任思穎 王威

摘 ?要：虛擬實驗教育平臺高速發(fā)展，虛擬實驗是高中生物實驗教學(xué)的切實需要，使用虛擬實驗輔助教學(xué)也順應(yīng)課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念和內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的要求。在此背景下，本文以具體案例呈現(xiàn)了NOBOOK實驗室這一新興虛擬實驗平臺的使用方法，為高中生物學(xué)實驗教學(xué)提供幫助。

關(guān)鍵詞：NOBOOK;虛擬實驗;高中生物學(xué)

實驗教學(xué)的需要和信息技術(shù)的發(fā)展促成了虛擬實驗平臺的誕生?？v然教育者們對虛擬實驗的態(tài)度不盡一致，有許多“能實不虛”的呼聲，但經(jīng)費不足、課時有限、課外教學(xué)資源缺乏，尤其還有實驗安全難以保障，都是使得許多學(xué)校不能“實”的限制問題。NOBOOK作為一款操作環(huán)境穩(wěn)定、緊密貼合教材的虛擬實驗平臺，對教師和學(xué)生在課內(nèi)及課外都能提供很大支持。

一、NOBOOK虛擬實驗的應(yīng)用背景

1.虛擬實驗平臺蓬勃發(fā)展

1989年威廉·沃爾夫（William Wolf）提出虛擬實驗概念后，西方許多高校與科研機構(gòu)開始了虛擬實驗的設(shè)計開發(fā)。近年來，我國的一些高校和研究所也建立起自己的專業(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]。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，針對高中生物學(xué)的虛擬實驗平臺應(yīng)運而生[2]。有了生物學(xué)虛擬實驗平臺，運用數(shù)字化手段將實驗環(huán)境、實驗儀器與設(shè)備和實驗材料等以圖形化方式顯示出來，便能供操作者以第一視角進行生物學(xué)實驗?zāi)M操作。NOBOOK虛擬實驗室提供了穩(wěn)定的操作環(huán)境和緊密貼合教材的虛擬實驗項目，在教師的前期制備、正式授課以及學(xué)生的課前預(yù)習(xí)、課中學(xué)習(xí)和課后復(fù)習(xí)過程中都發(fā)揮了重要的作用。

2.高中生物實驗教學(xué)切實需要虛擬實驗

生物學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，但儀器設(shè)備短缺、經(jīng)費缺乏、課時有限、教學(xué)資源開發(fā)不足等現(xiàn)象仍然存在，還有生物實驗中涉及到高溫、高壓等要求，容易造成安全事故，再者部分實驗器材價格高昂、耗材量大，導(dǎo)致實驗成本過高。具體來講，高中階段學(xué)習(xí)時間緊張，但是一些實驗不僅需要在微觀層面進行觀察，還需要等待生化反應(yīng)、進行微生物培養(yǎng)乃至植物栽培。即便是觀察類實驗，也可能需要長時間的材料處理。虛擬實驗可以免除等待的時間。又如因為部分實驗設(shè)備的短缺，在細胞增殖時只能進行模擬實驗。而虛擬實驗教學(xué)中就不必再用瓊脂模擬細胞，而是利用虛擬實驗平臺直接模擬體現(xiàn)物質(zhì)進入細胞的效率，使學(xué)生更貼近實際地明白細胞表面積與體積的關(guān)系限制細胞的大小，理解細胞不能無限的生長。

3.順應(yīng)《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》課程要求

2017年發(fā)布的《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》的基本理念中指出教學(xué)過程重實踐?！爸貙嵺`”強調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的過程是主動參與的過程，教師既要讓學(xué)生參與動手活動，又要讓學(xué)生積極地融入涉及動腦的環(huán)節(jié);通過探究類學(xué)習(xí)活動或完成工程學(xué)任務(wù)，加深學(xué)生對生物學(xué)概念的理解，提升應(yīng)用知識的能力[3]。如常規(guī)教學(xué)中老師使用flash動畫展示生物膜的選擇透過性，而虛擬觀察實驗比動畫帶來的視覺刺激效果更佳，還可用在學(xué)生課前預(yù)習(xí)讓他們主動學(xué)習(xí)。虛擬實驗教學(xué)能夠涉及更大范圍甚至惠及全體學(xué)生，讓他們都在軟件引導(dǎo)下主動地深度參與，動手動腦將書本知識與直接經(jīng)驗結(jié)合。

