基于虛擬實驗平臺提升生物教師信息素養(yǎng)的研究

徐傳發(fā)

摘 要：虛擬實驗在高中生物實驗教學(xué)中的應(yīng)用效果很好，對教師信息素養(yǎng)的提升顯著。首先，在學(xué)習(xí)熱情上，學(xué)生普遍接受和認可虛擬實驗，也能很快適應(yīng)虛擬實驗的操作，此外，虛擬實驗?zāi)苡行Ъぐl(fā)學(xué)習(xí)興趣、提供學(xué)習(xí)幫助、提升實驗完成的信心。其次，在知識理解上，虛擬實驗?zāi)苡行椭鷮W(xué)生準確理解實驗原理，鞏固已學(xué)知識。最后，在實驗技能上，虛擬實驗?zāi)茱@著提高學(xué)生的技能操作水平。因此，擴大虛擬實驗的應(yīng)用范圍、豐富虛擬實驗的應(yīng)用方式和拓寬虛擬實驗的應(yīng)用載體，是完善現(xiàn)階段實驗教學(xué)的途徑之一。

關(guān)鍵詞：虛擬實驗;生物教師;信息素養(yǎng)

虛擬實驗是一種以現(xiàn)代信息技術(shù)為基礎(chǔ)的實驗，與真實實驗相比，具備以下特點：

（1）虛擬性。虛擬性是虛擬實驗最基本、最顯著的特征。一個真實生物實驗的完成，需要有特定的生物實驗室，需要儀器、材料和試劑等，都是實驗者可以感觸到的。但在虛擬實驗中，上述內(nèi)容則是以計算機模擬現(xiàn)實環(huán)境進行操作，只需要一臺含相關(guān)軟件的計算機，實驗者就能夠完成整個實驗，是對現(xiàn)實實驗的模擬。虛擬實驗的虛擬性，在很大程度上能有效減少實驗設(shè)備、節(jié)約實驗材料和試劑，降低實驗成本，使得很多的實驗開展成為可能。

（2）交互性。交互性是指為了實現(xiàn)教學(xué)目標，實驗者在虛擬實驗情境中所進行的各種交互，包括操作交互、信息交互和概念交互等。借助虛擬實驗的交互性，實驗者能夠像控制真實實驗設(shè)備那樣完成實驗，增強學(xué)生的親臨感，激發(fā)學(xué)生探索獲取知識的興趣和欲望，提高學(xué)生實際動手操作能力。

（3）靈活性。虛擬實驗過程的靈活性，使得實驗者能從實驗過程中學(xué)習(xí)，不僅能獲得實驗的結(jié)果，而且能體驗知識的發(fā)現(xiàn)過程，激發(fā)實驗者進一步提出問題與尋求解決問題的興趣，這對提高實驗者邏輯思維、思維創(chuàng)新相結(jié)合的能力和自我主觀能動性都有很大的輔助作用。因此，靈活性使虛擬實驗的實用性更強。

（4）開放性。開放性是指實驗空間、時間、使用對象、教學(xué)方法等的開放。實驗裝置及實驗環(huán)境突破了時空限制，學(xué)生只要借助計算機就能在任何時間任何地方使用虛擬實驗。另外，虛擬實驗在實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享后，實驗者可以按照自己的學(xué)習(xí)進度和自我學(xué)習(xí)特點選擇或整合實驗內(nèi)容;還可以自由地選擇實驗時間，獲得管理員許可后隨時都可進入虛擬實驗室進行實驗。這樣，實驗者掌握了學(xué)習(xí)的主動權(quán)，大大提高了學(xué)習(xí)的效果。

（5）安全性。在真實實驗中，部分生物實驗存在一定的操作安全隱患。虛擬實驗使得完成一些危險性和破壞性的實驗成為可能，能大大降低實驗危害性，有效拓展實驗范圍。

總之，虛擬實驗具有很多優(yōu)點，在實驗教學(xué)中有著真實實驗無法比擬的優(yōu)勢，可以解決真實實驗無法解決的問題。因此，推廣虛擬實驗平臺在實驗教學(xué)中的應(yīng)用，對生物老師信息素養(yǎng)的提高具有非常重要的意義。

