虛擬實(shí)驗(yàn)在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用研究

一、引言

將虛擬實(shí)驗(yàn)引人高中生物教學(xué)，能夠進(jìn)一步解決傳統(tǒng)高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的形式陳舊、單一，實(shí)驗(yàn)器材短缺，實(shí)驗(yàn)課時(shí)不充分，學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣不高等問題。以虛擬實(shí)驗(yàn)為抓手，能夠進(jìn)一步帶動(dòng)高中生物教學(xué)的提質(zhì)增效，有利于培養(yǎng)和增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，鍛煉學(xué)生的高階思維能力和綜合素養(yǎng)。本文旨在探討虛擬實(shí)驗(yàn)在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用，為生物教學(xué)提供新的視角和方法。

二、虛擬實(shí)驗(yàn)在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用可行性

（一）虛擬實(shí)驗(yàn)的含義與特點(diǎn)

虛擬實(shí)驗(yàn)是一種利用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段。它通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)結(jié)果以三維圖像的形式展現(xiàn)給學(xué)生，使學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的掌握和運(yùn)用。虛擬實(shí)驗(yàn)具有操作便捷、安全無害、資源豐富等優(yōu)勢(shì)，可以有效解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一些難題。

（二）虛擬實(shí)驗(yàn)在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值

1.有利于豐富教學(xué)內(nèi)容

虛擬實(shí)驗(yàn)可以模擬各種復(fù)雜的生物實(shí)驗(yàn)過程，使學(xué)生能夠更加直觀地了解生物學(xué)的相關(guān)知識(shí)。通過虛擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以觀察到微觀的生物結(jié)構(gòu)、生物化學(xué)反應(yīng)的過程等，從而加深對(duì)生物學(xué)的理解。同時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)還可以將一些難以進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)通過模擬的方式展現(xiàn)出來，使學(xué)生能夠在安全的環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。

2.有利于拓展教學(xué)路徑

虛擬實(shí)驗(yàn)可以與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，形成多元化的教學(xué)方法。教師可以根據(jù)教學(xué)需要，選擇合適的虛擬實(shí)驗(yàn)資源，結(jié)合傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，以達(dá)到更好的教學(xué)效果。此外，虛擬實(shí)驗(yàn)還可以作為學(xué)生自主學(xué)習(xí)的工具，學(xué)生可以在課后利用虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和鞏固知識(shí)。

3.有利于評(píng)估教學(xué)效果

虛擬實(shí)驗(yàn)可以實(shí)時(shí)記錄學(xué)生的操作過程和結(jié)果，為教師提供全面的教學(xué)效果評(píng)估數(shù)據(jù)。教師可以根據(jù)學(xué)生的操作情況，及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略和方法，以更好地滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。同時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)還可以為學(xué)生提供自我評(píng)估的機(jī)會(huì)，幫助學(xué)生了解自己的學(xué)習(xí)狀況和進(jìn)步情況。

（三）虛擬實(shí)驗(yàn)在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)

1.應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（1）操作便捷：學(xué)生可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)操作，無需復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和場(chǎng)地。

（2）安全無害：虛擬實(shí)驗(yàn)不會(huì)產(chǎn)生任何有害物質(zhì)或?qū)Νh(huán)境造成污染。

（3）資源豐富：虛擬實(shí)驗(yàn)可以模擬各種復(fù)雜的生物實(shí)驗(yàn)過程和設(shè)備，為學(xué)生提供豐富的實(shí)驗(yàn)資源。

（4）實(shí)時(shí)反饋：虛擬實(shí)驗(yàn)可以實(shí)時(shí)記錄學(xué)生的操作過程和結(jié)果，為教師提供全面的教學(xué)效果評(píng)估數(shù)據(jù)。

2.現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)

（1）技術(shù)要求：虛擬實(shí)驗(yàn)需要一定的計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持，對(duì)于一些技術(shù)條件較差的學(xué)校來說存在一定的挑戰(zhàn)。

（2）師生互動(dòng)：雖然虛擬實(shí)驗(yàn)可以提供豐富的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，但仍然需要教師的引導(dǎo)和指導(dǎo)，如何實(shí)現(xiàn)師生之間的有效互動(dòng)是一個(gè)挑戰(zhàn)。

（3）學(xué)生自主性：虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要學(xué)生具備一定的自主性，如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性是一個(gè)重要的挑戰(zhàn)。

