【摘 要】本文论述虚拟实验在中学生物教学中应用，认为虚拟实验可以应用在难度与危险系数较大的生物实验中，或应用在真实实验前的指导、生物课的理论学习，以及课后复习环节中，提出利用虚拟实验帮助学生理解实验原理，了解操作方法与过程;利用虚拟实验重复实验与开展个性化学习，提高学生的学习主动性与创新操作能力;利用虚拟实验辅助学生完成难度大的实验，培养学生的探究能力;利用虚拟实验为学生创设更大自主探究的空间，培养学生的合作学习精神。

【关键词】中学生物 虚拟实验 生物实验 实验原理 自主探究

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2019）03B-0146-02

生物实验教学是中学生物教学的重要组成部分。生物教学中涉及许多生物解剖實验，以及一些难度与危险系数较大的实验。但是，为了培养学生热爱大自然、爱护生物的积极情感，保障学生的实验安全，生物新课标背景下的生物新教材已经删除了部分实验。可是，如果学生不进行实验就不可能深入地了解生物知识，所以生物新课标倡导生物实验的多样化，建议有条件的学校可以通过多媒体开展生物虚拟实验。在目前的中学生物教学中，部分教师对于虚拟实验还没有深入的了解，影响了生物教学有效性的提高。因此，如何通过虚拟实验提高中学生物教学的有效性，是摆在中学生物教学面前的重要课题。

一、虚拟实验在生物教学中的应用范围

虚拟实验室是一种模拟实验，以现代信息技术为支撑，学生除了可以运用计算机进行模拟实验外，还可以运用数据手套、力矩球、数据眼镜等设备，在信息技术创设的虚拟环境下进行输入与输出操作。学生在虚拟实验中，通过动手、观察，了解、掌握生物知识，完成生物知识的建构。也就是说，学生在教师的引导下，通过多媒体等信息技术手段，再现真实的实验过程，在这个过程中，学生可以亲手操作，近距离观察。生物实验室需要有比较完备的实验软件及传感器，在虚拟实验中，不是单纯地运用多媒体课件，而是通过比较完备的设施及模拟实验系统使虚拟实验具有交互性，不单是教师的演示实验，更重要的是发挥学生主体作用，让虚拟实验教学发挥独特的作用。

虚拟实验主要在中学生物教学的以下环节中应用：第一，在难度与危险系数较大的生物实验中应用。在中学生物教学中会遇到许多由于安全、生物保护等客观原因不能用实物做实验的问题，虚拟实验正好可以突破这些客观因素的限制，填补生物实验的空白。第二，应用在真实实验前的指导。为了保障真实实验的有效进行，提高真实实验的效率，在实验前教师可以引领学生开展虚拟实验，在虚拟实验中，学生可以初步了解实验原理，搞清楚实验步骤，以及实验中需要注意的问题，为进行真实实验打好基础。第三，应用在生物课的理论学习中。教师在讲解生物知识点时，为了更深入地说明问题，可以运用虚拟实验，给学生更直观形象的展示，让学生更深入地理解知识。也就是说，在讲解的过程中，可能会涉及一些危险的、微观的、宏观的知识内容，无法通过真实实验来实现，在这种情况下，虚拟实验就发挥了其应有的作用。第四，应用在生物课后复习的环节中。因为学生在生物复习过程中必然会产生许多的疑问，这时候进行真实实验极不便捷，甚至也没有必要。虚拟实验室具有便捷性，在复习中学生完全可以运用虚拟实验室解决疑难问题，完成对知识的理解与巩固。

二、虚拟实验在中学生物实验教学中的具体应用

（一）利用虚拟实验帮助学生理解实验原理，了解操作方法与过程。在新课改背景下，中学生物教学的重点是培养学生的生物综合素养，生物实验的内容也随之增多。但是，由于生物课时没有相应增多，加之各学科整体课程教学的需要，生物课时还有所减少，导致中学生物教学课时紧张，影响了开齐开全实验课要求的落实。部分教师为了完成教学计划，通常用短暂的实验示范设计实验环节，造成学生对生物知识点理解不透彻，对生物实验原理理解不全面，反而延长了实验时间，学生学习的效果并不理想。

如果生物学科任课教师在开展真实的实验之前，运用虚拟实验的形式指导学生，学生就会对真实实验要做哪些准备、经过哪些环节、实验中有哪些注意事项、实验原理等有一个较全面的了解，这样在进行真实实验时，学生可以直奔主题，节省老师讲解组织的时间，把大量的时间用在实验操作上，学生实验起来也就得心应手，不会出现仪器损坏现象，避免操作失误与实验事故。例如，在传统的生物实验中，往往是先由教师操作演示显微镜如何使用，再由学生进行实际操作，由于学生对显微镜的操作十分生疏，教师在演示操作时，学生的注意力大多集中在显微镜上面，从而没有认真听讲与理解教师所讲解的注意事项，导致实验效果不是很理想，甚至发生损坏玻片标本或者显微镜镜头的问题。但是在实验之前运用虚拟实验指导学生，就可以避免发生以上问题。学生在虚拟实验中已经有所准备，就可以在真实实验中反复操作与训练，达到熟练的程度。这样学生通过虚拟实验与真实实验两个过程，能够更加深刻地理解实验原理。此外，学生可以在学习中随时运用虚拟实验的课件，根据自己学习中的疑点与难点进行自主虚拟实验，这不仅使学生在课前预习中对实验原理有所理解，而且使他们了解到实验中要用到哪些仪器与设备，了解仪器设备的性能及使用方法，对真实实验产生直观认识，从而拓展生物实验的时间与空间。