對初中生物實驗教學(xué)現(xiàn)狀進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)目前初中生物實驗教學(xué)現(xiàn)狀總體不太樂觀。主要表現(xiàn)在：教師隊伍有提升空間，必須推進生物實驗教師的培訓(xùn)和專業(yè)成長計劃，積極主動學(xué)習(xí)快速扎實地提高教育教學(xué)水平。教師的教學(xué)觀念有待改變，需要教師不斷更新教學(xué)觀念，并在教學(xué)中滲透新課程理念。對生物教學(xué)不夠重視，各級教育部門、學(xué)校應(yīng)該增強和提高生物實驗教學(xué)功能的認識，重視生物實驗教學(xué)。實驗室條件欠缺、實驗經(jīng)費不足，需要有關(guān)部門增大實驗教學(xué)經(jīng)費的投入和加強實驗室建設(shè)，不斷改善實驗室條件。實驗開出率低，應(yīng)采取各種合理措施來保證實驗的開出。實驗課時不足，需要保證生物實驗足夠的課時。教學(xué)方法尚有提升的空間，教師需要優(yōu)化實驗教學(xué)方法和策略。實驗評價體系亟待完善，建立全面、科學(xué)、多元的生物實驗評價體系。教學(xué)資源的開發(fā)不足，應(yīng)當(dāng)開發(fā)和整合多樣的教學(xué)資源，用以促進生物實驗教學(xué)。基于這些現(xiàn)狀，嘗試進行虛擬實驗平臺的使用，以補充實驗教學(xué)的不足。

虛擬實驗在生物教學(xué)領(lǐng)域的出現(xiàn)是在1995年，則以RichardHill和DavidHugnes發(fā)的Froguts為典型代表。Froguts是一款虛擬青蛙解剖實驗，實驗者可以用虛擬手術(shù)刀層層分離青蛙，從任意調(diào)整角度來觀察和摘除青蛙的器官，為生物教學(xué)提供了全新的教學(xué)環(huán)境，極大地提高知識信息的傳輸和接受的質(zhì)量，使課堂教學(xué)由靜態(tài)灌輸變?yōu)閳D文并茂的動態(tài)傳播，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和主動性，有助于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力。

日常初中實驗教學(xué)與虛擬實驗平臺的結(jié)合在生物課堂教學(xué)中的效果反應(yīng)良好。在學(xué)習(xí)熱情上，學(xué)生普遍接受和認可虛擬實驗，適應(yīng)虛擬實驗的操作，另外，虛擬實驗?zāi)苡行Ъぐl(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情、為學(xué)生提供學(xué)習(xí)幫助、提升學(xué)生實驗完成的信心。在知識理解上，虛擬實驗?zāi)軌蛴行У貛椭鷮W(xué)生準確地理解實驗原理，鞏固已學(xué)知識。在實驗技能上，虛擬實驗的作用也很明顯，它能夠顯著提高學(xué)生的實驗操作水平。不同的運用方式，虛擬實驗的教學(xué)效果略有不同。與單獨應(yīng)用虛擬實驗相比，將虛擬實驗和真實實驗結(jié)合起來運用于生物實驗教學(xué)中，對知識理解和實驗技能的提升效果都更為顯著。

虛擬實驗平臺以其高度開放、不受時空限制、實驗資源高度共享、實驗操作安全可靠等特點日益受到青睞。它在一定程度上解決了實驗教學(xué)的問題，但也存在著一些不足之處。比如：①缺乏必要的人文環(huán)境。現(xiàn)實世界環(huán)境的特征沒能很好地融入虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中。②學(xué)生實驗操作受到限制。目前用于教學(xué)的中學(xué)虛擬實驗，大都是演示型桌面虛擬實驗。而在少數(shù)的操作型虛擬實驗中，由于領(lǐng)域模型不健全，造成學(xué)生只能按部就班地在平臺上做實驗，把探究性實驗做成了驗證性實驗，不能達到預(yù)期的實驗?zāi)康模貏e是學(xué)生培養(yǎng)目標，還需與真實實驗相互結(jié)合使用。

綜上，將虛擬實驗應(yīng)用在初中生物實驗教學(xué)，是信息技術(shù)與生物實驗課程整合的趨勢，也是解決初中生物實驗教學(xué)不足的重要途徑之一，應(yīng)當(dāng)重視虛擬實驗平臺和在教學(xué)中的應(yīng)用。