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【摘要】虚拟实验是相对于真实实验而言的，两者的主要区别在于实验过程中所触及的对象与事物是否真实，在真实实验中，实验工具、实验材料和实验试剂等都是真实的、以实物形式呈现给实验者;但在虚拟实验中，没有实物形式的实验工具、实验材料和实验试剂等，实验者在虚拟实验中所进行的一系列操作，应用的均是虚拟仿真的实验工具和材料试剂，实验步骤和结果也是对真实实验的仿真和模拟。因此，虚拟实验是真实实验的辅助和“虚拟呈现”。
【关键词】虚拟实验 高中生物 实验教学 应用策略
【中图分类号】G633.91
【文献标识码】A
【文章编号】1992-7711（2020）12-070-01
1989年由美国的William Wolf 教授提出并建立虚拟实验室，短短20几年，已在国内外的教育和训练领域得到广泛应用。例如美国麻省理工学院1988年创立的微电子在线实验系统，使得学生在学习有关显微的原理知识时倍感轻松;休斯顿大学建立的“虚拟物理实验室”，通过允许学生控制和改变重力的大小、方向以及加速度大小等影响因素，使其更加深刻地理解万有引力定律;霍华德休斯医学研究所（HHMI）“BioInteractive” 虚拟实验室（http：//www.hhmi.org/biointeractive/vlabs/index.html），以“教在教学之前”为理念，是一款集测试、操作和评价于一体的虚拟实验软件，在该实验室中，“转基因苍蝇虚拟实验”可以为学生探索遗传规律提供帮助等。
我国对于虚拟实验的开发、利用虽然起步较晚，但发展较快，在教学等方面也取得了一定的成绩，目前已有部分高校初步建立了虚拟实验室和各类虚拟教学系统[5]。由中国科学技术大学研制的“几何光学实验设计平台”突出了物理实验设计的思想，不仅将计算机技术、虚拟实验技术和物理实验教学结合到一起，而且将实验者的操作、实验设备、教学内容和教学指导等有机地融合到了一起;宁陕中学的“高中生物虚拟实验室在线学习系统”为教师提供了高中生物实验的教学课件和虚拟演示，为学生提供了理解实验相关知识的便利条件;广州市同实网络科技有限公司开发的“同步实验室”，把互联网技术应用到中学化学、物理、生物实验课程中，旨在提高学生的实验操作能力和实验探究能力，并在学生的虚拟实验操作过程中及时给予评价。
那么虚拟实验教学对我们高中生物教学有何作用呢？
第一、虚拟实验教学有助于学生由被动听讲转为主动学习
由于真实的实验需要采用具体材料、仪器进行实验，既需要大量的实验材料，也会损坏实验仪器，因此，在具体教学中通常会走传统的生物实验教学模式，即学生预习，教师现场讲解实验原理、实验步骤、操作方法等，学生在整个实验讲解过程只能机械记忆、而很少深入思考结论是如何得来的，缺乏学习的主动性和积极性。利用虚虚拟实验教学，学生可以身临其境般地操作虚拟仪器，操作结果可以通过仪表显示反馈给学生，有效地解决了实验条件与实验效果之间的矛盾。
第二、虚拟实验教学安全、高效，同时降低了教育成本
生物实验中有些涉及到放射性物质或有毒物质的部分，有些实验是不能让学生做的。虚拟实验的一大优点在于其绝对的安全性，不会因操作失误而导致人身事故。
虚拟实验省去了真实实验时许多简单劳动，如实验器材准备等，让实验者可以集中精力研究实验对象本身的特性和规律。同时，虚拟实验通过提供良好的在线帮助和学习功能，可帮助实验者迅速掌握实验研究内容和达到实验研究的具体目标和要求，从而提高了学习和探究效率。
在生物实验教学中，许多昂贵的实验器材，由于受价格的限制而无法普及，有些实验因时间持续很长而无法开设，利用虚拟实验教学既不消耗器材，也不受场地等外界条件的限制，可使教育成本大大降低。
