利用虛擬仿真技術(shù)輔助初中生物學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)

摘" 要：虛擬仿真是一種通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)，具有仿真度高、操作性強(qiáng)、安全性高等特點(diǎn)，能有效解決初中教學(xué)中因?qū)嶒?yàn)周期長(zhǎng)、教學(xué)設(shè)施不足、操作危險(xiǎn)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果不明顯等實(shí)驗(yàn)無(wú)法開(kāi)展或開(kāi)展效果不好的問(wèn)題。本文以“觀察制作洋蔥表皮細(xì)胞臨時(shí)裝片”一節(jié)內(nèi)容為例，指出運(yùn)用NOBOOK虛擬仿真平臺(tái)進(jìn)行初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行有效補(bǔ)充。通過(guò)線上虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以深化學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，提升實(shí)驗(yàn)操作技能并提高科學(xué)探究能力。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；初中生物學(xué)；制作臨時(shí)裝片

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-0769（2024）06-0126-04

作者簡(jiǎn)介：司佩佩（1997－ ），女，在讀研究生，專(zhuān)業(yè)為學(xué)科教學(xué)（生物）

*通信作者：金太成（1978－ ），男，副教授，碩士生導(dǎo)師，博士，主要研究方向?yàn)橹参锘蚬こ獭⒖鼓嫔?/p>

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是初中生物學(xué)教學(xué)中的一個(gè)重要版塊?！读x務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出，學(xué)校要盡可能為學(xué)生創(chuàng)造條件，為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)室和常用儀器設(shè)備[1]。近年來(lái)，在信息技術(shù)逐步成熟的情況下，教育信息化也在飛速發(fā)展，各種虛擬仿真資源開(kāi)發(fā)和運(yùn)用也開(kāi)始進(jìn)入基礎(chǔ)教育中。因此，在初中生物學(xué)課堂中，探討如何運(yùn)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源和技術(shù)手段對(duì)實(shí)踐教學(xué)有著積極作用和借鑒價(jià)值。

1" 虛擬仿真資源的運(yùn)用

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)以虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互和網(wǎng)絡(luò)通訊為開(kāi)發(fā)方式，以網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)為主要特征。根據(jù)系統(tǒng)的參與方式和沉浸水平的特性，它可以大致分為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（augmented reality，AR）型、沉浸型 （virtual reality，VR）、分布型和桌面型這四種主要類(lèi)型[2]?？紤]到各地區(qū)各學(xué)校的硬件水平參差不齊，本次研究采用桌面型“NOBOOK”虛擬仿真，該仿真具有極大的靈活性，可擺脫時(shí)間和空間的限制，僅需一臺(tái)計(jì)算機(jī)及有網(wǎng)絡(luò)的空間即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)。網(wǎng)頁(yè)搜索“NOBOOK”找到相關(guān)網(wǎng)頁(yè)，打開(kāi)進(jìn)入，選擇初中生物版。如圖1所示。

2nbsp; 教材分析及學(xué)情分析

“觀察制作洋蔥表皮細(xì)胞臨時(shí)裝片”是七年級(jí)《生物學(xué)》上冊(cè)教材第一單元第2章第2節(jié)的內(nèi)容，以認(rèn)識(shí)顯微鏡的基本結(jié)構(gòu)和功能、正確使用為前提基礎(chǔ)，通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以學(xué)會(huì)臨時(shí)裝片的制作，并且能夠畫(huà)出在顯微鏡下觀察的植物細(xì)胞，進(jìn)一步發(fā)展科學(xué)思維和提高科學(xué)探究能力。

2.1" 教材分析

七年級(jí)《生物學(xué)》上冊(cè)教材第一單元第2章第2節(jié)的內(nèi)容在本冊(cè)書(shū)中起到承上啟下的作用，承接上節(jié)學(xué)習(xí)到的顯微鏡內(nèi)容，銜接下節(jié)學(xué)到的動(dòng)物細(xì)胞與后文中第二單元生命體的結(jié)構(gòu)層次。本次實(shí)驗(yàn)是中學(xué)生在系統(tǒng)學(xué)習(xí)生物學(xué)中接觸到的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)可以吸引學(xué)生對(duì)該課程產(chǎn)生極大的興趣，有益于后續(xù)教學(xué)的開(kāi)展。

2.2" 學(xué)情分析

七年級(jí)的學(xué)生在邏輯思維方面仍處于成長(zhǎng)階段，某些部分的學(xué)習(xí)體驗(yàn)并不理想，因此在學(xué)習(xí)儀器的操作過(guò)程中可能會(huì)遇到不少挑戰(zhàn)[3]。同時(shí)，初中學(xué)生思維活躍，探究意識(shí)強(qiáng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)課有極大的興趣。然而也存在一部分學(xué)生傾向于被動(dòng)接受知識(shí)，缺乏主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)。因此，在教學(xué)過(guò)程中我們需要關(guān)注全體學(xué)生并激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

