠節(jié)約教學資源和材料，全景模擬實驗過程，激發(fā)學生的學習熱情，對于提高生物實驗課程的教學質(zhì)量具有重要價值。

[1] 曾春蓮.生物實驗教學中如何培養(yǎng)學生的觀察能力[J].中國科教創(chuàng)新導刊，2009(21).

[2] 路程舟.生物實驗教學中幾個值得重視的問題[J].中學生物教學，2005(3).