生物学是一门以实验为基础的自然科学。在高中生物教材中蕴含的各种实验是培养学生理性思维和科学探究等核心素养的极佳材料。为了创设虚拟实验情境、丰富学生的感官体验、激发学生的学习兴趣和热情，发展学生核心素养，本文尝试以高中生物教材中具体的实验教学为例，浅谈虚拟现实技术在实验教学中应用。
一、高中生物实验教学的现状
高中实验教学在具体实施过程中受到各种客观条件的制约，如经费、仪器、安全、环境等，使学生无法身临其境的直观感知实验过程，使实验教学理论化，抹杀学习学习兴趣和热情，不利于培养学生理性思维和科学探究等核心素养。由此可见，在实验教学中，传统的教学模式已经无法满足生物实验教学的高效开展和对创新型人才培养的需要，高中实验教学迫切需要与时俱进地改进教学方法。
二、虚拟实验室
虚拟现实技术是虚拟实验室的建立基础，为确保虚拟实验室各项实验工作的有效开展，实验室内的基本内容有实验室环境、实验仪器等[1]。虚拟实验室在实际运行期间，实验室的真实再现是其重要功能。学生可以在虚拟实验室中，通过实验期间必备的虚拟实验仪器设备开展实现，学生在虚拟实验中如同亲子参与一样，具有较强的体验感，在师院操作全过程的观察中了解与掌握实验。
三、虚拟现实技术在实验教学中的应用实例
本文主要利用虚拟现实NOBOOK生物实验高中版中的教学资源模拟人教版必修教材中的3个难点实验的具体实验操作过程，通过学生自主操作体验实验操作过程，深刻领会实验设计的原理、原则、方法和过程，变抽象为具体，可以降低教学难度，提升学生学习趣味性，对学生的综合能力进行培养。
1、 探究光照强度对光合作用的影响
该实验隶属于人教版高中生物必修一《分子与细胞》第5章光合作用这节中的探究实验：《环境因素对光合作用强度度的影响》。本节实验在讲解的时候较为抽象，传统讲授学生较难理解，特别是抽取叶片中气体的方法和叶片上浮的原理等内容。具体操作步骤如下：
第1步：打孔。
取新鲜的菠菜叶，用打孔器打出30个直径0.6cm的小圆形叶片（避开大的叶脉）。
第2步：抽叶片内气体 具体步骤如下：①将小圆形叶片置于注射器内。②将注射器吸入清水后连续抽动几次，抽出叶片内的气体。③将叶片倒入培养皿中，放入黑暗处中备用（引导学生思考：为什么要将叶片置于黑暗环境中备用？）。
第3步：吹CO2气体 用3根吸管同时向3个烧杯中吹入3分钟CO2。
第4步：叶片分组 向3个烧杯中各放入10片已抽去气体的叶片，编号分别为A组、B组和C组。
第5步：光照处理 将3个烧杯分别放到距离台灯10cm、30cm、50cm处，并开始计时，观察并记录同一时间段内各烧杯中小叶片浮起的数量。
结论：在一定范围内，随着光照强度的增强，圆形叶片的光合作用强度而增强。
2、 噬菌体侵染大肠杆菌实验
该实验位于必修二第3章第一节，是本节内容的重难点。由于高中实验条件和设备限制，无法让学生去实验室操作体验，因而在学生引导学生分析推理，理解实验的设计的原理后，可以利用虚拟现实技术让学生模拟实验过程，加深对该实验思路、原理、方法和结果分析的理解，激发学习动机，发展实验素养。具体操作过程如下：
第1步 标记噬菌体
第2步 两组噬菌体侵染大肠杆菌 将未标记的大肠杆菌分组编号为A组和B组。首先，教师利用虚拟现实技术模拟展示：以35S标记的噬菌体侵染A组的大肠杆菌过程；然后由学生代表模拟展示：以32P标记的噬菌体侵染B组的大肠杆菌过程。
第3步 比较实验结果
图2 A组和B组的实验结果对比
A组中，上清液放射性高，而沉淀放射性低；B组中，上清液放射性低，而沉淀放射性高，并且在子代噬菌体中检测出了放射性。
结论：DNA是遗传物质。
