论文部分内容阅读
生物学是一门以实验为基础的学科，实验教学在生物教学中是不可或缺的重要组成部分。《义务教育生物课课程标准（2011年版）》提倡实验设计多样化，建议“有条件的学校还可以适当引入多媒体技术进行虚拟实验”。 虚拟实验的应用改变了传统的教育模式，使教与学的方式发生了革命性的变化。
一、什么是虚拟实验
虚拟实验是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实（又称 VR）等技术在计算机 上营造可辅助、 部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环 境，实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目，所取得的实验效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。虚拟实验建立在一个虚拟的实验环境（平台仿真）之上， 而注重的是实验操作 的交互性和实验结果的仿真性。 虚拟实验的实现将有效缓解很多高校在经费、场 地、 器材等方面普遍面临的困难和压力，而且开展网上虚拟实验教学能够突破传 统实验对“时、空”的限制，无论是学生还是教师，都可以自由、无顾虑地随时 随地上网进入虚拟实验室，操作仪器， 进行各种实验， 有助于提高实验教学质量。
二、虚拟实验的优势
初中生物教学中，虚拟实验可以在教学中发挥独特的作用。
1、在传统生物实验室，开设验证性实验时往往都是先由教师在讲台上演示实验过程，介绍实验中应注意的各个问题，然后由学生来操作。但是由于受实验仪器小、学生多等限制。教师在演示过程中不可能面面俱到，总会有一部分学生不能清楚地看到实验过程和听清楚实验过程中的关键事项。例如在显微镜的使用实验中：一般教师先讲解、示范显微镜的使用，可等学生自己独立实验时，有相当一部分学生不能正确掌握操作的要领，就会出现一些不规范操作，致使实验效果不佳。如果利用多媒体仿真虚拟实验室来“练习使用显微镜”，不仅可以避免上述情况，而且在学生单独实验时，学生某一步骤搞不清楚，可以反复播放操作指引，根据提示练习操作技巧，直到掌握为止。这样兼顾个体差异的实验课堂，真正做到了面向全体学生，提高生物科学素养。
2、为了提高学生的生物科学素养，初中生物实验内容明显增多，造成教学课时的不足，教师在开展真实实验前，可以通过展示虚拟实验来讲解实验原理、实验方法、实验步骤，让学生能充分了解实验的进程，就可以增加学生对实验的了解，以保证学生有较多的操作时间。如果学生能够在开展真实实验前，亲手操作虚拟实验课件，学生不必担心损坏仪器，甚至发生事故，在正式实验时就能熟悉操作过程，减少操作失误，从而更加激发学生对实驗的学习兴趣。
3、与真实实验不同，验证性虚拟实验是利用计算机并结合虚拟现实技术来完成真实环境中的各种验证性实验，除了其实验效果与真实实验效果完全一致外，还具有虚拟实验特有的实时性、可控性、安全性、仁爱性和重复性等特点。
演示实验是中学生物教学的重要环节，可以很好地辅助教学，使生物学原理和规律更为直观地展现。然而客观条件的限制又往往导致一些演示实验无法完成或效果不佳。如人教版初中生物学八年级上册探究“鸟适于飞行的特点”，学生提出“胸肌为鸟的飞行提供了动力，发达的胸肌是鸟类适于飞行的特征”假设时，解剖一种会飞的鸟，观察鸟的胸肌附着的方式和位置；用电流刺激使胸肌收缩，看其是否能牵引翼产生与飞行有关的运动来验证胸肌是否与飞行有关就显得非常重要了。这不仅能帮助学生深入理解知识，而且是培养科学思维和科学态度的重要契机。然而，解剖动物的实验与课标保护生命爱护小鸟的教育教学理念相抵触。利用多媒体虚拟仿真平台不仅能够在虚拟情况下完成解剖家鸽观察胸肌附着位置和验证胸肌为鸟类的飞行提供动力，而且能够在利用计算机虚拟现实的功能创建胸肌与飞行关系的立体模型，完成实验报告。
虚拟实验是对真实实验的模拟或再现，能开展真实实验的还是要开展真实实验，只有通过真实实验，才能逐步提高学生的动手操作能力。而在有条件的学校，也要提倡充分开发虚拟实验，使其成为教学的重要组成部分。因为，即使是交互性不强的虚拟实验，也形象、生动、直观，在展现实验现象时具有强大的表现力。
三、虚拟实验的弊端
虚拟实验不能完全代替真实实验，虽说虚拟实验有上述诸多优点，但 学校以此就将实验室的重心转移到虚拟实验室上来，仅仅只做一两次实验，这是不可取的。
首先因为实验是一个动手操作的过程，需要学生有一定的实验技术和 动手操作能力，在此基础上，结合所学的理论知识，这样知识才能融会贯通。真实实验对学生的动手能力的培养是不可缺少的。
其次做实验的过程可以说是一次探索发现，过程中可能出现意想不到的结果，事故也好，惊喜也罢，学生都能从 中获取经验，并且学会分析和解决问题，这是一种能力的培养。
最后，真实实验中干扰因素较多， 实验容易出现误差， 有些因素在人为的情况下， 可以减少或避免。而虚拟实验，不会受这些因素影响，学生感受不到，学不到这方面的知识，不利于培养学生严谨的科学态度。
