基于中央電化教育館“虛擬實(shí)驗(yàn)室”的初中生物實(shí)驗(yàn)深度教學(xué)

管曉青

［摘要］ 利用中央電化教育館“虛擬實(shí)驗(yàn)室”引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的生物實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵能力，使學(xué)生學(xué)會(huì)分析和解決問(wèn)題，在實(shí)踐中達(dá)成深度學(xué)習(xí)。基于“虛實(shí)結(jié)合，以虛促實(shí)”，運(yùn)用“設(shè)疑，從個(gè)體經(jīng)驗(yàn)到人類(lèi)知識(shí)的相互轉(zhuǎn)化；啟發(fā)，在活動(dòng)中體驗(yàn)新知；導(dǎo)學(xué)，對(duì)學(xué)習(xí)對(duì)象進(jìn)行深度加工”等一系列策略，有效達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

［關(guān)鍵詞］ 實(shí)驗(yàn)教學(xué)；中央電化教育館；虛擬實(shí)驗(yàn)室；深度學(xué)習(xí)

深度學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者能動(dòng)地參與教學(xué)，為理解基本知能而采用的學(xué)習(xí)方式，是一種基于理解、追求遷移應(yīng)用的有意義學(xué)習(xí)。中央電化教育館（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“央館”）“虛擬實(shí)驗(yàn)室”是一種基于Web技術(shù)、VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的，開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，是生物教學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)字化和虛擬化的有效載體。本文探討利用央館“虛擬實(shí)驗(yàn)室”促使學(xué)生實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

一、設(shè)疑，從個(gè)體經(jīng)驗(yàn)到人類(lèi)知識(shí)的相互轉(zhuǎn)化

深度學(xué)習(xí)需要喚醒學(xué)生的個(gè)體經(jīng)驗(yàn)，包括日常生活經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的整合。由于經(jīng)驗(yàn)的參與，知識(shí)的學(xué)習(xí)就有了生長(zhǎng)的根基，能使知識(shí)轉(zhuǎn)化為與學(xué)生個(gè)體有關(guān)聯(lián)、可操作、促思考的內(nèi)容。例如，蘇科版生物教材七年級(jí)上冊(cè)第4章第2節(jié)“觀察溶液濃度的大小對(duì)植物吸水的影響”，為了喚醒學(xué)生以往的生活經(jīng)驗(yàn)，促使學(xué)生實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，筆者對(duì)這節(jié)課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整。首先，筆者帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入央館“虛擬實(shí)驗(yàn)室”，點(diǎn)擊3D動(dòng)畫(huà)實(shí)驗(yàn)“觀察溶液濃度的大小對(duì)植物吸水的影響”，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)步驟，將一株幼苗的根插入盛有自來(lái)水的錐形瓶中，將另一株幼苗的根插入盛有食鹽溶液的錐形瓶中，置于光下，點(diǎn)擊時(shí)間加速器，五天后觀察莖和葉會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象。學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果：清水中的幼苗正常生長(zhǎng)，食鹽溶液中的幼苗慢慢變黃、萎蔫、死亡。對(duì)于幼苗死亡的原因，有的學(xué)生認(rèn)為與食鹽溶液濃度大有關(guān)系，植物變黃、萎蔫可能是因?yàn)橹参锛?xì)胞失水。通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以得出結(jié)論：清水中植物吸水，正常生長(zhǎng)，食鹽溶液中植物失水，導(dǎo)致死亡。為了驗(yàn)證結(jié)論的正確性，筆者進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作，以此激發(fā)學(xué)生探究興趣，并依據(jù)學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)對(duì)書(shū)本的實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行改進(jìn)。

【改進(jìn)一】認(rèn)識(shí)溶液濃度，學(xué)會(huì)配制濃鹽水

七年級(jí)學(xué)生還沒(méi)有系統(tǒng)學(xué)習(xí)與溶液有關(guān)的知識(shí)，所以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，筆者準(zhǔn)備三個(gè)400毫升的燒杯，各放入200毫升的清水，標(biāo)號(hào)為A、B、C。

師：清水就是我們平時(shí)喝的自來(lái)水，有味道嗎？

生：沒(méi)有。

師：沒(méi)有味道是因?yàn)闊o(wú)機(jī)鹽的含量極少，所以清水的溶液濃度近乎為零；現(xiàn)在我們往B燒杯放入1勺鹽，攪一攪，讓鹽都化開(kāi)。這時(shí)，B燒杯里的溶液有味道嗎？

