NOBOOK虛擬實驗平臺在初中生物學實驗教學中的應(yīng)用研究

摘要：實驗教學是初中生物教學的重要組成部分，旨在培養(yǎng)學生的動手能力及幫助學生更好的理解理論知識。“新課標”提倡有條件的學校充分運用互聯(lián)網(wǎng)、多媒體等技術(shù)開展虛擬實驗教學。基于此，本文介紹了基于NOBOOK虛擬實驗平臺的初中生物實驗教學，供相關(guān)教師參考。

關(guān)鍵字：NOBOOK虛擬實驗平臺；實驗教學；初中生物；應(yīng)用

現(xiàn)階段，初中生物實驗教學存在專業(yè)教師少、教學方法單一、實驗儀器不足等問題，導致初中生物實驗教學質(zhì)量不高。隨著教育信息化改革的深入發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在生物實驗教學中得到應(yīng)用。這項技術(shù)可以模擬現(xiàn)實環(huán)境，幫助學生身臨其境地開展實驗。在條件有限、實驗難以順利開展時，充分使用虛擬實驗平臺開展實驗教學，有助于學生通過深度參與實驗過程而理解實驗內(nèi)容，從而獲得良好的教學效果。

NOBOOK虛擬實驗平臺作為涵蓋初高中生物學虛擬實驗的一款仿真軟件，引入了HTML5技術(shù)作為底層技術(shù)架構(gòu)，最新的V2版本采用新型的骨架結(jié)構(gòu)及3D引擎[1]。其中，初中版涵蓋不同版本的主流教材生物學實驗，設(shè)備配備顯微鏡裝片、3D模型等，是教學技術(shù)市場比較完善的軟件系統(tǒng)。在初中生物學實驗教學中使用NOBOOK虛擬實驗平臺，不僅可以激發(fā)學生的學習興趣，還能解決學校實驗設(shè)備不足等問題，對于輔助初中生物學實驗教學發(fā)揮著重要的作用。此外，初中教師將其應(yīng)用于實驗拓展、課程復(fù)習等方面，有助于鍛煉學生的學習能力，提升實驗教學效果。

一、NOBOOK虛擬實驗平臺概述

生物是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科，反過來，實驗教學是生物教學中的基本形式。NOBOOK虛擬實驗平臺是誕生于2014年的教學軟件，該軟件支持在線使用，兼容PC端、移動端設(shè)備，適用于windows、android等多種操作系統(tǒng)。教師利用NOBOOK虛擬實驗平臺開展實驗教學時，可以把實驗移植到不同的應(yīng)用上，從而擺脫硬件方面的限制。將NOBOOK虛擬實驗平臺用于生物實驗教學環(huán)節(jié)，便于教師為學生演示實驗，可將繁瑣的實驗變得更加高效、簡單，從而提升實驗教學效率及教學效果。此外，將NOBOOK虛擬實驗平臺用于初中生物實驗教學，有利于避免部分實驗的安全性風險，打破部分實驗的時空限制，對于培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)、提升生物教學質(zhì)量具有重要的意義。

NOBOOK虛擬實驗平臺的使用方法如下：打開NOBOOK軟件，進入相應(yīng)的登錄頁面（NOBOOK虛擬實驗平臺登錄界面如圖1所示）。輸入相應(yīng)的賬號和密碼，即可進入。根據(jù)實際階段，可以選則初中版或高中版。使用者依據(jù)自己的年級打開相應(yīng)的實驗點擊進入。每一個實驗項目包含實驗原理、材料用具、操作步驟等，學生順利打開實驗項目，進而明確實驗?zāi)康牡软椖浚S之，單擊開始實驗，即可借助鼠標對真實實驗場景進行模擬，如切片、調(diào)試顯微鏡等操作，從而獲得相應(yīng)的實驗結(jié)果。NOBOOK虛擬實驗平臺支持實驗檢索，學生可以在搜索欄輸入相應(yīng)的關(guān)鍵詞，即可檢索出想要的實驗案例。案例支持點擊觀看、模擬實驗等操作。