三、虛擬實(shí)驗(yàn)在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用路徑

（一）利用現(xiàn)代技術(shù)，搭建虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

高中生物教學(xué)中想要更好地開展虛擬實(shí)驗(yàn)，需要教師首先為學(xué)生搭建虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，從硬件設(shè)施、軟件設(shè)施兩大方面做好落實(shí)。其中，硬件設(shè)施主要是電子計(jì)算機(jī)，軟件設(shè)施主要有VirtualLab、BioDigital。除了國外的生物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，國內(nèi)也開發(fā)設(shè)計(jì)了支持生物模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如NOBOOK。

在使用該軟件時(shí)，教師可以結(jié)合高中生物教材和特定學(xué)科，根據(jù)教學(xué)需要，選取不同的虛擬實(shí)驗(yàn)。在NOBOOK平臺(tái)上，絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)都包含在其中，用戶可以通過單擊相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)圖像，用鼠標(biāo)拖曳即可進(jìn)行。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)能夠極大地提升高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率，優(yōu)化資源配置，并通過科學(xué)數(shù)據(jù)分析、理實(shí)一體教學(xué)等手段提升教學(xué)質(zhì)量。

學(xué)校應(yīng)積極創(chuàng)設(shè)適合虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的環(huán)境，如建設(shè)專門的虛擬實(shí)驗(yàn)室、提供豐富的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源等。同時(shí)，學(xué)校還可以組織一些小組討論或項(xiàng)目合作等活動(dòng)，以促進(jìn)師生之間的交流和合作。教師在設(shè)計(jì)活動(dòng)時(shí)，要從以下方面做好重點(diǎn)關(guān)注。

首先，保證課程材料易于獲取且便于共享，教師可以將課程材料與虛擬實(shí)驗(yàn)放置于線上共享平臺(tái)，方便學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)需求開展課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)，使其能更靈活接觸學(xué)習(xí)資料，并更好地參與實(shí)驗(yàn)互動(dòng)。在課程設(shè)計(jì)與資源配置上，教師要考慮學(xué)生的主題差異，以及學(xué)習(xí)喜好、學(xué)習(xí)節(jié)奏，并且保證其清楚地知道實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ｆ浯危O(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)效果。在教學(xué)過程中，需明確目標(biāo)，及時(shí)評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，確保學(xué)生達(dá)到期望學(xué)習(xí)效果。

在實(shí)施過程中，教師應(yīng)結(jié)合全班學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，確保虛擬實(shí)驗(yàn)質(zhì)量。以便根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度調(diào)整教學(xué)節(jié)奏，優(yōu)化教學(xué)路徑。最后，教師應(yīng)加強(qiáng)與學(xué)生的交流，指導(dǎo)其高效開展虛擬實(shí)驗(yàn)，深化理解和掌握。

（二）虛擬實(shí)驗(yàn) 設(shè)備，構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)環(huán)境

虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驗(yàn)閷W(xué)生提供一種全新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，通過模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使學(xué)生能夠在虛擬世界中親自動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的趣味性和實(shí)踐性。虛擬實(shí)驗(yàn)依托計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能夠?yàn)閷W(xué)生創(chuàng)建真實(shí)可感的網(wǎng)絡(luò)化虛擬空間。在虛擬實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生得以憑借高度仿真的實(shí)驗(yàn)器具、實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)施，僅憑鼠標(biāo)操作，便能順利完成仿真實(shí)驗(yàn)，并獲取準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。將VR設(shè)備應(yīng)用于虛擬實(shí)驗(yàn)，能夠更好地將實(shí)體實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來，例如，教師在課前可以布置相應(yīng)的預(yù)習(xí)任務(wù)，組織學(xué)生以翻轉(zhuǎn)課堂的形式提前查找相關(guān)資料，了解具體的實(shí)驗(yàn)原理，明確顯微鏡的操作步驟。教師應(yīng)緊密結(jié)合虛擬實(shí)驗(yàn)，始終以學(xué)生為主體，靈活運(yùn)用現(xiàn)代化信息技術(shù)，以豐富教學(xué)活動(dòng)。這能夠保障課堂節(jié)奏緊湊，環(huán)節(jié)流暢。