生：咸的。

師：是的，放入鹽后B燒杯的溶液濃度變大，但是還達(dá)不到實(shí)驗(yàn)要求的濃度，再往C燒杯里放入2勺鹽，這時(shí)B燒杯和C燒杯里的溶液哪一個(gè)更咸一點(diǎn)？

生：C燒杯。

師：也就是說(shuō)，C燒杯中溶液的濃度更高。

在這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)中，筆者利用學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行引導(dǎo)，讓學(xué)生一步一步理解什么是溶液濃度、如何配制濃鹽水等基礎(chǔ)知識(shí)。雖然七年級(jí)學(xué)生未學(xué)過(guò)化學(xué)知識(shí)，但也能較好地理解這些概念，為下面的分組實(shí)驗(yàn)做好鋪墊。

【改進(jìn)二】設(shè)置對(duì)照組

師：在接下來(lái)的分組實(shí)驗(yàn)中，你們都要親手配制濃鹽水，在配制過(guò)程中能不能用舌頭去品嘗鹽水的濃度呢？

生：不能。

師：對(duì)的，在我們面前的是實(shí)驗(yàn)器材，而不是食品容器。這是老師用保鮮盒帶過(guò)來(lái)三種食材，想請(qǐng)一位同學(xué)來(lái)品嘗一下，告訴大家分別是什么食材，什么味道？

生代表（品嘗后匯報(bào)）：第1個(gè)是蘋(píng)果，很甜；第2個(gè)是橙子，很酸；第3個(gè)是蘿卜，有點(diǎn)苦。

師：蘋(píng)果甜，橙子酸，蘿卜苦，請(qǐng)大家想一想，這些植物體內(nèi)溶液有沒(méi)有濃度呢？

生：有。

師：在第1章我們學(xué)習(xí)了生物體的基本特征，構(gòu)成生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位是什么呢？

生：細(xì)胞。

師：生物體內(nèi)溶液濃度就是指細(xì)胞內(nèi)溶液濃度。今天我們做實(shí)驗(yàn)用到蘿卜，怎樣獲得蘿卜細(xì)胞內(nèi)溶液呢？

生：榨汁。

師：很好。現(xiàn)在請(qǐng)大家看你們實(shí)驗(yàn)桌上的器材：三個(gè)400毫升燒杯，標(biāo)號(hào)為A、B、C，A燒杯放了200毫升蘿卜汁，B和C燒杯各放入200毫升的清水，現(xiàn)在請(qǐng)大家在C燒杯配制濃鹽水。

【改進(jìn)三】細(xì)化步驟，分析數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論

師：請(qǐng)同學(xué)們拿出桌上保鮮膜包裹著的3根蘿卜條，分別稱(chēng)一稱(chēng)重量，量一量長(zhǎng)度，摸一摸軟硬程度，完成學(xué)案上的表格。完成測(cè)量的小組，請(qǐng)把3根蘿卜條分別放入3個(gè)燒杯里，等待實(shí)驗(yàn)結(jié)果大約需要半小時(shí)，我們先學(xué)習(xí)根尖的結(jié)構(gòu)。

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，榨蘿卜汁、切3根大小相等的蘿卜條因?yàn)橛脮r(shí)較多，所以筆者在課前準(zhǔn)備好。學(xué)生課堂上通過(guò)稱(chēng)、量、摸獲得數(shù)據(jù)，既高效又精確。半小時(shí)后，筆者讓學(xué)生用鑷子把3根蘿卜條取出（提醒3根鑷子不能混用），用吸水紙吸蘿卜條表面多余的水分，再次稱(chēng)一稱(chēng)重量，量一量長(zhǎng)度，摸一摸軟硬程度，完成學(xué)案上的表格。

分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論：周?chē)芤簼舛?細(xì)胞液溶液濃度，A燒杯維持細(xì)胞形態(tài)；周?chē)芤簼舛刃∮诩?xì)胞液溶液濃度，B燒杯細(xì)胞吸水；周?chē)芤簼舛却笥诩?xì)胞液溶液濃度，C燒杯細(xì)胞失水。那么，植物如果要想從土壤中獲得水分，土壤溶液濃度應(yīng)該符合“土壤溶液濃度小于根毛細(xì)胞內(nèi)溶液濃度”這一要求。

深度學(xué)習(xí)需要建立事物之間的聯(lián)系，也就是在學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)與新經(jīng)驗(yàn)（知識(shí)）之間建立聯(lián)系，從而使學(xué)生的思考與知識(shí)建立系統(tǒng)關(guān)聯(lián)。以上三個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，因?yàn)槌浞掷脤W(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，所以使這個(gè)觀察實(shí)驗(yàn)更符合七年級(jí)的認(rèn)知水平，操作起來(lái)更為簡(jiǎn)便，學(xué)生更容易自主得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