二、NOBOOK虛擬實驗平臺使用優(yōu)劣勢

（一）優(yōu)勢分析

生物“新課標”明確指出：“依托實驗等一系列實踐活動，加深學生對于生物學相關(guān)概念的理解，有利于激發(fā)學生探究生物學知識的興趣，學會采用科學的觀點、思路及方法解決現(xiàn)實中的問題，大幅提升學生應(yīng)用生物學知識的能力”[2]。“新課標”要求教師創(chuàng)造良好的教學條件，指導學生親身參與實踐活動，確保課程教學獲得良好的效果。與傳統(tǒng)實驗教學相比，NOBOOK虛擬實驗平臺具有靈活性好、交互性強、仿真性高等優(yōu)點，學生利用鼠標即可順利完成虛擬實驗過程，也可以深入觀察實驗現(xiàn)象、分析實驗結(jié)果等，大幅度提升了學生實驗探究能力，也能在一定程度上鍛煉學生的科學思維能力[3]。教師借助NOBOOK虛擬實驗平臺輔助開展生物學實驗教學，相當于為學生提供不受時間、空間限制的實驗室，學生在任意地方、任何時間均可利用虛擬實驗平臺完成實驗操作。從空間視角分析，NOBOOK虛擬實驗平臺支持那些因客觀因素無法開展的生物實驗得以順利完成。從時間方面分析，NOBOOK虛擬實驗平臺有利于降低實驗操作的教學周期，確保實驗結(jié)果或現(xiàn)象能在較短時間之內(nèi)呈現(xiàn)出來，不僅可以節(jié)省實驗教學時間，還能提升實驗教學效率。隨著互聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，遠程虛擬實驗室得到發(fā)展。在遠程虛擬實驗中，實驗操作不再局限于生物實驗室中，實驗人員利用網(wǎng)絡(luò)可以不受時空限制開展實驗，與其他實驗人員共享實驗資源，滿足合作實驗、遠程實驗等要求，有利于提升學生的學習效率，為實驗教學工作提供重要的支持。

（二）劣勢分析

NOBOOK虛擬實驗平臺所用器材、實驗現(xiàn)象等均由代碼編譯而成，學生只是機械化對實驗步驟進行模擬，難以有效提升學生的實際操作能力。基于此，在利用NOBOOK虛擬實驗平臺開展生物學實驗教學中，教師不可盲目采用虛擬實驗代替真實的實驗教學，而是應(yīng)該充分發(fā)揮平臺的輔助作用，彌補真實實驗操作的不足之處[4]。教師在開展真實實驗教學時，不可避免地會出現(xiàn)實驗誤差，使得實驗結(jié)果與預(yù)期結(jié)果出現(xiàn)一定的差別。些許的誤差有利于激發(fā)學生的好奇心，讓學生在反復(fù)思索與驗證中掌握知識。而通過NOBOOK虛擬實驗平臺開展的實驗全部通過代碼編寫完成，按部就班向?qū)W生展現(xiàn)實驗流程及結(jié)果，不會發(fā)生偏差，過程和結(jié)果太完美反而不利于激發(fā)學生的探索欲望。通過分析發(fā)現(xiàn)，采用NOBOOK虛擬實驗平臺輔助生物學實驗教學中，教師不可盲目地一味采用虛擬實驗，而應(yīng)將其作為真實實驗的有效補充。

