虚拟实验室在中学生物实验教学中的应用研究

2020-12-07王茹

魅力中国 2020年3期

王茹

（江西省南昌市洪都中学，江西南昌 330000）

生物学是一门实验科学。实验教学对培养和提高学生观察、分析和解决问题的能力及形成良好的科学素养起到至关重要的作用。在传统的中学生物实验教学中，由于实验设备昂贵，教学经费不足等，许多实验课无法正常开设，多靠教师口头讲授，学生兴趣不足，严重影响教学目标的达成。虚拟实验室通过构建逼真的三维实验环境、仪器设备和实验资源可有效的弥补传统实验教学中的不足，提高学生学习兴趣，改善教学质量，还能节省学校开支，减少实验废弃物排放产生的环境污染。

一、虚拟实验室在中学生物实验教学中的应用

中学生物学实验多采取学生分组实验，分组实验根据教学内容特点又可以分为验证性实验、探究性实验和同步性实验。

（一）虚拟实验室在验证性实验教学中的应用

验证性实验在新课结束后进行，以验证为目的，通常以形态和现象的观察为主，如观察叶片的结构，观察花的结构等。此类实验对学生基础知识的掌握程度要求较高，操作复杂且实验内容多。在虚拟实验室可以利用虚拟切片系统选择合适的组织切片，也可通过虚拟操作来完成切片的制作和观察，模拟实验操作的各个环节，最后观察验证相关知识点。

（二）虚拟实验在探究性实验教学中的应用

探究性实验能充分体现启发式教学的思想，由教师向学生提出课题和实验方法，学生通过思考、讨论提出自己的方案，然后主动的去操作、观察最后得出结论。如高中生物必修一探究细胞的吸水和失水实验，利用虚拟实验室的预习功能，使学生充分了解将要操作的实验及相应实验设计可能产生的实验结果，和实际动手实验得出的结果有出入的，再进行讨论分析，从而总结影响实验的要素。

（三）虚拟实验在同步性实验教学中的应用

同步性实验中实验讲解与操作同时或交替进行，实验内容跟所讲知识点结合紧密，学生需要通过实验加深对相关知识点的理解，通过实验实现对相关知识点从感性认识上升到理性认识。如学习花的结构时，教师可以通过虚拟实验室将实验的操作及观察要点演示给学生，配合讲述、总结，使学生对花的认识由表及里，符合初中生从感性认识上升到理性认识的认知规律。

二、虚拟实验室在教学中的应用优势及存在的问题

（一）虚拟实验室可以开设更多的实验项目。由于实验课时、实验仪器设备及安全性等因素的限制，许多实验项目通过传统实验室都无法开设。虚拟实验室则可以完全弥补上述不足，通过仿真操作，学生的实验不再受时间、设备、场地等的限制，自主安排实验，实现对相关知识更好的理解掌握。

（二）虚拟实验室可以更好地培养学生的创新能力。利用虚拟实验室，学生可以对自己提出的各种假设模型进行模拟，并且虚拟系统会直观的呈现出各种假设所产生的效果，有利于激发学生的学习兴趣，培养学生的创新能力。

（三）虚拟实验室可以帮助教师更好的维持课堂秩序，提高教学质量。传统实验教学效果不好的很大一部分原因是学生态度不端正，对待实验课的态度敷衍，在课堂上讲话，打闹，教师要花费很大的精力维持课堂秩序，影响课堂教学效果。虚拟实验高度仿真的场景能够最大限度的激起学生的求知欲，减轻了教师的压力，使教师有更多的时间和精力去关注学生的学习情况，更好的维持课堂秩序，提高教学质量。

（四）虚拟实验室在生物实验教学中存在的问题

虚拟实验室存在着诸多优势，但也不可避免的存在某些弊端。笔者认为目前虚拟实验在实际应用中主要存在以下几个问题：

1.虚拟实验室不能完全体现实体实验室的功能。虚拟实验室是在仿真环境下的进行模拟操作，所有的程序和可能出现的情况都是人为预先设定好的，但在现实实验中存在很多偶然因素会对实验结果产生影响。因此，在实际教学过程中，教师不应全盘托付给虚拟实验室，而是应该有选择性的应用，使其成为一种辅助实验教学手段而不是主要教学手段。

2.受技术水平限制，目前虚拟实验室技术和功能还相对单一、封闭。目前各个中学购买或引进的虚拟实验室系统还处于基础层次，实验步骤、内容单一，缺乏创新，用户只能按照预设的程序进行操作，一方面限制了教师的教学方法发挥，另一方面不利于师生互动及学生思维的发散，因此，虚拟实验室还需要开发出更具灵活性的系统，以满足学生身心发展及教师专业发展的需要。

3.虚拟实验室中学生间的合作交流受限。中学实验多为分组实验，需要学生相互协作配合才能顺利完成实验，而虚拟实验室通常是学生各自为战，或者以某一个学生操作为主，其他同学则多为旁观者，不利于培养学生的团队协作意识。因此，虚拟实验要和实体实验相互融合，相互补充，才能促进学生科学素养的全面发展。