基于NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室的高中生物教學(xué)

摘要：目前虛擬實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在物理、化學(xué)、生物等實(shí)驗(yàn)學(xué)科的教學(xué)中。虛擬實(shí)驗(yàn)室通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)各種實(shí)驗(yàn)操作，模擬各種實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提供與實(shí)際操作相似的實(shí)踐體驗(yàn)。本文介紹了NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室生物高中版的三個(gè)功能：3D資源、顯微鏡、互助課件，并結(jié)合教學(xué)片段分析總結(jié)了這些功能在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高中生物；NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室

中圖分類號(hào)：G434" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" 論文編號(hào)：1674-2117（2024）06-0074-03

生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，無(wú)論是理論知識(shí)的講授，還是實(shí)踐能力的提升都離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。高中生物學(xué)教材實(shí)驗(yàn)眾多，部分實(shí)驗(yàn)操作步驟多且周期長(zhǎng)，課本微觀生物學(xué)的知識(shí)點(diǎn)豐富，單憑黑板或課件上的“文字實(shí)驗(yàn)”很難讓學(xué)生掌握。這時(shí)我們可以通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)，利用其便捷性、逼真性等優(yōu)點(diǎn)來(lái)打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間和空間的局限性，拓寬學(xué)生在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的學(xué)習(xí)范圍和機(jī)會(huì)。本文以NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室的使用為例，通過(guò)三個(gè)教學(xué)片段，展現(xiàn)了該平臺(tái)在生物教學(xué)的實(shí)驗(yàn)觀察、結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)、模型構(gòu)建的應(yīng)用。

教學(xué)片段一：顯微鏡功能有效輔助觀察類的實(shí)驗(yàn)

顯微鏡一直是生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要工具，高中生物顯微鏡實(shí)驗(yàn)大多需要學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)制作裝片，由于其操作步驟繁瑣、取材不規(guī)范，并不是所有的學(xué)生都能在一節(jié)課時(shí)間內(nèi)制作出合格的裝片用于觀察，此時(shí)教師可以借助NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室的顯微鏡功能輔助教學(xué)。

例如，在人教版高中生物必修一“觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂”的實(shí)驗(yàn)中，操作復(fù)雜而且成功率低，教師可以借助虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)輔助教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)課前，教師布置學(xué)生運(yùn)用平臺(tái)的虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)習(xí)，提前了解實(shí)驗(yàn)的大致流程。學(xué)生在電腦端的操作步驟如下：

①進(jìn)入NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室主頁(yè)面，選擇NB高中生物，在網(wǎng)頁(yè)操作界面可以看到“資源類型”的選項(xiàng)，在其中單擊鼠標(biāo)左鍵，選擇“顯微鏡”選項(xiàng)，如下頁(yè)圖1所示。

②選擇“觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂”的實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)進(jìn)入可以看到該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、材料用具、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒂懻撘c(diǎn)，點(diǎn)擊相關(guān)選項(xiàng)會(huì)出現(xiàn)相關(guān)詳細(xì)的文字說(shuō)明，點(diǎn)擊“開(kāi)始實(shí)驗(yàn)”即可進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)的虛擬操作。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)的操作界面，如下頁(yè)圖2所示。

③點(diǎn)擊并拖拽可以實(shí)現(xiàn)虛擬材料用具的移動(dòng)，按照左側(cè)文字提示依次完成“解離、漂洗、染色、制片觀察”的操作。如果能正確完成當(dāng)前步驟，在該步驟右下方會(huì)出一個(gè)“√”的圖標(biāo)提示；若操作錯(cuò)誤，松開(kāi)鼠標(biāo)后虛擬材料會(huì)恢復(fù)原始位置。

④NB高中生物的顯微鏡功能還提供了清晰的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。點(diǎn)擊“制片、觀察”操作步驟，按照提示調(diào)節(jié)顯微鏡，右上方會(huì)出現(xiàn)“最佳視野”的圖像，鼠標(biāo)雙擊該圖像可實(shí)現(xiàn)圖片放大的功能。在正式實(shí)驗(yàn)課上教師結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)操作的規(guī)范性，課后以平臺(tái)提供的清晰實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖作為參考，指導(dǎo)學(xué)生辨認(rèn)有絲分裂各時(shí)期圖像。

教學(xué)片段二：3D資源模型加深微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)

人教版高中生物學(xué)必修一《分子與細(xì)胞》的教材內(nèi)容大多屬于微觀生物學(xué)范疇，普通實(shí)驗(yàn)室的光學(xué)顯微鏡是沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)觀察的。使用課本的平面結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行教學(xué)講解，是該內(nèi)容授課的基本形式，但是細(xì)胞結(jié)構(gòu)相關(guān)概念比較抽象，2D平面結(jié)構(gòu)圖無(wú)法充分幫助學(xué)生理解，利用NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室的3D資源，就能豐富課堂教學(xué)，為學(xué)生有效認(rèn)識(shí)細(xì)胞結(jié)構(gòu)提供條件。

