- 相關(guān)推薦
生物技術(shù)教學(xué)中的數字化游戲模擬論述論文
摘要：生物技術(shù)是21世紀高新技術(shù)的核心,將關(guān)乎到一個(gè)國家的未來(lái)。隨著(zhù)分子生物學(xué)的高速發(fā)展及新技術(shù)、新理論的出現給生物技術(shù)的教學(xué)帶來(lái)了巨大的挑戰。數字化游戲模擬教學(xué)將有助于提高學(xué)生興趣、動(dòng)機及學(xué)習效果。在生物技術(shù)教學(xué)中引入數字化游戲化模擬將有助于學(xué)生更好地理解生物技術(shù)，以期學(xué)生能更好地面對生物技術(shù)所帶了的機遇和挑戰。
關(guān)鍵詞：生物技術(shù)；數字化游戲模擬；實(shí)驗
在當今社會(huì )發(fā)展中，經(jīng)濟的發(fā)展依賴(lài)于知識、信息和高水平的技術(shù)�？茖W(xué)和技術(shù)的發(fā)展將對我們下一代產(chǎn)生很深遠的影響。從社會(huì )整體來(lái)看，科學(xué)技術(shù)帶給我們可持續經(jīng)濟繁榮，提高人類(lèi)生活水平。隨著(zhù)科學(xué)和技術(shù)的高速發(fā)展，尤其是生物技術(shù)的快速發(fā)展已經(jīng)產(chǎn)生了相當大的影響和關(guān)注。在我國高中和高校普及生物技術(shù)科學(xué)，一方面是為了培養下一代科學(xué)家、工程師和技工，培養創(chuàng )造性人才有助于推動(dòng)經(jīng)濟增長(cháng)及增強國際競爭力；另一方面，今天的學(xué)生將成為明天的公民，理解科學(xué)和技術(shù)有助于在社會(huì )科學(xué)重大問(wèn)題上做出明智的抉擇，例如從全球變暖到個(gè)人醫療等方面。生物技術(shù)教學(xué)的引入也是職業(yè)教育發(fā)展和研究的一次機會(huì )，這也反映了經(jīng)濟、社會(huì )和環(huán)境發(fā)展的需要。大部分高中和高校學(xué)生對生物技術(shù)學(xué)習的興趣不高，其中部分原因在于我國中小學(xué)有限的生物科學(xué)知識普及導致學(xué)生對科學(xué)技術(shù)缺乏興趣和積極性；此外目前生物教學(xué)中大部分還是采用概念記憶，學(xué)生被動(dòng)地聽(tīng)講及執行“食譜式”實(shí)驗操作，而不是激發(fā)學(xué)生的天生好奇心及將科學(xué)技術(shù)與生活有機結合。生物技術(shù)是一門(mén)應用性很強的學(xué)科，在生物技術(shù)教學(xué)中將生物技術(shù)和“現實(shí)世界中的問(wèn)題”相結合將更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習的興趣。許多科學(xué)家在基于認知基礎上尋找一種新的方法進(jìn)行科學(xué)、技術(shù)教育。在這種教學(xué)方法中，教師可以通過(guò)讓學(xué)生參與調查的方式來(lái)激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣，幫助學(xué)生理解科學(xué)概念和科學(xué)技術(shù)。
一數字化游戲模擬教學(xué)的提出
數字化教學(xué)不是新的想法，在教學(xué)中整合模擬練習是很有效的方法，例如軍事訓練中，飛行員落地培訓課中結合飛行模擬器的教學(xué)效果被證實(shí)非常有效果[2]。美國國家教育技術(shù)計劃部聲明美國教育體制所面臨的挑戰是如何將科學(xué)的學(xué)習和現代技術(shù)有機結合起來(lái)，并創(chuàng )造出引人入勝、個(gè)性化的學(xué)習經(jīng)驗這些科學(xué)和技術(shù)的學(xué)習能將反映到學(xué)生的日常生活和其未來(lái)設想的實(shí)現。相對于傳統的課題教學(xué)，這需要以學(xué)生為中心，為他們在多方面提供靈活的教學(xué)方法來(lái)資助掌控學(xué)習[13]。近幾年，越來(lái)越多的研究表明計算機游戲可以為教學(xué)提供強有力的學(xué)習環(huán)境，且游戲化教學(xué)策略引入課堂來(lái)提升學(xué)生內在的學(xué)習動(dòng)機[12;7;4]。各種各樣的想法應運而生，如何將游戲或游戲化元素整合到課堂教學(xué)或是在線(xiàn)學(xué)習中。2011年美國國家研究委員會(huì )對教學(xué)中計算機模擬和游戲化應用進(jìn)行了可行性分析，表明“模擬和游戲化教學(xué)”在中學(xué)和本科生教學(xué)中具有提高科學(xué)知識學(xué)習的巨大潛能[10]。戈登委員會(huì )（GordonCommissions）關(guān)于未來(lái)教育報告中指出數字化游戲和模擬具有很大的潛力整合教學(xué)和評估，這種整合對教育領(lǐng)域的最優(yōu)發(fā)展是必要的[5]。數字化游戲模擬使學(xué)習者能夠觀(guān)察到科學(xué)現象并與之互動(dòng)，這樣有助于對科學(xué)現象形成科學(xué)地、正確地解釋[6]�！皵底只螒蚰M”可以激發(fā)學(xué)習者的挑戰，并根據每個(gè)學(xué)習者的需要和興趣進(jìn)行快速反饋和制定指令。