“NB生物初中版”构建生物学教学体验环境

徐益苗 赵晓燕

(江苏省南京市科利华中学 南京 210009)

所谓虚拟实验室，是指运用数字化的手段将实验平台、实验仪器与设备和实验材料等通过图形化的方式显示出来，供实验操作者以第一视角的身份进行模拟操作的平台。自这一概念提出以来，国内外的一些高校和研究所建立了自己的专业性生物学虚拟实验室用于学生自主性和创新性的培养[1]。在基础教育领域，国内和国际上运营时间较长的虚拟实验室项目有“同步实验室”、WISE[2]和MBT[3]等。近年构建的NOBOOK虚拟实验室提供了稳定的操作环境、紧密贴合教材的虚拟实验项目，真实的画面呈现和适合课堂教学的即时批注功能，使得这一平台在教师的备课、课堂教学以及学生的预习、学习和复习过程中都发挥了重要的作用。

1 NOBOOK初中生物学虚拟实验室的下载与使用

1.1 NOBOOK的下载与安装 NOBOOK系列下的生物学教学平台有初中版和高中版，均支持在线使用、Windows和MAC三种环境，可在https：//www.nobook.com/shengwu.html选择所需要的版本进行下载。下载后点击安装文件进行安装，安装文件大小约为2G，下载和安装均需要一定的时间。安装完后可点击对应图标打开平台，本文以“NB生物初中版”为例介绍该平台的使用。

1.2 NOBOOK平台界面介绍与实验分类 使用离线下载版平台需要先登录，点击右上角“登录/注册”按钮进行登录或注册。在“NB生物初中版”平台中共内置了186个初中生物学项目，在平台的上部将这186个项目分为植物学、动物学、生理学和微生物四个门类，每个门类下分为生物学动手实验和生物学实验资源两个门类，其中部分3D视角的项目具有一个“3D”字样下标(图1)，从视觉类型上统计，其中3D视角项目达到81个，约占总量的43.5%。

1.3 使用“NB生物初中版”进行项目操作 “NB生物初中版”可在学生平板电脑中在线使用或在教师电脑中安装。因此，其中的项目在课堂中既可作为演示活动，也可作为分组活动开展。在平台对应的类别中选择一个项目以打开，打开后可以看到实验标题、实验目的、实验器材、实验步骤和讨论几部分内容。

图1 “NB生物初中版”界面

在开始虚拟实验前，教师可以引导学生了解实验目的，认识实验器材，而后点击实验步骤以开始项目。在虚拟实验室中，教师和学生在实验步骤的指导下，通过手指滑动屏幕或鼠标活动来拖拽、拨动和点击实验用品，模拟现实中显微镜的调光、调焦、物镜的切换、实验物品的添加和放置等具体操作，尽可能地还原真实实验操作的体验。通过鼠标滚轮和多点触控操作可实现局部关键点的放大、缩小和模型旋转等。在一些需要记录实验数据的项目界面右侧可见“记录”标志，点开可见实验记录表，用于记录虚拟实验中的关键数据。在某些实验的右上角有四条横线，点击这个图形会出现该生物对应结构的说明。在项目实际开始后的操作界面下方会出现“铅笔、橡皮、介绍和清除”四个图标，其中“铅笔”可实现教师在虚拟项目进行过程中的批注功能： 圈划重点提醒或板书，共有七种颜色可供选择，“橡皮”用于逐条删除“铅笔”的痕迹，而“清除”用于删除全部“铅笔”痕迹，点击“介绍”出现有关该生物的介绍内容。实验完成后，在讨论栏目中有一些与本实验有关的问题，点击问题会出现该问题的答案。在虚拟项目运行过程中任意时刻都可以点击右下角的“返回”图标以退出当前项目。

2 “NB生物初中版”在初中生物学教学中的应用

2.1 为教师备课，学生预习、复习提供素材与环境 在“NB生物初中版”中提供了植物类项目80个，动物类项目46个，生理类项目32个，微生物类项目28个。在这些实验中有不少精彩的视频，如“两栖动物的生殖与发育录像”记录了从雌雄蛙抱对产卵、受精卵孵化直至形成成蛙的全过程；在“心脏的结构与功能”中可以观察到动脉血和静脉血在通过3D建构的心脏模型中流动的全过程；对于一些开展周期长的实验，如“探究酸雨对生物的影响”，教师可借助该平台在课堂中完成现实手段难以呈现的探究全过程，这些素材都为教师的备课提供了有力的资料。

2.2 实现课堂中的实验操作教学 有些学生在正式学习生物学前都未过接触过显微镜，在进入实验室前的课堂教学环节中，平板教学班级可借助“NB生物初中版”让每一位学生在教室里就能完整地体验显微镜的使用流程；非平板教学班级可结合演示显微镜和教师机大屏中的虚拟显微镜使全班学生更清晰地认识显微镜结构与使用，更大的虚拟显微镜能够让每一位学生看清对应的器件操作方法。通过让学生上台“认一认”“试一试”亲自操作虚拟显微镜，调动学生体验的积极性，实现“做中学”，为进入实验室使用显微镜做好准备。

2.3 实现对某些解剖实验虚拟操作 在认识两栖动物形态结构的过程中，出于对该类动物保护的目的，教材中并未涉及解剖实验这一类型。因此，不少学生对于两栖动物的生理结构并没有清晰的认识。在“NB生物初中版”中，教师和学生都可以以透视图的方式全方位观察青蛙的呼吸、循环和消化等系统，也可近距离地观察青蛙的游泳、捕食等动作，在保护这些人类伙伴的同时，直观地达成了教学目标。

3 NOBOOK在初中生物学教学中的优势与局限性

NOBOOK虚拟实验室在给初中生物学实验教学带来巨大便利的同时，教师也需要处理好“虚”与“实”的关系，充分发挥“NB生物初中版”的优势，给学生更多、更优质的项目体验。

3.1 “NB生物初中版”在初中生物学教学中的优势 NOBOOK作为近年来发展较好、较完善的虚拟实验室平台，其具有虚拟实验室开放性、共享性、交互性和自主性等特点[4]，为教师的备课、学生的自主学习提供了实际可操作的平台。此外，“NB生物初中版”以其对平板、手机和PC的全面兼容性、批注功能和对教材活动的较高覆盖率使其能成为课堂教学的得力助手。

3.2 “NB生物初中版”使用过程中的局限性和注意点 对照苏教版教材《生物学》，“NB生物初中版”对教材中以实验为主的学生活动的覆盖率达到了67.1%。从活动类型上看，讨论题材涉及内容覆盖率较低；从知识模块上看，生物的生殖、发育与遗传这一块覆盖率较低。目前在该平台中也暂不能实现自定义地添加实验。在具体使用中，实验完成后应有的实验仪器、用品还原的操作在该平台中也无法实现。此外，部分3D项目对于设备性能有一定的要求。因此，性能较低的设备可能会影响体验效果。