NOBOOK虚拟实验平台在初中生物学实验教学中的应用

程幽池

(中国人民大学附属中学通州校区 北京 101100)

实验教学是生物学教学的基本形式之一,教师要创造条件开设好生物学实验。《义务教育生物学课程标准(2022年版)》(以下简称“课程标准”)的“课程理念”部分也强调“生物学课程高度关注学生学习过程中的实践经历,强调学生的学习过程是主动参与的过程,设计学习任务,让学生积极参与动手和动脑的活动”。然而在条件受限、实验无法实际开展时,利用好虚拟实验平台进行实验教学则具有重要意义,虚拟实验平台能帮助学生更好地理解实验过程,使得教师的教学取得良好效果。

1 NOBOOK虚拟实验平台的优势

课程标准提出:“通过实验等实践活动,使学生加深对生物学概念的理解,提升应用知识的能力,激发探究生命奥秘的兴趣,进而能用科学的观点、知识、思路和方法探讨或解决现实生活中的某些问题”。强调教师要创造条件指导学生亲身参与实践、体会实践,保证课堂的教学效果。

相比传统的实验教学,灵活性、仿真性和交互性是NOBOOK虚拟实验平台最突出的特点。学生通过虚拟实验平台操作鼠标即可完成实验过程、观察实验现象、分析实验结果、得出实验结论等,从而获得实验探究能力和科学思维能力的提升,因此利用虚拟实验平台进行实验教学具有便捷性。

2 NOBOOK 软件的下载和使用方法

NOBOOK 平台支持在线和下载使用,兼容台式、笔记本电脑等。鉴于使用方便性,推荐从官方网站下载软件,投屏使用;也可下载到教师个人电脑,利用“腾讯会议”软件屏幕共享,即可实现其辅助线上教学功能。

具体使用方法为:打开NOBOOK 软件,在搜索栏输入关键词,找到想要的实验案例,点击即可观看和操作完成实验。

3 虚拟实验室在初中生物实验教学中的应用

NOBOOK 软件中共包含观察类、演示类、探究类等实验174 个,根据人教版教材分册顺序进行分类展示,对学生课前预习、课后复习实验、教师课堂演示实验都有帮助。本文将按照实验分类对其应用进行说明。

3.1 在观察类实验中的应用

3.1.1 显微镜观察实验

显微镜是初中生物学实验中极其重要的实验工具,熟练使用显微镜也是初中生需要掌握的重要实验技能。该平台提供了很多显微镜的范例实验,内容丰富全面,而且每个实验都说明了实验目的、材料用具等,一目了然。同时跟着指引进行每一步实验流程操作,能让学生身临其境,体会实验。

例如,人教版《生物学·七年级·上册》“观察人的口腔上皮细胞”实验在该虚拟平台上列出了此实验目的是:制作人的口腔上皮细胞临时装片、认识口腔上皮细胞的基本结构;材料用具为:显微镜、载玻片、消毒牙签、生理盐水等;还设置了讨论要点:“制作口腔上皮细胞临时装片时为什么要用生理盐水,用清水行不行?”学生通过浏览平台上的实验目的、动手点击鼠标完成实验操作、观看实验现象和结果;思考回答问题等就能获得对该实验的直观认识。

3.1.2 动物观察实验

例如,《生物学·八年级·上册》“两栖动物青蛙”实验,该平台展示、还原了真实的青蛙形态,不仅如此该实验还动态展示了青蛙的运动,如跳跃、呼吸、捕食等过程,通过青蛙的系统透视图还能清晰观察到它的呼吸、消化、循环系统等解剖结构。类似这样的观察实验平台上还有很多,这些范例实验的展示对学生深入、正确理解真实的运动过程大有帮助,而平台上这种逼真的三维立体透视效果也是实际动手实验难以实现的。

3.1.3 植物观察实验

虚拟实验平台提供了相关的实验观察案例。例如,《生物学·七年级·上册》“观察桃花”实验在该平台上清晰展示了桃花的花托、花萼、花瓣等结构,同时该平台的观察桃花虚拟实验还模拟人手拖动刀片划过子房,剖开、观察内部胚珠的过程。点击屏幕闪光处,可见花药里密集的花粉,细节逼真。利用虚拟实验平台进行实验教学不受季节的限制,即使是非桃花绽放时节,教师通过在班级内投屏就可以带领学生在室内观察到桃花的具体结构。不受时节的影响和材料的限制也是该平台的一大优势。

3.2 在调查类实验中的应用

调查法是生物学研究中常用的方法之一,不仅有定性调查,还有定量调查。教师应向学生提供机会学习量的测定,实事求是地记录、整理和分析实验数据、定量表述实验结果等。该平台也涵盖了调查类实验案例。

例如,《生物学·七年级·上册》“测定食物中的能量”实验,该平台上直观展现了花生和核桃分别放在酒精灯火焰上燃烧的过程。此外还能通过温度计直接观察水温上升变化:如果是花生,屏幕上的温度计显示水温会由21 ℃升高为26.5 ℃,如果是核桃,水温会由21°升高为42.8 ℃,各组实验分别设置了三次重复。学生通过点击鼠标在表格当中记录下数据,计算平均值,分析实验结果,就能由此测定出花生食物所含热量为693J,核桃含热量2746.8J。这样的实验操作不仅十分方便,而且实验的安全性也得到保障。

3.3 在模型制作类实验中的应用

模拟实验一般需要进行具体模型的制作,该平台也提供了具体的范例。比如《生物学·七年级·下册》“膈运动引起胸廓容积改变”实验就涉及到模型的制作,一般是由学生在家找纸板、吹气球、矿泉水瓶等自行完成。而通过该平台的线上实验,学生点击鼠标拖动胸骨、膈肌等部件,点击鼠标牵拉即可观看到膈肌收缩和舒张的状态,习得“膈肌收缩时,胸腔变大,肺内气压变小,完成吸气”的概念。所以线上实验不但能让难以理解的概念和生理过程变得简单化、形象化,同时还具有能节约成本、降低材料损耗、减少生物垃圾的优点。

3.4 在探究类实验中的应用

探究学习对发展学生的实践和创新能力至关重要,探究性学习需要具体的探究性活动来落实。该平台也提供了相应的探究活动案例,例如,《生物学·七年级·下册》“探究酸雨对生物的影响”在该平台的虚拟实验显示为:将黄豆种子均分A、B、C 三组,其中A 组用清水培养,B 组用pH 为5 的溶液培养,C 组用pH 为3 的溶液培养,除溶液pH 外其他条件均相同,观察7 天内种子萌发情况研究酸雨对黄豆种子萌发的影响。学生通过在线设计实验方案,观察、记录、分析数据,进一步总结、认识酸雨的危害,不仅能直接完成科学探究过程,认同“酸雨环境会对植物种子的萌发造成影响”的生命观念,同时也形成保护环境的生态意识,从而实现生物学核心素养的发展。

4 虚拟实验室的不足之处和使用建议

因为计算机存在参数误差情况,所以虚拟实验不可能完全取代真实实验,但事实证明,在真实实验无法进行或效果不好时,利用好虚拟实验平台这一工具也能帮助教师取得良好的实验教学效果。

此外,任何工具的选择和使用都是基于教学目的,为教师实现教学目标服务的。不管是虚拟实验还是真实实验,更重要的是教师本身的教学设计,是教师鼓励、指导学生参与设计实验的过程,启发学生的科学思维提升。在日常教学中教师要注重为学生实践搭建好平台,充分提供支持,才能真正锻炼学生的能力,引领教与学方式的变革,从而为将来学生步入社会解决实际问题做好准备。