虚拟实验在初中生物学实验教学中的运用

虚拟实验在初中生物学实验教学中的运用

篇一：虚拟实验在初中生物学实验教学中的运用

虚拟实验在初中生物学实验教学中的运用

一、拟实验的产生

的加利福尼亚高中学生拒绝在科学课的实验室中解剖青蛙。她的反应使得美国人对动物解剖实验的态度发生了微妙的变化。美国的生物教育工作者们从此后进行了多种尝试，试图用书本、切片、幻灯片、模型、录像带、影碟等来代替解剖实验，但是，教学效果都不佳。直至20世纪90年代初，随着计算机和多媒体技术的发展，人们意识到，利用虚拟的实验室可以很好地解决这一难题。

1994年，维吉尼亚州大学教育技术系副教授MABLEKINZIE建立了一个网上的虚拟青蛙解剖实验室(/go/frog)。在这个名为“网络青蛙”的虚拟解剖实验室中，多媒体电影能展现照片所无法提供的解剖技术。“网络青蛙”的虚拟解剖操作可以从下面系列截图1中管中窥豹。

虚拟解剖实验在虚拟实验研究中发展很快，但是，由于多种原因，特别是考虑到学生的情感、态度和价值观的形成和培养，出于医学伦理道德等方面教育的需要，在我国的初中生物实验教学中几乎已经不再涉及到动物解剖实验，因此，虚拟解剖实验在我们的教学实践中已经没有了用武之地。二、虚拟实验的概念

虚拟实验是指利用多媒体技术、虚拟现实技术，学习者通过鼠标、键盘、显示器以及力矩球、数据手套、数据眼镜等输入输出设备操作虚拟环境中的实验仪器，模拟实验过程，观察实验现象，探索实验规律的实验。简单的说，虚拟实验是用多媒体的手段对真实实验进行再现或模拟，再学生进由行观看或参与操作的一种实验方式。虚拟实验用到的相关技术如图2。

图2：虚拟实验相关技术

我国的生物虚拟实验还处于起步阶段，首家中学虚拟科学实验室于2002年9月建成(见《中国教育报》2002年9月2日第二版)，其中也安装了生物学科的实验软件和传感器。在网站.tw/wong/courses/inform/site03x. htm中也介绍了很多生物虚拟实验室的网址。但是总体来说，我国对虚拟实验室和虚拟实验的研究还停留在研究和探索阶段，其实践和应用局限在部分高校的有限的范围，虚拟实

验的数量有限，在教学中真正发挥作用的更是少量，初中生物教学中需要的相关实验几乎是空白。现在在中学教学中少量使用的所谓虚拟实验，多数以课件形式出现，交互性少，以模拟演示方式存在，还不能称之为真正意义上的虚拟实验，但已经可以在教学中发挥独特的作用。

学内容。在课堂上讲解内容时，为了说明一些现象，需要用虚拟实验来展示，进而有助于讲解教学内容。这些教学内容可以是通过真实实验来演示的，也可能是一些宏观、微观、危险的无

三、虚拟实验在实验教学中的运用

虚拟实验用于教学的方式主要有以下几个方面：第一，用于真实实验前的指导。在实验前，对实验的原理、过程、现象做一些介绍，以便于对教学内容的理解，便于真实实验的开展。第二，用于讲解教法通过真实实验来演示的，这时，通过虚拟实验来讲解实验现象是一个十分可行的方法。第三，用于课下复习。在复习过程中，学生还会遇到很多的问题。其中就有很多关系到实验的，这时候再去实验室做实验已不大可能，利用虚拟实验可以便于学生自主学习。下面介绍两个可以方便使用的虚拟实验课件，通过截图演示。（一）“鱼鳍的作用”（适用于人教版八年级上册4页“鱼鳍在游泳中的作用”）课件来自网络，操作与说明如下列系列截图3：

