虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)運(yùn)用于高中生物課堂

李一帆 周青春

摘要：以實(shí)驗(yàn)“檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)”為例，說明如何在高中課堂中運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)情境展開教學(xué)。通過親歷實(shí)驗(yàn)探究過程，感悟生命觀念，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)，興趣，教學(xué)

中圖分類號(hào)G434文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

美國心理學(xué)家布魯納說：“學(xué)習(xí)的最好刺激，是對(duì)學(xué)習(xí)材料的興趣”。興趣對(duì)學(xué)生的推理能力、注意分配、閱讀理解、努力程度、加工水平等都有著積極的作用。因此，學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)就顯得尤為重要了。常見的激發(fā)學(xué)習(xí)興趣的教學(xué)策略有運(yùn)用情境教學(xué)、應(yīng)用新教學(xué)模式、聯(lián)系生活實(shí)際、補(bǔ)充網(wǎng)絡(luò)教育技術(shù)等。本設(shè)計(jì)所用的方法就是虛擬實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)法。

現(xiàn)場做實(shí)驗(yàn)需要搬運(yùn)相關(guān)設(shè)備，提前制備所需試劑，費(fèi)時(shí)費(fèi)事，且學(xué)生很難觀看清楚，如果只通過圖片或視頻展示實(shí)驗(yàn)又不夠立體和形象。虛擬實(shí)驗(yàn)就很好地解決了這個(gè)問題，筆者選擇了一個(gè)針對(duì)初高中實(shí)驗(yàn)教學(xué)的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)——樂步教育（https：//www.nobook.com/shengwu.html），以人教版高中生物教科書《必修1·分子與細(xì)胞》中第二章第一節(jié)“細(xì)胞中的元素和化合物——實(shí)驗(yàn)：檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)”為例進(jìn)行說明。

1 教學(xué)目標(biāo)

①說明細(xì)胞由多種多樣的化合物組成，包括糖類、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等，深化物質(zhì)觀。

②闡明檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)的方法及其原理。

③能夠基于給定條件，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究方案。

2 教學(xué)過程

本次課為新授課，需要1個(gè)課時(shí)。

2.1 問題引導(dǎo).層層深入

教師先引導(dǎo)學(xué)生回憶上節(jié)課所學(xué)內(nèi)容——組成細(xì)胞的主要化合物（水、無機(jī)鹽、糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸），并提出問題：是不是所有細(xì)胞、所有組織中的化合物組成都一模一樣呢？利用該問題引出生物組織中糖類的檢測實(shí)驗(yàn)。

設(shè)計(jì)意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生回顧上節(jié)課的內(nèi)容并過渡到新授課的內(nèi)容，使學(xué)生在不同知識(shí)點(diǎn)之間建立脈絡(luò)網(wǎng)，幫助學(xué)生形成概念圖，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維及科學(xué)探究能力。教師采用支架式教學(xué)法，建立最近發(fā)展區(qū)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

2.2 檢測生物組織中的糖類

教師在虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上展示完整的實(shí)驗(yàn)過程并進(jìn)行同步講解。對(duì)學(xué)生第一遍沒有觀察清楚的地方，教師可以從任意步驟開始，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)演示結(jié)束后，教師要求學(xué)生思考：觀察到了什么？可以得出什么結(jié)論？（土豆中含有淀粉而蘋果中沒有，蘋果中含有還原糖而土豆中沒有）然后，詳細(xì)講解糖類鑒定中的注意事項(xiàng)、反應(yīng)原理和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

設(shè)計(jì)意圖：虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅新穎有趣，而且有助于學(xué)生更好地理解實(shí)驗(yàn)過程。教師不用花大量時(shí)間在課前準(zhǔn)備各種材料，也不用擔(dān)心試劑失效、實(shí)驗(yàn)失敗等問題.學(xué)生可以很清晰很直觀地看到各種材料的形態(tài)顏色及其變化過程。此外，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能大大縮減實(shí)驗(yàn)等待時(shí)間。例如，糖類檢測需要酒精燈加熱，在虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，可以快速跳過等待時(shí)間（圖”。

2.3 檢測生物組織中的脂肪

通過實(shí)驗(yàn)檢測，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)不同組織中的糖類含量不一樣。教師追問：不同組織中的脂肪含量是否一樣呢？先給學(xué)生講解探究實(shí)驗(yàn)的步驟（提出問題、作出假設(shè)、制定計(jì)劃、實(shí)施計(jì)劃、得出結(jié)論、表達(dá)交流）及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則（對(duì)照原則、單一變量原則等）。接著，學(xué)生分小組討論應(yīng)該如何進(jìn)行科學(xué)探究，并選出小組代表上臺(tái)演示。

設(shè)計(jì)意圖：教師充分利用虛擬教學(xué)平臺(tái)，將學(xué)生不方便直接操作和不能直接觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，在較短的時(shí)間內(nèi)直觀呈現(xiàn)。例如，花生子葉切片制片的過程，由于花生子葉又薄又小，觀察起來不方便，但在虛擬教學(xué)平臺(tái)上，教師可以對(duì)其進(jìn)行任意的放大和縮小，每一位學(xué)生都可以很清晰地看到整個(gè)過程（圖2）。另外，該過程培養(yǎng)了學(xué)生小組合作的意識(shí)。

2.4 檢測生物組織中的蛋白質(zhì)

根據(jù)教師提供的實(shí)驗(yàn)材料，學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，檢測牛奶、豆?jié){、蘋果、土豆中是否含有蛋白質(zhì)（教師進(jìn)行答疑和指導(dǎo)）。待學(xué)生基本自主完成實(shí)驗(yàn)后，教師在樂步教育網(wǎng)上在線操作，帶領(lǐng)學(xué)生回顧實(shí)驗(yàn)過程。

設(shè)計(jì)意圖：教師通過自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)探究、動(dòng)手操作等方面的能力。通過在線操作回顧實(shí)驗(yàn)過程，加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的理解、增強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的把控力。

3思考與分析

本節(jié)課根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了3個(gè)層層遞進(jìn)的探究實(shí)驗(yàn)，即己設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)、小組合作設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，及自行設(shè)計(jì)并實(shí)施的實(shí)驗(yàn)，并以問題串為腳手架，由易到難，由簡到繁，引導(dǎo)學(xué)生層層深入，分別使學(xué)生學(xué)會(huì)“科學(xué)原理的驗(yàn)證”“科學(xué)實(shí)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)協(xié)作”和“科學(xué)問題的自主探究”。學(xué)生在不斷發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程中，發(fā)展比較與分析、歸納與演繹的科學(xué)思維。

生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件有限，生物課時(shí)安排少，會(huì)影響實(shí)驗(yàn)課的有效開展。多數(shù)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價(jià)值認(rèn)識(shí)不到位，講實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)過多，重結(jié)論，忽視探究過程。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以在較短的時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)觀察等環(huán)節(jié)，并使學(xué)生鞏固實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則及實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)，促進(jìn)學(xué)生形成正確的生命觀念，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。