浅谈生物模拟实验教学

白　雪　崔　鸿

新课程背景下的生物实验教学逐步重视模拟实验的地位。《高中生物课程标准》中的课程设计思路也增加了模拟实验、模型构建等教学内容。

1模拟实验的概念

教师在进行模拟实验教学前，首先要对模拟实验的概念了解掌握，明确模拟实验的适用范围，认识到模拟实验与以往常规实验的不同点，发挥模拟实验的独特作用。

研究工作中，由于对研究对象不能或不允许进行实际实验，所以为了取得对对象的认识，根据已知的事实、经验和一定的科学理论，设计和构想出研究对象的替代物，通过对替代物的实验，以获取研究对象的信息和资料，这种实验就叫做模拟实验。

模拟实验根据相似性原理，用模型来代替研究对象的。将存在的研究对象叫做“原型”，模拟所用的“替代物”叫做“模型”。在实验研究中，实验手段只直接作用于模型，而不直接作用于原型。例如，在“细胞大小与物质运输的关系”实验中，考虑到细胞的微观性与多样性，测量细胞的表面积和体积，以模拟实验的形式选取大小不同的琼脂块，从原型过渡到模型使得实验简便易行，便于学生的学习。

2有效开展生物模拟实验教学的途径

如何开展生物模拟实验，使得学生在学习的过程中获得知识的掌握、能力的提高，是教学工作者研究的重点。

2.1明确实验目的是实施有效的实验教学的保障

在进行模拟实验教学前，教师首先要明确的是模拟实验的目的是什么。通过该实验要解决什么问题，将对学生的知识、能力、情感等的哪些方面进行培养。很多模拟实验是建立在小活动的基础之上的，如果教师不明确实验的目的，学生将无法完成知识内化的过程。例如，在建立减速分裂中染色体变化的模型实验中，实验材料选取的是橡皮泥，教师如不能认清该实验的目的，引导学生进行实验。学生感觉用橡皮泥做实验像是小学生的活动课，没有认识到使用橡皮泥的作用，教学就失去了它原有的教育功能，学生也无法在老师有指导性的教学中获取知识，无法完成从感性认识到理性认识的上升过程。

2.2合理选择实验材料是建构实验模型的重要方法生物模拟实验中的模型大致分为三大类，一类是理论模型，一类是实物模型，另一类则是虚拟模拟。理论模型包括图像模型、逻辑模型和数学模型；实物模型主要分为自然模型与人造模型；虚拟实验利用多媒体计算机的优势，把一些抽象的、现实中不易或不可能观察到的一些生物学现象模拟出来以虚拟模型进行教学。

2.2.1实物模拟教学

在模拟实验中有两种实验类型，一种是根据原型学生自己动手模拟出与原型相似的模型，实现对知识的巩固；一种是在实验材料的限制基础上。由老师创造性的选取实验材料，在课堂中开展小活动、小游戏等通俗易懂的方式将知识传递给学生。

进行建立模型的实验，是学生根据原型的知识概念，经过思考讨论构建出模型，在这个过程中与教师的引导是密不可分的。教师要善于引导学生思考，原型可用什么来模拟或代表“模型”的各部分分别代表原型的什么?“模型”的大小、形状、颜色、结构。例如，“尝试制作真核细胞的三维结构模型”实验中，要求学生小组讨论，得出实验方案，经过修正后，制作细胞模型。该实验以探究式的教学方法，让学生自己探究模拟过程，学生是主体，但是，教师有必要引导学生、促进学生进行思考，更要指导学生在选择材料的过程中富有创造性、科学性、准确性及相似性。在材料简便易得的基础上，让大部分学生都能参与到建模过程中。

而对于那些学生难以理解的知识内容，教师需要根据实际条件有选择的进行实物模拟完成学生知识的达成，在对原型的熟悉的基础上，有创造性的选择实验模型。例如，前沿的科学技术已经逐渐出现在高中课本中，PCR技术是生物学科的较为重要的实验技术之一，但是对于绝大部分的高中学校来说没有购买的条件，如何让学生掌握PCR技术是一件很困难的事情，有的教师就通过纸模型来模拟PCR扩增技术，让三个学生分别完成三个温度下的“反应”过程。

