高中生物虚拟仿真实验与真实实验的交融互补

摘 要：虚拟仿真实验的出现使信息化教学进一步深入课堂。虽然在某些方面它的优越性弥补了真实实验的缺陷，然而它也有诸多缺陷。因此，真实实验和仿真实验的结合才是中学生物教学的未来发展趋势。融合这两种实验方式，扬长避短、互补交融才能更有效地引导学生自主、能动地学习，提高学生的生物学素养。

关键词：虚拟仿真实验；真实实验；仪器

高中生物学科中的实验教学要求学生在教材及教师的指导下自主完成实验。实验教学在课堂中的扎实展开，能够有效地培养学生的动手实践能力和操作能力，促进学生在掌握生物原理和操作技能的基础上，更加全面地认识和学习生物科学。在高中生物课堂中，学生可以通过实验简单快捷地了解和掌握所学的生物知识及原理，感受生物这门特殊的自然科学。

一、当前高中生物实验教学中存在的问题

然而，在实际的实验教学中，许多方面存在不足，如实验教学中所需要的材料过少或者缺少其中某一样实验器材都将导致实验无法正常开展。而有些则是因为所要进行的实验本身存在一定的危险性而无法真正开展，以至于实验教学在生物课堂中成为一种摆设，也就无法发挥实验教学本身的辅助作用。这不仅严重影响着教师的教学活动，还减少了学生全面学习生物知识的方法和途径。当然不免有些教师在实验教学中为了节省时间而演示生物实验，也就是通常所说的教师做、学生看。这样一来，学生也就不会积极主动地参与到实验教学中，这不仅不利于培养他们的动手实践和操作能力，还降低了他们运用生物知识去分析和解决实际问题的意识与能力。由此可见，高中生物教学中实验教学的开展存在许多的问题，而作为高中生物教师，我们在教学过程中要善于科学合理地运用适当的教学方法进行实验教学，对于存在危险性及实验器材缺乏的实验，我们可以利用计算机、多媒体技术模拟实验仪器及实验操作进行模拟仿真实验教学，以此突破生物实验的局限性，实现生物虚拟仿真实验与真实实验的相互交融与

互补。

二、高中生物虚拟仿真实验与真实实验的整合

（一）虚拟仪器及虚拟仿真实验

高中生物虚拟仿真实验即利用全新的、先进的且富有生命力的虚拟仪器和多媒体计算机，对教材数据进行分析和处理，在虚拟操作中为学生展示其中的实验步骤和结果。虚拟仿真实验综合运用了计算机图形学、图像处理与智能技术及音响技术等多方面的功能，给学生以直观形象的感受，促进他们更加简单快捷地学习和掌握生物实验的设计及操作。虚拟仿真实验主要通过虚拟仪器进行，虚拟仪器就是在多媒体计算机上配上相应的专用软件和硬件，并设定和设计好的测试功能，从而实现真实仪器所具备及缺乏的特殊实验教学。

1.虚拟仪器的特点

相比于传统的实验仪器，虚拟仪器更加智能，处理能力更强，且使用起来更加方便灵活，它的开放性和功能软件的模块化有利于提高资源的重复利用率，并缩短系统组建时间。运用计算机对生物实验内容进行分析、存储、显示及打印，能够有效地完善数据的传输和交换等性能，使得组建系统更加简单快捷。

2.虚拟仿真实验的特点

虚拟仿真实验使抽象的生物知识更加形象和具体，运用多媒体为学生提供声音、图像、文字等多方面的内容，其信息量大且应用范围广，能够在激发学生学习兴趣的基础上，提高他们对生物知识的表达和运用能力。在进行虚拟实验教学之前，教师可以利用多媒体计算机对实验模型和过程进行精心设计，从不同的角度和层次为学生加以演示和讲解，促进他们形象化思维的形成。高中生物教学中进行虚拟仿真实验对实验教学尤为重要，不仅有利于提高生物教与学的质量和效果，还能够保障实验设备及教师的安全，促进实验教学的高效开展。相对于传统的生物实验教学，虚拟仿真实验给学生的实验过程增加了许多乐趣，使他们更加热爱生物实验，乐于学习生物知识。

例如，人教版高一生物必修2第三章《基因的本质》中，DNA分子的结构和复制过程微观、抽象，学生即使制作出DNA物理模型，也难以在不断犯错和纠正过程中，准确模拟整个复制过程。借助虚拟仿真系统，利用计算机对DNA分子的复制步骤进行分析整合，使学生能够展开思维的翅膀，自由模拟想象中的复制过程。在各种史料和事实的支撑下，构建、完善DNA复制模型。在手脑并用操作实验的过程中直观地感受和理解DNA复制的方式、特点，大大提高了生物教学的效率。

（二）真实实验

真实实验是教师在生物教学过程中运用实验仪器进行实际操作的实验活动，它给学生以真实的感受，消除他们对抽象知识点及虚拟实验的学习障碍，并在这样的实验过程中对生物产生新的认识和看法，这对高中生物实验教学起着重要的作用。

（三）高中生物实验教学中虚拟仿真实验与真实实验的关系

高中生物实验教学中的真实实验是虚拟仿真实验的基础，即虚拟仿真实验是对真实实验的模拟，虚拟仿真实验能够有效地弥补真实实验的缺点和局限性，二者相辅相成。因此，教师在教学过程中结合它们各自的优势，对生物实验教学进行精心设计，可以取得良好的实验教学效果。

1.能真勿虚

对于生物实验教学中那些过程简单且易于操作的实验，且在现有条件下能够运用真实实验完成并达到预期教学效果的，教师在教学时就要运用简单的基础性实验仪器完成实验教学。

2.虚实互补

在高中生物实验教学中，有的主要是观察试验中所产生的现象，而有的是以得出结论为主，也有以理解生物规律和实验原理及实验仪器使用为主的。这就要求教师在实际教学中根据实验教学目标的不同，准确无误地确定是要采用虚拟仿真实验还是真实实验。

对于实验室的条件限制，需要采用先进技术或是稀缺仪器的实验，或实验现象不太明显的实验，一般采用仿真实验平台进行虚拟仿真实验。当然，在学习新知时，教师可以先安排相关的简单、易于操作的真实实验，使学生在对主要实验仪器有了一定的真实感受之后，再辅之以虚拟仿真实验，这样能够有效地提高实验教学的效果。

总而言之，在高中生物实验教学中，教师要学会综合运用和发挥虚拟仿真实验和真实实验的作用，并充分结合这两者的优势，以此，在培养学生动手操作能力的基础上，利用先进而高效的现代化实验手段，锻炼理性思维能力。只有这样，才能更好地达到预期的实验教学目标，并培养出具有扎实生物实验能力和独立思维能力的创新型人才。

参考文献：

[1]高莹.基于网络的虚拟实验研究与开发实践[D].曲阜师范大学，2006.

[2]谢群.高中生物实验技能目标体系的研究[D].南京师范大学，2007.