“NB生物初中版”構建生物學教學體驗環境

徐益苗 趙曉燕

(江蘇省南京市科利華中學 南京 210009)

所謂虛擬實驗室，是指運用數字化的手段將實驗平臺、實驗儀器與設備和實驗材料等通過圖形化的方式顯示出來，供實驗操作者以第一視角的身份進行模擬操作的平臺。自這一概念提出以來，國內外的一些高校和研究所建立了自己的專業性生物學虛擬實驗室用于學生自主性和創新性的培養[1]。在基礎教育領域，國內和國際上運營時間較長的虛擬實驗室項目有“同步實驗室”、WISE[2]和MBT[3]等。近年構建的NOBOOK虛擬實驗室提供了穩定的操作環境、緊密貼合教材的虛擬實驗項目，真實的畫面呈現和適合課堂教學的即時批注功能，使得這一平臺在教師的備課、課堂教學以及學生的預習、學習和復習過程中都發揮了重要的作用。

1 NOBOOK初中生物學虛擬實驗室的下載與使用

1.1 NOBOOK的下載與安裝 NOBOOK系列下的生物學教學平臺有初中版和高中版，均支持在線使用、Windows和MAC三種環境，可在https：//www.nobook.com/shengwu.html選擇所需要的版本進行下載。下載后點擊安裝文件進行安裝，安裝文件大小約為2G，下載和安裝均需要一定的時間。安裝完后可點擊對應圖標打開平臺，本文以“NB生物初中版”為例介紹該平臺的使用。

1.2 NOBOOK平臺界面介紹與實驗分類 使用離線下載版平臺需要先登錄，點擊右上角“登錄/注冊”按鈕進行登錄或注冊。在“NB生物初中版”平臺中共內置了186個初中生物學項目，在平臺的上部將這186個項目分為植物學、動物學、生理學和微生物四個門類，每個門類下分為生物學動手實驗和生物學實驗資源兩個門類，其中部分3D視角的項目具有一個“3D”字樣下標(圖1)，從視覺類型上統計，其中3D視角項目達到81個，約占總量的43.5%。

1.3 使用“NB生物初中版”進行項目操作 “NB生物初中版”可在學生平板電腦中在線使用或在教師電腦中安裝。因此，其中的項目在課堂中既可作為演示活動，也可作為分組活動開展。在平臺對應的類別中選擇一個項目以打開，打開后可以看到實驗標題、實驗目的、實驗器材、實驗步驟和討論幾部分內容。

圖1 “NB生物初中版”界面

在開始虛擬實驗前，教師可以引導學生了解實驗目的，認識實驗器材，而后點擊實驗步驟以開始項目。在虛擬實驗室中，教師和學生在實驗步驟的指導下，通過手指滑動屏幕或鼠標活動來拖拽、撥動和點擊實驗用品，模擬現實中顯微鏡的調光、調焦、物鏡的切換、實驗物品的添加和放置等具體操作，盡可能地還原真實實驗操作的體驗。通過鼠標滾輪和多點觸控操作可實現局部關鍵點的放大、縮小和模型旋轉等。在一些需要記錄實驗數據的項目界面右側可見“記錄”標志，點開可見實驗記錄表，用于記錄虛擬實驗中的關鍵數據。在某些實驗的右上角有四條橫線，點擊這個圖形會出現該生物對應結構的說明。在項目實際開始后的操作界面下方會出現“鉛筆、橡皮、介紹和清除”四個圖標，其中“鉛筆”可實現教師在虛擬項目進行過程中的批注功能： 圈劃重點提醒或板書，共有七種顏色可供選擇，“橡皮”用于逐條刪除“鉛筆”的痕跡，而“清除”用于刪除全部“鉛筆”痕跡，點擊“介紹”出現有關該生物的介紹內容。實驗完成后，在討論欄目中有一些與本實驗有關的問題，點擊問題會出現該問題的答案。在虛擬項目運行過程中任意時刻都可以點擊右下角的“返回”圖標以退出當前項目。

2 “NB生物初中版”在初中生物學教學中的應用

2.1 為教師備課，學生預習、復習提供素材與環境 在“NB生物初中版”中提供了植物類項目80個，動物類項目46個，生理類項目32個，微生物類項目28個。在這些實驗中有不少精彩的視頻，如“兩棲動物的生殖與發育錄像”記錄了從雌雄蛙抱對產卵、受精卵孵化直至形成成蛙的全過程；在“心臟的結構與功能”中可以觀察到動脈血和靜脈血在通過3D建構的心臟模型中流動的全過程；對于一些開展周期長的實驗，如“探究酸雨對生物的影響”，教師可借助該平臺在課堂中完成現實手段難以呈現的探究全過程，這些素材都為教師的備課提供了有力的資料。

2.2 實現課堂中的實驗操作教學 有些學生在正式學習生物學前都未過接觸過顯微鏡，在進入實驗室前的課堂教學環節中，平板教學班級可借助“NB生物初中版”讓每一位學生在教室里就能完整地體驗顯微鏡的使用流程；非平板教學班級可結合演示顯微鏡和教師機大屏中的虛擬顯微鏡使全班學生更清晰地認識顯微鏡結構與使用，更大的虛擬顯微鏡能夠讓每一位學生看清對應的器件操作方法。通過讓學生上臺“認一認”“試一試”親自操作虛擬顯微鏡，調動學生體驗的積極性，實現“做中學”，為進入實驗室使用顯微鏡做好準備。

2.3 實現對某些解剖實驗虛擬操作 在認識兩棲動物形態結構的過程中，出于對該類動物保護的目的，教材中并未涉及解剖實驗這一類型。因此，不少學生對于兩棲動物的生理結構并沒有清晰的認識。在“NB生物初中版”中，教師和學生都可以以透視圖的方式全方位觀察青蛙的呼吸、循環和消化等系統，也可近距離地觀察青蛙的游泳、捕食等動作，在保護這些人類伙伴的同時，直觀地達成了教學目標。

3 NOBOOK在初中生物學教學中的優勢與局限性

NOBOOK虛擬實驗室在給初中生物學實驗教學帶來巨大便利的同時，教師也需要處理好“虛”與“實”的關系，充分發揮“NB生物初中版”的優勢，給學生更多、更優質的項目體驗。

3.1 “NB生物初中版”在初中生物學教學中的優勢 NOBOOK作為近年來發展較好、較完善的虛擬實驗室平臺，其具有虛擬實驗室開放性、共享性、交互性和自主性等特點[4]，為教師的備課、學生的自主學習提供了實際可操作的平臺。此外，“NB生物初中版”以其對平板、手機和PC的全面兼容性、批注功能和對教材活動的較高覆蓋率使其能成為課堂教學的得力助手。

3.2 “NB生物初中版”使用過程中的局限性和注意點 對照蘇教版教材《生物學》，“NB生物初中版”對教材中以實驗為主的學生活動的覆蓋率達到了67.1%。從活動類型上看，討論題材涉及內容覆蓋率較低；從知識模塊上看，生物的生殖、發育與遺傳這一塊覆蓋率較低。目前在該平臺中也暫不能實現自定義地添加實驗。在具體使用中，實驗完成后應有的實驗儀器、用品還原的操作在該平臺中也無法實現。此外，部分3D項目對于設備性能有一定的要求。因此，性能較低的設備可能會影響體驗效果。