虛擬平臺實驗在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢及實施策略

摘

要：在高中生物教學(xué)課堂上，實驗教學(xué)可以提高學(xué)生的實踐技能，強(qiáng)化他們獨(dú)立進(jìn)行實驗的操作技能。學(xué)生通過掌握實驗的原理和操作技能，能更好地了解和認(rèn)識生物科學(xué)，這對學(xué)生未來學(xué)習(xí)生物具有很大的幫助。但是，受各種因素的制約，目前高中生物實驗教學(xué)的開展程度還不夠高，教學(xué)質(zhì)量也不夠好。因此，教師開始關(guān)注虛擬平臺實驗，希望能夠解決教學(xué)中存在的問題。文章將對虛擬平臺實驗的優(yōu)勢及其在高中生物教學(xué)中的實施策略進(jìn)行分析，以供參考。關(guān)鍵詞：虛擬平臺實驗；高中生物；實驗教學(xué)虛擬平臺實驗是一項基于現(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)生物實驗在表現(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)的實驗過程及更具可信度的實驗結(jié)果，并能夠作用于高中生物實驗教學(xué)體系的改革與優(yōu)化，豐富教學(xué)內(nèi)容。在高中生物實驗教學(xué)中，教師要掌握虛擬平臺實驗的應(yīng)用，讓實驗探索情境更加適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)的要求，讓學(xué)生能夠在生物實驗過程中進(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、虛擬平臺實驗的優(yōu)勢第一，虛擬平臺實驗是一種新穎的模擬實驗，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驗。虛擬平臺實驗是一種將計算機(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)的生物實驗方式，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，為學(xué)生搭建一個生物實驗情境，讓他們自己去體驗真實的實驗景象以及過程等。同時，教師還可以將虛擬仿真技術(shù)的強(qiáng)大能力發(fā)揮出來，讓學(xué)生就生物實驗的主題進(jìn)行互動探討，這樣有助于更好地激發(fā)學(xué)生的獨(dú)立意識，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驗的教學(xué)質(zhì)量。第二，虛擬平臺實驗經(jīng)濟(jì)有效，能將實驗過程中的一些問題表現(xiàn)得更加形象。過去，在具體開展高中生物實驗時，所產(chǎn)生的成本比較高，因此經(jīng)常會因為一些原因?qū)е律飳嶒灍o法進(jìn)行或者是出現(xiàn)一些不明確的情況，這會極大地影響學(xué)生對生活世界以及生活現(xiàn)象的理解。虛擬平臺實驗經(jīng)濟(jì)有效，在實驗裝置上，教師需要確保虛擬平臺能正常運(yùn)行，從而讓學(xué)生對實驗現(xiàn)象有更為深刻的認(rèn)識，更好地理解相應(yīng)的理論知識和實驗步驟。第三，虛擬平臺實驗具有更廣泛的適用范圍，有利于教師進(jìn)行多元化的生物實驗研究。在高中生物教學(xué)中，虛擬平臺實驗具有十分廣闊的運(yùn)用空間，教師可以在實驗教學(xué)中融入虛擬平臺實驗材料，也可以將虛擬平臺實驗與常規(guī)實驗一起應(yīng)用，實現(xiàn)虛實結(jié)合，在此基礎(chǔ)上，教師通過探查、設(shè)置疑問、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驗和理論經(jīng)驗，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）知識傳授方式單一當(dāng)前，我國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)動學(xué)生的積極性，造成他們的學(xué)習(xí)積極性不高。教師開展的課堂活動對學(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)過程中只是處于一種被動的學(xué)習(xí)狀態(tài)，缺少了積極的參與和思考，這對提高生物教學(xué)質(zhì)量有一定的影響。（二）實驗課程設(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)和場地等因素的影響，很多高中開展的高中生物實驗在規(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)實的結(jié)合，使學(xué)生認(rèn)識到所學(xué)的理論知識和實踐的意義。