虛擬平臺實驗在高中生物教學中的應用優勢及實施策略

陳尾芬

摘? 要：在高中生物教學課堂上，實驗教學可以提高學生的實踐技能，強化他們獨立進行實驗的操作技能。學生通過掌握實驗的原理和操作技能，能更好地了解和認識生物科學，這對學生未來學習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的開展程度還不夠高，教學質量也不夠好。因此，教師開始關注虛擬平臺實驗，希望能夠解決教學中存在的問題。文章將對虛擬平臺實驗的優勢及其在高中生物教學中的實施策略進行分析，以供參考。

關鍵詞：虛擬平臺實驗；高中生物；實驗教學

虛擬平臺實驗是一項基于現代信息技術的新教學方式之一，為使學生獲得一個高度仿真的生物學習探索環境，可將VR、云教學、AR等眾多前沿技術相結合，使之能夠作用于多種生物教學信息資源的呈現。這種方式能夠突破常規生物實驗在表現力、細節控制等層面的局限性，為學生呈現出更詳細的實驗過程及更具可信度的實驗結果，并能夠作用于高中生物實驗教學體系的改革與優化，豐富教學內容。在高中生物實驗教學中，教師要掌握虛擬平臺實驗的應用，讓實驗探索情境更加適應現代科學和技術的要求，讓學生能夠在生物實驗過程中進行相互交流和獨立探索，充分地加強他們合理思考的能力。

一、虛擬平臺實驗的優勢

第一，虛擬平臺實驗是一種新穎的模擬實驗，它有助于激發學生的獨立思維，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技術與信息資源相結合的方式，它在創新方面遠超常規的生物實驗方式，例如，教師可以利用大數據搜集相應的資料和數據，在上課時，為學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的強大能力發揮出來，讓學生就生物實驗的主題進行互動探討，這樣有助于更好地激發學生的獨立意識，培養學生的理性思考能力和創造力，從而提高高中生物實驗的教學質量。

第二，虛擬平臺實驗經濟有效，能將實驗過程中的一些問題表現得更加形象。過去，在具體開展高中生物實驗時，所產生的成本比較高，因此經常會因為一些原因導致生物實驗無法進行或者是出現一些不明確的情況，這會極大地影響學生對生活世界以及生活現象的理解。虛擬平臺實驗經濟有效，在實驗裝置上，教師需要確保虛擬平臺能正常運行，從而讓學生對實驗現象有更為深刻的認識，更好地理解相應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，有利于教師進行多元化的生物實驗研究。在高中生物教學中，虛擬平臺實驗具有十分廣闊的運用空間，教師可以在實驗教學中融入虛擬平臺實驗材料，也可以將虛擬平臺實驗與常規實驗一起應用，實現虛實結合，在此基礎上，教師通過探查、設置疑問、合作、設想、操作、總結等方法，不僅能讓學生掌握大量的生物實驗和理論經驗，而且能夠培養學生良好的科學探究精神和生物學習技巧。

二、高中生物教學現狀

（一）知識傳授方式單一

當前，我國高中生物的課堂教學模式依然停留在單一的課堂授課模式上，缺少多元化與創新。傳統的教學方法難以調動學生的積極性，造成他們的學習積極性不高。教師開展的課堂活動對學生的學習效果有很大影響。但是，在當前的高中生物教學中，依然是以教師的講解為主要方式，學生在學習過程中只是處于一種被動的學習狀態，缺少了積極的參與和思考，這對提高生物教學質量有一定的影響。

（二）實驗課程設置不合理

在高中生物教學中，培養學生的實際應用能力、科學素質等具有十分重要的作用。但是，由于受設備、經費和場地等因素的影響，很多高中開展的高中生物實驗在規模和質量上都達不到要求。而且，在高中生物課堂上，要重視和現實的結合，使學生認識到所學的理論知識和實踐的意義。但是，當前的高中生物課程存在重理論、輕實驗的特點，導致實驗教學質量較差。

三、虛擬平臺實驗在高中生物教學中的實施策略

（一）創建相應的虛擬實驗情境

首先，教師在教學引導的過程中，要構建一個良好的虛擬實驗情境環境。高中生物實驗導學是十分重要的一環，許多學生對生物實驗課題的學習興趣不高，這主要是因為教師的指導方法比較落后。在生物實驗導學過程中，教師應與教學主題相結合，隨后應用虛擬平臺為學生展現出相關的實驗場景，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，讓所有學生看到相應的場景，并讓他們在現場模擬，讓他們上前去觸碰一下生物建模設備，并對他們進行思維引導和溝通：“各位，在親自接觸到生物建模設備之后，你有什么感覺？與模擬實驗情境相結合，你能從中找到什么樣的生活現象與規律？能不能跟同學之間進行交流？”在學生的交流中，他們會對結果進行描述，然后由教師在黑板上寫下主要的結論，并對結論進行改進和補充。這樣做，不僅讓學生獲得了寶貴的實驗探索經歷，而且極大地激發了他們積極參與生物實驗的學習興趣。