二、NOBOOK生物學(xué)虛擬實驗平臺的應(yīng)用

1.NOBOOK概況

NOBOOK高中生物實驗適合國內(nèi)高中生物各主流版本的教材[4]，內(nèi)容分為必修、選修兩大模塊包含觀察類、演示類、動手操作、探究類實驗74個，這一數(shù)字還在不斷更新。打開具體實驗項目后可以看到實驗標(biāo)題、實驗?zāi)康?、實驗器材、實驗步驟和討論幾部分內(nèi)容。在開始虛擬實驗前，教師可以引導(dǎo)學(xué)生了解實驗?zāi)康模J識實驗器材，而后點擊實驗步驟以開始項目，跟隨軟件引導(dǎo)即可順利開展實驗。

2.NOBOOK在中學(xué)生物教學(xué)中的應(yīng)用

下面，筆者以“檢測生物組織中的糖類”為例，對該虛擬實驗在中學(xué)生物教學(xué)中的具體操作使用加以說明。打開此虛擬實驗，頁面顯示實驗原理、實驗?zāi)康?、材料用具、討論要點四部分，原理和目的部分為文字說明供使用者閱讀，材料用具界面為燒杯、碘液及各種試劑的圖片，碘液用棕色瓶存儲、各試劑裝在有刻度的試管內(nèi)，這些細節(jié)都被清晰地呈現(xiàn)了出來。還有討論：①生物材料原有的顏色是否會影響實驗結(jié)果？②只要是活細胞的生物材料，必然含有蛋白質(zhì)和還原糖嗎？為什么？這兩個問題都脫胎于之前學(xué)過的內(nèi)容，其答案可以由已有知識演繹得到，再通過實驗進行驗證。在實驗過程中也隨時可以查看討論問題。

點擊右下角的開始實驗，就進入了實驗操作環(huán)節(jié)，這一環(huán)節(jié)分為鑒定淀粉和鑒定還原性糖。通過操作膠頭滴管分別在無色透明的2mL淀粉溶液、無色透明的2mL蔗糖溶液、米色的2mL土豆勻漿、米色的2mL蘋果勻漿、無色透明的2mL清水中滴加2滴碘液，觀察顏色變化，操作之后發(fā)現(xiàn)淀粉溶液、土豆勻漿變藍，蔗糖溶液、蘋果勻漿和清水呈現(xiàn)棕色。鑒定還原性糖部分，同樣先取2mL淀粉溶液、2mL蔗糖溶液、2mL土豆勻漿、2mL蘋果勻漿、2mL清水，然后點擊操作將斐林試劑甲液和斐林試劑乙液等量混合均勻，然后操作移液管向各試管中加入1mL斐林試劑，最后將試管放入盛有60℃溫水的大燒杯中，酒精燈水浴加熱2min，當(dāng)然在虛擬實驗中，這兩分鐘就可以節(jié)省下來，然后軟件顯示各試管顏色發(fā)生變化供觀察者記錄分析。

參考文獻

[1] 黃慕雄.高校教學(xué)型虛擬實驗室建設(shè)的現(xiàn)狀與建議[J].電化教育研究，2005（09）：77-80.

[2] 徐益苗，趙曉燕.“NB生物初中版”構(gòu)建生物學(xué)教學(xué)體驗環(huán)境[J].生物學(xué)教學(xué)，2018，43（10）：34-35.

[3] 核心素養(yǎng)作引領(lǐng) 注重實踐少而精——《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》修訂思路與特色[J].劉恩山，劉晟.生物學(xué)通報.2017（08）

[4] 樂步教育.NB生物高中版.[DB/OL].https：//www.no book.co m/shengwu.html.