程幽池

(中國人民大學(xué)附屬中學(xué)通州校區(qū) 北京 101100)

實驗教學(xué)是生物學(xué)教學(xué)的基本形式之一,教師要創(chuàng)造條件開設(shè)好生物學(xué)實驗?！读x務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》(以下簡稱“課程標(biāo)準(zhǔn)”)的“課程理念”部分也強調(diào)“生物學(xué)課程高度關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的實踐經(jīng)歷,強調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程是主動參與的過程,設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù),讓學(xué)生積極參與動手和動腦的活動”。然而在條件受限、實驗無法實際開展時,利用好虛擬實驗平臺進行實驗教學(xué)則具有重要意義,虛擬實驗平臺能幫助學(xué)生更好地理解實驗過程,使得教師的教學(xué)取得良好效果。

1 NOBOOK虛擬實驗平臺的優(yōu)勢

課程標(biāo)準(zhǔn)提出:“通過實驗等實踐活動,使學(xué)生加深對生物學(xué)概念的理解,提升應(yīng)用知識的能力,激發(fā)探究生命奧秘的興趣,進而能用科學(xué)的觀點、知識、思路和方法探討或解決現(xiàn)實生活中的某些問題”。強調(diào)教師要創(chuàng)造條件指導(dǎo)學(xué)生親身參與實踐、體會實踐,保證課堂的教學(xué)效果。

相比傳統(tǒng)的實驗教學(xué),靈活性、仿真性和交互性是NOBOOK虛擬實驗平臺最突出的特點。學(xué)生通過虛擬實驗平臺操作鼠標(biāo)即可完成實驗過程、觀察實驗現(xiàn)象、分析實驗結(jié)果、得出實驗結(jié)論等,從而獲得實驗探究能力和科學(xué)思維能力的提升,因此利用虛擬實驗平臺進行實驗教學(xué)具有便捷性。

2 NOBOOK 軟件的下載和使用方法

NOBOOK 平臺支持在線和下載使用,兼容臺式、筆記本電腦等。鑒于使用方便性,推薦從官方網(wǎng)站下載軟件,投屏使用;也可下載到教師個人電腦,利用“騰訊會議”軟件屏幕共享,即可實現(xiàn)其輔助線上教學(xué)功能。

具體使用方法為:打開NOBOOK 軟件,在搜索欄輸入關(guān)鍵詞,找到想要的實驗案例,點擊即可觀看和操作完成實驗。

3 虛擬實驗室在初中生物實驗教學(xué)中的應(yīng)用

NOBOOK 軟件中共包含觀察類、演示類、探究類等實驗174 個,根據(jù)人教版教材分冊順序進行分類展示,對學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)實驗、教師課堂演示實驗都有幫助。本文將按照實驗分類對其應(yīng)用進行說明。

3.1 在觀察類實驗中的應(yīng)用

3.1.1 顯微鏡觀察實驗

顯微鏡是初中生物學(xué)實驗中極其重要的實驗工具,熟練使用顯微鏡也是初中生需要掌握的重要實驗技能。該平臺提供了很多顯微鏡的范例實驗,內(nèi)容豐富全面,而且每個實驗都說明了實驗?zāi)康摹⒉牧嫌镁叩?一目了然。同時跟著指引進行每一步實驗流程操作,能讓學(xué)生身臨其境,體會實驗。

例如,人教版《生物學(xué)·七年級·上冊》“觀察人的口腔上皮細胞”實驗在該虛擬平臺上列出了此實驗?zāi)康氖?制作人的口腔上皮細胞臨時裝片、認(rèn)識口腔上皮細胞的基本結(jié)構(gòu);材料用具為:顯微鏡、載玻片、消毒牙簽、生理鹽水等;還設(shè)置了討論要點:“制作口腔上皮細胞臨時裝片時為什么要用生理鹽水,用清水行不行?”學(xué)生通過瀏覽平臺上的實驗?zāi)康?、動手點擊鼠標(biāo)完成實驗操作、觀看實驗現(xiàn)象和結(jié)果;思考回答問題等就能獲得對該實驗的直觀認(rèn)識。

3.1.2 動物觀察實驗

例如,《生物學(xué)·八年級·上冊》“兩棲動物青蛙”實驗,該平臺展示、還原了真實的青蛙形態(tài),不僅如此該實驗還動態(tài)展示了青蛙的運動,如跳躍、呼吸、捕食等過程,通過青蛙的系統(tǒng)透視圖還能清晰觀察到它的呼吸、消化、循環(huán)系統(tǒng)等解剖結(jié)構(gòu)。類似這樣的觀察實驗平臺上還有很多,這些范例實驗的展示對學(xué)生深入、正確理解真實的運動過程大有幫助,而平臺上這種逼真的三維立體透視效果也是實際動手實驗難以實現(xiàn)的。