（二）利用虚拟实验重复实验与开展个性化学习，提高学生的学习主动性与创新操作能力。真实的生物实验固然有其优点与长处，但是在实验中要用到真实的仪器与设备，要消耗实验材料，所以真实实验必然要考虑到节约利用实验资源的问题，教师也会对学生运用实验材料的次数进行限制。并且，在生物实验教学中，存在着一些用时较长的实验，需要学生花费较长的时间去探究并总结规律，如进行“酸雨对生物的影响”的真实实验，由于时间较长，在课堂上不可能完成。学生在课堂上通过观察相关图片，听教师的语言描述，但是由于没有亲手操作的机会，难以收到理想的实验教学效果。虚拟实验具有可复制性与便捷性的特点，学生可以重复实验，即使周期很长的实验，学生通过虚拟实验也可以在短时间内完成，这不仅克服了真实实验受次数限制的弊端，而且也体现了学生的主体学习地位。同时，在虚拟生物实验中，学生可以根据自己的学习计划，对自己感兴趣的问题进行随时实验，在实验过程中可以产生新的问题，再通过实验使问题得以解决。学生通过复习旧知，建构新知，提出新的实验方案，提出自己的设想与意见，可以促使创新思维能力的发展，形成个性化学习。此外，学生在虚拟实验中也可以通过网络进行互动，交流探究学习中产生的问题，使问题得以解决，这样就可以倾听别人的学习意见，集众家智慧，不断改善自己的学习，产生新的想法，在合作学习中加深对知识的理解，从而产生学习的主动性，促进创新能力的形成。

（三）利用虚拟实验辅助学生完成难度大的实验，培养学生的探究能力。虚拟实验与真实实验相比具有自身独特的优势。一些实验难度太大，或者根本无法完成的实验，都可以通过虚拟实验来完成，从而辅助学生更好地完成知识的建构。如生物实验教学中有些实验材料与器材非常昂贵，而学校的经费比较紧张，难以在这些实验上进行投入，条件不具备的学校就很难开展此类实验，而虚拟实验可以填补因为花费高而无法开展生物实验的缺憾，達到节约资源与经费的目的。例如生物实验教学中的“探究植物光合作用”的实验，需要数量不少的天竺葵，每个班级就需要 20 余盆，一个年级就需要上百盆的天竺葵。一旦学生在实验中出现操作不当的问题，就会造成巨大的损失，浪费经费。而引入虚拟实验后，这个问题就可以得到很好的解决。

虚拟实验以现代信息技术为依托，运用信息技术手段创设情境，学生可以置身于逼真的环境中操作生物对象，学生在这种情境中体验，发现问题，产生疑问，激发探究欲望。如在进行解剖青蛙的虚拟实验中，学生可以在逼真的情境中观察到直观生动的形象，从而产生想象，结合生活经验激活对知识的记忆，从而从旧知出发，不断与新知产生联系，学生温故知新，最终完成知识的建构。虚假实验室为学生的探索提供了广阔的空间，学生在实验中可以发现生物奥秘，跟科学家一样进行探索，在研究过程中体验收获的快乐，体味发现与探究的乐趣。这对于学生培养创新精神、形成探索能力具有十分重要的促进作用。学生在虚拟实验室中的主要实验方式是人机交互式对话与操作，实验过程具有很强的智能性，同时也特别适合中学学生的探究特点，实验过程富有形象性与趣味性，可以激发学生学习积极性，学生乐于在实验中发现问题，提出问题，进而进行自主或者合作探究，有效培养了学生的探究精神与科学态度。

（四）利用虚拟实验为学生创设更大自主探究的空间，培养学生的合作学习精神。虚拟实验室依靠信息技术，将逼真的虚拟实验生动地展现在学生面前，可以有效吸引学生的注意力，刺激学生的感官。当学生进入虚拟实验系统时，就可以自主在电脑上学习生物实验原理，总结生物规律。如果学生操作不正确，系统会给出有关操作的正确做法，提示接下来的实验操作。在这种实验环境下，学生是以小组为单位进行探究的，每个小组一台电脑，成员之间进行明确分工。如学生甲负责材料的整理，学生乙负责试剂的调制，学生丙负责进行操作，整体任务由小组合作完成，在实验过程中小组成员需要进行密切合作，遇到问题一起探究，有利于促进学生合作学习精神的形成。并且，虚拟实验室的虚拟实验系统会对一些实验细节进行放大处理，学生可以全方位进行观察，然后再进行实际的练习，实验成功率会大大提高。

在中学生物教学中运用虚拟实验室教学，可以帮助学生理解实验原理，清晰实验步骤，提高实验技巧，从而提高学生的创新能力，培养科学精神，帮助学生完成一些难度高、危险系数大的实验，提高学生的探究能力。虚拟实验还可以促进学生的合作学习，培养学生的合作能力。因此，教师在教学中要注重根据生物教学及中学学生的特点，科学设计虚拟实验环节，提高学生的生物综合素养。

【参考文献】

[1]姚海霞.验证性虚拟实验在初中生物实验教学中的作用[J].中学生物学，2012（8）

[2]林凤屏，黄 飞，陈必链.虚拟实验室在生物教学中的应用与研究[J].实验室科学，2016（2）

【作者简介】任飞航（1981— ），男，广西兴业人，兴业县第一中学教师，中学二级教师。

（责编 江月阳）