高中生物虛擬仿真實驗與真實實驗的交融互補

朱愛卿

摘 要：虛擬仿真實驗的出現使信息化教學進一步深入課堂。雖然在某些方面它的優越性彌補了真實實驗的缺陷，然而它也有諸多缺陷。因此，真實實驗和仿真實驗的結合才是中學生物教學的未來發展趨勢。融合這兩種實驗方式，揚長避短、互補交融才能更有效地引導學生自主、能動地學習，提高學生的生物學素養。

關鍵詞：虛擬仿真實驗；真實實驗；儀器

高中生物學科中的實驗教學要求學生在教材及教師的指導下自主完成實驗。實驗教學在課堂中的扎實展開，能夠有效地培養學生的動手實踐能力和操作能力，促進學生在掌握生物原理和操作技能的基礎上，更加全面地認識和學習生物科學。在高中生物課堂中，學生可以通過實驗簡單快捷地了解和掌握所學的生物知識及原理，感受生物這門特殊的自然科學。

一、當前高中生物實驗教學中存在的問題

然而，在實際的實驗教學中，許多方面存在不足，如實驗教學中所需要的材料過少或者缺少其中某一樣實驗器材都將導致實驗無法正常開展。而有些則是因為所要進行的實驗本身存在一定的危險性而無法真正開展，以至于實驗教學在生物課堂中成為一種擺設，也就無法發揮實驗教學本身的輔助作用。這不僅嚴重影響著教師的教學活動，還減少了學生全面學習生物知識的方法和途徑。當然不免有些教師在實驗教學中為了節省時間而演示生物實驗，也就是通常所說的教師做、學生看。這樣一來，學生也就不會積極主動地參與到實驗教學中，這不僅不利于培養他們的動手實踐和操作能力，還降低了他們運用生物知識去分析和解決實際問題的意識與能力。由此可見，高中生物教學中實驗教學的開展存在許多的問題，而作為高中生物教師，我們在教學過程中要善于科學合理地運用適當的教學方法進行實驗教學，對于存在危險性及實驗器材缺乏的實驗，我們可以利用計算機、多媒體技術模擬實驗儀器及實驗操作進行模擬仿真實驗教學，以此突破生物實驗的局限性，實現生物虛擬仿真實驗與真實實驗的相互交融與

互補。

二、高中生物虛擬仿真實驗與真實實驗的整合

（一）虛擬儀器及虛擬仿真實驗

高中生物虛擬仿真實驗即利用全新的、先進的且富有生命力的虛擬儀器和多媒體計算機，對教材數據進行分析和處理，在虛擬操作中為學生展示其中的實驗步驟和結果。虛擬仿真實驗綜合運用了計算機圖形學、圖像處理與智能技術及音響技術等多方面的功能，給學生以直觀形象的感受，促進他們更加簡單快捷地學習和掌握生物實驗的設計及操作。虛擬仿真實驗主要通過虛擬儀器進行，虛擬儀器就是在多媒體計算機上配上相應的專用軟件和硬件，并設定和設計好的測試功能，從而實現真實儀器所具備及缺乏的特殊實驗教學。

1.虛擬儀器的特點

相比于傳統的實驗儀器，虛擬儀器更加智能，處理能力更強，且使用起來更加方便靈活，它的開放性和功能軟件的模塊化有利于提高資源的重復利用率，并縮短系統組建時間。運用計算機對生物實驗內容進行分析、存儲、顯示及打印，能夠有效地完善數據的傳輸和交換等性能，使得組建系統更加簡單快捷。

2.虛擬仿真實驗的特點

虛擬仿真實驗使抽象的生物知識更加形象和具體，運用多媒體為學生提供聲音、圖像、文字等多方面的內容，其信息量大且應用范圍廣，能夠在激發學生學習興趣的基礎上，提高他們對生物知識的表達和運用能力。在進行虛擬實驗教學之前，教師可以利用多媒體計算機對實驗模型和過程進行精心設計，從不同的角度和層次為學生加以演示和講解，促進他們形象化思維的形成。高中生物教學中進行虛擬仿真實驗對實驗教學尤為重要，不僅有利于提高生物教與學的質量和效果，還能夠保障實驗設備及教師的安全，促進實驗教學的高效開展。相對于傳統的生物實驗教學，虛擬仿真實驗給學生的實驗過程增加了許多樂趣，使他們更加熱愛生物實驗，樂于學習生物知識。

例如，人教版高一生物必修2第三章《基因的本質》中，DNA分子的結構和復制過程微觀、抽象，學生即使制作出DNA物理模型，也難以在不斷犯錯和糾正過程中，準確模擬整個復制過程。借助虛擬仿真系統，利用計算機對DNA分子的復制步驟進行分析整合，使學生能夠展開思維的翅膀，自由模擬想象中的復制過程。在各種史料和事實的支撐下，構建、完善DNA復制模型。在手腦并用操作實驗的過程中直觀地感受和理解DNA復制的方式、特點，大大提高了生物教學的效率。

（二）真實實驗

真實實驗是教師在生物教學過程中運用實驗儀器進行實際操作的實驗活動，它給學生以真實的感受，消除他們對抽象知識點及虛擬實驗的學習障礙，并在這樣的實驗過程中對生物產生新的認識和看法，這對高中生物實驗教學起著重要的作用。

（三）高中生物實驗教學中虛擬仿真實驗與真實實驗的關系

高中生物實驗教學中的真實實驗是虛擬仿真實驗的基礎，即虛擬仿真實驗是對真實實驗的模擬，虛擬仿真實驗能夠有效地彌補真實實驗的缺點和局限性，二者相輔相成。因此，教師在教學過程中結合它們各自的優勢，對生物實驗教學進行精心設計，可以取得良好的實驗教學效果。

1.能真勿虛

對于生物實驗教學中那些過程簡單且易于操作的實驗，且在現有條件下能夠運用真實實驗完成并達到預期教學效果的，教師在教學時就要運用簡單的基礎性實驗儀器完成實驗教學。

2.虛實互補

在高中生物實驗教學中，有的主要是觀察試驗中所產生的現象，而有的是以得出結論為主，也有以理解生物規律和實驗原理及實驗儀器使用為主的。這就要求教師在實際教學中根據實驗教學目標的不同，準確無誤地確定是要采用虛擬仿真實驗還是真實實驗。

對于實驗室的條件限制，需要采用先進技術或是稀缺儀器的實驗，或實驗現象不太明顯的實驗，一般采用仿真實驗平臺進行虛擬仿真實驗。當然，在學習新知時，教師可以先安排相關的簡單、易于操作的真實實驗，使學生在對主要實驗儀器有了一定的真實感受之后，再輔之以虛擬仿真實驗，這樣能夠有效地提高實驗教學的效果。

總而言之，在高中生物實驗教學中，教師要學會綜合運用和發揮虛擬仿真實驗和真實實驗的作用，并充分結合這兩者的優勢，以此，在培養學生動手操作能力的基礎上，利用先進而高效的現代化實驗手段，鍛煉理性思維能力。只有這樣，才能更好地達到預期的實驗教學目標，并培養出具有扎實生物實驗能力和獨立思維能力的創新型人才。

參考文獻：

[1]高瑩.基于網絡的虛擬實驗研究與開發實踐[D].曲阜師范大學，2006.

[2]謝群.高中生物實驗技能目標體系的研究[D].南京師范大學，2007.