如何在教学中进行虚拟实验教学？
第一步：创设情境，激趣目标
生物实验教学的核心解决问题，学习活动是围绕问题展开的。根据教学目的和教学目标，精心设计来源于现实生活中的、与本节课内容有关的问题，激发学生的兴趣，让学生意识到所学的内容并不是空洞的，而是与实际生活有紧密联系的。
第二步：设計实验，自主探究
在问题的激发下，鼓励学生动手设计实验探究，这是实验教学的关键环节。首先根据实验目的、实验材料和实验步骤，帮助学生拟定合理的研究计划，选择恰当的方法。如果条件允许，鼓励学生动手实践，体验真实实验过程;对于设备不足的实验，则将学生分成小组，以小组演示实验为主;若有些实验学校条件无法完成，则采用虚拟实验的方式。教师提供一定的条件或者必要的资料，有学生自己动手去实验或者虚拟演示，以寻求问题的答案，提出某些假设。教师起到组织者的角色，指导和规范学生的探索过程。
第三步：合作展示，体验成功
在自主探究中培养学生寻求合作的团队精神，经过实验探究过程，学生要把自己的实验过程或者查阅的资料进行总结梳理，得出自己的结论和解释，不同的团队或者学生可以就统一问题提出不同的见解和看法。通过教师的评价学生互评，促进学生间的交流，拓展学生的学习知识，以完整的探究结果体现“我能行”，使学生在合作展示环节体验成功乐。
第四步：当堂巩固，完成目标
设计合理习题，对学生所学知识进行当堂检测，及时掌握学生的学习情况，并进一步发现并解决学生在学习后存在的问题，同时来评定教学内容是否完成，教学目标十分达到。
第五步：总结提升，升华知识
师生互动，谈谈本节课都学到了什么，共同回顾、归纳本节课的知识点。在这一环节中，教师把散落在学生头脑中的知识，用精炼的语言归纳出来，使教学目标得到落实。学生间通过交流“学到了什么”，是为了从情感上引导学生，总结本节课的内容同时也是对本节课的升华。
虚拟实验教学的有效模式坚持“能实不虚”的原则，以真实实验为主，虚拟实验为辅，充分调动学生的积极性，发挥“学生主体”和“教师主导”地位，充分体现了新课改的精神和理念。
【关键词】虚拟实验 高中生物 实验教学 应用策略
【中图分类号】G633.91
【文献标识码】A
【文章编号】1992-7711（2020）12-070-01
1989年由美国的William Wolf 教授提出并建立虚拟实验室，短短20几年，已在国内外的教育和训练领域得到广泛应用。例如美国麻省理工学院1988年创立的微电子在线实验系统，使得学生在学习有关显微的原理知识时倍感轻松;休斯顿大学建立的“虚拟物理实验室”，通过允许学生控制和改变重力的大小、方向以及加速度大小等影响因素，使其更加深刻地理解万有引力定律;霍华德休斯医学研究所（HHMI）“BioInteractive” 虚拟实验室（http：//www.hhmi.org/biointeractive/vlabs/index.html），以“教在教学之前”为理念，是一款集测试、操作和评价于一体的虚拟实验软件，在该实验室中，“转基因苍蝇虚拟实验”可以为学生探索遗传规律提供帮助等。
我国对于虚拟实验的开发、利用虽然起步较晚，但发展较快，在教学等方面也取得了一定的成绩，目前已有部分高校初步建立了虚拟实验室和各类虚拟教学系统[5]。由中国科学技术大学研制的“几何光学实验设计平台”突出了物理实验设计的思想，不仅将计算机技术、虚拟实验技术和物理实验教学结合到一起，而且将实验者的操作、实验设备、教学内容和教学指导等有机地融合到了一起;宁陕中学的“高中生物虚拟实验室在线学习系统”为教师提供了高中生物实验的教学课件和虚拟演示，为学生提供了理解实验相关知识的便利条件;广州市同实网络科技有限公司开发的“同步实验室”，把互联网技术应用到中学化学、物理、生物实验课程中，旨在提高学生的实验操作能力和实验探究能力，并在学生的虚拟实验操作过程中及时给予评价。