通过菜单操作，学生可以很清晰地观看鱼鳍的各种作用。此课件可以在学生只做了“活体鱼”进行模拟实验后进一步探究。

（二）“输血与血型”（适用于人教版七年级下册76页“输血与血型”）

课件来自网络，操作与说明如下列系列图4：

1.救护车送来三位病人，他们失血过多，需要输血。医生提示：操作者的工作是测定他们的血型，并且给他们输血。（操作者随意用鼠标点击一个病人，将此病人送入病房）

2.病房护士要求操作者先正确测定病人的血型，然后输血。如果你操作顺序错误，如没有测定病人

3.当操作者使用鼠标点击注射器，从病人裸露的胳膊上抽血并与三种血型抗体试剂混合后，操作者可以通过小图来查看A、B、C三个试管发生的情况，以判断病人的血型。

4.然后参考血袋中的用血说明，决定给病人输何种血型的血液。

5.当操作者给病人所属的血是与病人的血型不符合的，病房护士就会提醒你修正。如果操作者的操作是正确的，病房护士就会提醒你再尝试输其他血袋里的血。没有血液可输时，就可以带下一位病人了。

6.点击其他病人，重复以上的操作，直到把正确的血液输完为止。

的血型，想直接输血，就会出现下列提示，修正你的做法。这一课件，虽然不是典型的虚拟实验课件，但是指导语言是中文，背景、情景设计逼真。当操作者操作正确时，病人的脸色立即变得红润；错误时，病人的脸色青紫，浑身颤抖、青

筋暴露，非常有现场感。其他像抽血、输血，与医院医生的真实操作非常相似，设计科学。课件设计有三个病人，当学生在学习时，第一个病人还容易判断错误，到第三个病人时，已经基本掌握血型的判定和输血的知识，这种设计很符合学生学习的认知规律。课件画面醒目、易操作、不枯燥，易于使用，是个很不错的虚拟实验课件。

我国的生物虚拟实验室大部分是非交互式的，即学生可以在网上了解实验内容、观看动画或视频形式的实验演示过程，但无法自己动手操作，这样学生不能获得直接的感性认识，不利于实验技能的培养和知识的巩固。我们应该大力发展交互式的虚拟实验室，让学生不仅可以观看，还可以动用输入设备对实验过程进行实际操作。

四、虚拟实验在实验教学中的作用

（一）用于学生熟悉实验原理、方法和实验操作过程

新课程改革以后，为了提高学生的生物科学素养，初中生物实验内容明显增多，相对的，由于教学课时没有增加，甚至还有减少，例如七年级上学期的周课时从3节减少到2节，

这就造成教学课时的明显不足，这也是部分学校不能开齐所有实验课的客观原因之一。在教学实践中，部分老师为了在有限的实验课时间内完成实验，常常缩短讲解和示范操作的实验环节，但这常常会造成部分学生在实验前对实验原理理解不透，直接影响实验过程，拖延实验时间，影响实验效果。如果教师在开展真实实验前，可以通过展示虚拟实验来讲解实验原理、实验方法、实验步骤，让学生能充分了解实验的进程，就可以增加学生对实验的了解，以保证学生有较多的操作时间。如果学生能够在开展真实实验前，亲手操作虚拟实验课件，学生不必担心损坏仪器，甚至发生事故，在正式实验时就能熟悉操作过程，减少操作失误，从而更加激发学生对实验的学习兴趣。同时，虚拟实验课件具有无限量复制特性，学生可以根据自己的需求，随时选择时间完成实验，并可根据需要“真实”地观察实验现象、操作实验仪器。这对于课前预习实验，充分搞清实验原理、实验过程和仪器设备的使用，建立实验前的直观认识有极大的好处，客观上实现了实验室空间和时间上的延伸。

（二）促进学生由被动学习变主动学习，提高创新实践能力

实验利用真实材料、仪器做实验，往往因为要消耗实验材料，损耗实验器材，教师本着节约资源的真实考虑，在有限的实验时间内，对学生使用实验材料的数量和操作仪器的次