虚拟实验应用于初中生物实验教学中的作用及其价值评估

蒋丽丽

(如皋市东陈镇雪岸初中，江苏如皋，226500)

生物学对于初中生来说是一门既陌生又神秘的学科，学习生物知识的目的在于使学生对生物的门类、衍生、发展和特点有初步的了解，培养学生生物学方面的唯物主义思想。面对千奇百怪的生物知识，学生会觉得既好奇又难懂。实验教学是学习生物知识的有效手段，做好生物实验有助于帮助学生理解教材上的理论知识，加深感性认识，提高独立思考和动手能力。但是从现实教学情况看，由于器材、成本、学生知识储备不足等方面的限制，生物实验课程的实际效果并不理想。为此，教师应当借助现代科技手段来解决现实问题，通过虚拟实验的方法进行生物教学无疑是最为可行的。

一、虚拟实验的基本概念

虚拟实验指的是以现代计算机和多媒体演示设备为媒介，运用电子显示器、数据手套和数据眼睛等工具传导信息，在虚拟环境下，呈现出整个实验操作流程，让学生观察实验的变化，体验实验结果，探究实验所展示的自然规律。简单来讲就是以多媒体手段模拟出真实的生物实验的过程。这种学习模式需要配备专业化的教学实验软件和传感设备，目前在我国尚未普及，属于新鲜事物，但是虚拟实验自身优越的特性已经被人们所认知，其对生物教学的辅助作用应当得到重视。

二、虚拟实验在初中生物实验教学中的作用

(一)增强课堂趣味性，提高学习效率

初中学生年龄偏小，正处于生长发育时期，记忆力、理解力和认知能力都比较强，特别是对新鲜事物充满着好奇心和求知欲，但是心理素质普遍较差，面对困难和挫折容易产生怯懦心理。生物课程作为一门新课程，很容易引发学生的学习兴趣，但是因为基础薄弱，课时较少，学生在学习上容易产生理解困难，所以必须注意激发学生的学习兴趣，提高课堂教学的质量，帮助学生更好地理解新知识。实验是生物教学重要的组成部分，也最容易激发学生兴趣的部分，通过教师演示和指导，学生自己动手进行实际操作，能够有效提高学生的洞察力、理解力和逻辑思维的能力。尤其是虚拟实验教学，它让生物实验教学更加简单，克服了教育资源条件有限、材料缺乏的困难。

将抽象、复杂的生物知识转化为形象的实验事物，将实验的整个过程和实验品的变化情况形象地展现出来，克服了不良条件的限制，例如人教版初中生物教材七年级上册第三单元的“光合作用”实验，过程极易受到气温的影响，易造成实验失败，学生不能看到真实的实验效果。但是通过虚拟实验使用计算机模拟出实验效果，反复观察之下就会帮助学生理解“光合作用下生物圈的碳氧平衡”的道理。这种教学方法一方面激发了学生的学习热情，另一方面也能起到帮助学生理解的作用，有助于教学质量的提高。

(二)节约实验材料，推进学生认知能力的发展

生物实验需要有充足的实验材料和仪器做基础，但是某些材料的价格昂贵并带有一定的危险性，因此，在进行实验之前教师都会对实验操作进行非常严格的要求，仔细监督学生的每个步骤，这与其说是学生实验课，不如说是学生按照教师的要求进行机械性的操作。这种做法是出于保护仪器和学生安全的考虑，本无可厚非，但是严格的监管束缚了学生的手脚和思维，仅仅是机械地按照实验要求做，这不能培养学生的实际动手能力和独立思考能力，无法满足学生的好奇心和求知欲，也让学生无法理解实验的真实目的。但是，使用虚拟实验教学法就会使生物实验变得简单易行得多，通过多媒体演示设备将实验的全部过程和细节展示给学生，学生可以在虚拟条件下假设自己就是实验人员，在进行生物实验时可以按照自己的理解进行操作，不必有其他的顾虑，这样能够加深学生对实验知识的印象，获得实验的经验，之后再进行实际的生物实验自然事半功倍，这种做法可以有效地提升学生对生物实验课程知识的认知能力。从另一方面讲，虚拟实验全方位的演示环境能够让所有学生观看到实验的全部过程，而传统的实验教学则很难照顾到全部学生，这样就限制了学生的均衡发展。采用虚拟实验则能够保证学生公平地享受教学资源。

三、虚拟实验应用于初中生物教学的价值评估

(一)对于减少教学资源的消耗，降低实验课程成本具有节约价值

生物实验课程需要大量的实验器材和实验材料，很多的器材如显微镜、试管等价值不菲，加之初中生活泼好动的本性，在实验课程中教师不得不严格监管，保证器材不被破坏，而且器材的数量有限，很难满足所有学生的实验需求。虚拟实验通过现代多媒体手段实现了实验过程的全景演示，不需要实际的器材和实验材料，这就大大节约了课堂教学的成本，降低了生物实验课的管理难度。

(二)克服了实验环境的限制，缩短实验周期，提高了生物实验教学效率

生物实验对于环境和时间都有特殊的要求，例如进行“种子萌芽”这种实验的周期是很长的，很难将变量控制在理想的状态下；再如学习“光合作用”中氧气的产生，这种实验对于周边的环境温度和太阳光线要求是很高的。这些限制条件使得生物实验的成功率大打折扣，采用虚拟实验能够模拟出现实实验要求的全部条件，可以将正常实验的过程和结果完美地展示出来，而且不需要漫长的等待，这对于提高生物实验课的教学效率是很有价值的。

(三)提高教学质量的实用价值

新课程改革追求素质教育为先，主张学生应当成为课堂的主体，教师则是起辅助作用。课堂教学应最大限度地激发学生的学习热情，倡导学生进行自主探究式学习。虚拟实验教学能够反复地进行实验演示，让每个学生都能感受到生物学科的神奇，仔细领悟生物实验的科学理论，激发起学生探究生物生长奥秘的热情，有助于提高课堂的教学质量。

虚拟实验教学是基于现代计算机和多媒体技术发展起来的先进教学方式，运用这种方法能够节约教学资源和材料，全景模拟实验过程，激发学生的学习热情，对于提高生物实验课程的教学质量具有重要价值。

[1] 曾春莲.生物实验教学中如何培养学生的观察能力[J].中国科教创新导刊，2009(21).

[2] 路程舟.生物实验教学中几个值得重视的问题[J].中学生物教学，2005(3).