3" 教學(xué)目標(biāo)

⑴通過(guò)顯微鏡觀察植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，形成細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位這一觀點(diǎn)。

⑵通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，掌握制作植物細(xì)胞臨時(shí)裝片的核心技巧，并可以基于所觀察到的情況繪制植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

⑶通過(guò)使用顯微鏡，讓學(xué)生意識(shí)到人類(lèi)對(duì)生物體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)得益于顯微鏡的發(fā)明，進(jìn)而認(rèn)識(shí)到科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)人類(lèi)對(duì)未知奧秘的探索，并培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索的精神。

4" 教學(xué)重難點(diǎn)

4.1 教學(xué)重點(diǎn)

觀察并制作植物細(xì)胞的臨時(shí)裝片。

4.2 教學(xué)難點(diǎn)

繪制植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

5" 教學(xué)過(guò)程

5.1 回顧相關(guān)已學(xué)知識(shí)

學(xué)生在老師的引領(lǐng)下回顧顯微鏡的使用方法，并進(jìn)行實(shí)踐操作。學(xué)生復(fù)習(xí)顯微鏡的結(jié)構(gòu)，練習(xí)顯微鏡的使用。教師在學(xué)生操作的過(guò)程中進(jìn)行巡視、指導(dǎo)并糾正錯(cuò)誤，最后總結(jié)出學(xué)生操作過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。

設(shè)計(jì)意圖：引領(lǐng)學(xué)生回顧顯微鏡的結(jié)構(gòu)和功能，鞏固學(xué)生已學(xué)過(guò)的知識(shí)以防止遺忘，同時(shí)為接下來(lái)的學(xué)習(xí)做好鋪墊。

5.2 創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課

教師引領(lǐng)學(xué)生就教材中的問(wèn)題進(jìn)行討論，教師提問(wèn)：“在顯微鏡下能看到菠菜葉細(xì)胞嗎”？

學(xué)生交流討論并回答。教師在PPT上展示顯微鏡下的觀察結(jié)果。教師繼續(xù)提問(wèn)：“為什么不能觀察到菠菜葉細(xì)胞？要想觀察到細(xì)胞應(yīng)該怎么做？”通過(guò)提出問(wèn)題激發(fā)學(xué)生的求知欲，促進(jìn)學(xué)生之間的交流。之后教師用PPT演示如何把菠菜制作成臨時(shí)裝片，并呈現(xiàn)出顯微鏡下觀察的結(jié)果。

在此基礎(chǔ)上，讓學(xué)生對(duì)比兩次實(shí)驗(yàn)材料有什么不同。通過(guò)觀察，得出結(jié)論：觀察材料不能太大、太厚，要讓可見(jiàn)光透過(guò)被觀察的物體，這樣才能看清物象。教師用PPT展示幾種玻璃裝片，并按照實(shí)驗(yàn)材料及處理方式的不同分為三類(lèi)。分別為切片、涂片、裝片，并配以相關(guān)例子進(jìn)行解釋說(shuō)明。接著，引入新課的學(xué)習(xí)內(nèi)容：“洋蔥表皮細(xì)胞臨時(shí)裝片的觀察與制作 ”。

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)情境，吸引學(xué)生注意力；教師提出疑問(wèn)，將情景問(wèn)題與本節(jié)課的內(nèi)容相銜接，學(xué)生進(jìn)行交流回答；通過(guò)對(duì)比材料的不同，揭示制作臨時(shí)裝片的原理；通過(guò)展示裝片類(lèi)型，使學(xué)生明白具體的學(xué)習(xí)任務(wù)，為接下來(lái)的教學(xué)活動(dòng)做好準(zhǔn)備。

5.3 小組合作，討論交流

提出問(wèn)題——制作臨時(shí)裝片需要哪些材料，讓學(xué)生閱讀教材并查找相關(guān)資料回答問(wèn)題。教師對(duì)全班同學(xué)進(jìn)行分組，讓學(xué)生以小組為單位對(duì)以下問(wèn)題進(jìn)行交流探討：制作臨時(shí)裝片有哪些步驟？如果用一個(gè)字對(duì)每個(gè)步驟進(jìn)行總結(jié)，應(yīng)該用哪個(gè)字？在學(xué)生討論完畢后，教師讓各小組派代表回答問(wèn)題，然后根據(jù)各小組代表的回答請(qǐng)其他同學(xué)進(jìn)行評(píng)價(jià)，接著教師與學(xué)生共同討論臨時(shí)裝片制作需要的注意事項(xiàng)，如撕取標(biāo)本一定要薄、標(biāo)本展開(kāi)不能重疊、碘液要適量、要在蓋玻片滴碘液的另一側(cè)進(jìn)行吸引等。

