淺談虛擬實(shí)驗(yàn)在初中動(dòng)物類實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

【摘要】：虛擬實(shí)驗(yàn)是依托“虛擬現(xiàn)實(shí)”技術(shù)而產(chǎn)生和發(fā)展起來的一種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑⒃诰W(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)上。在實(shí)際的教學(xué)過程中，開展真實(shí)動(dòng)物類實(shí)驗(yàn)教學(xué)會(huì)受到多種因素影響，使得實(shí)驗(yàn)難以開展。因此，在初中動(dòng)物類實(shí)驗(yàn)中開展虛擬實(shí)驗(yàn)有其必要性及教學(xué)優(yōu)勢，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的實(shí)際應(yīng)用取得的成效也體現(xiàn)了虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】：虛擬實(shí)驗(yàn);動(dòng)物類實(shí)驗(yàn);必要性;實(shí)際應(yīng)用

隨著網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)、數(shù)字媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的日新月異，帶動(dòng)了虛擬實(shí)驗(yàn)的蓬勃發(fā)展，當(dāng)前，虛擬實(shí)驗(yàn)的價(jià)值更多的體現(xiàn)在教育教學(xué)中，尤其是實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域[1]。近年來，虛擬實(shí)驗(yàn)開始出現(xiàn)在生物教學(xué)領(lǐng)域，虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，使教與學(xué)的方式發(fā)生了革命性的變化。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是生物教學(xué)的特色部分，也是不可或缺的部分。虛擬實(shí)驗(yàn)的發(fā)展帶給我們一些思考，某些生物實(shí)驗(yàn)，尤其是動(dòng)物類實(shí)驗(yàn)，是否有必要用虛擬實(shí)驗(yàn)代替真實(shí)實(shí)驗(yàn)。

一、虛擬實(shí)驗(yàn)的概念

在教學(xué)實(shí)踐中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)開展的情境、實(shí)驗(yàn)材料的性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的條件、實(shí)驗(yàn)依據(jù)的儀器、設(shè)備等，可以把生物學(xué)實(shí)驗(yàn)分成真實(shí)實(shí)驗(yàn) （基于真實(shí)情境的實(shí)驗(yàn)），模擬實(shí)驗(yàn)（基于模擬情境的實(shí)驗(yàn)）和虛擬實(shí)驗(yàn)（基于虛擬情境的實(shí)驗(yàn)）三大類。

模擬實(shí)驗(yàn)是根據(jù)相似性原理，用模型來代替研究對象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。有些實(shí)驗(yàn)由于受到一些特殊因素的制約，不能直接對研究對象進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)，在這種情況下，可以通過模擬的方法制成研究對象的模型，然后模擬研究對象的實(shí)際情況，在模型上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

虛擬實(shí)驗(yàn)是相對于模擬實(shí)驗(yàn)、真實(shí)實(shí)驗(yàn)而言的，是指利用多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，學(xué)習(xí)者通過鼠標(biāo)、鍵盤、顯示器以及力矩球、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)眼鏡等輸入輸出設(shè)備操作虛擬環(huán)境中的實(shí)驗(yàn)儀器，模擬實(shí)驗(yàn)過程，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，探索實(shí)驗(yàn)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)。簡單的說，虛擬實(shí)驗(yàn)是用多媒體的手段對真實(shí)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行再現(xiàn)或模擬，再由學(xué)生進(jìn)行觀看或參與操作的一種實(shí)驗(yàn)方式[2]。

二、開展動(dòng)物類虛擬實(shí)驗(yàn)的必要性

在動(dòng)物類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有很多實(shí)驗(yàn)對象是活的動(dòng)物。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求及實(shí)驗(yàn)?zāi)康模幩绖?dòng)物有時(shí)是必然選擇，但是這種做法忽視了對生命的尊重與珍愛，也違背了生命教育的原則。我們教導(dǎo)學(xué)生要關(guān)注、尊重、熱愛其他生命，既然實(shí)驗(yàn)動(dòng)物可以有另外一種生存的選擇，我們?yōu)楹尾粐L試呢？

此外，開展真實(shí)動(dòng)物類實(shí)驗(yàn)教學(xué)會(huì)受到多種因素影響，使得實(shí)驗(yàn)難以開展。如有些動(dòng)物類實(shí)驗(yàn)操作要求較高，學(xué)生自己動(dòng)手很難觀察到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果;有些動(dòng)物類實(shí)驗(yàn)受溫度、天氣等環(huán)境因素影響較明顯，開展真實(shí)實(shí)驗(yàn)對環(huán)境條件的要求比較嚴(yán)苛;有些則是因?yàn)閯?dòng)物類實(shí)驗(yàn)本身有一定的危險(xiǎn)性以至于無法開展，無法充分發(fā)揮自身的輔助教學(xué)效果。