但是，當(dāng)前的高中生物課程存在重理論、輕實驗的特點，導(dǎo)致實驗教學(xué)質(zhì)量較差。三、虛擬平臺實驗在高中生物教學(xué)中的實施策略（一）創(chuàng)建相應(yīng)的虛擬實驗情境首先，教師在教學(xué)引導(dǎo)的過程中，要構(gòu)建一個良好的虛擬實驗情境環(huán)境。高中生物實驗導(dǎo)學(xué)是十分重要的一環(huán)，許多學(xué)生對生物實驗課題的學(xué)習(xí)興趣不高，這主要是因為教師的指導(dǎo)方法比較落后。在生物實驗導(dǎo)學(xué)過程中，教師應(yīng)與教學(xué)主題相結(jié)合，隨后應(yīng)用虛擬平臺為學(xué)生展現(xiàn)出相關(guān)的實驗場景，使其變得直觀、生動、立體。例如，教師在實際上課時，在投影儀上采用虛擬技術(shù)，讓所有學(xué)生看到相應(yīng)的場景，并讓他們在現(xiàn)場模擬，讓他們上前去觸碰一下生物建模設(shè)備，并對他們進(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？與模擬實驗情境相結(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，他們會對結(jié)果進(jìn)行描述，然后由教師在黑板上寫下主要的結(jié)論，并對結(jié)論進(jìn)行改進(jìn)和補(bǔ)充。這樣做，不僅讓學(xué)生獲得了寶貴的實驗探索經(jīng)歷，而且極大地激發(fā)了他們積極參與生物實驗的學(xué)習(xí)興趣。其次，構(gòu)建模擬生物實驗理論的虛擬模擬環(huán)境。學(xué)生對生物實驗的實踐活動有較強(qiáng)的積極性，但對探究、分析、探討、歸納實驗規(guī)律的主動性不高。在教授實驗原理的過程中，教師應(yīng)與實驗過程相結(jié)合，采用虛擬平臺模擬生物實驗的各個環(huán)節(jié)以及各個階段的反應(yīng)過程。比如，通過Flash技術(shù)以及圖形化接口，可以將生物實驗工程的執(zhí)行程序與效果進(jìn)行實時的仿真，有利于進(jìn)行實驗原理分析。學(xué)生在這個生物虛擬仿真的實驗環(huán)境中，可以對這個實驗的流程和程序有一個全面的了解。根據(jù)這個虛擬的實驗成果，教師可以讓學(xué)生闡述這個實驗的基本原則是怎樣的，其中包含了什么生物的觀念知識。在進(jìn)行實驗原理分析的過程中，教師可以讓學(xué)生首先在一張演算紙上列出一些實驗情況，再將每一步的反應(yīng)都用簡明的語言描述，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)出生物實驗的原則，從而提高了進(jìn)行生物實驗研究的積極性和自信心。（二）增加虛擬平臺實驗功能首先，在虛擬平臺實驗中，創(chuàng)建凍結(jié)與縮放函數(shù)的模擬實驗軟件。通過對該系統(tǒng)進(jìn)行仿真，實現(xiàn)對該系統(tǒng)中各種生物現(xiàn)象的直觀認(rèn)識。例如，在涉及細(xì)胞內(nèi)的分子的生物實驗課題中，如果有一個重要的現(xiàn)象是由虛擬仿真實驗軟件來進(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，在該平臺中，教師可以對圖像進(jìn)行修復(fù)或者清晰化處理，使所有學(xué)生皆能看到實驗細(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實驗的作用，還可以增強(qiáng)學(xué)生對生物實驗現(xiàn)象的觀測與了解。其次，利用虛擬平臺實驗軟件設(shè)置圖像錄制功能。在實際教學(xué)中，影像錄制能力是一個很大的優(yōu)點，教師在實踐中，可以事先將影像錄制的命令導(dǎo)入這個模擬軟件中。例如，針對某些細(xì)胞分子改變現(xiàn)象，教師可以將記錄并儲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)生用生物的詞匯來表述細(xì)胞運(yùn)動的規(guī)則與特征，并與生物教科書中的觀念相比較，自行修正說明語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)、求實的生物研究態(tài)度。最后，利用虛擬平臺實驗軟件對系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。在生物實驗的過程中，資料也是一個重要因素，要使學(xué)生全面了解生物實驗現(xiàn)象，就必須有各種客觀的資料支撐。