在教學(xué)中，借助虛擬實(shí)驗(yàn)，教師能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)實(shí)驗(yàn)的聯(lián)動(dòng)整合。例如，在講解細(xì)胞相關(guān)知識(shí)時(shí)，在關(guān)于“如何鑒定細(xì)胞活性”這一內(nèi)容上，教師可以將如何鑒定細(xì)胞活性、如何觀察細(xì)胞質(zhì)、如何觀察細(xì)胞是否出現(xiàn)質(zhì)壁分離等多個(gè)問題整合起來，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過觀察思考，進(jìn)一步解決課堂教學(xué)中的核心問題。利用VR設(shè)備，教師還可以熟練操作顯微鏡，熟悉其使用要求。虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師還可以進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生深入分析實(shí)驗(yàn)，以問題為導(dǎo)向，激發(fā)學(xué)生的思考熱情，帶領(lǐng)他們深入探究。通過虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)方式，學(xué)生的積極性、主動(dòng)性被極大調(diào)動(dòng)起來，能使教師更順暢地達(dá)成預(yù)期教學(xué)效果。這種方式還有利于指導(dǎo)學(xué)生在親身實(shí)踐中精準(zhǔn)掌握實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)，從而有效提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

（三）虛擬實(shí)驗(yàn)+微課技術(shù)，突破生物實(shí)驗(yàn)的重難點(diǎn)內(nèi)容

在虛擬實(shí)驗(yàn)中，教師除了帶領(lǐng)學(xué)生開展實(shí)踐操作外，還可以結(jié)合微課視頻向?qū)W生具體介紹實(shí)驗(yàn)原理，講解實(shí)驗(yàn)步驟，激發(fā)學(xué)生參與生物實(shí)驗(yàn)探究的熱情。例如，在課前，教師以微課視頻為導(dǎo)人，能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，使其帶著問題進(jìn)課堂，進(jìn)一步提升課堂教學(xué)效果。在課中，結(jié)合微課視頻與虛擬實(shí)驗(yàn)，教師能夠更快更好地突破教學(xué)重難點(diǎn)。教師可以組織學(xué)生開展以小組為單位的實(shí)驗(yàn)討論，總結(jié)各組的實(shí)驗(yàn)方案，并用虛擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這些方案。這能夠幫助學(xué)生在加深實(shí)驗(yàn)印象的同時(shí)，在“猜想、驗(yàn)證、優(yōu)化、提升”中，實(shí)現(xiàn)進(jìn)步與成長(zhǎng)。對(duì)于一些傳統(tǒng)生物實(shí)驗(yàn)中難以直觀觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，利用虛擬實(shí)驗(yàn)，能夠更好地表現(xiàn)出來。例如，在講解生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)相關(guān)內(nèi)容時(shí)，教師可以讓學(xué)生以小組為單位，提前了解本節(jié)課所用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，以及具體的實(shí)驗(yàn)操作方式。再由教師為學(xué)生展示虛擬實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)的微課視頻，逐步引導(dǎo)其掌握物質(zhì)鑒定類實(shí)驗(yàn)的一般原理和操作方法。

（四）應(yīng)用評(píng)測(cè)系統(tǒng)，檢驗(yàn)學(xué)生的生物實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/p>

教師在虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)束后，要注意評(píng)估學(xué)生學(xué)習(xí)效果，教師要根據(jù)不同的區(qū)域、學(xué)校、課程、不同的學(xué)生基礎(chǔ)，制定符合學(xué)生學(xué)習(xí)背景和學(xué)習(xí)需要的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，確保使用的評(píng)估方法客觀、準(zhǔn)確、標(biāo)準(zhǔn)，保證評(píng)價(jià)結(jié)果客觀公平。

1.評(píng)估學(xué)生的知識(shí)掌握情況

在評(píng)估學(xué)生虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)科知識(shí)掌握情況時(shí)，教師可以通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，以實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式進(jìn)行詳細(xì)了解。例如，教師結(jié)合虛擬實(shí)驗(yàn)的操作步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果，考查學(xué)生對(duì)各環(huán)節(jié)的掌握情況，客觀全面地了解學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)中的知識(shí)掌握情況。