总之，虚拟实验和真实实验都是实验中的重要组成部分，各有利弊，这就要求我们在教學中处理好两者的关系，在学校实验条件允许的情况下，按照教学计划开展实验，选择合适的实验教学方式，不要因为虚拟实验简单，就忽视了真实实验。两者都应该为教学服务。
一、什么是虚拟实验
虚拟实验是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实（又称 VR）等技术在计算机 上营造可辅助、 部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环 境，实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目，所取得的实验效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。虚拟实验建立在一个虚拟的实验环境（平台仿真）之上， 而注重的是实验操作 的交互性和实验结果的仿真性。 虚拟实验的实现将有效缓解很多高校在经费、场 地、 器材等方面普遍面临的困难和压力，而且开展网上虚拟实验教学能够突破传 统实验对“时、空”的限制，无论是学生还是教师，都可以自由、无顾虑地随时 随地上网进入虚拟实验室，操作仪器， 进行各种实验， 有助于提高实验教学质量。
二、虚拟实验的优势
初中生物教学中，虚拟实验可以在教学中发挥独特的作用。
1、在传统生物实验室，开设验证性实验时往往都是先由教师在讲台上演示实验过程，介绍实验中应注意的各个问题，然后由学生来操作。但是由于受实验仪器小、学生多等限制。教师在演示过程中不可能面面俱到，总会有一部分学生不能清楚地看到实验过程和听清楚实验过程中的关键事项。例如在显微镜的使用实验中：一般教师先讲解、示范显微镜的使用，可等学生自己独立实验时，有相当一部分学生不能正确掌握操作的要领，就会出现一些不规范操作，致使实验效果不佳。如果利用多媒体仿真虚拟实验室来“练习使用显微镜”，不仅可以避免上述情况，而且在学生单独实验时，学生某一步骤搞不清楚，可以反复播放操作指引，根据提示练习操作技巧，直到掌握为止。这样兼顾个体差异的实验课堂，真正做到了面向全体学生，提高生物科学素养。
2、为了提高学生的生物科学素养，初中生物实验内容明显增多，造成教学课时的不足，教师在开展真实实验前，可以通过展示虚拟实验来讲解实验原理、实验方法、实验步骤，让学生能充分了解实验的进程，就可以增加学生对实验的了解，以保证学生有较多的操作时间。如果学生能够在开展真实实验前，亲手操作虚拟实验课件，学生不必担心损坏仪器，甚至发生事故，在正式实验时就能熟悉操作过程，减少操作失误，从而更加激发学生对实驗的学习兴趣。
3、与真实实验不同，验证性虚拟实验是利用计算机并结合虚拟现实技术来完成真实环境中的各种验证性实验，除了其实验效果与真实实验效果完全一致外，还具有虚拟实验特有的实时性、可控性、安全性、仁爱性和重复性等特点。
演示实验是中学生物教学的重要环节，可以很好地辅助教学，使生物学原理和规律更为直观地展现。然而客观条件的限制又往往导致一些演示实验无法完成或效果不佳。如人教版初中生物学八年级上册探究“鸟适于飞行的特点”，学生提出“胸肌为鸟的飞行提供了动力，发达的胸肌是鸟类适于飞行的特征”假设时，解剖一种会飞的鸟，观察鸟的胸肌附着的方式和位置；用电流刺激使胸肌收缩，看其是否能牵引翼产生与飞行有关的运动来验证胸肌是否与飞行有关就显得非常重要了。这不仅能帮助学生深入理解知识，而且是培养科学思维和科学态度的重要契机。然而，解剖动物的实验与课标保护生命爱护小鸟的教育教学理念相抵触。利用多媒体虚拟仿真平台不仅能够在虚拟情况下完成解剖家鸽观察胸肌附着位置和验证胸肌为鸟类的飞行提供动力，而且能够在利用计算机虚拟现实的功能创建胸肌与飞行关系的立体模型，完成实验报告。
虚拟实验是对真实实验的模拟或再现，能开展真实实验的还是要开展真实实验，只有通过真实实验，才能逐步提高学生的动手操作能力。而在有条件的学校，也要提倡充分开发虚拟实验，使其成为教学的重要组成部分。因为，即使是交互性不强的虚拟实验，也形象、生动、直观，在展现实验现象时具有强大的表现力。
三、虚拟实验的弊端
虚拟实验不能完全代替真实实验，虽说虚拟实验有上述诸多优点，但 学校以此就将实验室的重心转移到虚拟实验室上来，仅仅只做一两次实验，这是不可取的。
首先因为实验是一个动手操作的过程，需要学生有一定的实验技术和 动手操作能力，在此基础上，结合所学的理论知识，这样知识才能融会贯通。真实实验对学生的动手能力的培养是不可缺少的。
其次做实验的过程可以说是一次探索发现，过程中可能出现意想不到的结果，事故也好，惊喜也罢，学生都能从 中获取经验，并且学会分析和解决问题，这是一种能力的培养。
最后，真实实验中干扰因素较多， 实验容易出现误差， 有些因素在人为的情况下， 可以减少或避免。而虚拟实验，不会受这些因素影响，学生感受不到，学不到这方面的知识，不利于培养学生严谨的科学态度。
总之，虚拟实验和真实实验都是实验中的重要组成部分，各有利弊，这就要求我们在教學中处理好两者的关系，在学校实验条件允许的情况下，按照教学计划开展实验，选择合适的实验教学方式，不要因为虚拟实验简单，就忽视了真实实验。两者都应该为教学服务。