虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及實(shí)施策略

摘

要：在高中生物教學(xué)課堂上，實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以提高學(xué)生的實(shí)踐技能，強(qiáng)化他們獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的操作技能。學(xué)生通過(guò)掌握實(shí)驗(yàn)的原理和操作技能，能更好地了解和認(rèn)識(shí)生物科學(xué)，這對(duì)學(xué)生未來(lái)學(xué)習(xí)生物具有很大的幫助。但是，受各種因素的制約，目前高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展程度還不夠高，教學(xué)質(zhì)量也不夠好。因此，教師開(kāi)始關(guān)注虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)，希望能夠解決教學(xué)中存在的問(wèn)題。文章將對(duì)虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)及其在高中生物教學(xué)中的實(shí)施策略進(jìn)行分析，以供參考。關(guān)鍵詞：虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)；高中生物；實(shí)驗(yàn)教學(xué)虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)是一項(xiàng)基于現(xiàn)代信息技術(shù)的新教學(xué)方式之一，為使學(xué)生獲得一個(gè)高度仿真的生物學(xué)習(xí)探索環(huán)境，可將VR、云教學(xué)、AR等眾多前沿技術(shù)相結(jié)合，使之能夠作用于多種生物教學(xué)信息資源的呈現(xiàn)。這種方式能夠突破常規(guī)生物實(shí)驗(yàn)在表現(xiàn)力、細(xì)節(jié)控制等層面的局限性，為學(xué)生呈現(xiàn)出更詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程及更具可信度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并能夠作用于高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革與優(yōu)化，豐富教學(xué)內(nèi)容。在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要掌握虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用，讓實(shí)驗(yàn)探索情境更加適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)的要求，讓學(xué)生能夠在生物實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行相互交流和獨(dú)立探索，充分地加強(qiáng)他們合理思考的能力。一、虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)第一，虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)是一種新穎的模擬實(shí)驗(yàn)，它有助于激發(fā)學(xué)生的獨(dú)立思維，使他們能夠更好地參與生物實(shí)驗(yàn)。虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)是一種將計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息資源相結(jié)合的方式，它在創(chuàng)新方面遠(yuǎn)超常規(guī)的生物實(shí)驗(yàn)方式，例如，教師可以利用大數(shù)據(jù)搜集相應(yīng)的資料和數(shù)據(jù)，在上課時(shí)，為學(xué)生搭建一個(gè)生物實(shí)驗(yàn)情境，讓他們自己去體驗(yàn)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)景象以及過(guò)程等。同時(shí)，教師還可以將虛擬仿真技術(shù)的強(qiáng)大能力發(fā)揮出來(lái)，讓學(xué)生就生物實(shí)驗(yàn)的主題進(jìn)行互動(dòng)探討，這樣有助于更好地激發(fā)學(xué)生的獨(dú)立意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的理性思考能力和創(chuàng)造力，從而提高高中生物實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量。第二，虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)經(jīng)濟(jì)有效，能將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的一些問(wèn)題表現(xiàn)得更加形象。過(guò)去，在具體開(kāi)展高中生物實(shí)驗(yàn)時(shí)，所產(chǎn)生的成本比較高，因此經(jīng)常會(huì)因?yàn)橐恍┰驅(qū)е律飳?shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行或者是出現(xiàn)一些不明確的情況，這會(huì)極大地影響學(xué)生對(duì)生活世界以及生活現(xiàn)象的理解。虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)經(jīng)濟(jì)有效，在實(shí)驗(yàn)裝置上，教師需要確保虛擬平臺(tái)能正常運(yùn)行，從而讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有更為深刻的認(rèn)識(shí)，更好地理解相應(yīng)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)步驟。第三，虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)具有更廣泛的適用范圍，有利于教師進(jìn)行多元化的生物實(shí)驗(yàn)研究。