虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐應(yīng)用 論文

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐應(yīng)用摘要：在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降某霈F(xiàn)可以顯著提高教學(xué)質(zhì)量，與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，虛擬實(shí)驗(yàn)可以解決常規(guī)教育模式下重復(fù)實(shí)驗(yàn)不方便且浪費(fèi)實(shí)驗(yàn)物品的問(wèn)題，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中學(xué)生可以無(wú)數(shù)次的參與實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證自己的各種猜想，有效提高了教學(xué)質(zhì)量。因此為適應(yīng)未來(lái)生物教學(xué)，需要從高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀入手，在了解其中存在的問(wèn)題之后，探討虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)，最后結(jié)合高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用路徑展開(kāi)分析，提出了注意事項(xiàng)，希望為全面提高教學(xué)質(zhì)量提供支持。關(guān)鍵詞：高中生物實(shí)驗(yàn)；虛擬仿真實(shí)驗(yàn)；預(yù)習(xí)引言：生物學(xué)屬于一門(mén)基礎(chǔ)科學(xué)，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，與人們的生活息息相關(guān)。在高中生物學(xué)知識(shí)點(diǎn)教學(xué)中，教師在滲透知識(shí)點(diǎn)要點(diǎn)的同時(shí)，還需要引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成生物學(xué)習(xí)的積極性，注重學(xué)生的核心素養(yǎng)培養(yǎng)，最終加深對(duì)生物知識(shí)點(diǎn)的理解，具有深遠(yuǎn)影響。在生物學(xué)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)是教師傳遞知識(shí)點(diǎn)的有效的方法，但是很多情況下教師會(huì)因?yàn)榻虒W(xué)素材、教學(xué)環(huán)境等影響無(wú)法滲透知識(shí)點(diǎn)，因此必須要進(jìn)行改進(jìn)。一、高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀生物是高中教育體系的重要組成部分，與其他課程的知識(shí)點(diǎn)相比，生物的各項(xiàng)知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容更加復(fù)雜，有很強(qiáng)的實(shí)踐性，但是從教學(xué)現(xiàn)狀來(lái)看，當(dāng)前在高中生物學(xué)教學(xué)中還存在一系列的問(wèn)題，如高中生物在教學(xué)過(guò)程中教師重視知識(shí)點(diǎn)的傳輸，并且將很多實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采用口頭敘述的方法告知學(xué)生，而并未帶領(lǐng)學(xué)生積極參與到實(shí)驗(yàn)過(guò)程中。造成這一現(xiàn)象的原因是多方面的，例如部分生物實(shí)驗(yàn)的耗時(shí)長(zhǎng)，如在細(xì)菌培養(yǎng)過(guò)程中，整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程可能歷時(shí)幾天甚至更長(zhǎng)時(shí)間，這些都決定了教師無(wú)法在課堂上完成實(shí)驗(yàn)；同時(shí)生物實(shí)驗(yàn)的成本較高，受到價(jià)格等因素的限制，教師無(wú)法進(jìn)一步推廣生物實(shí)驗(yàn)，這也成為教學(xué)過(guò)程中不容忽視的問(wèn)題。而對(duì)于學(xué)生而言，因?yàn)槿狈Ρ匾膶?shí)驗(yàn)作為支持，學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，只能死記硬背，并不能真正的了解各種生物變化現(xiàn)象，導(dǎo)致生物教學(xué)中出現(xiàn)事倍功半的問(wèn)題。二、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在高中生物教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)研究在高中生物學(xué)教學(xué)中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降某霈F(xiàn)可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)方案的諸多弊端，具有可行性，其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為：（1）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的出現(xiàn)可以打破時(shí)間與空間因素的制約，可以與課堂教學(xué)之間實(shí)現(xiàn)有效互補(bǔ)，成為提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。例如教師在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)渠道展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并且學(xué)生也可以通過(guò)手機(jī)、平板電腦等隨時(shí)隨地的參與到生物實(shí)驗(yàn)中，滿足未來(lái)線上教學(xué)的發(fā)展要求。同時(shí)，在該教育模式下教師可以通過(guò)設(shè)定程序來(lái)自動(dòng)生成教學(xué)成績(jī)，方便隨時(shí)評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。