例如，在進(jìn)行“細(xì)胞器之間的分工合作”的教學(xué)時(shí)，教師可以采用課本2D平面結(jié)構(gòu)融合3D模型的教學(xué)模式，吸引學(xué)生眼球，增加課堂的趣味性。在講解植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)時(shí)，教材的平面彩圖能讓學(xué)生辨認(rèn)出葉綠體、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細(xì)胞器的基本結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上借助平臺(tái)的3D模型，使用鼠標(biāo)進(jìn)行雙擊、旋轉(zhuǎn)、拖拽等操作，可以將每個(gè)細(xì)胞器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)充分展現(xiàn)出來(lái)，呈現(xiàn)出震撼的視覺(jué)效果。下面，以認(rèn)識(shí)葉綠體的亞顯微結(jié)構(gòu)3D圖的過(guò)程為例，介紹具體操作過(guò)程。

①在資源類型中選擇“3D資源”選項(xiàng)，找到“植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)”的圖標(biāo)，點(diǎn)擊即可出現(xiàn)植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖的3D圖片。圖片色彩豐富，生動(dòng)形象地展示了植物細(xì)胞的亞顯微結(jié)構(gòu)。點(diǎn)擊圖中某個(gè)細(xì)胞器，頁(yè)面會(huì)出現(xiàn)該細(xì)胞器的名稱及功能簡(jiǎn)介。

②用鼠標(biāo)點(diǎn)中“植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)”圖中的某個(gè)細(xì)胞器然后雙擊，可以實(shí)現(xiàn)該細(xì)胞器的放大功能，放大后的單個(gè)細(xì)胞器能清晰展示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。雙擊圖中右上方的葉綠體，屏幕視野出現(xiàn)葉綠體3D圖，如下頁(yè)圖3所示，有條件可以借助3D眼鏡觀察。使用葉綠體3D圖片教學(xué)，解決了常規(guī)教學(xué)無(wú)法形象觀察細(xì)胞器結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，也有助于學(xué)生區(qū)分葉綠體內(nèi)膜和類囊體薄膜這兩個(gè)易混淆的概念。

教學(xué)片段三：互助課件模擬模型構(gòu)建的過(guò)程

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確提出構(gòu)建模型是高中學(xué)生必須掌握的科學(xué)方法之一。建模的教學(xué)策略能讓學(xué)生在模型構(gòu)建活動(dòng)中深入理解知識(shí)的生成過(guò)程，促進(jìn)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成，尤其是科學(xué)思維能力的提升。傳統(tǒng)教學(xué)中，教師只利用課本已經(jīng)建好的模型講解，容易忽視讓學(xué)生主動(dòng)建模的過(guò)程。教師將NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室的互助課件用于課堂教學(xué)，不僅能高效制作課件，還解決了在模型構(gòu)建課上學(xué)生參與度低的問(wèn)題。

例如，“減數(shù)分裂”是高中階段的重點(diǎn)和難點(diǎn)，其不僅是必修二當(dāng)中關(guān)鍵的知識(shí)點(diǎn)之一，還是孟德?tīng)栠z傳定律的基礎(chǔ)。利用物理模型構(gòu)建的教學(xué)方式可以令該節(jié)課內(nèi)容由微觀轉(zhuǎn)化為宏觀知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生更容易理解減數(shù)分裂各時(shí)期的特征。下面以“建立減數(shù)分裂中染色體變化的模型”為例，介紹具體操作過(guò)程。

①在資源類型中選擇“互助課件”選項(xiàng)，鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊“建立減數(shù)分裂中染色體變化的模型”進(jìn)入模型構(gòu)建的頁(yè)面，如圖4所示。頁(yè)面中各時(shí)期的圖形都是空白的，頁(yè)面的右邊整齊排列著各時(shí)期的染色體形態(tài)圖，教師可以在課上讓學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)操作，完成模型的構(gòu)建。

②點(diǎn)擊界面右側(cè)的染色體形態(tài)圖并使用拖拽功能，把對(duì)應(yīng)的染色體形態(tài)圖移動(dòng)到對(duì)應(yīng)的分裂時(shí)期。如果染色體形態(tài)圖沒(méi)有拖到對(duì)應(yīng)分裂時(shí)期，平臺(tái)會(huì)給出相關(guān)文字提示，直至操作者找出匹配的答案。在學(xué)生完成建模后，教師點(diǎn)評(píng)操作，分析學(xué)生錯(cuò)誤的原因并給予指導(dǎo)意見(jiàn)，這樣有助于降低模型構(gòu)建的難度，加深學(xué)生對(duì)減數(shù)分裂過(guò)程的形象記憶。

結(jié)語(yǔ)

仿真性、便捷性和交互性是NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室的突出亮點(diǎn)，教師用它進(jìn)行課前復(fù)習(xí)和課堂演示實(shí)驗(yàn)?zāi)芴岣呓虒W(xué)的趣味性，學(xué)生將其用于課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，能更好地理解實(shí)驗(yàn)，從而提高科學(xué)探究能力。當(dāng)然，NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室只是一種教學(xué)工具，它并不能完全取代真實(shí)實(shí)驗(yàn)。在使用虛擬實(shí)驗(yàn)室時(shí)，教師應(yīng)秉承“能真不虛，虛實(shí)結(jié)合”的教學(xué)觀念，使其更好地為教學(xué)服務(wù)。