在高中生物教學(xué)中，虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)具有十分廣闊的運(yùn)用空間，教師可以在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融入虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)材料，也可以將虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)與常規(guī)實(shí)驗(yàn)一起應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合，在此基礎(chǔ)上，教師通過(guò)探查、設(shè)置疑問(wèn)、合作、設(shè)想、操作、總結(jié)等方法，不僅能讓學(xué)生掌握大量的生物實(shí)驗(yàn)和理論經(jīng)驗(yàn)，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)探究精神和生物學(xué)習(xí)技巧。二、高中生物教學(xué)現(xiàn)狀（一）知識(shí)傳授方式單一當(dāng)前，我國(guó)高中生物的課堂教學(xué)模式依然停留在單一的課堂授課模式上，缺少多元化與創(chuàng)新。傳統(tǒng)的教學(xué)方法難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，造成他們的學(xué)習(xí)積極性不高。教師開(kāi)展的課堂活動(dòng)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果有很大影響。但是，在當(dāng)前的高中生物教學(xué)中，依然是以教師的講解為主要方式，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中只是處于一種被動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)，缺少了積極的參與和思考，這對(duì)提高生物教學(xué)質(zhì)量有一定的影響。（二）實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置不合理在高中生物教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力、科學(xué)素質(zhì)等具有十分重要的作用。但是，由于受設(shè)備、經(jīng)費(fèi)和場(chǎng)地等因素的影響，很多高中開(kāi)展的高中生物實(shí)驗(yàn)在規(guī)模和質(zhì)量上都達(dá)不到要求。而且，在高中生物課堂上，要重視和現(xiàn)實(shí)的結(jié)合，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)踐的意義。但是，當(dāng)前的高中生物課程存在重理論、輕實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量較差。三、虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)在高中生物教學(xué)中的實(shí)施策略（一）創(chuàng)建相應(yīng)的虛擬實(shí)驗(yàn)情境首先，教師在教學(xué)引導(dǎo)的過(guò)程中，要構(gòu)建一個(gè)良好的虛擬實(shí)驗(yàn)情境環(huán)境。高中生物實(shí)驗(yàn)導(dǎo)學(xué)是十分重要的一環(huán)，許多學(xué)生對(duì)生物實(shí)驗(yàn)課題的學(xué)習(xí)興趣不高，這主要是因?yàn)榻處煹闹笇?dǎo)方法比較落后。在生物實(shí)驗(yàn)導(dǎo)學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)與教學(xué)主題相結(jié)合，隨后應(yīng)用虛擬平臺(tái)為學(xué)生展現(xiàn)出相關(guān)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，使其變得直觀、生動(dòng)、立體。例如，教師在實(shí)際上課時(shí)，在投影儀上采用虛擬技術(shù)，讓所有學(xué)生看到相應(yīng)的場(chǎng)景，并讓他們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)模擬，讓他們上前去觸碰一下生物建模設(shè)備，并對(duì)他們進(jìn)行思維引導(dǎo)和溝通：“各位，在親自接觸到生物建模設(shè)備之后，你有什么感覺(jué)？與模擬實(shí)驗(yàn)情境相結(jié)合，你能從中找到什么樣的生活現(xiàn)象與規(guī)律？能不能跟同學(xué)之間進(jìn)行交流？”在學(xué)生的交流中，他們會(huì)對(duì)結(jié)果進(jìn)行描述，然后由教師在黑板上寫(xiě)下主要的結(jié)論，并對(duì)結(jié)論進(jìn)行改進(jìn)和補(bǔ)充。這樣做，不僅讓學(xué)生獲得了寶貴的實(shí)驗(yàn)探索經(jīng)歷，而且極大地激發(fā)了他們積極參與生物實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣。其次，構(gòu)建模擬生物實(shí)驗(yàn)理論的虛擬模擬環(huán)境。學(xué)生對(duì)生物實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐活動(dòng)有較強(qiáng)的積極性，但對(duì)探究、分析、探討、歸納實(shí)驗(yàn)規(guī)律的主動(dòng)性不高。在教授實(shí)驗(yàn)原理的過(guò)程中，教師應(yīng)與實(shí)驗(yàn)過(guò)程相結(jié)合，采用虛擬平臺(tái)模擬生物實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)以及各個(gè)階段的反應(yīng)過(guò)程。比如，通過(guò)Flash技術(shù)以及圖形化接口，可以將生物實(shí)驗(yàn)工程的執(zhí)行程序與效果進(jìn)行實(shí)時(shí)的仿真，有利于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)原理分析。