初中生物教学中虚拟实验的应用

张漫漫

(安徽省淮北市烈山区古饶中心学校 235000)

虚拟实验是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上完成实验操作的一种实验.初中生物教学中应做好虚拟实验平台专业知识的学习，将虚拟实验应用于相关的教学活动中.

1 应用虚拟实验激发学习兴趣

教学实践表明，初中生对信息技术兴趣浓厚，因此可考虑运用虚拟实验激发学生的学习兴趣，挖掘学生的学习潜力.教学中为使学生更好的掌握眼球结构、眼球中各个部分的作用、眼球的成像原理等知识，可组织学生开展虚拟实验活动，并给学生预留亲自动手实践的机会，使其其深刻的体验实验过程，尤其围绕实验设计相关问题，与学生一起分析问题的解答过程，帮助学生更好的掌握该部分知识.在虚拟实验平台，使用如图1所示实验装置模拟眼球成像过程，更好地激发学生的学习兴趣.

图1

(1)可变焦水透镜的注射器模拟的是眼球的睫状体，对水透镜模拟的____起调节作用.光屏模拟眼球的____.

(2)向左移动“F光源”，模拟看远处的物体，此时应____(选填推、拉或不动)注射器，才能在光屏上出现清晰物像(向内推注射器水透镜曲度变大，向外拉则向反).

(3)在光屏上呈现的物象是倒立的，而人们形成的视觉影像却是正立的，因为眼球获取图像信息后需经过____的加工处理才能形成视觉.

(4)一位学生在“F光源”和水透镜之间安装一个废弃的显微镜光圈，用于模拟眼球的____.

由眼睛的构成、成像原理可知，晶状体是一个小巧而富有弹性的凸透镜状结构，被悬挂于睫状体上，睫状体内平滑肌的舒缩引起晶状体的曲度变化，因此水透镜模拟的为晶状体，而光屏相当于视网膜.当“F光源”向左移动时，物体的距离变远，为保证在光屏上出现物像，则晶状体的曲度应变小，即，应拉注射器.视网膜产生的图像信息需要经过大脑皮层的加分处理才能形成视觉.由眼的结构可知，显微镜光圈用于模拟瞳孔.

2 应用虚拟实验进行新课讲解

教学实践中应结合具体教学内容，注重采取实验尤其注重虚拟实验的应用，逐渐过渡到新知识的讲解中更容易使学生接受与理解新知识.课堂上注重运用虚拟实验平台应配合使用多媒体技术，为学习者展示虚拟实验过程，并抛出相关问题要求学习者思考，而后进行新课讲解.例如，使用如图2所示的实验装置探究种子萌发所需的外界条件，图2中的种子均为菜豆种子.要求学习者思考以下问题：

图2

(1)结合所学的实验知识，若探究温度对种子萌发的影响应选择编号为____的种子进行对照.

(2)如果将①和②作为一组对照实验，该对照实验的变量为____，从实验的结果分析，该组对照实验可以得出的结论为____.

(3)③不会萌发的原因为____.

(4)实验的不足之处是每一组只有一组种子，会因为____因素的影响导致实验结论错误.

该虚拟实验从学习者熟悉的实验知识切入真实展示种子萌发过程，给学习者带来直观上的认识.同时，鼓励其思考问题，使其能够其透过现象看本质，帮助其更好的接受与理解接下来要讲解的新知识.学习者只要认真观察，积极思考，把握单一变量原则不难回答上述问题.问题(1)温度是变量，应保持其他条件相同，即应选择②和⑤种子进行对照.问题(2)中对照实验的变量是水分，从实验结果可以看出种子萌发需要一定水分.问题(3)③不会萌发因为没有氧气.问题(4)因实验的种子较少，难免会受到偶然因素的影响.教学实践中先为学习者展示虚拟实验，而非直接的讲解新知识，如此更能增加课堂趣味，避免学习者学习的枯燥感.与此同时学习者对实验内容有所掌握，更容易掌握接下来要学习的新知识.

3 应用虚拟实验深化知识理解

虚拟实验能够直观的展示相关的实验现象，启发学生思考与理解蕴含在实验现象背后的知识，更好的把握生物知识本质.植物的光合作用、呼吸作用、蒸腾作用是初中生物的重要知识点，为使学生更好的理解这些知识本质，可在课堂上为学生展示相关的虚拟实验，化抽象为具体，给学生带来视觉上的刺激，尤其注重在课堂上围绕设计好的问题与学生积极互动，进一步提升学生的学习体验.课堂上运用虚拟实验平台为学生展示如图3所示的实验情境并围绕相关问题采用一问一答的形式与学生互动：

图3

(1)将阀门①②关闭放在黑暗处一段时间，目的是____.