設(shè)計(jì)意圖：以教師提出的問(wèn)題為線索，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)查閱材料掌握實(shí)驗(yàn)步驟，讓學(xué)生以小組形式進(jìn)行討論，提高科學(xué)探究精神和學(xué)習(xí)興趣。教師根據(jù)學(xué)生的回答開(kāi)展生生互評(píng)、師生互評(píng)，使學(xué)生能明確實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注意事項(xiàng)，為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展打下良好基礎(chǔ)。

5.4 虛擬演示，引領(lǐng)學(xué)生分析

教師在簡(jiǎn)單介紹NOBOOK虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)后，登錄該平臺(tái)，進(jìn)行植物組織培養(yǎng)洋蔥表皮細(xì)胞臨時(shí)裝片虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，其操作界面如圖2。所需要的實(shí)驗(yàn)材料見(jiàn)圖3。

基于NOBOOK虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)制作臨時(shí)裝片的具體步驟包括：擦→滴→撕→放→展→蓋→染→吸。教師在虛擬平臺(tái)中進(jìn)行點(diǎn)擊操作，在操作時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的講解。如撕取洋蔥表皮細(xì)胞時(shí)要?jiǎng)幼鬏p緩，切勿將果肉一同撕下來(lái)；蓋蓋玻片時(shí)為防止臨時(shí)裝片中央產(chǎn)生氣泡，可將蓋玻片的左側(cè)邊緣先與載玻片上的水滴接觸，然后從左到右緩慢地放下；滴加碘液時(shí)要注意用滴管滴在蓋玻片的左側(cè)，然后用吸水紙從蓋玻片的右側(cè)吸取，確保碘液浸透標(biāo)本的全部。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后可觀察到洋蔥表皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)（圖4）。

學(xué)生可以觀察到細(xì)胞之間緊密排列，教師讓學(xué)生根據(jù)所觀察到的現(xiàn)象繪制出植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，并進(jìn)一步提問(wèn)：植物細(xì)胞有哪些結(jié)構(gòu)？細(xì)胞壁有哪些特性？學(xué)生通過(guò)小組間的交流和討論得出問(wèn)題答案。學(xué)生回答問(wèn)題后，教師針對(duì)學(xué)生的回答給予答案修訂和補(bǔ)充，并且著重強(qiáng)調(diào)制作植物細(xì)胞臨時(shí)裝片的步驟及注意事項(xiàng)。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)制作植物細(xì)胞臨時(shí)裝片的理解，學(xué)生可以輕松記住一些零散的生物學(xué)知識(shí)，不僅有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思考與探索的能力，還有利于增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣，并有助于學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和樹(shù)立實(shí)驗(yàn)安全意識(shí)。在實(shí)驗(yàn)完成后，通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)的形式，幫助學(xué)生梳理知識(shí)，使學(xué)生更好地掌握相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

5.5 課堂小結(jié)，鞏固提升

教師對(duì)本節(jié)課的知識(shí)進(jìn)行小結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生評(píng)價(jià)、分析、處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)出臨時(shí)裝片的制作技巧。然后出示相應(yīng)的習(xí)題，讓學(xué)生作答，最后讓學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容。

設(shè)計(jì)意圖：教師對(duì)知識(shí)進(jìn)行小結(jié)，目的是幫助學(xué)生梳理和總結(jié)知識(shí)，明確本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)，使學(xué)生對(duì)本節(jié)課的內(nèi)容形成一定的邏輯結(jié)構(gòu)；然后，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)操作步驟的掌握；出示的習(xí)題可幫助學(xué)生鞏固知識(shí)；書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果，加深學(xué)生對(duì)本節(jié)課實(shí)驗(yàn)過(guò)程的理解。

6" 總結(jié)與反思

利用虛擬仿真技術(shù)輔助“觀察制作洋蔥表皮細(xì)胞臨時(shí)裝片”這一教學(xué)開(kāi)展，在充分把握教學(xué)知識(shí)的內(nèi)在邏輯和學(xué)生主觀意識(shí)的基礎(chǔ)上，以虛擬實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)教學(xué)，激發(fā)學(xué)生對(duì)生物學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。雖然基于NOBOOK的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以做到隨時(shí)隨地進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，但是軟件在功能和所展現(xiàn)的圖畫(huà)上仍存在一些缺陷，還需不斷進(jìn)行完善。若有條件，可選取更加完善的軟件和設(shè)備進(jìn)行課堂虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

參考文獻(xiàn)

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