學(xué)生在這個(gè)生物虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，可以對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的流程和程序有一個(gè)全面的了解。根據(jù)這個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)成果，教師可以讓學(xué)生闡述這個(gè)實(shí)驗(yàn)的基本原則是怎樣的，其中包含了什么生物的觀念知識(shí)。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)原理分析的過(guò)程中，教師可以讓學(xué)生首先在一張演算紙上列出一些實(shí)驗(yàn)情況，再將每一步的反應(yīng)都用簡(jiǎn)明的語(yǔ)言描述，將它們與生物課本上所提供的概念詞相比較。學(xué)生建立并總結(jié)出生物實(shí)驗(yàn)的原則，從而提高了進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)研究的積極性和自信心。（二）增加虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)功能首先，在虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)中，創(chuàng)建凍結(jié)與縮放函數(shù)的模擬實(shí)驗(yàn)軟件。通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)對(duì)該系統(tǒng)中各種生物現(xiàn)象的直觀認(rèn)識(shí)。例如，在涉及細(xì)胞內(nèi)的分子的生物實(shí)驗(yàn)課題中，如果有一個(gè)重要的現(xiàn)象是由虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件來(lái)進(jìn)行的，那么教師可以快速地按下停止鍵，然后把靜止的圖像放大或者縮小，在該平臺(tái)中，教師可以對(duì)圖像進(jìn)行修復(fù)或者清晰化處理，使所有學(xué)生皆能看到實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，而且可以讓學(xué)生相互溝通，探討和總結(jié)在固定圖像中反映的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和生命規(guī)律，教師也可以在旁邊輔助。該方法不僅可以充分利用虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)的作用，還可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)生物實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀測(cè)與了解。其次，利用虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)軟件設(shè)置圖像錄制功能。在實(shí)際教學(xué)中，影像錄制能力是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，教師在實(shí)踐中，可以事先將影像錄制的命令導(dǎo)入這個(gè)模擬軟件中。例如，針對(duì)某些細(xì)胞分子改變現(xiàn)象，教師可以將記錄并儲(chǔ)存的影像剪切成片段，分別給學(xué)生重復(fù)、緩慢地回放，引導(dǎo)學(xué)生用生物的詞匯來(lái)表述細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的規(guī)則與特征，并與生物教科書(shū)中的觀念相比較，自行修正說(shuō)明語(yǔ)言中存在的不合理之處，使其充分地展現(xiàn)在學(xué)生面前，并培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的生物研究態(tài)度。最后，利用虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。在生物實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，資料也是一個(gè)重要因素，要使學(xué)生全面了解生物實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，就必須有各種客觀的資料支撐。普通的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求具備數(shù)據(jù)分析功能，現(xiàn)階段主流的虛擬平臺(tái)能夠直接分析所產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此教師在動(dòng)手操作時(shí)，可以直接采用其自帶的數(shù)據(jù)分析以及計(jì)算系統(tǒng)處理相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行仿真操作，以此生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)圖、思維導(dǎo)圖、統(tǒng)計(jì)表等，從而引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)資料的統(tǒng)計(jì)圖表，對(duì)生物實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理進(jìn)行觀測(cè)與分析。例如，將虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)儀器的數(shù)據(jù)分析函數(shù)與生物實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，觀測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，以增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，增強(qiáng)其對(duì)生物理念的理解。（三）積極進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)研究首先，高中生物教學(xué)中所包含的每一種實(shí)驗(yàn)課題都有各自的條件要求和特征，因此，在教學(xué)過(guò)程中，教師可以利用這些工具讓學(xué)生更好地理解生物實(shí)驗(yàn)課題的實(shí)施所做的前期工作。