初中生物教學中虛擬實驗的應用

張漫漫

(安徽省淮北市烈山區古饒中心學校 235000)

虛擬實驗是指借助于多媒體、仿真和虛擬現實等技術在計算機上完成實驗操作的一種實驗.初中生物教學中應做好虛擬實驗平臺專業知識的學習，將虛擬實驗應用于相關的教學活動中.

1 應用虛擬實驗激發學習興趣

教學實踐表明，初中生對信息技術興趣濃厚，因此可考慮運用虛擬實驗激發學生的學習興趣，挖掘學生的學習潛力.教學中為使學生更好的掌握眼球結構、眼球中各個部分的作用、眼球的成像原理等知識，可組織學生開展虛擬實驗活動，并給學生預留親自動手實踐的機會，使其其深刻的體驗實驗過程，尤其圍繞實驗設計相關問題，與學生一起分析問題的解答過程，幫助學生更好的掌握該部分知識.在虛擬實驗平臺，使用如圖1所示實驗裝置模擬眼球成像過程，更好地激發學生的學習興趣.

圖1

(1)可變焦水透鏡的注射器模擬的是眼球的睫狀體，對水透鏡模擬的____起調節作用.光屏模擬眼球的____.

(2)向左移動“F光源”，模擬看遠處的物體，此時應____(選填推、拉或不動)注射器，才能在光屏上出現清晰物像(向內推注射器水透鏡曲度變大，向外拉則向反).

(3)在光屏上呈現的物象是倒立的，而人們形成的視覺影像卻是正立的，因為眼球獲取圖像信息后需經過____的加工處理才能形成視覺.

(4)一位學生在“F光源”和水透鏡之間安裝一個廢棄的顯微鏡光圈，用于模擬眼球的____.

由眼睛的構成、成像原理可知，晶狀體是一個小巧而富有彈性的凸透鏡狀結構，被懸掛于睫狀體上，睫狀體內平滑肌的舒縮引起晶狀體的曲度變化，因此水透鏡模擬的為晶狀體，而光屏相當于視網膜.當“F光源”向左移動時，物體的距離變遠，為保證在光屏上出現物像，則晶狀體的曲度應變小，即，應拉注射器.視網膜產生的圖像信息需要經過大腦皮層的加分處理才能形成視覺.由眼的結構可知，顯微鏡光圈用于模擬瞳孔.

2 應用虛擬實驗進行新課講解

教學實踐中應結合具體教學內容，注重采取實驗尤其注重虛擬實驗的應用，逐漸過渡到新知識的講解中更容易使學生接受與理解新知識.課堂上注重運用虛擬實驗平臺應配合使用多媒體技術，為學習者展示虛擬實驗過程，并拋出相關問題要求學習者思考，而后進行新課講解.例如，使用如圖2所示的實驗裝置探究種子萌發所需的外界條件，圖2中的種子均為菜豆種子.要求學習者思考以下問題：

圖2

(1)結合所學的實驗知識，若探究溫度對種子萌發的影響應選擇編號為____的種子進行對照.

(2)如果將①和②作為一組對照實驗，該對照實驗的變量為____，從實驗的結果分析，該組對照實驗可以得出的結論為____.

(3)③不會萌發的原因為____.

(4)實驗的不足之處是每一組只有一組種子，會因為____因素的影響導致實驗結論錯誤.

該虛擬實驗從學習者熟悉的實驗知識切入真實展示種子萌發過程，給學習者帶來直觀上的認識.同時，鼓勵其思考問題，使其能夠其透過現象看本質，幫助其更好的接受與理解接下來要講解的新知識.學習者只要認真觀察，積極思考，把握單一變量原則不難回答上述問題.問題(1)溫度是變量，應保持其他條件相同，即應選擇②和⑤種子進行對照.問題(2)中對照實驗的變量是水分，從實驗結果可以看出種子萌發需要一定水分.問題(3)③不會萌發因為沒有氧氣.問題(4)因實驗的種子較少，難免會受到偶然因素的影響.教學實踐中先為學習者展示虛擬實驗，而非直接的講解新知識，如此更能增加課堂趣味，避免學習者學習的枯燥感.與此同時學習者對實驗內容有所掌握，更容易掌握接下來要學習的新知識.

3 應用虛擬實驗深化知識理解

虛擬實驗能夠直觀的展示相關的實驗現象，啟發學生思考與理解蘊含在實驗現象背后的知識，更好的把握生物知識本質.植物的光合作用、呼吸作用、蒸騰作用是初中生物的重要知識點，為使學生更好的理解這些知識本質，可在課堂上為學生展示相關的虛擬實驗，化抽象為具體，給學生帶來視覺上的刺激，尤其注重在課堂上圍繞設計好的問題與學生積極互動，進一步提升學生的學習體驗.課堂上運用虛擬實驗平臺為學生展示如圖3所示的實驗情境并圍繞相關問題采用一問一答的形式與學生互動：

圖3

(1)將閥門①②關閉放在黑暗處一段時間，目的是____.