3、土壤中小动物类群丰富度的研究
该实验是人教版高中生物教材必修三《稳态与环境》的内容。实验原理是通过调查样本中小动物的种类和数量来推测某一区域土壤动物的丰富度。由于实验条件、时间和场地的限制，对这部分知识的学习以老师理论讲授为主，内容抽象乏味，无法调动学生探索的积极性，因此，利用虚拟现实技术模拟真实实验环境，激发学生学习热情。具体操作步骤如下：
第1步：取样。选择三处取样地点，将罐子按入土中，小铁铲辅助取出。
第2 步：贴好标签，标明日期、地点。
第3步：采集小动物。
① 将各个器材配置到铁架
② 倒入取样来的土壤，观察24小时掉落的小动物，
③ 统计结果。
结论：不同采样点土壤小动物丰富度不同，且土壤小动物多分布在土壤有机质含量多、植物茂盛的土壤中。
四、基于生物虚拟现实实验平台下生物实验教学模式的反思
生物虚拟现实平台NOBOOK的虚拟实验很好的创设了信息化教学的新型创新教学模式，“发现式学习、探究式学习”是新课程所倡导的基本教学理念，学生可以在此平台上不断探索问题，观察结果，得出结论。实验教学模式是循序内化的，可以为学生的学习创造良好的条件，同时也可以对学生的综合素养进行培养，比如获取信息、分析信息、加工信息”的基本信息素养[2]。通过将生物实验教学和生物虚拟现实平台教学有机融合起来，使虚拟现实技术正真起到“辅助化教学、信息化教学、体验化教学” 的目的。
首先，借助生物虚拟实验平台辅助化教学，提高学生实验素养。高中生物课本中有许多探究性生物实验和科学史的研究实验，而通过生物虚拟实验平台教学，可以弥补薄弱学校因财力、物力投入的不足而不能开展相关实验，同时还可以避免学生接触危险化学药品，比如秋水仙素。基于虚拟实验平台的学习，创设“学生演示，教师指引”的新型教学模式，有效的提高了生物实验教学效果。
其次，借助生物虚拟平台信息化教学，提升学生的科学探究能力。以生物虚拟平台为支撑，以“任务驱动”和“问题解决”作为学习和研究活动的主线，让学生对生物科学问题进行自主探索，“小组合作”的方式灵活的寻求解决方法， 学生在“发现问题、提出问题、分析问题、解决问题”探究过程中，不断提升了科学探究能力。
再次，借助生物虚拟平台体验化教学，发展学生理性思维。 基于生物虚拟实验平台，遵循生物实验“环保化、高效化、安全化、节能化”等原则，学生通过互动探索，查询资料，虚拟实验等方法，探索创设问题的解决方案，分析实验的方案可行性，并合理的优化实验方案。教师引导创设问题情景，学生设计并模拟实验过程，在此探究过程中，不断提升了学生的理性思维。
但在具体实验教学过程中，虚拟现实技术实验教学只是起到辅助作用，切不可将生物虚拟实验机械代替真实的实验教学，否则将会产生系列的负面效应：（1）阻碍学生动手能力的培养，必须在“实践是检验一切真理的过程”中得到不断锻炼和提升；（2）制约学生的创造想象，只是过度的依赖虚拟化实验；（3）限制发挥学生的主动性，没有了解实验的意义，只是单纯的模拟实验过程。
因此，生物教师应将传统教学和信息教学有机结合起来，提升学生的生物核心素养，基于生物虚拟实验平台下改革创新生物实验教学模式，使学生在高效模式中自主学习、合作学习、探究学习，从而“教师乐教，学生乐学”的环境，在此过程中，极大的培养了学生的生物核心素养。
参考文献
[1] 陈小红.虚拟实验室的研究现状及其发展趋势[J].中国现代教育装备,2010(17):107-109.
[2] 王春. 新课程背景下信息技术与化学教学整合的实践与思考[J].中国电化教育，2007，(8): 63-66.
作者简介：
姓名：朱森 性别：男 职称：中学生物一级教师