例如，在進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，教師可以通過(guò)同步虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，把生物學(xué)試驗(yàn)的問(wèn)題錄入系統(tǒng)的搜索引擎中。之后，該程序會(huì)自動(dòng)地展示所需的設(shè)備、實(shí)驗(yàn)條件和須知等內(nèi)容，為開(kāi)展實(shí)驗(yàn)做好相關(guān)準(zhǔn)備。教師還可以讓學(xué)生將同步虛擬模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中彈出的信息，下載到光盤(pán)中反復(fù)觀察，也可以針對(duì)該軟件中的某些項(xiàng)目和條件，對(duì)學(xué)生提出問(wèn)題：“這一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提出相關(guān)條件的依據(jù)是什么？能否在不改動(dòng)條件的情況下，采用其他材料？”通過(guò)相應(yīng)的問(wèn)題，讓學(xué)生將理論知識(shí)和具體的操作技能相聯(lián)系，并積極探討，分析在不同條件下設(shè)備為什么這么設(shè)定，使其能夠明確生物學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目準(zhǔn)備工作的重要性，養(yǎng)成提前檢查的好習(xí)慣。其次，采用虛擬模擬方法進(jìn)行開(kāi)放性的生物觀察。這時(shí)，教師可以使用高仿真的虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)軟件，根據(jù)實(shí)際狀況，統(tǒng)籌開(kāi)放式科研活動(dòng)，如使用卓信365做的仿真試驗(yàn)，把研究課題引入該系統(tǒng)中，然后讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)際的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)。同時(shí)對(duì)學(xué)生說(shuō)：“大家都看到了，這款虛擬模擬試驗(yàn)軟件給我們帶來(lái)了很多實(shí)驗(yàn)室中沒(méi)有的器材，下面，請(qǐng)大家按照劃分好的小組設(shè)計(jì)相應(yīng)的操作方案，然后完成實(shí)驗(yàn)并總結(jié)。”在學(xué)生制訂實(shí)驗(yàn)方案以及具體操作的過(guò)程中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生調(diào)整該平臺(tái)中的各項(xiàng)參數(shù)，保證其能根據(jù)自己搭建好的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃進(jìn)行仿真，在學(xué)生的操作技術(shù)不符合要求時(shí)，該軟件就會(huì)對(duì)其進(jìn)行正確的提示。（四）將虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)和具體實(shí)驗(yàn)相結(jié)合首先，在選取虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)實(shí)生物教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合的切入點(diǎn)時(shí)，應(yīng)該以不符合要求為前提，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行細(xì)化，確定哪些環(huán)節(jié)適合真實(shí)，哪些環(huán)節(jié)適合虛擬“實(shí)驗(yàn)。如果有些實(shí)驗(yàn)設(shè)備比較便宜，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備比較齊全，但需要進(jìn)行比較久的觀測(cè)，那么教師可以將實(shí)際驗(yàn)證的操作步驟保存下來(lái)，再將虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)軟件用于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的演示。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的教學(xué)方案，提出相應(yīng)的教學(xué)方案。其次，在學(xué)生真正參加虛擬模擬和現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的生物探索過(guò)程中，教師應(yīng)該在各個(gè)階段進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)，比如，在生物實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作過(guò)程中，教師可以引導(dǎo)各個(gè)組的學(xué)生進(jìn)行協(xié)作，結(jié)合實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)，明確注意事項(xiàng)和容易出現(xiàn)的問(wèn)題，科學(xué)使用相應(yīng)的材料與設(shè)備，在具體操作時(shí)，必須讓學(xué)生注意用火、用電以及用解剖刀等材料，做到合理、規(guī)范。在對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行仿真展示的過(guò)程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)地研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)歸納和總結(jié)在實(shí)驗(yàn)中的生物概念、原理和思想等，這樣才能使生物實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的達(dá)到虛實(shí)相融的目的。四、結(jié)語(yǔ)總而言之，虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)為高中生物的教育發(fā)展