验证性虚拟实验在初中生物实验教学中作用封面

摘要　验证性虚拟实验是一种新的实验类塑。验证性虚拟实验在提高生物实验课堂效率；降低实验成本，培养学生的动手能力和创造力等方面起着重要的作用，值得在初中生物实验教学中推广应用。
关键词　验证性虚拟实验　初中生物
实验教学
B
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。近年来，随着现代教育技术的迅速发展，一种新的实验方式——虚拟实验，开始出现生物教学领域，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。
目前，用于实验教学的计算机虚拟实验软件非常丰富，加上网络资源为虚拟实验的应用和发展提供了条件，虚拟实验在中学生物实验教学中已受到重视，并出现了快速发展的趋势，大有星火燎原之势。作为21世纪的生物教师，了解和掌握这种新型的实验方式显得必要且紧迫。
根据虚拟实验在教学过程中的不同功能，虚拟实验分为验证性虚拟实验和探究性虚拟实验。在教学实践中笔者对验证性虚拟实验进行了教学实践探索，感受颇深。
1　验证性虚拟实验的界定和特点
验证性虚拟实验指实验者在计算机系统技术仿真或虚构的实验环境中，针对已知的实验结果而进行的以验证实验结果、巩固

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和加强有关知识内容、培养实验操作能力为目的的重复性实验。验证性虚拟实验的实验原理、实验结果是已知的，因此实验步骤的设计也合乎实验结果产生的必然。经历确定实验目的、确定实验原理、确定实验器材、设计合理的实验步骤、观察现象并收集数据、分析数据得出结论这几个过程，在培养学生的思维能力上具有一定的作用。
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、安全性和重复性等特点。
2　验证性虚拟实验的作用
2.1
验证性虚拟实验是提高生物实验课堂效率的重要方法
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。例如，人教版初中生物学七年级上册第三单元第三章的演示实验“光合作用产生了什么气体”，就是一个较容易失败的演示实验。实验失败的最主要原因是该实验按教材编排在冬天进行，由于气温较低，影响了光合作用的效率。由于缺少了直观形象的认知过程，学生学习“光合作用与生物圈中的碳氧平衡”时，普遍感到困难，只能死背硬记。在这种情况，如果采用虚拟实验，学生可以通过计算机完成实验，并可清晰地观察到与真实实验完全相同的实验现象。而且，这种方式实验可以多次重复，不会受实验条件的限制，大大提高了学生的学习兴趣。
又如，人教版初中生物学八年级上册21页的探究“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”检测设时，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。
再如，真实实验受到实验环境和实验条件的限制，实验结果时常与理论不一致，甚至出现相反的数据，这违背了开设验证性实验的初衷。虚拟实验室能够为教师和学生创造一个完全理想化的实验环境，因此获得的实验结果是符合自然现象和规律的。
综上所述，合理地开发和利用虚拟实验室进行验证性虚拟实验，不仅是促进实验教学有效性的新兴实验教学手段，而且还大大提高了课堂效率。

2.2验证性虚拟实验不仅能降低实验成本，而且能培养学生的动手能力和创造力

在传统生物实验室，有些验证性实验要采用比较昂贵的实验材料或仪器，有些实验具有一定的危险性。所以，一般的实验室都会针对预防意外伤害和实验仪器的损坏制定许多规章制度和处罚条例。这样做无可厚非，但同时也会产生负面作用。一方面，过于严厉的规章制度和处罚条例容易导致学生在进行实验操作时蹑手蹑脚放不开。学生放不开或不敢做实验，实验技能也就得不到锻炼，训练学生实验操作技能的教学目标无法实现。另一方面，有些学生自主意识很强，规章制度并无威慑力，常常会进行一些“地下操作”，意外事故仍无法避免，损坏仪器的情况也时有发生。其实，这些“破坏性”强的学生大多也是因为好奇心重，如果教师能正确引导并给他们机会，将会成为动手能力和创造能力较强的学生。例如，可让学生先进行多媒体虚拟实验室操作，然后进行实际操作，即可以降低仪器的损耗率，又有利于学生实验技能的培养。从更高的层面上看，虚拟实验室为学生提供全方位、开放性的操作环境，能把很多传统实验做不到的效果一一展现，是学生在课堂上实现了在虚拟世界的真实体验。让学生在这样的虚拟实验室中进行自主探讨活动能培养学生的创新能力。
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。

2.3验证性虚拟实验具有实验检测作用

采用实际实验，考查学生的实验技能，需要投入大量的人力、物力，同时由于每次选取的实验数量少，限制了考查的覆盖面。而且，从实验本身特点看，由于实验过程的连续性，这种考查方式很难考查实验过程中的某一个环节。利用信息技术，呈现一个近乎真实的实验环境，让学生在虚拟的实验环境中完成各种实验操作，可高效、快速地完成实验技能的检测目标。
3　验证性虚拟实验的适用情况分析
在传统的验证性实验教学过程中出现以下情况，致使学生在真实情境下难以完成实验时，教师可以考虑借助计算机为学生创设一个与真实情景相同的虚拟实验环境，让学生在虚拟情景下完成验证性实验，以获得体验和培养技能。
①实验器材昂贵，数量有限，难以兼顾全体学生的技能提高；②实验对环境条件要求较苛刻，真实情景下难以将实验条件控制在理想状态下；③实验周期过长，成本过高、危险过大，甚至无法完成；④实验原理或现象不易理解；⑤实验包含的基本原理不易拓展到实防生活中；⑥为了讲清楚实验原理或现象，需要反复实验或随时随地做演示实验；⑦需要反复比较才能确定出实验步骤；⑧实验操作步骤容易出现错误或不够规范。
结合以上分析，笔者在义务教育阶段人教版教材中适合进行验证性虚拟实验的部分内容(表1)。
综上所述，验证性虚拟实验是初中生物实验教学的重要补充，对创设高效的实验课堂起着积极的作用，值得推广应用。