徐益苗 趙曉燕

(江蘇省南京市科利華中學(xué) 南京 210009)

所謂虛擬實驗室，是指運用數(shù)字化的手段將實驗平臺、實驗儀器與設(shè)備和實驗材料等通過圖形化的方式顯示出來，供實驗操作者以第一視角的身份進行模擬操作的平臺。自這一概念提出以來，國內(nèi)外的一些高校和研究所建立了自己的專業(yè)性生物學(xué)虛擬實驗室用于學(xué)生自主性和創(chuàng)新性的培養(yǎng)[1]。在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，國內(nèi)和國際上運營時間較長的虛擬實驗室項目有“同步實驗室”、WISE[2]和MBT[3]等。近年構(gòu)建的NOBOOK虛擬實驗室提供了穩(wěn)定的操作環(huán)境、緊密貼合教材的虛擬實驗項目，真實的畫面呈現(xiàn)和適合課堂教學(xué)的即時批注功能，使得這一平臺在教師的備課、課堂教學(xué)以及學(xué)生的預(yù)習(xí)、學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)過程中都發(fā)揮了重要的作用。

1 NOBOOK初中生物學(xué)虛擬實驗室的下載與使用

1.1 NOBOOK的下載與安裝 NOBOOK系列下的生物學(xué)教學(xué)平臺有初中版和高中版，均支持在線使用、Windows和MAC三種環(huán)境，可在https：//www.nobook.com/shengwu.html選擇所需要的版本進行下載。下載后點擊安裝文件進行安裝，安裝文件大小約為2G，下載和安裝均需要一定的時間。安裝完后可點擊對應(yīng)圖標(biāo)打開平臺，本文以“NB生物初中版”為例介紹該平臺的使用。

1.2 NOBOOK平臺界面介紹與實驗分類 使用離線下載版平臺需要先登錄，點擊右上角“登錄/注冊”按鈕進行登錄或注冊。在“NB生物初中版”平臺中共內(nèi)置了186個初中生物學(xué)項目，在平臺的上部將這186個項目分為植物學(xué)、動物學(xué)、生理學(xué)和微生物四個門類，每個門類下分為生物學(xué)動手實驗和生物學(xué)實驗資源兩個門類，其中部分3D視角的項目具有一個“3D”字樣下標(biāo)(圖1)，從視覺類型上統(tǒng)計，其中3D視角項目達(dá)到81個，約占總量的43.5%。

1.3 使用“NB生物初中版”進行項目操作 “NB生物初中版”可在學(xué)生平板電腦中在線使用或在教師電腦中安裝。因此，其中的項目在課堂中既可作為演示活動，也可作為分組活動開展。在平臺對應(yīng)的類別中選擇一個項目以打開，打開后可以看到實驗標(biāo)題、實驗?zāi)康摹嶒炂鞑?、實驗步驟和討論幾部分內(nèi)容。

圖1 “NB生物初中版”界面

在開始虛擬實驗前，教師可以引導(dǎo)學(xué)生了解實驗?zāi)康?，認(rèn)識實驗器材，而后點擊實驗步驟以開始項目。在虛擬實驗室中，教師和學(xué)生在實驗步驟的指導(dǎo)下，通過手指滑動屏幕或鼠標(biāo)活動來拖拽、撥動和點擊實驗用品，模擬現(xiàn)實中顯微鏡的調(diào)光、調(diào)焦、物鏡的切換、實驗物品的添加和放置等具體操作，盡可能地還原真實實驗操作的體驗。通過鼠標(biāo)滾輪和多點觸控操作可實現(xiàn)局部關(guān)鍵點的放大、縮小和模型旋轉(zhuǎn)等。在一些需要記錄實驗數(shù)據(jù)的項目界面右側(cè)可見“記錄”標(biāo)志，點開可見實驗記錄表，用于記錄虛擬實驗中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。在某些實驗的右上角有四條橫線，點擊這個圖形會出現(xiàn)該生物對應(yīng)結(jié)構(gòu)的說明。在項目實際開始后的操作界面下方會出現(xiàn)“鉛筆、橡皮、介紹和清除”四個圖標(biāo)，其中“鉛筆”可實現(xiàn)教師在虛擬項目進行過程中的批注功能： 圈劃重點提醒或板書，共有七種顏色可供選擇，“橡皮”用于逐條刪除“鉛筆”的痕跡，而“清除”用于刪除全部“鉛筆”痕跡，點擊“介紹”出現(xiàn)有關(guān)該生物的介紹內(nèi)容。實驗完成后，在討論欄目中有一些與本實驗有關(guān)的問題，點擊問題會出現(xiàn)該問題的答案。在虛擬項目運行過程中任意時刻都可以點擊右下角的“返回”圖標(biāo)以退出當(dāng)前項目。

