虛擬實(shí)驗(yàn)在初中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐探究

黃裕花

摘要：相比于傳統(tǒng)的初中生物教學(xué)模式而言，虛擬實(shí)驗(yàn)合理利用了信息化的教學(xué)手段，在一定程度上提高了課堂教學(xué)的效率，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)的成本，保障了實(shí)驗(yàn)的安全性，具有不可估量的課堂應(yīng)用價(jià)值。本文對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)的概念及應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了簡要闡述，從提升學(xué)習(xí)效率、節(jié)約教學(xué)成本、保障實(shí)驗(yàn)安全等三方面分析了虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用，從課前、課中、課后三個(gè)環(huán)節(jié)指出虛擬實(shí)驗(yàn)在初中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐策略。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn);初中生物;實(shí)驗(yàn)教學(xué);實(shí)踐探究

引言：眾所周知，生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科。在初中生物教學(xué)過程中，開展生物實(shí)驗(yàn)不僅能夠鍛煉學(xué)生的實(shí)踐操作能力和創(chuàng)新能力，還有助于學(xué)生更加深入地理解和掌握生物知識(shí)，提高生物課堂教學(xué)的有效性。但是經(jīng)過實(shí)際的教學(xué)實(shí)踐調(diào)查可知，在初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，往往會(huì)受到諸多因素的影響，導(dǎo)致生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果不盡如人意。比如，有的生物實(shí)驗(yàn)需要大量的材料，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作較為繁瑣;有的實(shí)驗(yàn)耗時(shí)很長，往往需要幾天甚至更長的時(shí)間才能夠完成;有的實(shí)驗(yàn)存在危險(xiǎn)性和諸多不安全因素，學(xué)生操作起來存在一定困難等，眾多因素影響了初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的高效開展。為此，廣大初中生物教師可以合理開展虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生在操作虛擬實(shí)驗(yàn)的過程中獲得所需要的知識(shí)和能力，利用虛擬實(shí)驗(yàn)有機(jī)地代替或優(yōu)化傳統(tǒng)開設(shè)的真實(shí)實(shí)驗(yàn)，對(duì)于提升初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性具有重要的意義。

1.虛擬實(shí)驗(yàn)概述

通常來講，虛擬實(shí)驗(yàn)依托于智能化的多媒體和計(jì)算機(jī)，在虛擬的環(huán)境當(dāng)中，教師利用數(shù)據(jù)眼睛、數(shù)據(jù)手套以及電子顯示器等工具為學(xué)生展示一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)流程。在這個(gè)過程中，學(xué)生能夠?qū)?shí)驗(yàn)產(chǎn)生一個(gè)真實(shí)的體驗(yàn)，從而有助于更加深入地探究生物實(shí)驗(yàn)背后蘊(yùn)含的自然規(guī)律。虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚶枚嗝襟w設(shè)備模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程，因此開展虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，就必須要有專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件以及相應(yīng)的設(shè)備。雖然我國的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)還處在初級(jí)發(fā)展階段，但是越來越多的初中生物教育工作者開始逐漸認(rèn)識(shí)到虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)在生物教學(xué)中體現(xiàn)的獨(dú)特優(yōu)勢，并致力于探究虛擬實(shí)驗(yàn)在初中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程當(dāng)中具體應(yīng)用策略，以期改善初中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀。

虛擬實(shí)驗(yàn)有交互和非交互兩種。在我國，傳統(tǒng)的生物虛擬實(shí)驗(yàn)更多的是非交互式。也就是學(xué)生能夠通過觀看動(dòng)畫、視頻等了解和學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，掌握生物實(shí)驗(yàn)演示過程，但是不能自己親自實(shí)驗(yàn)操作。這樣就不能使學(xué)生獲得直觀的感性認(rèn)知，也不利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的形成以及課本內(nèi)容的鞏固、吸收。為此，在初中生物實(shí)驗(yàn)學(xué)教學(xué)過程中，學(xué)校和教師要大力致力于交互式虛擬生物實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)與構(gòu)建，讓初中生不僅能夠直觀的觀看，同時(shí)還能有選擇性地對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行動(dòng)手實(shí)踐操作，充分發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)在初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的價(jià)值與作用。

2.虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用

2.1 虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝻@著提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率