三、NOBOOK虛擬實驗平臺的實際應(yīng)用

（一）觀察類實驗的應(yīng)用

顯微鏡結(jié)構(gòu)觀察是初中生物實驗教學的重要組成部分，但是，一些纖維結(jié)構(gòu)材料難以獲取或?qū)嵨镉^察效果較差，往往限制實驗教學課程的開展。對于這類實驗，教師可采用NOBOOK虛擬實驗平臺代替實物開展實驗。NOBOOK虛擬實驗平臺中提供了大量顯微鏡實驗范例，內(nèi)容和類型比較豐富，且每一個實驗均明確說明實驗?zāi)康摹⒉牧嫌镁叩葍?nèi)容，可以指引學生開展實驗流程操作，體會真實的實驗場景[5]。例如，在進行“兩棲動物青蛙”的實驗教學中，該平臺能夠真實還原青蛙的形態(tài)，也支持動態(tài)展示青蛙跳躍、捕食等過程。在此基礎(chǔ)上，學生可利用系統(tǒng)透視圖觀察青蛙的呼吸、消化等系統(tǒng)的解剖情況。細胞是組成生物體結(jié)構(gòu)及功能的最基本單位，生物體的生命活動均以細胞生命活動為基礎(chǔ)。采用NOBOOK虛擬實驗平臺輔助實驗教學，以“觀察洋蔥鱗片葉表皮細胞 ”為例，具體教學內(nèi)容如下：要求學生清楚了解細胞結(jié)構(gòu)，理解細胞分裂、生長等知識。教師可先向?qū)W生發(fā)放任務(wù)導學單，主要內(nèi)容包含：1.利用NOBOOK虛擬實驗平臺模擬解剖花、了解花的結(jié)構(gòu)；2.介紹花傳粉、受精過程。在課堂教學過程中，教師首先要為學生創(chuàng)設(shè)合理的問題情境，引導學生思考為什么無法看到菠菜葉的細胞，以激發(fā)學生的好奇心。在此基礎(chǔ)上，教師通過播放視頻向?qū)W生講解不同生物材料的處理方法，對玻片分類等知識進行介紹。借助問題引導、學生互動、小組交流等教學環(huán)節(jié)讓學生學會制作、觀察指標細胞臨時裝片操作步驟及實驗注意要點。通過NOBOOK虛擬實驗平臺，讓學生在多媒體上展示如何制作臨時裝片，借助PPT呈現(xiàn)植物細胞結(jié)構(gòu)圖，經(jīng)過師生互動、小組溝通等環(huán)節(jié)，讓學生了解植物細胞結(jié)構(gòu)、功能等信息，虛擬實驗操作見圖2。

小組討論后，各組分別對植物細胞臨時裝片實驗步驟、植物細胞結(jié)構(gòu)等內(nèi)容進行總結(jié)。隨后，教師帶領(lǐng)學生進入真正的實驗環(huán)境中，觀察學生的操作規(guī)范性并適時予以指導。利用NOBOOK虛擬實驗平臺對實驗內(nèi)容進行復(fù)習，有利于激發(fā)學生的學習興趣，加深學生對實驗知識、原理的了解和掌握，提升學生的實驗操作技能。

（二）探究類實驗的應(yīng)用

探究學習有利于鍛煉學生的實踐能力和創(chuàng)新能力，開展探究性學習必須通過相應(yīng)的探究性活動予以落實。生物學實驗教學中，一些昂貴的實驗器材，受到價格的限制難以普及，部分實驗由于時間持續(xù)時間較長難以開展。采用NOBOOK虛擬實驗平臺開展實驗教學，器材、時間均不再是問題。例如，在初中生物實驗“探究酸雨對生物的影響”中，NOBOOK虛擬實驗平臺實驗顯示如下：將黃豆種子均勻劃分為三組，依次為A組、B組、C組，第一組采用清水培養(yǎng)，B組采用pH值為5的溶液進行培養(yǎng)，第三組采用pH值為3的溶液進行培養(yǎng)，除溶液pH值外，其他條件相同，注意觀察7日之內(nèi)種子萌芽情況，進一步分析酸雨對于黃豆種子萌發(fā)的影響。學生通過在線設(shè)計相應(yīng)的實驗方案，對相關(guān)數(shù)據(jù)進行觀察、記錄及分析，總結(jié)出酸雨帶來的危害。采用NOBOOK虛擬實驗平臺開展此次教學，不僅可以幫助學生順利完成科學探究過程，也能讓學生認同酸雨的危害，有利于學生樹立保護環(huán)境的生態(tài)意識，促進學生生物學核心素養(yǎng)的發(fā)展。

