虛擬實驗平臺支持下的初中生物學實驗教學創新實踐

一、引言

生物學是一門以實驗為基礎的自然學科，開展生物實驗不僅能夠鍛煉學生的實踐操作能力和創新能力，還有助于學生更加深入地理解和掌握生物知識，提高生物課堂教學的有效性。但在實際教學中，由于教學設備不足、課時安排緊張、安全隱患多等因素，生物實驗往往被簡化甚至被取消，教學效果大打折扣，學生對實驗內容理解不深、操作技能薄弱[。隨著信息技術的迅速發展，虛擬實驗平臺作為一種集交互性、可視化與高仿真度于一體的新型教學工具，正逐步進人生物課堂。該平臺不僅能模擬真實實驗操作，還能突破時間和空間的局限，為生物實驗教學注人新的活力。在此背景下，本文基于虛擬實驗平臺，構建了課前預演筑牢基礎、課中嵌入化解難點、課后拓展完善閉環的一體化教學策略，有效彌補了傳統實驗教學的短板，為培養初中學生實驗能力與生物學科素養提供了有力支撐。

二、虛擬實驗概述及特征

虛擬實驗是指借助多媒體、仿真和虛擬現實等技術，在計算機上營造可輔助、部分替代甚至全部替代傳統實驗各操作環節的相關軟硬件操作環境，實驗者可以像在真實的環境中一樣完成各種實驗項目[2。在教學活動中，虛擬實驗教學則是運用多媒體手段對真實實驗進行再現或模擬，供學生觀看學習或參與操作的一種實驗教學方式，其涉及的相關技術如圖1所示。

虛擬實驗的特征主要體現在三個方面，一是技術融合程度高，虛擬實驗融合了多媒體、仿真計算與虛擬現實等技術手段，依靠圖像、動畫與交互界面等元素構建出逼真的實驗場景；二是操作呈現高交互性，實驗者借助計算機輸入指令，對虛擬器材和實驗參數等實施調控，系統可以實時將操作過程與結果進行反饋；三是場景可控，虛擬實驗平臺能根據需求設置實驗變量以及環境條件，靈活地模擬出多樣的實驗情形，這些特征為初中生物實驗教學提供了可靠的技術支持和靈活的操作路徑。

圖1虛擬實驗相關技術構成

三、虛擬實驗平臺在初中生物實驗教學中的優勢

（一）突破教學資源及時空限制

虛擬實驗為初中生物實驗教學構建了一條突破現實局限、增強教學覆蓋率和可觸及性的有效途徑，傳統初中生物實驗教學中，資源獲取和時空限制這兩個問題長期存在，具體表現為實驗設備短缺、獲取材料困難以及課時安排緊張等，這些因素明顯制約了實驗教學目標的達成。虛擬實驗平臺憑借數字化途徑構建標準化實驗環境，無須依賴真實的器材、材料就能完成實驗操作，極大地緩和了教學資源不足的困境。在時空層面，該平臺呈現出高度的開放性和可訪問屬性，學生在課余或者非實驗室環境下，都能夠登錄平臺進行實驗預演、復習與拓展；教師也可以憑借平臺功能，靈活安排實驗教學的內容與形式，大大提升了生物實驗教學的連貫性。

（二）激發學生學習與探究熱情

虛擬實驗平臺具有形象的視覺效果和高度參與的互動方式，可有效提高學生對生物實驗的參與興趣。與傳統的圖片演示和重復的操作流程相比，虛擬實驗允許學生自主調節實驗變量、嘗試差異化的操作路徑，讓學生在嘗試探索中激發出強烈的探究欲望。平臺提供的即時反饋及可視化結果呈現等功能，也能夠進一步輔助學生理解實驗原理及過程機制，增強生物學習的成就感與參與感。另外，學生在虛擬環境中可自由設定實驗情境并進行多次嘗試，不僅能降低對實驗失敗的畏懼情緒，也能鼓舞其在試錯的過程中發展科學思維能力。這種自主互動、開放靈活的學習模式，有利于改變學生的學習態度，推動其更主動地參與到生物知識的建構，提升自身實驗操作能力[3]。