(2)阻断叶片间有机物的运输后将整个装置转移到阳光下照射数小时，打开阀门①则透明塑料袋中的气体进入到甲试管，待气体收集满后，用带火星的木条检测气体，木条能够复燃，表明A叶片能进行____产生氧气，绿色植物释放该气体的生理活动的反应式为____.

(3)打开阀门②将黑色塑料袋中的气体通入乙试管进行检测，发现石灰水变浑浊，则该气体来自植物的____，该生理过程的实质为____；

(4)试验完成后，会发现塑料袋的内壁附着许多水珠，这些水珠通过植物的____散失的.

根据所学的植物呼吸与光合作用可知，实验时先将植物放在黑暗处处理一段时间，目的在于让叶片通过呼吸作用耗尽原有的淀粉.当放在光下时，植物会进行光合作用放出氧气，是带火星的木条复燃.光合作用的反应式为：

在进行光合作用的同时也进行呼吸作用，其中呼吸作用会释放出氧化碳，加澄清的石灰水变浑浊，呼吸作用生理过程的实质为分解有机物释放能量.实验中塑料在内壁上附着小水珠是由于植物通过蒸腾作用散失的水分遇到塑料袋内壁会形成小水珠.

4 应用虚拟实验巩固所学知识

运用虚拟实验创设相关的实验问题情境，既能够及时巩固学生所学，又能避免学生产生学习的枯燥感，因此课堂上应围绕初中生物重点知识，做好虚拟实验设计，使学生通过操作实验、分析实验现象、回答实验问题，更好的把握实验步骤、实验原理，为其以后灵活的解答生物实验问题奠定坚实基础.课堂上应用虚拟实验平台为学生展示如图4所示的A、B、C、D四个实验步骤，探究馒头在口腔中的变化，要求学生根据所学回答如下问题：

图4

(1)该实验的变量为____. D步骤滴入碘液的目的是____.

(2)C步骤放入37℃水浴加热的目的是____.若将C步骤水温升高至80℃，则2号试管D步骤的实验现象为____.

(3)若增加一只3号试管，处理方法为等量的唾液加入馒头块后不振荡，C、D操作步骤相同，则2号和3号试管作对照，可探究的问题是____.

认真观察两个试管的操作，其中在B步骤中向1试管滴加的是水，而向2试管滴加的是唾液，可知实验的变量为唾液.唾液淀粉酶能消化淀粉，而淀粉遇碘能够变蓝，因此，可使用碘液检验淀粉的存在. C步骤中将试管放入37℃水浴加热目的在于模拟人体的口腔温度.当水温升高至80℃时唾液淀粉酶失活，无法消化淀粉，因此，D步骤试管中会因淀粉的存在而变蓝色.若设置实验以是否振荡为变量，将步骤C、D中的2号和3号试管作对照，可探究牙齿的咀嚼与舌的搅拌是否会影响馒头在口腔中的变化这一问题.

5 应用虚拟实验进行专题训练

植物的呼吸作用是初中生物的重要知识点，是日常测试的热门考点.学习过程中学习者仅仅掌握理论知识是不行的，还需要提高其理解所学以及运用所学分析问题的能力.实践中为使学习者更好地掌握植物的呼吸作用相关知识，应注重借助虚拟实验组织学习者开展专题训练活动，进一步巩固学生所学，澄清其对所学知识的认识与理解，积累分析问题的丰富经验.实践中可运用虚拟实验平台，为学习者展示如下实验，并要求其认真作答相关问题.图5是探究植物呼吸作用产物的实验装置，根据实验及所学回答问题：

图5

(1)实验中A为塑料袋，则应选择什么颜色的塑料袋，为什么？

(2)实验过程中具体该怎么操作？

(3)实验中澄清石灰水有什么变化，从中可以得出什么结论？

该虚拟实验难度并不大，目的在于巩固学习者对实验原理的理解.根据所学可知植物呼吸产生二氧化碳，而二氧化碳又是植物光合作用的原料，因此为避免光合作用吸收二氧化碳应采用黑色的塑料袋罩住植物，避免其光合作用.一段时间后，应注重将阀门B打开，用手挤压塑料袋可以看到澄清石灰水变浑浊，表明植物呼吸作用产生了二氧化碳.教学实践中借助该虚拟实验开展专题训练活动可大大增加训练趣味性，激发学习者思考问题的积极性.