相對(duì)于小學(xué)階段而言，初中階段學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)、掌握知識(shí)的方式發(fā)生了較大變化。他們的機(jī)械記憶下降，記憶形式主要是以理解記憶為主。在初中生物教學(xué)中開展生物實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛱岣邔W(xué)生的動(dòng)手、觀察以及邏輯思維能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物的興趣，提高課堂教學(xué)的效率。但是在傳統(tǒng)的初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，許多教師都是讓學(xué)生“背流程、背重點(diǎn)、背技藝”，這種學(xué)習(xí)方法違背了初中生物學(xué)習(xí)的規(guī)律，也很容易讓學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)生物產(chǎn)生一種厭煩的情緒，學(xué)生的學(xué)習(xí)效率得不到保障。傳統(tǒng)的生物實(shí)驗(yàn)具有很大局限性，生物實(shí)驗(yàn)會(huì)受到時(shí)間、空間、人力以及物力等多方面因素的影響，因此傳統(tǒng)生物實(shí)驗(yàn)難以真正發(fā)揮其教學(xué)價(jià)值。此時(shí)，將虛擬實(shí)驗(yàn)運(yùn)用在初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，能夠突破傳統(tǒng)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的局限性，將機(jī)械記憶轉(zhuǎn)化為形象直觀的實(shí)驗(yàn)過程，學(xué)生們可以隨時(shí)隨地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，能夠深入地理解和掌握知識(shí)，學(xué)習(xí)效率也會(huì)大幅提高。除此之外，虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驗(yàn)閷W(xué)生提供更加開放的操作環(huán)境，將一些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不能夠?qū)崿F(xiàn)的實(shí)驗(yàn)效果展現(xiàn)給學(xué)生，拓寬學(xué)生的思維意識(shí)，保障生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。

2.2 虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴行Ч?jié)約課程教學(xué)成本

在初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，往往許多實(shí)驗(yàn)都需要準(zhǔn)備大量的儀器和實(shí)驗(yàn)材料。比如，在“觀察鳥卵的結(jié)構(gòu)”這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，如果采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方式，那么每個(gè)學(xué)生都需要至少一個(gè)雞蛋，一個(gè)班級(jí)就需要幾十個(gè)雞蛋。與此同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過程中存在大量的隨機(jī)因素，有些學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作不規(guī)范，這樣也會(huì)造成實(shí)驗(yàn)材料浪費(fèi)的現(xiàn)象。但是利用虛擬實(shí)驗(yàn)卻不需要任何實(shí)體實(shí)驗(yàn)材料，可以極大程度地節(jié)約實(shí)驗(yàn)的成本，實(shí)驗(yàn)過程中也不會(huì)產(chǎn)生任何的環(huán)境污染，同時(shí)學(xué)生還可以反復(fù)實(shí)踐操作，這樣也有助于加深學(xué)生對(duì)于生物知識(shí)和規(guī)律的理解和掌握。

2.3 虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚋颖Ｕ蠈?shí)驗(yàn)操作安全

在初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)校和教師為了防止學(xué)生在操作中出現(xiàn)意外傷害，會(huì)制定許多嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)規(guī)章制度。嚴(yán)格的規(guī)章制度和實(shí)驗(yàn)本身的危險(xiǎn)性，經(jīng)常會(huì)讓教師望而卻步，采用演示實(shí)驗(yàn)代替學(xué)生的實(shí)踐操作。另一方面，可能會(huì)有部分學(xué)生的隨意性較強(qiáng)，在實(shí)驗(yàn)操作前不認(rèn)真學(xué)習(xí)操作規(guī)范，在操作過程中也不按照正確的操作規(guī)程來操作，容易產(chǎn)生安全隱患，也會(huì)加大實(shí)驗(yàn)儀器損壞的概率。但是初中生物教學(xué)必須要讓學(xué)生親自參與生物實(shí)驗(yàn)，這樣才能夠體現(xiàn)生物學(xué)科教學(xué)的價(jià)值和意義。為此，教師可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)代替操作過程當(dāng)中存在的“危險(xiǎn)性實(shí)驗(yàn)”，有效地解決實(shí)驗(yàn)安全問題。另外，教師可以先讓學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)操作，等學(xué)生熟練掌握其操作流程、嚴(yán)格遵守操作規(guī)范之后再進(jìn)行實(shí)際操作，降低由于學(xué)生自身操作不規(guī)范而出現(xiàn)損壞儀器、損耗材料的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提高實(shí)驗(yàn)成功率、安全性，減少實(shí)驗(yàn)材料的無用損耗。