普通的虛擬仿真實驗設(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能夠直接分析所產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)，因此教師在動手操作時，可以直接采用其自帶的數(shù)據(jù)分析以及計算系統(tǒng)處理相關(guān)數(shù)據(jù)，對實驗過程進(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)計表等，從而引導(dǎo)學(xué)生通過這些實驗資料的統(tǒng)計圖表，對生物實驗現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理進(jìn)行觀測與分析。例如，將虛擬平臺實驗儀器的數(shù)據(jù)分析函數(shù)與生物實驗相結(jié)合，觀測實驗現(xiàn)象，以增強(qiáng)學(xué)生的實驗探究能力，增強(qiáng)其對生物理念的理解。（三）積極進(jìn)行生物實驗研究首先，高中生物教學(xué)中所包含的每一種實驗課題都有各自的條件要求和特征，因此，在教學(xué)過程中，教師可以利用這些工具讓學(xué)生更好地理解生物實驗課題的實施所做的前期工作。例如，在進(jìn)行生物實驗教學(xué)時，教師可以通過同步虛擬平臺實驗系統(tǒng)，把生物學(xué)試驗的問題錄入系統(tǒng)的搜索引擎中。之后，該程序會自動地展示所需的設(shè)備、實驗條件和須知等內(nèi)容，為開展實驗做好相關(guān)準(zhǔn)備。教師還可以讓學(xué)生將同步虛擬模擬實驗系統(tǒng)中彈出的信息，下載到光盤中反復(fù)觀察，也可以針對該軟件中的某些項目和條件，對學(xué)生提出問題：“這一實驗項目提出相關(guān)條件的依據(jù)是什么？能否在不改動條件的情況下，采用其他材料？”通過相應(yīng)的問題，讓學(xué)生將理論知識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)實驗項目準(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)行開放性的生物觀察。這時，教師可以使用高仿真的虛擬平臺實驗軟件，根據(jù)實際狀況，統(tǒng)籌開放式科研活動，如使用卓信365做的仿真試驗，把研究課題引入該系統(tǒng)中，然后讓學(xué)生進(jìn)行實際的生物學(xué)實驗。同時對學(xué)生說：“大家都看到了，這款虛擬模擬試驗軟件給我們帶來了很多實驗室中沒有的器材，下面，請大家按照劃分好的小組設(shè)計相應(yīng)的操作方案，然后完成實驗并總結(jié)?！痹趯W(xué)生制訂實驗方案以及具體操作的過程中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生調(diào)整該平臺中的各項參數(shù)，保證其能根據(jù)自己搭建好的實驗計劃進(jìn)行仿真，在學(xué)生的操作技術(shù)不符合要求時，該軟件就會對其進(jìn)行正確的提示。（四）將虛擬平臺實驗和具體實驗相結(jié)合首先，在選取虛擬平臺實驗與現(xiàn)實生物教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合的切入點時，應(yīng)該以不符合要求為前提，對實驗過程進(jìn)行細(xì)化，確定哪些環(huán)節(jié)適合真實，哪些環(huán)節(jié)適合虛擬“實驗。如果有些實驗設(shè)備比較便宜，實驗室設(shè)備比較齊全，但需要進(jìn)行比較久的觀測，那么教師可以將實際驗證的操作步驟保存下來，再將虛擬平臺實驗軟件用于實驗結(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)實實驗相結(jié)合的生物探索過程中，教師應(yīng)該在各個階段進(jìn)行各種實驗引導(dǎo)，比如，在生物實驗的實際操作過程中，教師可以引導(dǎo)各個組的學(xué)生進(jìn)行協(xié)作，結(jié)合實驗要點，明確注意事項和容易出現(xiàn)的問題，科學(xué)使用相應(yīng)的材料與設(shè)備，在具體操作時，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。在對實驗結(jié)果進(jìn)行仿真展示的過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)地研究實驗結(jié)果，同時歸納和總結(jié)在實驗中的生物概念、原理和思想等，這樣才能使生物實驗的教學(xué)目的達(dá)到虛實相融的目的。四、結(jié)語總而言之，虛擬平臺實驗為高中生物的教育發(fā)展