二、啟發(fā)，在活動(dòng)中體驗(yàn)新知

“活動(dòng)與體驗(yàn)”是深度學(xué)習(xí)的核心特征，活動(dòng)與體驗(yàn)相伴相生。若是主動(dòng)活動(dòng)，必會(huì)引發(fā)內(nèi)心體驗(yàn)；理性而高尚的體驗(yàn)，必是在有意義的社會(huì)活動(dòng)中生成的。要想讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體而非被動(dòng)的知識(shí)接收器，就要有“活動(dòng)”的機(jī)會(huì)，有親身經(jīng)歷知識(shí)發(fā)現(xiàn)、形成、發(fā)展等一系列過(guò)程的機(jī)會(huì)。例如，七年級(jí)上冊(cè)第7章第2節(jié)“分析吸入氣體和呼出氣體的成分變化”，如果按照書(shū)本教學(xué)，只能由教師演示，學(xué)生缺乏活動(dòng)的機(jī)會(huì)。基于此，筆者對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化：

首先，進(jìn)入央館“虛擬實(shí)驗(yàn)室”點(diǎn)擊3D動(dòng)畫(huà)實(shí)驗(yàn)“種子在萌發(fā)過(guò)程中釋放二氧化碳”和“種子在萌發(fā)過(guò)程中吸收氧”。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果：種子萌發(fā)時(shí)吸入什么氣體，該怎樣檢驗(yàn)？種子萌發(fā)時(shí)呼出什么氣體，又該怎樣檢驗(yàn)？學(xué)生回答：吸入氧氣，氧氣使帶火星的木條復(fù)燃；呼出二氧化碳，二氧化碳使澄清石灰水變渾濁。虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)形象地展示了氧氣和二氧化碳的性質(zhì)，也啟發(fā)了學(xué)生，人體吸入和呼出氣體的成分主要體現(xiàn)在氧氣和二氧化碳的變化，為下面的分組實(shí)驗(yàn)打下了基礎(chǔ)。

其次，進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)：學(xué)生每四人為一個(gè)小組，每組準(zhǔn)備了2套實(shí)驗(yàn)儀器：2個(gè)試管各有10毫升的石灰水、2個(gè)集氣瓶、吸管、帶橡膠管的塑料袋、帶蠟燭燃燒匙、火柴。實(shí)驗(yàn)前先讓學(xué)生分組討論實(shí)驗(yàn)方案，再匯報(bào)，選出最優(yōu)方案。方案一：用吸管往石灰水里吹氣，用塑料袋收集空氣，通過(guò)橡膠管再把空氣擠入石灰水，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。學(xué)生匯報(bào)：往石灰水里吹氣使澄清石灰水變渾濁，而另一個(gè)現(xiàn)象不明顯。教師追問(wèn)：那么，說(shuō)明呼出的氣體中含有哪種氣體比較多？二氧化碳使澄清石灰水變渾濁。方案二：用集氣瓶收集一瓶空氣和一瓶呼出的氣體，燃燒匙點(diǎn)燃分別放入2個(gè)瓶?jī)?nèi)，觀察現(xiàn)象。蠟燭在空氣里正常燃燒；在呼出氣體里燃燒不旺盛。那么，說(shuō)明空氣中含有什么氣體比較多？學(xué)生思考后回答：氧氣具有助燃性，空氣中氧氣比較多。

通過(guò)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，全班學(xué)生都參與到課堂中來(lái)，滿足了他們的好奇心，充分調(diào)動(dòng)了他們的學(xué)習(xí)熱情。在活動(dòng)中，學(xué)生的學(xué)習(xí)不是被動(dòng)接受，而是在教師的帶領(lǐng)下主動(dòng)探究，把文字結(jié)論及其隱含的意義轉(zhuǎn)變成自己的認(rèn)識(shí)對(duì)象，轉(zhuǎn)化為自己成長(zhǎng)的養(yǎng)分，內(nèi)化為相應(yīng)的學(xué)科素養(yǎng)。

