仿真實驗在生物教學中的運用

1 仿真實驗簡介

20世紀80年代后期，美國等一些國家認識到重講課、做題目這種公式化、呆板的方式已經落伍，強調應重視學生的學習技巧，并鼓勵學生積極參與到教學活動中，因此提出了仿真模擬等新的教學方法。仿真實驗即虛擬實驗教學，是指在科學研究中，有時不能對研究對象直接進行控制或干預性的操作，為了取得對研究對象的認識，而利用虛擬現實技術開發的最富真實感的實驗，可直接在電腦上在線模擬操作。

學生通過自主操作仿真實驗，掌握理論知識與實驗技能，提高動手操作能力，培養科學探究能力。因為在仿真實驗中，學生可以通過鼠標輕松操作整個實驗過程，例如實驗儀器的組裝、操作，實驗物品的取出和放置，實驗過程的控制等；同時，實驗現象逼真且有趣味性，不但讓學生做實驗有若身臨其境，而且還集娛樂與探索科學知識于一體，激發學生的學習興趣、增強學生的學習動機、提高學生的學習效率。作為傳統實驗的必要補充和延伸，仿真實驗這一全新的教學方式越來越受到教育工作者的重視。

2 仿真實驗在生物教學中的運用

2.1 生物仿真實驗的必要性

生物學是一門實驗科學，實驗是生物學研究的主要方法，因此如何讓學生在實驗中進行探究學習、培養探究精神、提高探究能力就成了生物教學的一大課題。然而生物實驗需要充足的時間和必要的實驗設備、材料和場地，有些實驗材料、實驗儀器昂貴，有些實驗過程危險，甚至不可干預，這時進行生物仿真實驗則是最佳選擇。

在生物仿真實驗中，學生可以使用各種仿真器材和元器件(包含各種危險的或貴重儀器)，設置各項與實際實驗相符的操作，滿足學生對生物實驗的正確操作、實驗現象的觀察和探究性學習的需求。學生在生物仿真實驗的操作過程中，通過親自動手、親眼觀察和不斷探究了解生物世界的奧妙、培養生物科學探究能力和科學實踐能力。

2.2 生物仿真實驗實例

生物教材中有些重點知識或生命現象學生不易理解，教師用其他手段難以解釋，又很難用實際實驗來揭示時，仿真實驗就成了不可缺少的手段。例如北師大版《生物學》七年級上冊第5章第1節“光合作用”的教學內容2：--是探索光合作用，這個探索內容如果只是角講授法進行講解顯得枯燥乏味、抽象難懂，所以要由四個驗證性實驗活動來完成。這四個實驗分別是驗證綠葉在光下合成淀粉、檢驗光合作用釋放氧氣、驗證植物光合作用需要葉綠素和檢驗光合作用吸收二氧化碳。其中第一個實驗“驗證綠葉在光下合成淀粉”需要的時間很長(2～3d)，還受天氣條件的限制(雖可用100-200 w的燈光代替陽光，但照射效果不明顯)，而且在用酒精溶解葉片中的葉綠素時，因為酒精的沸點比水低、蒸發又快，極易造成燃燒危險，甚至對學生造成傷害。由此可見，實際實驗費時且不可干預，并有著一定的危險性，不便于操作。而仿真實驗則可以很好地解決這些難題，避免可能的危險與傷害，所以可采用仿真實驗代替實際實驗進行教學。

2.2.1 實驗的設計

實驗名稱：驗證綠葉在光下合成淀粉。

實驗目的：①驗證綠葉在光下制造的有機物是淀粉；②探究光是綠葉制造有機物不可缺少的條件；③培養觀察能力、分析能力和科學探究的能力。

材料用具：盆栽的天竺葵、黑紙片、曲別針、酒精、小燒杯、大燒杯、火柴、試管夾、鑷子、清水、碘液、培養皿、石棉網、三角架、酒精燈(在作圖軟件里選取上述3D儀器)。

實驗過程：①檢查實驗儀器、物品。

②暗處理讓葉片內原有的淀粉耗盡(一個設置好的圖像時鐘轉動2圈，1 rain輕松完成實際實驗中需要2～3 d的暗處理過程)。

③光照。進行對照實驗，一部分葉片接受光照，一部分葉片進行遮光處理(依然是用轉動的時鐘快速完成實際實驗需幾個小時的光照過程)。

④驗證綠葉產生淀粉(通過鼠標拖動桌面上的器皿完成驗證過程，避免儀器的損壞和酒精燃燒的危險)。

⑤探究問題(操作實驗后，學生進行合作學習、探究學習)：

a.盆栽天竺葵若不在黑暗處放一晝夜，實驗結果如何?為什么?(學生可返回再操作該步驟予以探究)

b.在同等條件下，種在向陽地方的玉米與種在不向陽地方的玉米產量很不相同，這是為什么?

2.2.2 實驗小結

“綠葉在光下合成淀粉”的仿真實驗快速形象地驗證了綠葉在光下合成的有機物是淀粉，證明了光是綠葉合成有機物不可缺少的條件。該仿真實驗快速地呈現了極慢的實際實驗過程，提高了實驗效率，且避免了實際實驗中可能的危險。學生對實驗過程可進行重復操作，達到對實驗過程的熟悉、對光合作用相關知識的認識、理解與掌握。而實驗后的探究問題，有助于學生對知識進行提升，培養其探究思維與探究精神。

3 結語

生物仿真實驗可呈現一些瞬時即逝或極慢的、不可干預的實驗過程，從而給學生一個細致觀察、發現規律的機會，讓學生認清概念的本質。學生在實驗中通過仿真實驗的操作，可提高實驗效率，完成一些成功率不高或實驗現象不明顯的實驗，從而激發其實驗操作的興趣。因此，通過學生自主動手仿真實驗，生物教學必將獲得事半功倍的效果。

然而，仿真實驗也有其局限性，它要求學校有相關的多媒體設備，要求學生有基本的信息技術知識。只有軟、硬件設備均達到要求，仿真實驗才可以更好地成為實驗教學的補充與延伸。