（2）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)成為加深學(xué)生理解的關(guān)鍵。筆者在《細(xì)胞多樣性和統(tǒng)一性》的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)教學(xué)中，本堂課的主要內(nèi)容是利用顯微鏡觀察細(xì)胞結(jié)構(gòu)，了解真核細(xì)胞、原核細(xì)胞的異同等，若依靠傳統(tǒng)的圖片解釋則學(xué)生難以對(duì)其形成直觀認(rèn)識(shí)。筆者在采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式，在教學(xué)過(guò)程中可以幫助學(xué)生觀察細(xì)胞的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)以及形態(tài)，保證了教學(xué)效果。三、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)施路徑1.發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，為了進(jìn)一步深化學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，在教學(xué)過(guò)程中需要教師了解虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)該技術(shù)來(lái)引導(dǎo)學(xué)生的課前預(yù)習(xí)過(guò)程，在預(yù)習(xí)過(guò)程中夯實(shí)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，最終達(dá)到事半功倍的教學(xué)目的。例如在《細(xì)胞的分化》，在本堂課知識(shí)點(diǎn)的課前預(yù)習(xí)階段，教師可以將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的方法上傳到微信群或者QQ群中，學(xué)生在根據(jù)知識(shí)點(diǎn)仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可以按照書(shū)本所介紹在手機(jī)或者平板電腦上仿真實(shí)驗(yàn)操作，若學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤操作，則仿真平臺(tái)會(huì)提示錯(cuò)誤信息，并阻止了學(xué)生的這一操作過(guò)程，學(xué)生在更正錯(cuò)誤之后才能進(jìn)行正確的操作。最終在虛擬仿真平臺(tái)的支持下，學(xué)生完成了實(shí)驗(yàn)過(guò)程，對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解更加透徹。對(duì)于教師而言，根據(jù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)所記錄的過(guò)程可以了解學(xué)生對(duì)本堂課知識(shí)點(diǎn)的理解情況，進(jìn)而有針對(duì)性的調(diào)整教學(xué)方向。如在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)期間，教師可以通過(guò)軟件模擬普通細(xì)胞與癌細(xì)胞的分化過(guò)程，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分別對(duì)比兩種細(xì)胞的分化行為，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞可以在體內(nèi)轉(zhuǎn)移，而正常細(xì)胞表面之間存在黏連蛋白，所以無(wú)法自由移動(dòng)。對(duì)于學(xué)生而言，通過(guò)這種虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以進(jìn)一步區(qū)分癌癥細(xì)胞與正常細(xì)胞，達(dá)到了課前預(yù)習(xí)的目的，也很好提高了學(xué)生的科學(xué)探究性思維素養(yǎng)培養(yǎng)。2.立足課堂教學(xué)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程在經(jīng)過(guò)課前預(yù)習(xí)之后，學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)已經(jīng)有了簡(jiǎn)單的了解，所以在課堂教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)做到趁熱打鐵，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用問(wèn)題探究等方法帶領(lǐng)學(xué)生參與到課堂知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)中，最終提高學(xué)習(xí)效率。筆者一次在《種群數(shù)量的變化》一課實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的方法，在虛擬軟件上模擬土壤中生物的生存情況。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，隨機(jī)選擇某一標(biāo)準(zhǔn)樣地，直接觀察每種生物的分體數(shù)量。在此過(guò)程中，利用虛擬平臺(tái)所提供的放大鏡以及解剖針等功能，對(duì)虛擬土壤中的生物進(jìn)行探查，如在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中“發(fā)現(xiàn)”較大的生物可用包著紗布的鑷子取出；若發(fā)現(xiàn)體形小的生物，可采用吸蟲(chóng)管等進(jìn)行采集等。在虛擬實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)上述操作過(guò)程，配合記名計(jì)算法可以統(tǒng)計(jì)虛擬土壤中各種生物的含量，完成種群數(shù)量的統(tǒng)計(jì)；之后教師利用虛擬平臺(tái)模擬時(shí)間變化，如一周或者一個(gè)月之后土壤中的生物分布情況，學(xué)生在虛擬平臺(tái)上可以采用相同的方法來(lái)統(tǒng)計(jì)土壤中生物的種群變化，達(dá)到了學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)的目的。