（三）提升教學直觀性與安全性

初中生物實驗涉及顯微觀察、解剖操作以及復雜生命過程模擬等內容，部分實驗因操作流程煩瑣、觀察難度偏大或存在安全風險，大多難以在常規教學中整體實施。虛擬實驗平臺借助三維建模與動態模擬技術，能夠清晰直觀地呈現實驗現象與過程，如細胞分裂、酶催化、呼吸作用等抽象難懂的生物概念都能在虛擬平臺中形象再現。學生在實踐中體驗自由切換視角、放大細節等操作，更容易深入理解生物結構與生物概念。與此同時，虛擬實驗不涉及真實的化學品、生物樣本與解剖操作，完全規避了實驗過程中潛在的安全隱患，讓初中生物實驗教學更安全。

四、虛擬實驗平臺在初中生物實驗教學中的創新實踐策略

在初中生物實驗教學中，教師可以結合初中生物實驗教學的實際需求，利用虛擬實驗平臺構建新穎且安全的實驗教學。教師可基于平臺豐富的實驗資源和互動功能展開教學活動，培養學生的實驗能力和學科素養。

（一）課前虛擬預演，筑牢實驗操作基礎

在初中生物實驗教學中，部分實驗涉及多個步驟、實驗過程較難掌握，學生若在無準備的狀態下直接進行操作，容易出現各種突發問題。教師可以在實驗正式開始之前，借助虛擬實驗平臺組織學生開展課前預演，引導其提前熟悉實驗內容與流程，為后續實踐打下堅實基礎。

以人教版初中生物七年級上冊“觀察洋蔥鱗片葉內表皮細胞”實驗為例，教師通過平臺提前發布預習任務，讓學生清楚實驗需要掌握的操作要點，如顯微鏡的結構、玻片的制作流程以及如何調節焦距獲取清晰圖像等，并要求學生記錄操作中易出錯的環節及預期觀察的細胞形態特征。學生根據任務提示登錄虛擬實驗平臺，自主完成選擇實驗器材、組裝顯微鏡、制作臨時裝片、調整光圈、觀察細胞結構等模擬操作。平臺在操作過程中將提供實時反饋，幫助學生理解各步驟的目的與注意事項，如蓋片時出現氣泡會自動標注并提示“用鑷子輕壓蓋玻片排出氣泡”；染色時間過長則彈出“碘液過量可能破壞細胞結構”的警示。

虛擬預演結束后，學生需在線提交包含操作步驟截圖和錯誤修正記錄的預習報告，也可以在平臺留言區內提出疑問；教師通過后臺查看學生預演數據，篩選出虛擬實驗中高頻的錯誤，以便在正式實驗時進行集中講解。通過課前的虛擬預演，學生得以在動手操作前掌握基本技能和觀察重點，不僅減少了課堂中機械講解的時間，還能顯著提高實驗操作的規范性和成功率，為實驗教學的深入開展夯實了基礎[4]。

（二）課中嵌入實驗，化解復雜教學難點

復雜抽象的知識概念與高難度的操作步驟通常是初中生物實驗教學的難點，而虛擬實驗平臺憑借其功能特點，可以在教學過程中及時插入可視化內容，使學生在虛擬與現實的結合中突破學習瓶頸，提升生物實驗教學的效率與深度[5。

以人教版初中生物七年級下冊“解剖和觀察花的結構”實驗為例，該實驗要求學生依次完成采集花朵、手工解剖、辨識結構等操作，由于花朵內部結構微小，學生又缺乏實踐經驗，往往出現識別不清、觀察不全的情況；部分教師甚至直接跳過實驗環節，嚴重影響了知識的傳授效果，虛擬實驗平臺則可以有效解決這些難題。