2 “NB生物初中版”在初中生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 為教師備課，學(xué)生預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)提供素材與環(huán)境 在“NB生物初中版”中提供了植物類項目80個，動物類項目46個，生理類項目32個，微生物類項目28個。在這些實驗中有不少精彩的視頻，如“兩棲動物的生殖與發(fā)育錄像”記錄了從雌雄蛙抱對產(chǎn)卵、受精卵孵化直至形成成蛙的全過程；在“心臟的結(jié)構(gòu)與功能”中可以觀察到動脈血和靜脈血在通過3D建構(gòu)的心臟模型中流動的全過程；對于一些開展周期長的實驗，如“探究酸雨對生物的影響”，教師可借助該平臺在課堂中完成現(xiàn)實手段難以呈現(xiàn)的探究全過程，這些素材都為教師的備課提供了有力的資料。

2.2 實現(xiàn)課堂中的實驗操作教學(xué) 有些學(xué)生在正式學(xué)習(xí)生物學(xué)前都未過接觸過顯微鏡，在進入實驗室前的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中，平板教學(xué)班級可借助“NB生物初中版”讓每一位學(xué)生在教室里就能完整地體驗顯微鏡的使用流程；非平板教學(xué)班級可結(jié)合演示顯微鏡和教師機大屏中的虛擬顯微鏡使全班學(xué)生更清晰地認(rèn)識顯微鏡結(jié)構(gòu)與使用，更大的虛擬顯微鏡能夠讓每一位學(xué)生看清對應(yīng)的器件操作方法。通過讓學(xué)生上臺“認(rèn)一認(rèn)”“試一試”親自操作虛擬顯微鏡，調(diào)動學(xué)生體驗的積極性，實現(xiàn)“做中學(xué)”，為進入實驗室使用顯微鏡做好準(zhǔn)備。

2.3 實現(xiàn)對某些解剖實驗虛擬操作 在認(rèn)識兩棲動物形態(tài)結(jié)構(gòu)的過程中，出于對該類動物保護的目的，教材中并未涉及解剖實驗這一類型。因此，不少學(xué)生對于兩棲動物的生理結(jié)構(gòu)并沒有清晰的認(rèn)識。在“NB生物初中版”中，教師和學(xué)生都可以以透視圖的方式全方位觀察青蛙的呼吸、循環(huán)和消化等系統(tǒng)，也可近距離地觀察青蛙的游泳、捕食等動作，在保護這些人類伙伴的同時，直觀地達(dá)成了教學(xué)目標(biāo)。

3 NOBOOK在初中生物學(xué)教學(xué)中的優(yōu)勢與局限性

NOBOOK虛擬實驗室在給初中生物學(xué)實驗教學(xué)帶來巨大便利的同時，教師也需要處理好“虛”與“實”的關(guān)系，充分發(fā)揮“NB生物初中版”的優(yōu)勢，給學(xué)生更多、更優(yōu)質(zhì)的項目體驗。

3.1 “NB生物初中版”在初中生物學(xué)教學(xué)中的優(yōu)勢 NOBOOK作為近年來發(fā)展較好、較完善的虛擬實驗室平臺，其具有虛擬實驗室開放性、共享性、交互性和自主性等特點[4]，為教師的備課、學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供了實際可操作的平臺。此外，“NB生物初中版”以其對平板、手機和PC的全面兼容性、批注功能和對教材活動的較高覆蓋率使其能成為課堂教學(xué)的得力助手。

3.2 “NB生物初中版”使用過程中的局限性和注意點 對照蘇教版教材《生物學(xué)》，“NB生物初中版”對教材中以實驗為主的學(xué)生活動的覆蓋率達(dá)到了67.1%。從活動類型上看，討論題材涉及內(nèi)容覆蓋率較低；從知識模塊上看，生物的生殖、發(fā)育與遺傳這一塊覆蓋率較低。目前在該平臺中也暫不能實現(xiàn)自定義地添加實驗。在具體使用中，實驗完成后應(yīng)有的實驗儀器、用品還原的操作在該平臺中也無法實現(xiàn)。此外，部分3D項目對于設(shè)備性能有一定的要求。因此，性能較低的設(shè)備可能會影響體驗效果。