虚拟仿真技术嵌入中学生物实验教学的应用研究

杨秀丽

【摘要】    生物实验作为高中生物教学的重要组成部分，在激发学生学习兴趣和提升学生生物学科核心素养方面具有不可替代的作用。普通高中生物课程标准（2017版）倡导教师要注重发挥现代信息技术的优势，积极探索现代信息技术与高中生物实验的有机融合。将虚拟仿真技术嵌入生物实验教学，可以拓宽实验教学的可能性，提升实验教学的有效性。本文主要阐述将虚拟仿真技术嵌入生物实验教学的应用价值与实践措施。

【关键词】    虚拟仿真技术    生物实验    教学应用

引言：

随着信息技术在教育教学的蓬勃发展，高校实验教学已经普遍应用虚拟仿真实验。但是，虚拟仿真实验应用于基础教育教学的研究和应用并不多。将虚拟仿真技术与高中生物实验教学优化融合，是未来生物实验教学的一个发展方向。

一、虚拟仿真技术的基本概述

通常来说，虚拟仿真技术主要是利用计算机手段组合而成的模拟系统，能够为使用者提供专业的技术模拟，从而能够使其接触更加真切的环境空间，生动体现生物学科的实验内容。使用者可以体验到类似于真实的场景，同时在体验的过程中，可以发挥主观能动性，合理避免因现实条件的限制而产生的局限性。营造一个自主选择的实验条件和环境，学生可以突破时间地点和实验条件的限制，选择实验内容、实验仪器设备等，允许反复多次试错，提高实验的可重复性，掌握学习的主动权。

二、高中生物实验教学面临的困难

2.1实验课的低效

无论是学生进入实验室做实验还是在教室内展开的分组实验，往往都无法取得满意的实验效果。原因是学生对操作步骤和实验仪器的使用不熟练，面对新奇事物的自控能力差，小组成员分工不明确，成员之间的协作变成了无效的聊天，往往让一堂实验课变成了娱乐课，达不到实验教学的目标。学生在实验课上没有收获，教师只能通过讲实验来“返工”，帮助学生巩固和完成教学目标。低效率的实验课相当于浪费了学生宝贵的学习时间。

2.2学生实验课时较少

迫于升学的压力，学生的学习时间总是紧张的。开设实验课程耗时较长且短时间内实验操作能力不能转化为实验考试分数。短期来看，“讲实验”比“做实验”在考试中更为有效直接。所以学校在总体学时安排上实验课时占比很少，实验教学无法展开。且高中缺乏专职实验老师，生物学科教师的教学任务重时间紧，也难以开展实验教学。

2.3实验损耗资源较多

在高中阶段，生物实验课程的覆盖范围较广。对进行实验操作的仪器和设备要求较高，经常需要采用一些工序较为复杂的技术，并对教师的专业能力提出较高要求。高中学校面临实验室场地有限、实验硬件缺乏、实验经费不足、没有专职实验员等问题。加之学校生源数量往往高于自身教学资源的承载量，有的高中学校甚至没有能力开展分组实验课程。教师只能用“讲实验”代替“做实验”，学生只能用看视频代替亲手操作。

三、虚拟仿真技术在生物实验教学中的应用价值

3.1有利于激发学生的学习兴趣

通常来说，学生在学习高中生物学课时，由于急于求成的思想观念，而未将足够的精力和时间投入到实验方面的操作与训练当中，所以使得自身的学习积极性较低，难以与教师形成良好配合，不断推动课堂教学工作的稳步前进。但是，在应用虚拟仿真技术时，就会使学生拥有尝试新鲜事物的机会，能够凭借最新的科学技术，接触更多生物学科的实验操作，以此能够有效提高学生的学习积极性，不断促进学生真正参与到生物实验的操作过程当中，积极营造逼真的环境氛围，激發学生生物学习的主观兴趣。

3.2有利于拓展学生的逻辑思路

在传统的生物教学课堂当中，教师基本上都是以书本知识为主，为学生进行指导与教学。在这种情况之下，就会使学生的思维和逻辑发展存在很强的局限性，不利于学生真正投入到生物学科的相关实验训练当中。而在虚拟仿真技术的应用阶段，则能够为学生提供多种多样的实验机会，让学生能够在自己原有的思维基础之上进行不断延伸。以此能够超出书本知识的限制，逐步接触到更多新颖的操作技术。并能够在实际的锻炼与操作当中，不断提高自己的专业能力与水平。

3.3有利于提升实验教学的效果

对于高中生物学科的教学工作来说，实验教学是其中必不可少的重要组成部分，需要引起教师和学生的共同关注，从而能够真正发挥实验教学的有效作用，不断提高生物学科的指导价值。在传统的课堂当中，教师的实验器具有限，能够为学生展现的实验操作也屈指可数。而在利用虚拟仿真技术时，教师可以为学生提供一个逼真的研究环境，从而可以不断提高实验教学的效果，让学生能够真正将所学的理论知识应用到实验操作当中，以此满足现阶段生物教学的基本要求，努力提高实验课堂的质量与水平。