三、導(dǎo)學(xué)，對(duì)學(xué)習(xí)對(duì)象進(jìn)行深度加工

深度學(xué)習(xí)要求學(xué)生能夠抓住教學(xué)內(nèi)容的本質(zhì)屬性，全面把握知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系。這個(gè)過(guò)程不單是教師將事物本質(zhì)告訴學(xué)生的過(guò)程，而是學(xué)生主動(dòng)去探索、去把握的過(guò)程，要使學(xué)生與正在學(xué)習(xí)的內(nèi)容之間建立一種緊密聯(lián)系。七年級(jí)下冊(cè)第8章第1節(jié)“生物體的基本結(jié)構(gòu)”的教學(xué)重點(diǎn)是兩個(gè)臨時(shí)裝片的制作和觀察，教學(xué)難點(diǎn)是使用顯微鏡，這一組實(shí)驗(yàn)時(shí)間緊、任務(wù)重，教師要改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)能順利進(jìn)行。

筆者嘗試?yán)醚腽^“虛擬實(shí)驗(yàn)室”導(dǎo)學(xué)，促使學(xué)生進(jìn)行深度的個(gè)性化學(xué)習(xí)。課前布置學(xué)生進(jìn)入央館“虛擬實(shí)驗(yàn)室”，點(diǎn)擊3D動(dòng)畫(huà)視頻“制作并觀察臨時(shí)裝片”。利用虛擬實(shí)驗(yàn)的游戲功能，讓學(xué)生在游戲中熟悉實(shí)驗(yàn)步驟：擦、滴、撕（刮）、展（涂）、蓋、染。依照步驟提示自主開(kāi)展練習(xí)。在練習(xí)過(guò)程中，教師適時(shí)引導(dǎo)打開(kāi)錯(cuò)誤提示按鈕，如果出現(xiàn)了錯(cuò)誤操作，學(xué)生就可以根據(jù)提示一步一步完成實(shí)驗(yàn)操作的糾正，熟練后關(guān)閉錯(cuò)誤提示按鈕，自主開(kāi)展練習(xí)。有了虛擬實(shí)驗(yàn)的導(dǎo)學(xué)過(guò)程，學(xué)生對(duì)于臨時(shí)裝片制作步驟爛熟于心，這樣在進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生操作起來(lái)就能做到有條不紊。

筆者錄制微課，比較兩種臨時(shí)裝片制作不同之處或者學(xué)生容易錯(cuò)誤操作之處，以促進(jìn)學(xué)生深層次思考。微課1滴什么液體：展示滴入清水和生理鹽水對(duì)于洋蔥表皮細(xì)胞的作用。微課2如何蓋蓋玻片：教師演示正確操作，解釋錯(cuò)誤操作的危害。微課3如何染色：教師演示均勻染色的技巧。微課4用顯微鏡觀察不到怎么辦：教師演示顯微鏡操作中常見(jiàn)的三個(gè)問(wèn)題——視野一片黑暗、觀察不到物像、物像不在視野里，并給出相應(yīng)的解決方法。

深度學(xué)習(xí)是把握知識(shí)本質(zhì)的學(xué)習(xí)過(guò)程，能夠使學(xué)生“學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)”，形成對(duì)學(xué)習(xí)對(duì)象進(jìn)行深度加工的意識(shí)與能力，提升學(xué)生的思維水平，加強(qiáng)學(xué)生與知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系。在本節(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，導(dǎo)學(xué)是讓學(xué)生在游戲中熟悉制作臨時(shí)裝片的實(shí)驗(yàn)步驟，在“玩”中“學(xué)”。學(xué)生整個(gè)練習(xí)的過(guò)程就是在進(jìn)行深度的個(gè)性化學(xué)習(xí)。每個(gè)學(xué)生的易錯(cuò)點(diǎn)不同，經(jīng)過(guò)反復(fù)操作，易錯(cuò)點(diǎn)就會(huì)在學(xué)生腦海留下深刻的印象，在實(shí)際觀察實(shí)驗(yàn)中就能避免再次犯錯(cuò)，以“虛”促“實(shí)”，解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)重點(diǎn)問(wèn)題。再通過(guò)4個(gè)微課視頻，展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的本質(zhì)，學(xué)生只有把握實(shí)驗(yàn)過(guò)程的本質(zhì)，才能認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)中的多樣表現(xiàn)、各種變化，才能舉一反三，順利完成實(shí)驗(yàn)。

綜上，智慧課堂提供給學(xué)生更多樣的分享媒介，央館“虛擬實(shí)驗(yàn)室”就是其中一種。利用智慧課堂中現(xiàn)代信息技術(shù)手段，促使學(xué)生實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，有助于培育學(xué)生的核心素養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生作為社會(huì)主體所必須具備的健康身心、高水平的文化修養(yǎng)、較強(qiáng)的實(shí)踐能力和高尚的精神境界。

［參考文獻(xiàn)］

［1］田慧生，劉月霞.深度學(xué)習(xí)：走向核心素養(yǎng)[M].北京：教育科學(xué)出版社，2018.