虚拟仿真技术在生物技术实验教学中的应用

杨秀丽

摘要：近些年生物技术有着飞速的发展，关于高中生物的教学中也增加了相关的生物实验。新课程改革中明确提出应该提高学生的科学素养，但是在实际的高中生物教学中因为受到实验仪器落后、不具备实验的条件等原因的制约，导致学生在生物课上实验的机会很少。随着信息技术在教学中的应用，虚拟仿真技术在高中生物实验教学中的应用，可以解决生物实验的问题，帮助学生加深对生物现象的理解，提高学生的实践能力，进而提高生物的教学效率和质量。

关键词：虚拟仿真技术;高中生物;实验教学

引言

虚拟仿真技术在高中生物实验中的应用，学生可以通过该技术将生物实验进行模拟展示在学生面前，让学生仿佛置身于实际的生物实验中，对于学生的生物实验教学跟现实的实验操作效果接近，因此虚拟仿真技术能很好地解决高中生物是严重的很多难题，增加学生的生物实验水平。

一、传统的生物实验教学和虚拟仿真实验教学的概述

在传统的高中生物实验教学中，由于很多生物实验需需要用到很精密的仪器，实验仪器的价格昂贵的，因为实验资金有限，因此一般学校很难拥有比较高端的实验设备。而高中生物中，会学习到关于细胞学的知识，需要用到比较高端的仪器。并且为了让每个学生都能亲自动手操作，不免会增加实验设备的损耗率，并且在生物实验中还会用到大量的实验用品，违背了我们提倡的环保和节约理念。在生物实验中因为课时的关系，教师可能会提供帮学生准备各种实验用品，学生在课堂实验中只是简单的操作，学生只参与了整个实验过程的部分环节，并不能真正的掌握全部的实验操作。甚至有的生物实验具有较强的危险性，不适于让学生亲自动手操作。有些生物实验需要较长的实验时间，可能需要观察不同的状态就会需要很长的时间，因此也不适合在生物课堂上进行实验。并且在实验的过程中，班级人数众多，教师不能兼顾每位学生的实验过程。

虚拟仿真技术在高中生物实验中的应用，打破了传统生物实验的局限性，解决传统实验克服不了的难题。利用虚拟仿真技术可以打破课时不足的限制，生物教室可以利用课外的空闲时间，引导学生在网络上自主的进行虚拟仿真实验，提高了高中生的生物实验操作能力和自主学习的能力，解决了生物课时限制的问题。同时利用虚拟仿真技术还能解决传统实验中实验设备的一系列问题，如实验设备数量不足和设备的损耗问题，还解决了实验课的学习地点的限制。在虚拟仿真技术的应用中，可以根据自己的兴趣，反复的练习不同种类的实验，让学生可以根据自己的学习情况合理的调整实验的环节和种类。和传统的生物实验相比，还能避免实验垃圾的处理程序，对于一些危险系数较高，耗时较长的生物实验，都可以利用虚拟仿真技术解决。虚拟实验也有一定的不足之处，需要对实验的数据进行分析，并且所有的实验过程和环节都是提前设计好的，不利于学生的思维能力的提升。虚拟仿真实验作为传统实验的辅助和补充，不能将所有的实验都用虚拟仿真技术来完成，毕竟与传统的生物实验操作不同，能用传统试验方法的尽量应选择传统的实验方式。

二、虚拟仿真技术在高中生物实验中的应用

1.在生物细胞实验中的应用

以人教版高一年级的生物课本第四章中涉及到“植物细胞的吸水和失水”生物实验，课本上所用的实验材料为紫色洋葱鳞片叶，然后按照课本上的实验步骤进行操作，但是在实际的生物实验中紫色洋葱的表皮中细胞本身的状态不同，还有实验中需要用到的蔗糖溶液溶度不好掌控，很难看到细胞明显的大小变化。因此可以利用虚拟仿真技术来完成这个实验教学。在计算机上选择出该实验的名称，植物细胞的吸水和失水界面，其中有一项选择是实验视频，点开之后就是传统的实验过程和操作步骤，还有一项是仿真实验打开之后，会根据上边的提示将实验器材按照实验的步骤拖动，逐步的完成实验过程。如果在拖动实验器材的过程中，出现失误，系统会做出相应的提示，可以返回并重新操作。在模拟仿真实验的过程中将浓度为0.3g/ml的蔗糖溶液多次滴入表皮中，会出现质壁分离的实验现象，在重新滴入清水，细胞就会吸水还原成原来的状态。通过虚拟仿真技术的模拟实验，班级的全部学生都可以清楚地看到细胞吸水和失水状态的变化，让实验过程和现象变得更清楚明显，实验结果更加准确。

2.在种群密度实验中了解多种因素对实验结果的影响

在人教版高二生物下册第一章学习到种群的特征时，课本最开始就介绍了“标志重捕法”来计算动物种群的密度，而动物种群的密度是生物课本中重要的学习内容，并且是为了学习下一章节的群落知识做出的铺垫和基础，与后期要学习的生物知識有很强的联系性。有过多年教学经验的生物教师会了解到“标志重捕法”是生物考试的易考点，同时也是生物教学中的重点内容。因此应该让高中生知其然，还要知其所以然，理解这种方法中所获得的的数据存在误差，如何计算结果，以及该方法的适用范围和应用要点。利用虚拟仿真技术，采用标注重捕法来调查天数的密度，在模拟实验的过程中，学生可以控制捕捉田鼠的时间，还可以自主控制田鼠的分布情况，通过学生的模拟实验，让学生明白标注重捕法在实际的应用中会受到很多因素的影响，让学生对该方法掌握的更加全面，了解更加透彻。

3.引导学生探索更多的领域

有些生物实验和知识在教学中无法为学生呈现，学生也不可能会接触到这类生物知识。如火星的表面特征等还有一些危险的生物场景，如果学生仅凭想象在脑海中构造生物背景有些困难，因此可以使用虚拟仿真技术为学生创建生物背景，让学生仿佛针对置身于那个环境当中，例如地球生命的起源，在地球上最初有生命时是什么状态，这个学生真的很难想象，如果采用多媒体不能让学生感受当时地球的面貌，因此需要借助虚拟仿真技术，模拟出远古时代地球的状态面貌，为学生进行展示，其中有火山在爆发的场景，还有满天的大雨使得雨水迅速汇集到一起例如大海的画面，让学生穿上数据手套和对应的衣服可以感受大海的波涛汹涌。

结束语

虚拟仿真技术在生物实验中的应用与传统的生物实验相比，有着很大的优势，因此高中生物教师应该利用虚拟仿真技术的优势，对于某些大型或者危险的生物试验可以应用虚拟仿真技术，帮助学生更高效的学习生物知识。

参考文献：

[1]齐凤慧，宋兴舜，滕春波.虚拟仿真技术在生物技术实验教学中的应用[J].教育教学论坛，2021（01）：129-132.

[2]刘灵，孙晓明，孙亚楠，任媛媛，苏超，田姗姗，张纬.虚拟仿真技术在分子生物学综合性实验教学中的应用[J].教育现代化，2020，7（50）：13-15+35.

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