与此同时。作为新课程改革中的教师应该具有思维上的创新性，加工书本原有的实验材料使得其更加符合教学环境与条件，生动合理的进行实验。

2.2.2多媒体环境下的模拟实验教学

随着生物学科的迅速发展，生物学科的内容开始逐步向微观方向发展，而微观世界中的复杂变化我们看不见摸不着。越来越多的知识内容无法通过可操作性的实验完成；实际环境与时间的限制使得很多实验无法短期内完成，借助多媒体进行模拟实验则不一定要用真实实验材料，可以使学生较为直观形象的认识生物自然，从而更好地认识生命现象、生理过程的本质。

教师可以通过收集网上资源如生长素的实验的flash、有丝分裂的过程和自己开发制作小动画等生动有趣的方式开展多媒体模拟实验教学。将之与其他的教学手段有机结合在一起优化实验教学。使用多媒体进行模拟实验不同于直观实验，其缺陷是无法让学生进行动手操作，学生只能在多媒体环境下进行观察，在动手能力与科学态度教育方面可能有所缺失，所以教师要明确多媒体教学的缺陷，合理调配使用，通过优化课件动画培养学生思维能力。例如，用计算机模拟生物进化的历程，把原始地球的景观图制作成为多媒体课件，使学生更清楚地认识到原始地球的主要成分，再由教师演示出现米勒实验的过程，让学生对生命产生的全过程有较为系统深刻的认识，既通过媒体演示做出了科学的验证，同时也加深学生理解，丰富学生想象力，发展了学生的创造能力。

2.3对实验结果做出积极正面的评价是确保实验效果的手段

分析与结论是学生获取信息并向被研究对象过渡，引导学生将模型中所学的知识返回到模型。如果没有这一过程，学生在完成模拟实验后，将其当成了一个小游戏乐在其中，却没有形成一定的知识体系，教学没有达成预期的目标，这个教学就是失败的，学生也没有任何获得。

学生的模拟实验是根据学生探究合作学习讨论出来的结果，因此结果可能是多种多样的，但是这恰恰体现了学生的创新性思维能力，教师在实验完成后，应对学生的实验结果做出积极正面的评价，并总结升华模拟实验的过程环节促进学生的能力培养，促使学生更进一步的学习后续知识，提高学生对生命科学的兴趣。

由于模拟实验是根据相似性原理用模型来代替被研究对象的原型。在学生进行实验过程中所接触到的工具都是模型，而不是直接作用于原型。因此，在实验完成后，教师要将学生的实验结果即模型外推过渡至实验原型，将模型还原为原型，修正学生所学知识，达到巩固知识的目的。例如，“细胞大小与物质运输的关系”的实验中要求学生对溶液扩散体积与琼脂块体积做出计算，并根据结果进行讨论。实验不是在这一步就结束，紧接着是由这一结论外推至原型细胞表面积与体积的关系，引导学生过渡到原型达到知识形成与巩固的目的。

3在进行模拟实验的过程中全面培养学生能力

模拟实验及其教学方法是生物学教学中一种体现新课程改革理念的教学方法，通过模拟实验的教学实施有助于转变学生的学习方式，促进和丰富探究性学习，提高学生的生物科学态度与科学素养。模拟实验对学生能力技能的培养可能不及其他动手实验，实际实验中对学生的实验操作技能、动手能力的培养较为注重，而模拟实验主要在于对学生的思维认知能力、构建能力的培养锻炼，在进行活动的过程中构建知识的过程。在开展建模实验时，通过类似探究学习的方法，教师引导学生对问题进行分析讨论，形成自己的思路，激发学生的学习兴趣，并总结自己的实验方案是否达到科学性、可行性、简便性、重复性等模拟实验的基本原则，还要对自己的研究方案进行不断的改进，培养了学生分析问题、解决问题的能力，通过讨论学生亲历科学探究的研究过程，逐步深入建模的方法；教学中不断发散学生的思维，让学生对建模的材料多样性思考，获得多种多样的实验方案，拓宽学生思路，培养学生的创新能力；在模拟实验的过程中学生获取知识的过程是根据自己的实验结果得出的，而不是由教师通过书本灌输给学生的。学生实践过程中获取知识，而不是机械地记忆书本上现存的结论，避免了纯理性的说教，启发学生的思维给予学生思考问题的权利形成学生批判性思维。

由此可见，在进行模拟实验教学时，教师要转化教学观念，以学生为中心，启发学生的创造性思维与批判性思维，促进学生进行自主探究，在合作学习的氛围下，以科学严谨的态度建构模型，巩固所学知识。