其次，構建模擬生物實驗理論的虛擬模擬環境。學生對生物實驗的實踐活動有較強的積極性，但對探究、分析、探討、歸納實驗規律的主動性不高。在教授實驗原理的過程中，教師應與實驗過程相結合，采用虛擬平臺模擬生物實驗的各個環節以及各個階段的反應過程。比如，通過Flash技術以及圖形化接口，可以將生物實驗工程的執行程序與效果進行實時的仿真，有利于進行實驗原理分析。學生在這個生物虛擬仿真的實驗環境中，可以對這個實驗的流程和程序有一個全面的了解。根據這個虛擬的實驗成果，教師可以讓學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。在進行實驗原理分析的過程中，教師可以讓學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。學生建立并總結出生物實驗的原則，從而提高了進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，創建凍結與縮放函數的模擬實驗軟件。通過對該系統進行仿真，實現對該系統中各種生物現象的直觀認識。例如，在涉及細胞內的分子的生物實驗課題中，如果有一個重要的現象是由虛擬仿真實驗軟件來進行的，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，教師可以對圖像進行修復或者清晰化處理，使所有學生皆能看到實驗細節，而且可以讓學生相互溝通，探討和總結在固定圖像中反映的細胞結構和生命規律，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，還可以增強學生對生物實驗現象的觀測與了解。

其次，利用虛擬平臺實驗軟件設置圖像錄制功能。在實際教學中，影像錄制能力是一個很大的優點，教師在實踐中，可以事先將影像錄制的命令導入這個模擬軟件中。例如，針對某些細胞分子改變現象，教師可以將記錄并儲存的影像剪切成片段，分別給學生重復、緩慢地回放，引導學生用生物的詞匯來表述細胞運動的規則與特征，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，使其充分地展現在學生面前，并培養學生嚴謹、求實的生物研究態度。

最后，利用虛擬平臺實驗軟件對系統進行數據處理。在生物實驗的過程中，資料也是一個重要因素，要使學生全面了解生物實驗現象，就必須有各種客觀的資料支撐。普通的虛擬仿真實驗設備要求具備數據分析功能，現階段主流的虛擬平臺能夠直接分析所產生的實驗數據，因此教師在動手操作時，可以直接采用其自帶的數據分析以及計算系統處理相關數據，對實驗過程進行仿真操作，以此生成相應的數據圖、思維導圖、統計表等，從而引導學生通過這些實驗資料的統計圖表，對生物實驗現象的發生機理進行觀測與分析。例如，將虛擬平臺實驗儀器的數據分析函數與生物實驗相結合，觀測實驗現象，以增強學生的實驗探究能力，增強其對生物理念的理解。

（三）積極進行生物實驗研究

首先，高中生物教學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，在教學過程中，教師可以利用這些工具讓學生更好地理解生物實驗課題的實施所做的前期工作。例如，在進行生物實驗教學時，教師可以通過同步虛擬平臺實驗系統，把生物學試驗的問題錄入系統的搜索引擎中。之后，該程序會自動地展示所需的設備、實驗條件和須知等內容，為開展實驗做好相關準備。教師還可以讓學生將同步虛擬模擬實驗系統中彈出的信息，下載到光盤中反復觀察，也可以針對該軟件中的某些項目和條件，對學生提出問題：“這一實驗項目提出相關條件的依據是什么？能否在不改動條件的情況下，采用其他材料？”通過相應的問題，讓學生將理論知識和具體的操作技能相聯系，并積極探討，分析在不同條件下設備為什么這么設定，使其能夠明確生物學實驗項目準備工作的重要性，養成提前檢查的好習慣。

其次，采用虛擬模擬方法進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，根據實際狀況，統籌開放式科研活動，如使用卓信365做的仿真試驗，把研究課題引入該系統中，然后讓學生進行實際的生物學實驗。同時對學生說：“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計相應的操作方案，然后完成實驗并總結?！痹趯W生制訂實驗方案以及具體操作的過程中，教師需要引導學生調整該平臺中的各項參數，保證其能根據自己搭建好的實驗計劃進行仿真，在學生的操作技術不符合要求時，該軟件就會對其進行正確的提示。

（四）將虛擬平臺實驗和具體實驗相結合

首先，在選取虛擬平臺實驗與現實生物教學內容相結合的切入點時，應該以不符合要求為前提，對實驗過程進行細化，確定哪些環節適合真實，哪些環節適合虛擬“實驗。如果有些實驗設備比較便宜，實驗室設備比較齊全，但需要進行比較久的觀測，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果的演示。在此基礎上，根據不同的教學方案，提出相應的教學方案。

其次，在學生真正參加虛擬模擬和現實實驗相結合的生物探索過程中，教師應該在各個階段進行各種實驗引導，比如，在生物實驗的實際操作過程中，教師可以引導各個組的學生進行協作，結合實驗要點，明確注意事項和容易出現的問題，科學使用相應的材料與設備，在具體操作時，必須讓學生注意用火、用電以及用解剖刀等材料，做到合理、規范。在對實驗結果進行仿真展示的過程中，教師要引導學生仔細地研究實驗結果，同時歸納和總結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目的達到虛實相融的目的。

四、結語

總而言之，虛擬平臺實驗為高中生物的教育發展帶來了一個良好的機會，但同時也給高中生物教師的教學理念、教學技巧和教學反思能力帶來了一些新要求。在虛擬平臺實驗教學實踐中，教師必須監控教學進程和教學順序，保證教學進展的情況，因為不受約束的“虛擬操作”會嚴重影響到教學的質量。另外，虛擬平臺實驗僅是提高教學質量的一種方法，并不能代替傳統的課堂教學。所以，教師要結合當前的教育目的和學習內容，優化教學過程，或者進行結合，不能一味地追逐信息技術，而忽視了其他教學方法的優點，從而造成教學“異化”。

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（責任編輯：何田田）