(2)阻斷葉片間有機物的運輸后將整個裝置轉移到陽光下照射數小時，打開閥門①則透明塑料袋中的氣體進入到甲試管，待氣體收集滿后，用帶火星的木條檢測氣體，木條能夠復燃，表明A葉片能進行____產生氧氣，綠色植物釋放該氣體的生理活動的反應式為____.

(3)打開閥門②將黑色塑料袋中的氣體通入乙試管進行檢測，發現石灰水變渾濁，則該氣體來自植物的____，該生理過程的實質為____；

(4)試驗完成后，會發現塑料袋的內壁附著許多水珠，這些水珠通過植物的____散失的.

根據所學的植物呼吸與光合作用可知，實驗時先將植物放在黑暗處處理一段時間，目的在于讓葉片通過呼吸作用耗盡原有的淀粉.當放在光下時，植物會進行光合作用放出氧氣，是帶火星的木條復燃.光合作用的反應式為：

在進行光合作用的同時也進行呼吸作用，其中呼吸作用會釋放出氧化碳，加澄清的石灰水變渾濁，呼吸作用生理過程的實質為分解有機物釋放能量.實驗中塑料在內壁上附著小水珠是由于植物通過蒸騰作用散失的水分遇到塑料袋內壁會形成小水珠.

4 應用虛擬實驗鞏固所學知識

運用虛擬實驗創設相關的實驗問題情境，既能夠及時鞏固學生所學，又能避免學生產生學習的枯燥感，因此課堂上應圍繞初中生物重點知識，做好虛擬實驗設計，使學生通過操作實驗、分析實驗現象、回答實驗問題，更好的把握實驗步驟、實驗原理，為其以后靈活的解答生物實驗問題奠定堅實基礎.課堂上應用虛擬實驗平臺為學生展示如圖4所示的A、B、C、D四個實驗步驟，探究饅頭在口腔中的變化，要求學生根據所學回答如下問題：

圖4

(1)該實驗的變量為____. D步驟滴入碘液的目的是____.

(2)C步驟放入37℃水浴加熱的目的是____.若將C步驟水溫升高至80℃，則2號試管D步驟的實驗現象為____.

(3)若增加一只3號試管，處理方法為等量的唾液加入饅頭塊后不振蕩，C、D操作步驟相同，則2號和3號試管作對照，可探究的問題是____.

認真觀察兩個試管的操作，其中在B步驟中向1試管滴加的是水，而向2試管滴加的是唾液，可知實驗的變量為唾液.唾液淀粉酶能消化淀粉，而淀粉遇碘能夠變藍，因此，可使用碘液檢驗淀粉的存在. C步驟中將試管放入37℃水浴加熱目的在于模擬人體的口腔溫度.當水溫升高至80℃時唾液淀粉酶失活，無法消化淀粉，因此，D步驟試管中會因淀粉的存在而變藍色.若設置實驗以是否振蕩為變量，將步驟C、D中的2號和3號試管作對照，可探究牙齒的咀嚼與舌的攪拌是否會影響饅頭在口腔中的變化這一問題.

5 應用虛擬實驗進行專題訓練

植物的呼吸作用是初中生物的重要知識點，是日常測試的熱門考點.學習過程中學習者僅僅掌握理論知識是不行的，還需要提高其理解所學以及運用所學分析問題的能力.實踐中為使學習者更好地掌握植物的呼吸作用相關知識，應注重借助虛擬實驗組織學習者開展專題訓練活動，進一步鞏固學生所學，澄清其對所學知識的認識與理解，積累分析問題的豐富經驗.實踐中可運用虛擬實驗平臺，為學習者展示如下實驗，并要求其認真作答相關問題.圖5是探究植物呼吸作用產物的實驗裝置，根據實驗及所學回答問題：

圖5

(1)實驗中A為塑料袋，則應選擇什么顏色的塑料袋，為什么？

(2)實驗過程中具體該怎么操作？

(3)實驗中澄清石灰水有什么變化，從中可以得出什么結論？

該虛擬實驗難度并不大，目的在于鞏固學習者對實驗原理的理解.根據所學可知植物呼吸產生二氧化碳，而二氧化碳又是植物光合作用的原料，因此為避免光合作用吸收二氧化碳應采用黑色的塑料袋罩住植物，避免其光合作用.一段時間后，應注重將閥門B打開，用手擠壓塑料袋可以看到澄清石灰水變渾濁，表明植物呼吸作用產生了二氧化碳.教學實踐中借助該虛擬實驗開展專題訓練活動可大大增加訓練趣味性，激發學習者思考問題的積極性.