3.1.3 植物觀察實驗

虛擬實驗平臺提供了相關(guān)的實驗觀察案例。例如,《生物學(xué)·七年級·上冊》“觀察桃花”實驗在該平臺上清晰展示了桃花的花托、花萼、花瓣等結(jié)構(gòu),同時該平臺的觀察桃花虛擬實驗還模擬人手拖動刀片劃過子房,剖開、觀察內(nèi)部胚珠的過程。點擊屏幕閃光處,可見花藥里密集的花粉,細節(jié)逼真。利用虛擬實驗平臺進行實驗教學(xué)不受季節(jié)的限制,即使是非桃花綻放時節(jié),教師通過在班級內(nèi)投屏就可以帶領(lǐng)學(xué)生在室內(nèi)觀察到桃花的具體結(jié)構(gòu)。不受時節(jié)的影響和材料的限制也是該平臺的一大優(yōu)勢。

3.2 在調(diào)查類實驗中的應(yīng)用

調(diào)查法是生物學(xué)研究中常用的方法之一,不僅有定性調(diào)查,還有定量調(diào)查。教師應(yīng)向?qū)W生提供機會學(xué)習(xí)量的測定,實事求是地記錄、整理和分析實驗數(shù)據(jù)、定量表述實驗結(jié)果等。該平臺也涵蓋了調(diào)查類實驗案例。

例如,《生物學(xué)·七年級·上冊》“測定食物中的能量”實驗,該平臺上直觀展現(xiàn)了花生和核桃分別放在酒精燈火焰上燃燒的過程。此外還能通過溫度計直接觀察水溫上升變化:如果是花生,屏幕上的溫度計顯示水溫會由21 ℃升高為26.5 ℃,如果是核桃,水溫會由21°升高為42.8 ℃,各組實驗分別設(shè)置了三次重復(fù)。學(xué)生通過點擊鼠標(biāo)在表格當(dāng)中記錄下數(shù)據(jù),計算平均值,分析實驗結(jié)果,就能由此測定出花生食物所含熱量為693J,核桃含熱量2746.8J。這樣的實驗操作不僅十分方便,而且實驗的安全性也得到保障。

3.3 在模型制作類實驗中的應(yīng)用

模擬實驗一般需要進行具體模型的制作,該平臺也提供了具體的范例。比如《生物學(xué)·七年級·下冊》“膈運動引起胸廓容積改變”實驗就涉及到模型的制作,一般是由學(xué)生在家找紙板、吹氣球、礦泉水瓶等自行完成。而通過該平臺的線上實驗,學(xué)生點擊鼠標(biāo)拖動胸骨、膈肌等部件,點擊鼠標(biāo)牽拉即可觀看到膈肌收縮和舒張的狀態(tài),習(xí)得“膈肌收縮時,胸腔變大,肺內(nèi)氣壓變小,完成吸氣”的概念。所以線上實驗不但能讓難以理解的概念和生理過程變得簡單化、形象化,同時還具有能節(jié)約成本、降低材料損耗、減少生物垃圾的優(yōu)點。

3.4 在探究類實驗中的應(yīng)用

探究學(xué)習(xí)對發(fā)展學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力至關(guān)重要,探究性學(xué)習(xí)需要具體的探究性活動來落實。該平臺也提供了相應(yīng)的探究活動案例,例如,《生物學(xué)·七年級·下冊》“探究酸雨對生物的影響”在該平臺的虛擬實驗顯示為:將黃豆種子均分A、B、C 三組,其中A 組用清水培養(yǎng),B 組用pH 為5 的溶液培養(yǎng),C 組用pH 為3 的溶液培養(yǎng),除溶液pH 外其他條件均相同,觀察7 天內(nèi)種子萌發(fā)情況研究酸雨對黃豆種子萌發(fā)的影響。學(xué)生通過在線設(shè)計實驗方案,觀察、記錄、分析數(shù)據(jù),進一步總結(jié)、認(rèn)識酸雨的危害,不僅能直接完成科學(xué)探究過程,認(rèn)同“酸雨環(huán)境會對植物種子的萌發(fā)造成影響”的生命觀念,同時也形成保護環(huán)境的生態(tài)意識,從而實現(xiàn)生物學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。

4 虛擬實驗室的不足之處和使用建議

因為計算機存在參數(shù)誤差情況,所以虛擬實驗不可能完全取代真實實驗,但事實證明,在真實實驗無法進行或效果不好時,利用好虛擬實驗平臺這一工具也能幫助教師取得良好的實驗教學(xué)效果。

此外,任何工具的選擇和使用都是基于教學(xué)目的,為教師實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)服務(wù)的。不管是虛擬實驗還是真實實驗,更重要的是教師本身的教學(xué)設(shè)計,是教師鼓勵、指導(dǎo)學(xué)生參與設(shè)計實驗的過程,啟發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維提升。在日常教學(xué)中教師要注重為學(xué)生實踐搭建好平臺,充分提供支持,才能真正鍛煉學(xué)生的能力,引領(lǐng)教與學(xué)方式的變革,從而為將來學(xué)生步入社會解決實際問題做好準(zhǔn)備。