（三）調(diào)查類實驗的應(yīng)用

調(diào)查法是生物學實驗教學最常用的一種方法，包含定性與定量調(diào)查兩種。開展實驗教學時，教師要向?qū)W生提供學習量的測定機會，認真記錄、整理并分析相關(guān)實驗數(shù)據(jù)等內(nèi)容。NOBOOK虛擬實驗平臺也包含調(diào)查類實驗案例，學生可以根據(jù)需求選擇相應(yīng)的調(diào)查實驗HOL4g7yL9iUIWmLL3JA+6aWDy6s7irox0/XTaVdvfn0=范例。如在“開展測定食物中的能量”這一實驗中，NOBOOK虛擬實驗平臺直觀呈現(xiàn)花生、核桃依次放于酒精燈火焰上進行燃燒的過程。除此以外，還可利用溫度計查看水溫升高的變化情況。若是花生，屏幕上的溫度計顯示水溫自21.0oC上升至26.5oC，若為核桃，水溫則從21.0oC上升至42.8oC，不同組別均重復(fù)3次實驗。學生點擊鼠標后，表格內(nèi)會記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)，求出平均值，并對實驗結(jié)果展開分析，從而測出花生、核桃這兩種食物的含熱量分別為693g、2746.8g。上述實驗具有操作簡單、安全性高等特點，有利于鍛煉學生的實踐操作能力。

（四）解剖類實驗的應(yīng)用

由于人體器官解剖實驗需要的材料成本較高，難以在初中生物學實驗教學中全面實施。因此，這類實驗大多以教師演示的形式代替。而在實際教學過程中，往往就是把經(jīng)過解剖的器官投影至屏幕上。這種展示法會受到屏幕像素的影響，導致學生難以清晰觀察器官的結(jié)構(gòu)特征。隨著NOBOOK虛擬實驗平臺的出現(xiàn)及其在實驗教學中的應(yīng)用，其能支持虛擬器官的解剖，有利于學生更好地觀察器官結(jié)構(gòu)。如"觀察心臟結(jié)構(gòu)"這一實驗中，教師可采用NOBOOK虛擬實驗平臺的“3D”實驗功能對心臟結(jié)構(gòu)及功能開展虛擬實驗教學，引導學生對心臟外形進行觀察，幫助學生學會識別與心臟連接的血管，以及其他與心臟相關(guān)的知識。在此基礎(chǔ)上，教師可利用平臺上的翻轉(zhuǎn)模型，讓學生認識到，可以根據(jù)心尖朝向判定心臟的左右位置。教師引導學生完成心臟外形的觀察后，可以通過點擊心臟解剖“3D”模型，指導學生對心臟四個腔進行觀察，并幫助學生識別左右心房及心室。學生通過觀察心臟解剖“3D”模型，能夠準確識別與心臟四個腔連接的血管。在此基礎(chǔ)上，教師可引導學生對心臟瓣膜進行觀察。同時，教師通過對模型進行旋轉(zhuǎn)處理，能夠幫助學生多視角、全方面立體觀察心臟的結(jié)構(gòu)。

四、結(jié)束語

計算機有一定的參數(shù)誤差，因此虛擬實驗難以完全代替真實實驗。但在真實實驗難以有效展開或開展效果不理想時，教師可以借助NOBOOK虛擬實驗平臺開展實驗教學，但任何一種工具的選擇及使用均要基于教學目標，為教師更好地開展實驗教學所服務(wù)。不論是虛擬實驗還是真實實驗，其有效性取決于教師的教學設(shè)計工作。教師要鼓勵、指導學生積極參與設(shè)計實驗的過程，啟發(fā)學生的思維能力。日常開展生物實驗教學中，教師要重視為學生建立良好的教學平臺，為學生提供所需的支持，從而有利于鍛煉學生的能力，提升學生的綜合素養(yǎng)。

作者單位：靳麗麗 泰安市岱岳區(qū)范鎮(zhèn)第一中學

靳麗麗（1981.11-），女，漢族，山東泰安，本科，一級教師，研究方向：初中生物。

參考文獻

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