四、虚拟仿真技术在生物实验教学中的应用分析

4.1半透膜实验

在生物必修一课本当中，有关物质的跨膜运输方式的部分，是学生需要进行探究式学习的关键内容。在本节课当中，教师大多是以课本上的知识为主，将多种生物膜的运输方式进行介绍与讲解，能够让学生了解物质跨膜运输方式的类型与特点。但是，教师如果采用传统的教学方式，很容易由于学生缺乏直观的认识与了解，导致学生在相关知识点的学习当中产生混淆，从而使学生的生物学习不够扎实，无法保证日常教学的质量与水平。其中，可以利用虚拟仿真技术，为学生提供有关半透膜的虚拟实验，从而可以利用实验内容模拟半透膜的通透性，然后再将布朗运动中进行分子移动的过程形象展示出来，以此能够让学生对跨膜的物质运输现象产生透彻的了解与认识，能够逐渐将抽象的知识具体化，进一步提升学生的理解能力与分析能力。

4.2标志重捕法实验

标志重捕法，作为动物种群密度的常用方法，出现在人教版高中生物必修三的课本当中， 需要学生在理解的基础之上，逐步满足生物课堂教学的基本目标。但是，教材当中对该部分的内容讲述较少，并且从现实角度出发，学生又很难在条件允许的情况下进行野外实验。因此，教师就可在该过程当中，利用虚拟仿真技术打造的虚拟实验，有效模拟种群的分布以及重捕等各个步骤的具体情况，帮助学生形成扎实的知识基础，努力在考试当中提高做题的准确概率。其中，该实验需要考虑到随机分布的基本特点，能够有效避免因客观因素对实验结果造成的误差，从而可以在条件允许的情况之下进行多次实验，能够真正培养学生的动手操作能力，并进一步拓宽学生的观察视野。

4.3植物组织培养实验

在高中生物人教版教材当中，现代生物科技部分将植物的组织培养放置到较为重要的地位，需要学生根据相关的原理与条件，能够正确把握植物组织培养的实施过程，从而可以从多角度出发，掌握有关该部分内容的相关知识。其中，教师必须要考虑到植物的组织培养内容属于较为应用性较强的课程，仅凭书本当中的概念展示，无法使学生得到充足锻炼。所以，必须要考虑进行实验操作与理论知识相结合的方式，有效满足该部分内容的教学要求。其中，由于考虑到植物组织培养技术的开展，必须要在无菌操作的环境之下进行。而一般的高中实验室则难以达到该方面的标准和要求。在这个时候，虚拟仿真技术，就更能够切实弥补实验操作资源条件的不足，积极响应生物实验的标准与要求。在实验当中，可以模擬从消毒、接种到组织分化等多项步骤，能够逐步突破传统教学模式的局限性，让学生能够在直观、真实的环境之下，感受植物组织培养的基本操作过程。以此拉近生物实验技术和日常学习生活的距离，不断提高学生的观察能力与实践能力。

五、虚拟仿真技术在生物实验教学中的不足之处

尽管从以上内容当中可以了解到：虚拟仿真技术能够凭借自身的专业优势，为高中生物实验教学提供巨大的便利与帮助，从而能够突破原有教学模式的局限性，不断为学生提供直观的实验演示，并不断促进学生参与到课堂学习过程当中，努力提高生物实验教学的质量与水平。但是，任何事物的存在都会具有两面性，虚拟仿真实验也不例外。由于考虑到虚拟仿真技术属于一项创新化的信息技术，对操作人员的专业要求较高，需要教师能够具备较高的专业素质才能够操作自如。在实际情况下，由于教师的专业水平有限，所以在操作当中很容易产生诸多突发情况，进而会延缓课堂时间，不利于把握课堂当中的教学节奏。

除此之外，虚拟实验系统本身还会存在一定的局限性。容易因为多方面原因，导致基本的实验步骤和操作行为都需要进行预先设定，无法依据实际需要进行自主操作。而这就不利于发挥学生的主体地位，并逐渐限制学生的思维逻辑，不利于构建良好的课堂氛围，满足学生的成长发展需要。因此，在开展虚拟仿真实验技术时，教师可以根据教学内容，适当与真实的实验操作相结合，能够通过相互的补充与融合，解决实际教学工作当中的困难与不足，不断符合生物教学的实践要求。

六、结束语

综上所述，随着高中阶段教育事业的逐渐发展，生物学科的教学工作也面临着诸多要求与标准。教师必须要从自身树立正确的思想意识，能够充分把握时代的发展要求，真正考虑生物学科的教学情况，并能够依据学生的学习需求，全面看待生物教学工作的指导要求，能够通过提出适当的实践策略，不断提高日常教学工作的实效性作用。其中，由于实验教学作为生物学科的重要部分，更需要引起教师的关注和重视，能够将较多的精力和时间投入到高中生物实验的授课过程当中。因此，教师必须要摒弃传统的思想观念，真正颠覆以往的教学限制，不断采用创新的教学模式，发挥虚拟仿真技术的实际价值，努力促进该类技术在生物实验教学当中的实践作用。以此能够真正提高教学的效率水平，不断促进学生自身能力与素质的提高，进而推动生物实验教学工作的创新与发展。

参  考  文  献

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