2.評(píng)估學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能情況

虛擬實(shí)驗(yàn)不僅是向?qū)W生傳遞生物知識(shí)的重要工具，也是提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的重要手段，能夠使其操作能力更加熟練。對(duì)此，教師需要結(jié)合操作技能，做好測(cè)試評(píng)估。在評(píng)價(jià)時(shí)，教師需綜合考慮虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的過程性數(shù)據(jù)和學(xué)生主觀感受，積極收集學(xué)生的反饋意見，并將其作為改進(jìn)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的重要依據(jù)。通過虛擬實(shí)驗(yàn)，評(píng)估學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)中的具體表現(xiàn)，包括學(xué)習(xí)熱情、知識(shí)理解和實(shí)驗(yàn)技能的掌握，同時(shí)評(píng)估學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性、創(chuàng)新性和可操作性。這不僅能夠讓學(xué)生更好地理解生物學(xué)科知識(shí)，還能進(jìn)一步鍛煉其科學(xué)思維，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。

3.評(píng)估教學(xué)效果情況

教師在開展虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，要廣泛收集學(xué)生對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)的意見，結(jié)合虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的易用性、清晰度進(jìn)行評(píng)價(jià)，以深人了解學(xué)生的反饋。教師要結(jié)合學(xué)生的高中生物學(xué)科知識(shí)水平、實(shí)驗(yàn)技能、思維能力，不斷優(yōu)化虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用方法，調(diào)整教學(xué)思路，使虛擬實(shí)驗(yàn)在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用更加高效、便捷。

4.評(píng)估實(shí)驗(yàn)成果

在評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)成果時(shí)，教師可使用實(shí)驗(yàn)報(bào)告及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果直觀反映學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)及知識(shí)的掌握程度。實(shí)驗(yàn)報(bào)告可以更好地概括并體現(xiàn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及目標(biāo)的理解。在對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估和評(píng)估時(shí)，教師需關(guān)注實(shí)驗(yàn)難度，以及實(shí)驗(yàn)材料，并通過調(diào)查問卷，了解學(xué)生對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)的態(tài)度和觀點(diǎn)，為學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)提供強(qiáng)有力支持。

四、關(guān)于虛擬實(shí)驗(yàn)在高中生物教學(xué)中的注意事項(xiàng)

虛擬實(shí)驗(yàn)在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，無疑帶來了許多優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也面臨著一些挑戰(zhàn)。雖然虛擬實(shí)驗(yàn)的操作相對(duì)簡(jiǎn)單，但教師需要掌握一定的信息技術(shù)應(yīng)用能力和實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，才能更好地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)。因此，學(xué)校需要加強(qiáng)對(duì)教師的培訓(xùn)和教育。此外，虛擬實(shí)驗(yàn)雖然具有許多優(yōu)勢(shì)，但并不能完全替代傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在實(shí)施虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際教學(xué)需求和學(xué)生特點(diǎn)，設(shè)計(jì)合適的教學(xué)活動(dòng)和教學(xué)內(nèi)容。教師在虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，需要注重學(xué)生的反饋和表現(xiàn)，及時(shí)調(diào)整教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容，以提高教學(xué)效果。同時(shí)，教師也應(yīng)將虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，互相補(bǔ)充，以提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

五、結(jié)束語

綜上所述，虛擬實(shí)驗(yàn)在高中生物教學(xué)中有極好的應(yīng)用價(jià)值。教師要與時(shí)俱進(jìn)，及時(shí)更新教學(xué)理念，創(chuàng)新教學(xué)手法，拓展教學(xué)路徑，積極打造多元化、全方位的生物教學(xué)體系，以培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和學(xué)科素養(yǎng)的高優(yōu)秀人才。

作者單位：張婧 山東省棗莊市第八中學(xué)

參考文獻(xiàn)

[1]嚴(yán)小燕.高中生物虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐創(chuàng)新研究——以“土壤中分解尿素的細(xì)菌的分離與計(jì)數(shù)”為例[J].高考，2024，（13）：125-127.

[2]吳嫣婷.5E教學(xué)模式下高中生物虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用初探——以“用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)”為例[J].高考，2023，（27）：150-152.

[3]余晶晶.高中生物虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐創(chuàng)新研究[J].高考，2023，（26）：150-152.

[4]江晶.高中生物虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新研究[J].成才，2022，（12）：15-17.

[5]胡玉琳.高中生物教學(xué)中虛擬實(shí)驗(yàn)的合理應(yīng)用[J].新課程導(dǎo)學(xué)，2018，（23）：17.