在該實驗教學開始前，教師明確實驗目標為幫助學生識別花的基本結構，并理解各部分與生殖功能的關聯。隨后，教師利用多媒體投屏展示平臺中“觀察桃花”的虛擬實驗，模型中花托、花萼、花瓣等部位色彩鮮艷、形態清晰，可以很好地幫助學生識別各結構的位置與特征。實驗進行至雌蕊解剖環節，教師引導學生操作虛擬手柄拖動刀片模擬剖解子房，點擊放大后還能觀察到花藥中密集的花粉顆粒，細節表現十分逼真。

演示過程中，教師可以結合虛擬結構進行設問，如“花托在花的結構中起到什么作用？”“雌蕊子房內的胚珠，與植物結果、產生種子有怎樣的聯系？”以此引導學生將結構觀察與知識理解相結合。學生還可以通過平臺的交互功能，反復拆解和組合花朵的各部分結構，從不同角度驗證“雄蕊提供花粉、雌蕊孕育胚珠”的生物概念。相較于真實解剖，虛擬演示突破了時間與觀察限制，讓復雜抽象的結構知識變得直觀可感，既保障學生掌握該實驗的核心流程，也使他們在輕松愉悅的氛圍中建立起了對植物生殖結構的全面認知。

（三）課后實踐拓展，完善實驗教學閉環

傳統實驗教學的重心集中于課堂操作，課后環節卻常常被忽視，學生長期缺乏系統鞏固與延伸練習，對知識的掌握多數浮在表層。借助虛擬實驗平臺，教師可以結合課堂教學內容與學生表現，制定以個性化學習為核心的課后實踐拓展訓練。例如，針對學有余力的學生，教師可發送“植物生長與環境因素的關聯”等項目進階實驗，引導學生自主調整光照時長、土壤肥力等變量，觀察虛擬植物的生長速率與形態變化，深人探索課堂未涉及的復雜問題；對于課堂知識掌握不牢固的學生，則推送“種子萌發實驗步驟重現”等基礎性虛擬實驗，憑借重復操作強化核心知識點，助力學生填補課堂學習的認知空缺。

虛擬實驗平臺的數據記錄與過程追蹤功能，同樣為教師落實精準化教學提供了有力支撐，教師參照平臺給出的實驗操作數據，可以及時掌握學生的學習進程與薄弱點，從而為學生推送合適的微課資源及專項練習，提升課后輔導的成效。此外，教師還應鼓勵學生在平臺上撰寫實驗報告、上傳學習反思、參與線上話題討論，引導他們提升表達及思辨能力。這種借助虛擬實驗平臺的課后拓展創新模式，既彌補了傳統實驗教學在延續性與個性化層面的缺陷，也能助力學生知識的內化與能力的生成，有利于推動生物實驗教學逐步形成完善的教學閉環。

五、結束語

虛擬實驗平臺的引入，有效改善了傳統初中生物實驗教學中設備匱乏、操作受限的難題，切實提升了實驗的靈活性與教學的實效性，為生物實驗教學的創新發展提供了無限可能。展望未來，隨著虛擬實驗平臺功能的不斷完善和教學資源的持續豐富，虛擬實驗有望在更多教學環節中發揮關鍵作用。廣大教師應主動適應技術發展趨勢，不斷探索融合路徑，以實現實驗教學內容與方法的持續優化，推動初中生物教學向高質量、高效能的方向邁進。

作者單位：宋向陽 甘肅省平涼市靜寧縣仁大中學

參考文獻

[1]孔恬恬.央館虛擬實驗平臺支持下的初中生物學實驗教學創新實踐[J].生物學教學，2025，50（05）：56-58.

[2]周心怡，鄒崢嶸.虛擬實驗平臺在高中生物學實驗教學中的應用——以“植物生長素”為例[J].中學生物學，2025，41（03）：37-39.

[3]張明珠.信息技術支撐下初中生物學實驗教學的開展策略[J].中學科技，2024，（21）：30-32.

[4]靳麗麗.NOBOOK虛擬實驗平臺在初中生物學實驗教學中的應用研究[J].中國新通信，2024，26（18）：191-193.

[5]程幽池.NOBOOK虛擬實驗平臺在初中生物學實驗教學中的應用[J].中學生物學，2023，39（07）：56-57.