■ 武漢市第二十三中學(xué) 江 晶

高中生物虛擬實驗教學(xué)是高中生物實驗教學(xué)開發(fā)的一種新的教學(xué)模式和教學(xué)手段，即在教學(xué)中通過虛擬實驗平臺創(chuàng)建的虛擬仿真學(xué)習(xí)環(huán)境，應(yīng)用的VR、3D等先進(jìn)技術(shù)解決傳統(tǒng)實驗的難題，它具有效率高、精確、快速便捷等特點，對學(xué)生有很強的吸引力。開展虛擬實驗教學(xué)創(chuàng)新研究，探索更高效的教學(xué)手段，不僅有利于教師專業(yè)能力的提升，也能有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提升其高階思維能力和綜合素養(yǎng)。

一、高中生物虛擬實驗教學(xué)創(chuàng)新實施的思考

（一）基于高中課堂教學(xué)的主動變革

為全面深化課程改革，落實立德樹人根本任務(wù)，國家將課程改革視為一個重要抓手和突破口。《教育部2006年工作要點》第32條中就提到要“加強數(shù)字圖書館、數(shù)字博物館和虛擬實驗室等應(yīng)用工程建設(shè)”，可見，國家十分重視信息技術(shù)的應(yīng)用。2019年頒布的《中國教育現(xiàn)代化2035》是我國首次以教育現(xiàn)代化為主題的中長期戰(zhàn)略規(guī)劃，其中明確指出，要“利用現(xiàn)代技術(shù)加快推動人才培養(yǎng)模式改革”，中小學(xué)各學(xué)科也緊跟文件指導(dǎo)思想開始和信息技術(shù)緊密聯(lián)系，以不斷改善傳統(tǒng)教學(xué)模式，提高教學(xué)效率。

（二）基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的責(zé)任擔(dān)當(dāng)

新課標(biāo)（2017）更注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造性思維，更加注重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)。然而傳統(tǒng)課堂教學(xué)讓大多數(shù)學(xué)生的發(fā)散性思維和創(chuàng)造性思維被束縛、被禁錮。缺乏創(chuàng)新思想和創(chuàng)新能力生長的土壤，創(chuàng)造型人才的培養(yǎng)就成了難以實現(xiàn)的空中樓閣。從學(xué)生的個體發(fā)展與終身發(fā)展來看，本研究能提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。

（三）基于學(xué)校特色發(fā)展的持續(xù)彰顯

承繼學(xué)?！笆濉闭n題“互聯(lián)網(wǎng)促進(jìn)高中生深度學(xué)習(xí)的教學(xué)變革研究”的成果，我們致力于將傳統(tǒng)課堂和信息化課堂進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。2020年上半年，武漢市漢陽區(qū)被中央電教館評為全國智慧教育示范區(qū)，2020年9月遴選12所中小校作為虛擬實驗教學(xué)示范校，我校成為漢陽區(qū)虛擬實驗教學(xué)高中段的領(lǐng)頭羊。我們于2020年底組建虛擬實驗室，嘗試探索促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的教學(xué)新范式、教學(xué)策略、教學(xué)評價等。我們開展的這些后疫情時代混合式教學(xué)的相關(guān)研究，彰顯了學(xué)校“辦有品位的學(xué)?！钡霓k學(xué)理念。

二、高中生物虛擬實驗教學(xué)模式的建構(gòu)

自漢陽區(qū)2020年入選中央電教館虛擬實驗教學(xué)示范區(qū)，我們在區(qū)域范圍內(nèi)充分發(fā)揮虛擬實驗的優(yōu)勢，讓實驗教學(xué)成為促進(jìn)學(xué)生能力發(fā)展，提升學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑。

為了推動虛擬實驗教學(xué)示范基地建設(shè)（武漢市第二十三中學(xué)、建港中學(xué)），扎實推進(jìn)中央電教館虛擬實驗常態(tài)化教學(xué)，我們通過開展區(qū)域虛擬實驗教學(xué)實踐交流活動，形成高中虛擬實驗教學(xué)模式（見下圖）。

課前，教師錄制或借鑒優(yōu)質(zhì)的微課資源供學(xué)生預(yù)習(xí)實驗原理，了解操作步驟，意在培養(yǎng)學(xué)生預(yù)習(xí)的習(xí)慣，并激發(fā)其探究欲望；學(xué)生帶著問題進(jìn)入課堂，教師于課中創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生分組設(shè)計實驗方案，一方面分組開展虛擬實驗探究，分析問題，小組交流討論；另一方面以現(xiàn)實的實驗進(jìn)一步驗證，小組間開展互評，鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維。課后，完成實驗報告，同時進(jìn)行線上檢測反饋。對于學(xué)生在實驗中的新發(fā)現(xiàn)，教師將其作為生成性問題，鼓勵學(xué)生查閱文獻(xiàn)書籍，展開新的思考和研究，引導(dǎo)學(xué)生通過延伸拓展不斷提高綜合素養(yǎng)。