與傳統(tǒng)的教育模式相比，教師在本堂課教學(xué)中可以在一堂課的時(shí)間中模擬相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)土壤中生物的種群變化，具有優(yōu)勢(shì)；同時(shí)該方法可以為每個(gè)學(xué)生提供一個(gè)模擬土壤環(huán)境的平臺(tái)，教師也可以根據(jù)本地區(qū)土壤中生物的特征來(lái)設(shè)定環(huán)境，如適當(dāng)調(diào)整某些生物的數(shù)量，讓實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更接近本地區(qū)的實(shí)際情況，有助于課堂高效化。3.確定學(xué)習(xí)難點(diǎn)，做針對(duì)性教學(xué)在高中生物教學(xué)中，教師可以針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)中的重難點(diǎn)開(kāi)展針對(duì)性教學(xué)，此類(lèi)針對(duì)性教學(xué)需要重點(diǎn)解決學(xué)生在學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的疑難問(wèn)題并進(jìn)行講解，在有計(jì)劃的引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的同時(shí)，充分發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的作用，最終提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。筆者在《減數(shù)分裂與受精作用》教學(xué)中，深知學(xué)生對(duì)于細(xì)胞的減數(shù)分裂過(guò)程了解是一難點(diǎn)，且也了解學(xué)生對(duì)受精作用及其變化過(guò)程知之甚少。然而而在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中，一般通過(guò)蝗蟲(chóng)精母細(xì)胞等進(jìn)行觀察，而在傳統(tǒng)教學(xué)中這一實(shí)驗(yàn)很難實(shí)現(xiàn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中無(wú)法做到每人配置一個(gè)顯微鏡以及蝗蟲(chóng)精母細(xì)胞減數(shù)分裂固定裝片等。針對(duì)該問(wèn)題，在此教學(xué)過(guò)程中筆者曾嘗試?yán)锰摂M仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)加深學(xué)生的理解。在虛擬實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之后，學(xué)生在虛擬平臺(tái)上利用低倍鏡觀察精母細(xì)胞減數(shù)分裂固定裝片，認(rèn)識(shí)初級(jí)精母細(xì)胞、次級(jí)精母細(xì)胞、精細(xì)胞等。通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以模擬低倍鏡的觀察結(jié)果，分別尋找第一次分裂中期、后期以及減數(shù)第二次分裂中期、后期細(xì)胞等；再將虛擬平臺(tái)環(huán)境調(diào)整為高倍鏡，觀察高倍鏡下染色體的形態(tài)以及位置、數(shù)量等，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。在學(xué)生參與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師通過(guò)后臺(tái)觀察每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并適時(shí)的提出問(wèn)題，如：（1）如何判斷視野中的細(xì)胞處于減數(shù)第一次分裂還是減數(shù)第二次分裂呢？在學(xué)生思考過(guò)程中，教師也可以給出鑒別的意見(jiàn)，如根據(jù)細(xì)胞中的染色體或者細(xì)胞形態(tài)等內(nèi)容進(jìn)行區(qū)分，在得到教師的提示后，學(xué)生可以在虛擬實(shí)驗(yàn)中有目的的觀察細(xì)胞狀態(tài)。（2）減數(shù)第一次分裂與減數(shù)第二次分裂相比，中期細(xì)胞染色體的不同點(diǎn)是什么呢？要求學(xué)生帶著這個(gè)問(wèn)題。與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的支持下教師可以有目的性的闡述各種知識(shí)點(diǎn)，可以有助于學(xué)生快速認(rèn)知，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生從感性至理性的突破。四、實(shí)施過(guò)程中的注意事項(xiàng)對(duì)于教師而言，在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)方法可以提高教學(xué)效果，但是根據(jù)實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，教師還需要重點(diǎn)關(guān)注以下問(wèn)題：（1）對(duì)于學(xué)生而言，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)屬于一種新鮮事物，部分學(xué)生可能無(wú)法熟練使用，進(jìn)而影響了使用的積極性，所以需要教師介紹使用要點(diǎn)，保證學(xué)生可以順利使用。（2）時(shí)間與進(jìn)度的控制。在教學(xué)期間，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以為學(xué)生學(xué)習(xí)提供一個(gè)良好的環(huán)境，但是教師也要避免學(xué)生過(guò)度沉寂在實(shí)驗(yàn)中，每節(jié)課將實(shí)驗(yàn)的時(shí)間控制在10-15min左右，即可滿足基本教學(xué)要求。結(jié)束語(yǔ)：在高中生物教學(xué)中，虛擬仿真技術(shù)的使用具有可行性，該教學(xué)方法可以進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，使學(xué)生分深入的了解知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容，并彌補(bǔ)常規(guī)教學(xué)模式的缺陷，具有深遠(yuǎn)影響，值得