2.4虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴兄嵘龑W(xué)生探究能力

在開展生物實(shí)驗(yàn)之前，教師可讓學(xué)生先開展虛擬實(shí)驗(yàn)操作，然后再進(jìn)行實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作，這樣不僅能夠降低儀器的損耗率，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，還能有效提升學(xué)生的自主探究能力。與此同時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供了更加全面和開放的操作環(huán)境，將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不能實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)象、功能、效果等更充分地展現(xiàn)出來，讓學(xué)生在虛擬世界進(jìn)行真實(shí)的體驗(yàn)，從而培養(yǎng)學(xué)生的生物核心素養(yǎng)。

例如，在教學(xué)顯微鏡的使用實(shí)驗(yàn)時(shí)，傳統(tǒng)教學(xué)中都是教師先講解后示范，大部分學(xué)生被動(dòng)聽講，在獨(dú)立實(shí)驗(yàn)時(shí)難以掌握正確的掌握操作要領(lǐng)，出現(xiàn)不規(guī)范操作進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)效果。而如果讓學(xué)生先利用虛擬實(shí)驗(yàn)來“練習(xí)使用顯微鏡”，學(xué)生根據(jù)自已的學(xué)習(xí)特點(diǎn)、學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)進(jìn)程，在做中學(xué)，做中探，做中悟，不僅優(yōu)化了教學(xué)過程，還能體現(xiàn)學(xué)習(xí)的自主性、差異性。

3.虛擬實(shí)驗(yàn)在初中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐策略

3.1將虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于真實(shí)實(shí)驗(yàn)前的指導(dǎo)

在初中生物實(shí)驗(yàn)開展前，教師可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)，有針對(duì)性地對(duì)生物實(shí)驗(yàn)的原理、過程以及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行一個(gè)完善和詳細(xì)的介紹，有助于學(xué)生能夠?qū)虒W(xué)內(nèi)容有一個(gè)更加深入的理解，也有助于初中生物教學(xué)中真實(shí)實(shí)驗(yàn)的順利開展和進(jìn)行。

比如，如在學(xué)習(xí)蘇教版初中生物七年級(jí)上冊(cè)“植物的開花和結(jié)果”這一章節(jié)的內(nèi)容時(shí)，植物的開花與結(jié)果是一個(gè)漫長的過程，學(xué)生們無法在短暫的時(shí)間內(nèi)直觀地觀測到植物開花結(jié)果的情況。但在為了幫助學(xué)生對(duì)于植物的開花與結(jié)果有一個(gè)基礎(chǔ)的了解，教師可以將虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于生物課堂的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，讓學(xué)生們可以在計(jì)算機(jī)模擬的情況下，毫無遺漏、全程地觀察到一株具體的植物（如桃花、梨花等）最初的發(fā)芽、再到開花、再到結(jié)果的整個(gè)過程，讓學(xué)生們能夠?qū)χ参锏母鱾€(gè)結(jié)構(gòu)和生長過程有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)與了解，吸引學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)和堅(jiān)持實(shí)驗(yàn)的興趣和熱情，提升學(xué)生們的注意力。當(dāng)虛擬實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生們便可以著手開展真實(shí)實(shí)驗(yàn)。如：在種植植物的過程中，學(xué)生們就可以觀察到植物在生長過程中出現(xiàn)的一些現(xiàn)象，回憶并深入理解在課堂中學(xué)習(xí)的植物自身的各個(gè)結(jié)構(gòu)和部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)于知識(shí)的內(nèi)化和吸收，這樣虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)作用便得以體現(xiàn)。

3.2 將虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于學(xué)習(xí)教學(xué)內(nèi)容

