NOBOOK虛擬實驗在高中生物學教學中的應用

任思穎 王威

摘 ?要：虛擬實驗教育平臺高速發(fā)展，虛擬實驗是高中生物實驗教學的切實需要，使用虛擬實驗輔助教學也順應課程標準的基本理念和內容標準的要求。在此背景下，本文以具體案例呈現(xiàn)了NOBOOK實驗室這一新興虛擬實驗平臺的使用方法，為高中生物學實驗教學提供幫助。

關鍵詞：NOBOOK;虛擬實驗;高中生物學

實驗教學的需要和信息技術的發(fā)展促成了虛擬實驗平臺的誕生?？v然教育者們對虛擬實驗的態(tài)度不盡一致，有許多“能實不虛”的呼聲，但經(jīng)費不足、課時有限、課外教學資源缺乏，尤其還有實驗安全難以保障，都是使得許多學校不能“實”的限制問題。NOBOOK作為一款操作環(huán)境穩(wěn)定、緊密貼合教材的虛擬實驗平臺，對教師和學生在課內及課外都能提供很大支持。

一、NOBOOK虛擬實驗的應用背景

1.虛擬實驗平臺蓬勃發(fā)展

1989年威廉·沃爾夫（William Wolf）提出虛擬實驗概念后，西方許多高校與科研機構開始了虛擬實驗的設計開發(fā)。近年來，我國的一些高校和研究所也建立起自己的專業(yè)性生物學虛擬實驗室用于學生自主性和創(chuàng)新性的培養(yǎng)[1]。

隨著信息技術的發(fā)展，針對高中生物學的虛擬實驗平臺應運而生[2]。有了生物學虛擬實驗平臺，運用數(shù)字化手段將實驗環(huán)境、實驗儀器與設備和實驗材料等以圖形化方式顯示出來，便能供操作者以第一視角進行生物學實驗模擬操作。NOBOOK虛擬實驗室提供了穩(wěn)定的操作環(huán)境和緊密貼合教材的虛擬實驗項目，在教師的前期制備、正式授課以及學生的課前預習、課中學習和課后復習過程中都發(fā)揮了重要的作用。

2.高中生物實驗教學切實需要虛擬實驗

生物學是一門以實驗為基礎的科學，但儀器設備短缺、經(jīng)費缺乏、課時有限、教學資源開發(fā)不足等現(xiàn)象仍然存在，還有生物實驗中涉及到高溫、高壓等要求，容易造成安全事故，再者部分實驗器材價格高昂、耗材量大，導致實驗成本過高。具體來講，高中階段學習時間緊張，但是一些實驗不僅需要在微觀層面進行觀察，還需要等待生化反應、進行微生物培養(yǎng)乃至植物栽培。即便是觀察類實驗，也可能需要長時間的材料處理。虛擬實驗可以免除等待的時間。又如因為部分實驗設備的短缺，在細胞增殖時只能進行模擬實驗。而虛擬實驗教學中就不必再用瓊脂模擬細胞，而是利用虛擬實驗平臺直接模擬體現(xiàn)物質進入細胞的效率，使學生更貼近實際地明白細胞表面積與體積的關系限制細胞的大小，理解細胞不能無限的生長。

3.順應《普通高中生物課程標準》課程要求

2017年發(fā)布的《普通高中生物課程標準》的基本理念中指出教學過程重實踐。“重實踐”強調學生學習的過程是主動參與的過程，教師既要讓學生參與動手活動，又要讓學生積極地融入涉及動腦的環(huán)節(jié);通過探究類學習活動或完成工程學任務，加深學生對生物學概念的理解，提升應用知識的能力[3]。如常規(guī)教學中老師使用flash動畫展示生物膜的選擇透過性，而虛擬觀察實驗比動畫帶來的視覺刺激效果更佳，還可用在學生課前預習讓他們主動學習。虛擬實驗教學能夠涉及更大范圍甚至惠及全體學生，讓他們都在軟件引導下主動地深度參與，動手動腦將書本知識與直接經(jīng)驗結合。

二、NOBOOK生物學虛擬實驗平臺的應用

1.NOBOOK概況

NOBOOK高中生物實驗適合國內高中生物各主流版本的教材[4]，內容分為必修、選修兩大模塊包含觀察類、演示類、動手操作、探究類實驗74個，這一數(shù)字還在不斷更新。打開具體實驗項目后可以看到實驗標題、實驗目的、實驗器材、實驗步驟和討論幾部分內容。在開始虛擬實驗前，教師可以引導學生了解實驗目的，認識實驗器材，而后點擊實驗步驟以開始項目，跟隨軟件引導即可順利開展實驗。

2.NOBOOK在中學生物教學中的應用

下面，筆者以“檢測生物組織中的糖類”為例，對該虛擬實驗在中學生物教學中的具體操作使用加以說明。打開此虛擬實驗，頁面顯示實驗原理、實驗目的、材料用具、討論要點四部分，原理和目的部分為文字說明供使用者閱讀，材料用具界面為燒杯、碘液及各種試劑的圖片，碘液用棕色瓶存儲、各試劑裝在有刻度的試管內，這些細節(jié)都被清晰地呈現(xiàn)了出來。還有討論：①生物材料原有的顏色是否會影響實驗結果？②只要是活細胞的生物材料，必然含有蛋白質和還原糖嗎？為什么？這兩個問題都脫胎于之前學過的內容，其答案可以由已有知識演繹得到，再通過實驗進行驗證。在實驗過程中也隨時可以查看討論問題。

點擊右下角的開始實驗，就進入了實驗操作環(huán)節(jié)，這一環(huán)節(jié)分為鑒定淀粉和鑒定還原性糖。通過操作膠頭滴管分別在無色透明的2mL淀粉溶液、無色透明的2mL蔗糖溶液、米色的2mL土豆勻漿、米色的2mL蘋果勻漿、無色透明的2mL清水中滴加2滴碘液，觀察顏色變化，操作之后發(fā)現(xiàn)淀粉溶液、土豆勻漿變藍，蔗糖溶液、蘋果勻漿和清水呈現(xiàn)棕色。鑒定還原性糖部分，同樣先取2mL淀粉溶液、2mL蔗糖溶液、2mL土豆勻漿、2mL蘋果勻漿、2mL清水，然后點擊操作將斐林試劑甲液和斐林試劑乙液等量混合均勻，然后操作移液管向各試管中加入1mL斐林試劑，最后將試管放入盛有60℃溫水的大燒杯中，酒精燈水浴加熱2min，當然在虛擬實驗中，這兩分鐘就可以節(jié)省下來，然后軟件顯示各試管顏色發(fā)生變化供觀察者記錄分析。

參考文獻

[1] 黃慕雄.高校教學型虛擬實驗室建設的現(xiàn)狀與建議[J].電化教育研究，2005（09）：77-80.

[2] 徐益苗，趙曉燕.“NB生物初中版”構建生物學教學體驗環(huán)境[J].生物學教學，2018，43（10）：34-35.

[3] 核心素養(yǎng)作引領 注重實踐少而精——《普通高中生物學課程標準》修訂思路與特色[J].劉恩山，劉晟.生物學通報.2017（08）

[4] 樂步教育.NB生物高中版.[DB/OL].https：//www.no book.co m/shengwu.html.