虛擬仿真技術在生物技術實驗教學中的應用

楊秀麗

摘要：近些年生物技術有著飛速的發展，關于高中生物的教學中也增加了相關的生物實驗。新課程改革中明確提出應該提高學生的科學素養，但是在實際的高中生物教學中因為受到實驗儀器落后、不具備實驗的條件等原因的制約，導致學生在生物課上實驗的機會很少。隨著信息技術在教學中的應用，虛擬仿真技術在高中生物實驗教學中的應用，可以解決生物實驗的問題，幫助學生加深對生物現象的理解，提高學生的實踐能力，進而提高生物的教學效率和質量。

關鍵詞：虛擬仿真技術;高中生物;實驗教學

引言

虛擬仿真技術在高中生物實驗中的應用，學生可以通過該技術將生物實驗進行模擬展示在學生面前，讓學生仿佛置身于實際的生物實驗中，對于學生的生物實驗教學跟現實的實驗操作效果接近，因此虛擬仿真技術能很好地解決高中生物是嚴重的很多難題，增加學生的生物實驗水平。

一、傳統的生物實驗教學和虛擬仿真實驗教學的概述

在傳統的高中生物實驗教學中，由于很多生物實驗需需要用到很精密的儀器，實驗儀器的價格昂貴的，因為實驗資金有限，因此一般學校很難擁有比較高端的實驗設備。而高中生物中，會學習到關于細胞學的知識，需要用到比較高端的儀器。并且為了讓每個學生都能親自動手操作，不免會增加實驗設備的損耗率，并且在生物實驗中還會用到大量的實驗用品，違背了我們提倡的環保和節約理念。在生物實驗中因為課時的關系，教師可能會提供幫學生準備各種實驗用品，學生在課堂實驗中只是簡單的操作，學生只參與了整個實驗過程的部分環節，并不能真正的掌握全部的實驗操作。甚至有的生物實驗具有較強的危險性，不適于讓學生親自動手操作。有些生物實驗需要較長的實驗時間，可能需要觀察不同的狀態就會需要很長的時間，因此也不適合在生物課堂上進行實驗。并且在實驗的過程中，班級人數眾多，教師不能兼顧每位學生的實驗過程。

虛擬仿真技術在高中生物實驗中的應用，打破了傳統生物實驗的局限性，解決傳統實驗克服不了的難題。利用虛擬仿真技術可以打破課時不足的限制，生物教室可以利用課外的空閑時間，引導學生在網絡上自主的進行虛擬仿真實驗，提高了高中生的生物實驗操作能力和自主學習的能力，解決了生物課時限制的問題。同時利用虛擬仿真技術還能解決傳統實驗中實驗設備的一系列問題，如實驗設備數量不足和設備的損耗問題，還解決了實驗課的學習地點的限制。在虛擬仿真技術的應用中，可以根據自己的興趣，反復的練習不同種類的實驗，讓學生可以根據自己的學習情況合理的調整實驗的環節和種類。和傳統的生物實驗相比，還能避免實驗垃圾的處理程序，對于一些危險系數較高，耗時較長的生物實驗，都可以利用虛擬仿真技術解決。虛擬實驗也有一定的不足之處，需要對實驗的數據進行分析，并且所有的實驗過程和環節都是提前設計好的，不利于學生的思維能力的提升。虛擬仿真實驗作為傳統實驗的輔助和補充，不能將所有的實驗都用虛擬仿真技術來完成，畢竟與傳統的生物實驗操作不同，能用傳統試驗方法的盡量應選擇傳統的實驗方式。

二、虛擬仿真技術在高中生物實驗中的應用

1.在生物細胞實驗中的應用

以人教版高一年級的生物課本第四章中涉及到“植物細胞的吸水和失水”生物實驗，課本上所用的實驗材料為紫色洋蔥鱗片葉，然后按照課本上的實驗步驟進行操作，但是在實際的生物實驗中紫色洋蔥的表皮中細胞本身的狀態不同，還有實驗中需要用到的蔗糖溶液溶度不好掌控，很難看到細胞明顯的大小變化。因此可以利用虛擬仿真技術來完成這個實驗教學。在計算機上選擇出該實驗的名稱，植物細胞的吸水和失水界面，其中有一項選擇是實驗視頻，點開之后就是傳統的實驗過程和操作步驟，還有一項是仿真實驗打開之后，會根據上邊的提示將實驗器材按照實驗的步驟拖動，逐步的完成實驗過程。如果在拖動實驗器材的過程中，出現失誤，系統會做出相應的提示，可以返回并重新操作。在模擬仿真實驗的過程中將濃度為0.3g/ml的蔗糖溶液多次滴入表皮中，會出現質壁分離的實驗現象，在重新滴入清水，細胞就會吸水還原成原來的狀態。通過虛擬仿真技術的模擬實驗，班級的全部學生都可以清楚地看到細胞吸水和失水狀態的變化，讓實驗過程和現象變得更清楚明顯，實驗結果更加準確。

2.在種群密度實驗中了解多種因素對實驗結果的影響

在人教版高二生物下冊第一章學習到種群的特征時，課本最開始就介紹了“標志重捕法”來計算動物種群的密度，而動物種群的密度是生物課本中重要的學習內容，并且是為了學習下一章節的群落知識做出的鋪墊和基礎，與后期要學習的生物知識有很強的聯系性。有過多年教學經驗的生物教師會了解到“標志重捕法”是生物考試的易考點，同時也是生物教學中的重點內容。因此應該讓高中生知其然，還要知其所以然，理解這種方法中所獲得的的數據存在誤差，如何計算結果，以及該方法的適用范圍和應用要點。利用虛擬仿真技術，采用標注重捕法來調查天數的密度，在模擬實驗的過程中，學生可以控制捕捉田鼠的時間，還可以自主控制田鼠的分布情況，通過學生的模擬實驗，讓學生明白標注重捕法在實際的應用中會受到很多因素的影響，讓學生對該方法掌握的更加全面，了解更加透徹。

3.引導學生探索更多的領域

有些生物實驗和知識在教學中無法為學生呈現，學生也不可能會接觸到這類生物知識。如火星的表面特征等還有一些危險的生物場景，如果學生僅憑想象在腦海中構造生物背景有些困難，因此可以使用虛擬仿真技術為學生創建生物背景，讓學生仿佛針對置身于那個環境當中，例如地球生命的起源，在地球上最初有生命時是什么狀態，這個學生真的很難想象，如果采用多媒體不能讓學生感受當時地球的面貌，因此需要借助虛擬仿真技術，模擬出遠古時代地球的狀態面貌，為學生進行展示，其中有火山在爆發的場景，還有滿天的大雨使得雨水迅速匯集到一起例如大海的畫面，讓學生穿上數據手套和對應的衣服可以感受大海的波濤洶涌。

結束語

虛擬仿真技術在生物實驗中的應用與傳統的生物實驗相比，有著很大的優勢，因此高中生物教師應該利用虛擬仿真技術的優勢，對于某些大型或者危險的生物試驗可以應用虛擬仿真技術，幫助學生更高效的學習生物知識。

參考文獻：

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