基于虚拟实验平台提升生物教师信息素养的研究

徐传发

摘 要：虚拟实验在高中生物实验教学中的应用效果很好，对教师信息素养的提升显著。首先，在学习热情上，学生普遍接受和认可虚拟实验，也能很快适应虚拟实验的操作，此外，虚拟实验能有效激发学习兴趣、提供学习帮助、提升实验完成的信心。其次，在知识理解上，虚拟实验能有效帮助学生准确理解实验原理，巩固已学知识。最后，在实验技能上，虚拟实验能显著提高学生的技能操作水平。因此，扩大虚拟实验的应用范围、丰富虚拟实验的应用方式和拓宽虚拟实验的应用载体，是完善现阶段实验教学的途径之一。

关键词：虚拟实验;生物教师;信息素养

虚拟实验是一种以现代信息技术为基础的实验，与真实实验相比，具备以下特点：

（1）虚拟性。虚拟性是虚拟实验最基本、最显著的特征。一个真实生物实验的完成，需要有特定的生物实验室，需要仪器、材料和试剂等，都是实验者可以感触到的。但在虚拟实验中，上述内容则是以计算机模拟现实环境进行操作，只需要一台含相关軟件的计算机，实验者就能够完成整个实验，是对现实实验的模拟。虚拟实验的虚拟性，在很大程度上能有效减少实验设备、节约实验材料和试剂，降低实验成本，使得很多的实验开展成为可能。

（2）交互性。交互性是指为了实现教学目标，实验者在虚拟实验情境中所进行的各种交互，包括操作交互、信息交互和概念交互等。借助虚拟实验的交互性，实验者能够像控制真实实验设备那样完成实验，增强学生的亲临感，激发学生探索获取知识的兴趣和欲望，提高学生实际动手操作能力。

（3）灵活性。虚拟实验过程的灵活性，使得实验者能从实验过程中学习，不仅能获得实验的结果，而且能体验知识的发现过程，激发实验者进一步提出问题与寻求解决问题的兴趣，这对提高实验者逻辑思维、思维创新相结合的能力和自我主观能动性都有很大的辅助作用。因此，灵活性使虚拟实验的实用性更强。

（4）开放性。开放性是指实验空间、时间、使用对象、教学方法等的开放。实验装置及实验环境突破了时空限制，学生只要借助计算机就能在任何时间任何地方使用虚拟实验。另外，虚拟实验在实现网络共享后，实验者可以按照自己的学习进度和自我学习特点选择或整合实验内容;还可以自由地选择实验时间，获得管理员许可后随时都可进入虚拟实验室进行实验。这样，实验者掌握了学习的主动权，大大提高了学习的效果。

（5）安全性。在真实实验中，部分生物实验存在一定的操作安全隐患。虚拟实验使得完成一些危险性和破坏性的实验成为可能，能大大降低实验危害性，有效拓展实验范围。

总之，虚拟实验具有很多优点，在实验教学中有着真实实验无法比拟的优势，可以解决真实实验无法解决的问题。因此，推广虚拟实验平台在实验教学中的应用，对生物老师信息素养的提高具有非常重要的意义。

对初中生物实验教学现状进行调查，发现目前初中生物实验教学现状总体不太乐观。主要表现在：教师队伍有提升空间，必须推进生物实验教师的培训和专业成长计划，积极主动学习快速扎实地提高教育教学水平。教师的教学观念有待改变，需要教师不断更新教学观念，并在教学中渗透新课程理念。对生物教学不够重视，各级教育部门、学校应该增强和提高生物实验教学功能的认识，重视生物实验教学。实验室条件欠缺、实验经费不足，需要有关部门增大实验教学经费的投入和加强实验室建设，不断改善实验室条件。实验开出率低，应采取各种合理措施来保证实验的开出。实验课时不足，需要保证生物实验足够的课时。教学方法尚有提升的空间，教师需要优化实验教学方法和策略。实验评价体系亟待完善，建立全面、科学、多元的生物实验评价体系。教学资源的开发不足，应当开发和整合多样的教学资源，用以促进生物实验教学。基于这些现状，尝试进行虚拟实验平台的使用，以补充实验教学的不足。

虚拟实验在生物教学领域的出现是在1995年，则以RichardHill和DavidHugnes发的Froguts为典型代表。Froguts是一款虚拟青蛙解剖实验，实验者可以用虚拟手术刀层层分离青蛙，从任意调整角度来观察和摘除青蛙的器官，为生物教学提供了全新的教学环境，极大地提高知识信息的传输和接受的质量，使课堂教学由静态灌输变为图文并茂的动态传播，激发了学生的学习热情和主动性，有助于培养学生的思维能力和创新能力。

日常初中实验教学与虚拟实验平台的结合在生物课堂教学中的效果反应良好。在学习热情上，学生普遍接受和认可虚拟实验，适应虚拟实验的操作，另外，虚拟实验能有效激发学生学习兴趣、提高学生学习热情、为学生提供学习帮助、提升学生实验完成的信心。在知识理解上，虚拟实验能够有效地帮助学生准确地理解实验原理，巩固已学知识。在实验技能上，虚拟实验的作用也很明显，它能够显著提高学生的实验操作水平。不同的运用方式，虚拟实验的教学效果略有不同。与单独应用虚拟实验相比，将虚拟实验和真实实验结合起来运用于生物实验教学中，对知识理解和实验技能的提升效果都更为显著。

虚拟实验平台以其高度开放、不受时空限制、实验资源高度共享、实验操作安全可靠等特点日益受到青睐。它在一定程度上解决了实验教学的问题，但也存在着一些不足之处。比如：①缺乏必要的人文环境。现实世界环境的特征没能很好地融入虚拟学习环境中。②学生实验操作受到限制。目前用于教学的中学虚拟实验，大都是演示型桌面虚拟实验。而在少数的操作型虚拟实验中，由于领域模型不健全，造成学生只能按部就班地在平台上做实验，把探究性实验做成了验证性实验，不能达到预期的实验目的，特别是学生培养目标，还需与真实实验相互结合使用。

综上，将虚拟实验应用在初中生物实验教学，是信息技术与生物实验课程整合的趋势，也是解决初中生物实验教学不足的重要途径之一，应当重视虚拟实验平台和在教学中的应用。