三、虛擬實驗教學(xué)的實施策略

（一）虛擬實驗與實體實驗相結(jié)合

高效的課堂教學(xué)從來都是多種教學(xué)手段的有機(jī)結(jié)合。如在2021年中央電教館虛擬實驗應(yīng)用課例征集活動中獲評創(chuàng)新案例的《鑒定細(xì)胞的活性》一課的教學(xué)，教師就是應(yīng)用虛擬實驗與實體實驗相結(jié)合的教學(xué)方式幫助學(xué)生形象地理解其中的知識點，有效突破教學(xué)難點的。

教師應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在課前安排學(xué)生了解實驗原理，復(fù)習(xí)顯微鏡的操作。課中以學(xué)生為主體，注重學(xué)生的課堂體驗，充分利用現(xiàn)代化信息技術(shù)開展教學(xué)活動，課堂節(jié)奏緊湊，環(huán)節(jié)銜接流暢。而且，教師的教學(xué)并不拘泥于一個實驗或一個知識點，而是將多個實驗進(jìn)行整合，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察，積極思考：思考如何鑒定細(xì)胞的活性，觀察植物細(xì)胞是否發(fā)生質(zhì)壁分離，觀察細(xì)胞質(zhì)是否環(huán)流等，通過觀察與思考，創(chuàng)新解決課堂核心問題。

借助中央電教館虛擬實驗平臺，教師引導(dǎo)學(xué)生在虛擬實驗中利用VR設(shè)備回顧并熟悉臨時裝片的操作與顯微鏡的使用。之后，輔以真實實驗，讓學(xué)生在顯微鏡下進(jìn)行鑒定操作，鑒定燒杯中黑藻樣品細(xì)胞是否存活。實驗結(jié)束后，引導(dǎo)學(xué)生分析實驗，以問題帶動學(xué)生不斷深化思考，如：哪種方法最為簡便且準(zhǔn)確性最高？哪種方式對實驗材料的要求較高？這些問題的思考很好地鍛煉了學(xué)生的邏輯思維能力。課后，布置課外反饋練習(xí)以鞏固新知。

整堂課虛實結(jié)合，學(xué)生興趣盎然、小組配合默契，在教師的引導(dǎo)下課堂教學(xué)取得了預(yù)期的效果。在虛實結(jié)合的實驗過程中，學(xué)生也通過親身體驗掌握了實驗操作要點，明白了關(guān)注細(xì)節(jié)和規(guī)范操作的重要性。

（二）利用虛擬實施，糾正學(xué)生的操作

虛擬實驗不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也能彌補傳統(tǒng)實驗中儀器設(shè)備精度不夠、實驗周期較長等不足，更能通過虛擬的實驗操作幫助學(xué)生清晰地了解整個實驗過程，觀察到明顯的實驗現(xiàn)象等。

以獲2021年中央電教館虛擬實驗應(yīng)用課例征集活動融合案例的《檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)》一課為例，在整節(jié)課中，教師通過分層遞進(jìn)的方式引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識虛擬實驗設(shè)備及其操作方式，從虛擬實驗教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)中的演示視頻，到3D虛擬實驗和VR虛擬實驗，教師通過不同的虛擬設(shè)備演示，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性，引導(dǎo)學(xué)生逐步熟練掌握物質(zhì)鑒定類實驗的一般原理和操作方法。

借助虛擬實驗，能讓學(xué)生更準(zhǔn)確清晰地觀察到實驗的過程和實驗的結(jié)果，如通過虛擬實驗，學(xué)生能清楚地觀察到減數(shù)分裂的染色體，并迅速分辨其不同分裂時期的圖像等?？梢哉f，有了虛擬實驗的幫助，學(xué)生就能借助其中經(jīng)驗的積累提升真實實驗的操作技術(shù)，更好地完成一系列的實驗操作，從而獲得實驗所需的各種數(shù)據(jù)，得出相應(yīng)的實驗結(jié)論。

我校虛擬實驗教學(xué)項目由生物學(xué)科向其他學(xué)科輻射。項目的實施讓更多的老師養(yǎng)成資源意識，學(xué)會利用技術(shù)為教學(xué)服務(wù)，通過信息技術(shù)與學(xué)科的深度融合，提升教學(xué)效率。學(xué)校要加強虛擬實驗教學(xué)的教師團(tuán)隊建設(shè)，每學(xué)科至少培養(yǎng)一名種子教師，帶領(lǐng)組內(nèi)教師進(jìn)行教學(xué)實踐。要利用智慧教學(xué)研究室平臺，吸引全區(qū)同學(xué)科教師深入研討，并向區(qū)域內(nèi)其他學(xué)校輻射，擴(kuò)大影響。

通過不斷探索，我們初步構(gòu)建了適合高中生物學(xué)科特色的虛擬實驗教學(xué)模式，實現(xiàn)了教育與技術(shù)的深度融合，有效提升了教師的信息化素養(yǎng)，也提高了實驗教學(xué)的成效。后期，我們會進(jìn)一步完善虛擬實驗教學(xué)模式，收集試驗數(shù)據(jù)，與未進(jìn)行試驗教學(xué)的班級進(jìn)行比較，精確建立試驗教學(xué)臺賬，穩(wěn)步推進(jìn)試驗校建設(shè)及全面推廣。