那么虚拟实验教学对我们高中生物教学有何作用呢？
第一、虚拟实验教学有助于学生由被动听讲转为主动学习
由于真实的实验需要采用具体材料、仪器进行实验，既需要大量的实验材料，也会损坏实验仪器，因此，在具体教学中通常会走传统的生物实验教学模式，即学生预习，教师现场讲解实验原理、实验步骤、操作方法等，学生在整个实验讲解过程只能机械记忆、而很少深入思考结论是如何得来的，缺乏学习的主动性和积极性。利用虚虚拟实验教学，学生可以身临其境般地操作虚拟仪器，操作结果可以通过仪表显示反馈给学生，有效地解决了实验条件与实验效果之间的矛盾。
第二、虚拟实验教学安全、高效，同时降低了教育成本
生物实验中有些涉及到放射性物质或有毒物质的部分，有些实验是不能让学生做的。虚拟实验的一大优点在于其绝对的安全性，不会因操作失误而导致人身事故。
虚拟实验省去了真实实验时许多简单劳动，如实验器材准备等，让实验者可以集中精力研究实验对象本身的特性和规律。同时，虚拟实验通过提供良好的在线帮助和学习功能，可帮助实验者迅速掌握实验研究内容和达到实验研究的具体目标和要求，从而提高了学习和探究效率。
在生物实验教学中，许多昂贵的实验器材，由于受价格的限制而无法普及，有些实验因时间持续很长而无法开设，利用虚拟实验教学既不消耗器材，也不受场地等外界条件的限制，可使教育成本大大降低。
如何在教学中进行虚拟实验教学？
第一步：创设情境，激趣目标
生物实验教学的核心解决问题，学习活动是围绕问题展开的。根据教学目的和教学目标，精心设计来源于现实生活中的、与本节课内容有关的问题，激发学生的兴趣，让学生意识到所学的内容并不是空洞的，而是与实际生活有紧密联系的。
第二步：设計实验，自主探究
在问题的激发下，鼓励学生动手设计实验探究，这是实验教学的关键环节。首先根据实验目的、实验材料和实验步骤，帮助学生拟定合理的研究计划，选择恰当的方法。如果条件允许，鼓励学生动手实践，体验真实实验过程;对于设备不足的实验，则将学生分成小组，以小组演示实验为主;若有些实验学校条件无法完成，则采用虚拟实验的方式。教师提供一定的条件或者必要的资料，有学生自己动手去实验或者虚拟演示，以寻求问题的答案，提出某些假设。教师起到组织者的角色，指导和规范学生的探索过程。
第三步：合作展示，体验成功
在自主探究中培养学生寻求合作的团队精神，经过实验探究过程，学生要把自己的实验过程或者查阅的资料进行总结梳理，得出自己的结论和解释，不同的团队或者学生可以就统一问题提出不同的见解和看法。通过教师的评价学生互评，促进学生间的交流，拓展学生的学习知识，以完整的探究结果体现“我能行”，使学生在合作展示环节体验成功乐。
第四步：当堂巩固，完成目标
设计合理习题，对学生所学知识进行当堂检测，及时掌握学生的学习情况，并进一步发现并解决学生在学习后存在的问题，同时来评定教学内容是否完成，教学目标十分达到。
第五步：总结提升，升华知识
师生互动，谈谈本节课都学到了什么，共同回顾、归纳本节课的知识点。在这一环节中，教师把散落在学生头脑中的知识，用精炼的语言归纳出来，使教学目标得到落实。学生间通过交流“学到了什么”，是为了从情感上引导学生，总结本节课的内容同时也是对本节课的升华。
虚拟实验教学的有效模式坚持“能实不虚”的原则，以真实实验为主，虚拟实验为辅，充分调动学生的积极性，发挥“学生主体”和“教师主导”地位，充分体现了新课改的精神和理念。