相比之下，開展動(dòng)物類的虛擬實(shí)驗(yàn)就凸顯出了許多優(yōu)點(diǎn)，例如，實(shí)驗(yàn)操作簡便、安全，可以讓每個(gè)學(xué)生都參與其中，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)造能力;實(shí)驗(yàn)不受環(huán)境因素的影響，結(jié)果準(zhǔn)確;效率高，可以節(jié)約課堂時(shí)間;可以讓學(xué)生清晰地看到動(dòng)物體的所有結(jié)構(gòu)，更利于觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，掌握動(dòng)物體各結(jié)構(gòu)的名稱和功能;讓學(xué)生可以對不同的動(dòng)物進(jìn)行比較分析;還可以讓學(xué)生重復(fù)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn);其中最重要的就是可以避免對動(dòng)物的生命進(jìn)行傷害，減少動(dòng)物尸體或組織對環(huán)境造成的污染。

三、開展動(dòng)物類虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢及應(yīng)用舉例

虛擬實(shí)驗(yàn)使一些危險(xiǎn)性較高，實(shí)驗(yàn)周期長，或?qū)Νh(huán)境條件要求嚴(yán)苛的動(dòng)物類實(shí)驗(yàn)變得可行。例如浙教版科學(xué)八年級上冊第三章第二節(jié)《人體的激素調(diào)節(jié)》中，對胰島素作用的介紹只是通過簡單的讀圖活動(dòng)：當(dāng)血液中葡萄糖含量上升時(shí)，胰島素分泌增加，以促使血糖含量降低;當(dāng)血液中葡萄糖含量下降時(shí)，胰島素分泌減少，使血糖含量上升，讓學(xué)生得出結(jié)論胰島素具有降低血糖的作用。這樣學(xué)生只能通過識記的方式記住這一知識點(diǎn)而沒有切身體會(huì)。但是驗(yàn)證胰島素作用的實(shí)驗(yàn)在大學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中才涉及到，即以小白鼠為實(shí)驗(yàn)對象，通過設(shè)置對照組，觀察注射胰島素后實(shí)驗(yàn)組的反應(yīng)得出結(jié)論。對于初中階段的學(xué)生來說，這個(gè)實(shí)驗(yàn)具有一定的危險(xiǎn)性，且實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間較久，根本不可能在課堂上開展真實(shí)實(shí)驗(yàn)。在這種情況下，開展虛擬實(shí)驗(yàn)是最好的選擇，可以通過改變動(dòng)物種類、質(zhì)量、胰島素用量等條件，觀察動(dòng)物反應(yīng)及出現(xiàn)反應(yīng)的時(shí)間，讓學(xué)生自己得出結(jié)論。這樣，學(xué)生就能在理解的基礎(chǔ)上掌握胰島素作用的知識，加深對知識的印象。

虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式會(huì)讓學(xué)生感到新穎，將枯燥難懂的生物知識轉(zhuǎn)化為簡潔直觀的實(shí)驗(yàn)過程，簡化復(fù)雜的知識，使其直觀明了，幫助學(xué)生理解記憶，提升學(xué)習(xí)效率，激發(fā)探索欲和求知欲[3]。例如浙教版科學(xué)九年級上冊第四章第二節(jié)《食物的消化與吸收》中，消化過程涉及到的消化器官較多，過程較為復(fù)雜，而且初中課堂一般沒有人體的消化系統(tǒng)模型，如果讓學(xué)生單純地記背書本知識，學(xué)生較難掌握。但在依靠虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)的課堂中，學(xué)生們卻可以在計(jì)算機(jī)模擬的情況下完整地觀察到消化系統(tǒng)的各個(gè)組成部分，以及食物從口腔、食管進(jìn)入胃、小腸、大腸等消化吸收的全過程，對消化系統(tǒng)的各個(gè)結(jié)構(gòu)與部分進(jìn)行充分認(rèn)識和了解，在吸引學(xué)生興趣和注意力的同時(shí)也提升了課堂效果與效率。

總的來說，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的實(shí)際應(yīng)用中極大地節(jié)省了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的成本，也是對實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的一種保護(hù)。同時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)拓寬了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的可操作范圍，打破了真實(shí)實(shí)驗(yàn)的諸多限制，學(xué)生也能更全面、直觀科學(xué)地認(rèn)知教學(xué)內(nèi)容，提高課堂效率，不失為一種有益的嘗試。從另一個(gè)角度來說，虛擬實(shí)驗(yàn)將電腦和實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來，具有一定的趣味性，應(yīng)該會(huì)受到初中階段學(xué)生的歡迎。它可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 于國樹. 初中化學(xué)課程虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[D]. 云南師范大學(xué)， 2014.

[2] 劉艷紅. 2011年版課程標(biāo)準(zhǔn)下的生物虛擬實(shí)驗(yàn)[J]. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器， 2013， 30（Z1）：4-5.

[3]楊文娟. 虛擬實(shí)驗(yàn)在初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用[J]. 學(xué)園：學(xué)者的精神家園， 2013（30）：137-137.