在初中生物課堂中，為了幫助學(xué)生更加透徹地理解一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，生動(dòng)、全面的學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)和內(nèi)容，需要借助實(shí)驗(yàn)來給學(xué)生提供學(xué)習(xí)、觀摩、體驗(yàn)、實(shí)踐的機(jī)會(huì)。通常來講，這些教學(xué)內(nèi)容可以是通過真實(shí)實(shí)驗(yàn)來演示，也可能是一些宏觀的、微觀的、危險(xiǎn)的或者其他難以通過真實(shí)實(shí)驗(yàn)來演示、觀察、實(shí)踐的。這時(shí)，通過虛擬實(shí)驗(yàn)來模擬實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過程便是一個(gè)十分合理有效的教學(xué)方法。但值得注意的是，需要生物教師結(jié)合具體情況進(jìn)行具體分析和安排，切實(shí)發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)輔助初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價(jià)值和意義，將虛擬實(shí)驗(yàn)恰當(dāng)好處地應(yīng)用于“刀刃”上，防止“電灌”等信息化教學(xué)方式的重復(fù)堆疊。

比如，在學(xué)習(xí)蘇教版初中生物七年級(jí)下冊(cè)《血液和血型》內(nèi)容時(shí)，設(shè)計(jì)了“模仿鑒定ABO血型，掌握ABO血型的輸血原則，模仿輸血”的虛擬實(shí)驗(yàn)，教師可以組織學(xué)生參與虛擬實(shí)驗(yàn)流程，讓學(xué)生在虛擬的實(shí)驗(yàn)情境之中發(fā)展實(shí)踐操作能力，鞏固知識(shí)技能。在該虛擬試驗(yàn)過程中，教師提供有關(guān)“血液和血型”的學(xué)習(xí)資料供學(xué)生學(xué)習(xí)，并給學(xué)生模擬一個(gè)真實(shí)實(shí)驗(yàn)情景：“三位病人由于失血過多需要輸血，操作者的工作就是測定三個(gè)人各自的血型，然后輸入匹配的血液。”學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)操作中扮演“操作者”，跟隨操作提示進(jìn)行操作。如：首先需要用鼠標(biāo)點(diǎn)擊注射器，從“病人”裸露的胳膊上抽取血樣，并將其與三種血型抗體試劑相混合，通過查看三個(gè)實(shí)驗(yàn)試管出現(xiàn)的現(xiàn)象判斷每個(gè)人的血型，最終“操作者”點(diǎn)擊相應(yīng)的血液完成給病人的正確輸血。為了切合真實(shí)情況，還可以把這個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)的情景設(shè)計(jì)得更加逼真：如果學(xué)生操作正確，那么病人的臉色在輸血后就會(huì)變得紅潤;如果學(xué)生操作錯(cuò)誤，那么病人的臉色就會(huì)變得青紫。這種虛擬實(shí)驗(yàn)情景與醫(yī)院醫(yī)生的真實(shí)操作也非常的相似，學(xué)生也能夠快速的理解，在輕松便捷操作的同時(shí)，自然地完成了知識(shí)的掌握內(nèi)化。

2.3 將虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于課后復(fù)習(xí)

在生物復(fù)習(xí)過程中，學(xué)生一定還會(huì)遇到形形色色的問題、產(chǎn)生各種疑慮，其中就有很多知識(shí)涉及到實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這時(shí)候，學(xué)生再返回去做實(shí)驗(yàn)已然不可能，此時(shí)虛擬實(shí)驗(yàn)的作用便凸顯出來了，學(xué)生可以自由利用虛擬實(shí)驗(yàn)軟件進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，強(qiáng)化知識(shí)結(jié)構(gòu)，提高課后學(xué)習(xí)效率。

比如，在學(xué)習(xí)完蘇教版初中生物七年級(jí)上冊(cè)《觀察根尖細(xì)胞分裂基本過程》這個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后，有些學(xué)生因?yàn)椴荒軌蛟谡n堂中及時(shí)進(jìn)行記錄而導(dǎo)致自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)不完整，或者在完成作業(yè)時(shí)針對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)又產(chǎn)生了疑問。為了及時(shí)幫助學(xué)生補(bǔ)充知識(shí)，學(xué)生便可以自主利用虛擬實(shí)驗(yàn)軟件，將教師在課堂中講解的知識(shí)在虛擬實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行回顧和復(fù)習(xí)，在虛擬實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行一個(gè)實(shí)踐和總結(jié)。這樣有助于完善學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)提升生物課后復(fù)習(xí)效率的作用。

總而言之，在初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，生物教師要充分認(rèn)識(shí)到虛擬實(shí)驗(yàn)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價(jià)值和意義，結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)契合點(diǎn)，合理充分地開展虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的獨(dú)特作用，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的短板，提高初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。

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