對于生物科學(xué)邊緣學(xué)科的專(zhuān)業(yè)或是對生物技術(shù)不感興趣的學(xué)生來(lái)說(shuō)，被動(dòng)式教學(xué)方法很難取得效果。傳統生物技術(shù)教學(xué)中，實(shí)驗課的開(kāi)設是生物技術(shù)理論課的重要支撐。一般來(lái)說(shuō)，生物技術(shù)實(shí)驗課的開(kāi)設需要較大的實(shí)驗場(chǎng)地，實(shí)驗費用較高，花費時(shí)間較長(cháng)，有些實(shí)驗會(huì )因安全性問(wèn)題受限。隨著(zhù)生物技術(shù)的高速發(fā)展，一些新技術(shù)和新理論層出不窮，掌握這些新技術(shù)和理論對于生物科學(xué)專(zhuān)業(yè)人士是必備的。然而，一些最新的設備和耗材的價(jià)格往往令人望而卻步，使得一般的學(xué)校幾乎無(wú)法提供這些現代化的儀器、設備，如第二代基因測序儀、LTQ-orbitrap系列質(zhì)譜儀等等。即使一些高校擁有這些最新的設備、儀器，但由于儀器維護、使用費高也不能用于教學(xué)。將生物實(shí)驗數字化游戲模擬后不僅節約成本、安全而且還能大大提高學(xué)生對生物技術(shù)學(xué)習的興趣和動(dòng)力，生物實(shí)驗數字化游戲模擬將很大程度提高教學(xué)效果[1]。因此擬在生物技術(shù)概論教學(xué)過(guò)程中引入數字化游戲模擬生物技術(shù)實(shí)驗來(lái)提高學(xué)生積極參與性和學(xué)習興趣，進(jìn)而提高教學(xué)效果。將生物技術(shù)與現實(shí)生活結合起來(lái)，例如在基因工程教學(xué)過(guò)程中利用互動(dòng)3-D動(dòng)畫(huà)引入“犯罪偵破”，學(xué)生通過(guò)學(xué)習的基因工程的知識參與游戲故事中，進(jìn)而通過(guò)犯罪現場(chǎng)采集血液，PCR和凝膠實(shí)驗來(lái)確定犯罪人。
二生物技術(shù)實(shí)驗數字化游戲模擬
目前生物科學(xué)或生物技術(shù)數字化游戲模擬較成功的網(wǎng)站：Labster網(wǎng)站，EteRNA網(wǎng)站和Phlyo網(wǎng)站。截止到目前為止Labster網(wǎng)站已經(jīng)制作29個(gè)數字化游戲模擬實(shí)驗，包括細胞培養實(shí)驗(cellculturebasicslab),血糖實(shí)驗(室bloodsugarlab),生物電路實(shí)驗室(biologicalcircuitlab),合成生物學(xué)實(shí)驗室(syntheticbiologylab),減速分離實(shí)驗(meiosislab),(基因表達實(shí)驗室)geneexpressionlab,(細胞呼吸實(shí)驗室)cellualrrespirationlab,(蛋白質(zhì)合成實(shí)驗室)proteinsynthesislab,(海洋生態(tài)生物學(xué)實(shí)驗室)ecology-marinebiologylab,進(jìn)化實(shí)驗室(evolutionlab),有絲分裂實(shí)驗室(mitosislab),光合實(shí)驗室(photosynthesislab),富營(yíng)養化生態(tài)實(shí)驗室(ecology-eutrophicantionlab),酶動(dòng)力學(xué)實(shí)驗室(enzymekineticslab),發(fā)酵實(shí)驗(fermentationlab),介紹性實(shí)驗室(introductorylab),動(dòng)物遺傳實(shí)驗室(animalgeneticslab),基因調控實(shí)驗室(generegulationlab),醫學(xué)遺傳實(shí)驗室(medicalgenenticslab),分子克隆實(shí)驗室(molecularcloninglab),第二代測序實(shí)驗室(nextgenerationsequencinglab),犯罪現場(chǎng)調查實(shí)驗(CSIlab),細胞遺傳實(shí)驗室(cytogeneticslab),細菌分離實(shí)驗室(bacterialisolationlab),顯微實(shí)驗室(microscopylab)和(高效液相色譜實(shí)驗室)HPLClab（）。游戲化模擬生物技術(shù)實(shí)驗還不斷地在更新，例如正在制作的植物轉基因實(shí)驗室(planttranscriptomicslab),流動(dòng)注射分析實(shí)驗室(flowinjectionanalyisislab),抗體實(shí)驗室(antibodieslab)等。例如CSIlab中學(xué)生通過(guò)一個(gè)神秘的謀殺案的調查、分析來(lái)學(xué)習聚合酶鏈式反應（PCR）和凝膠電泳。CSIlab中設置科學(xué)問(wèn)題，引導學(xué)生尋找線(xiàn)索，科學(xué)分析，最終提供確鑿的證據來(lái)指控犯罪嫌疑人。在CSIlab中，首選在犯罪現場(chǎng)收集謀殺者遺留下的血跡來(lái)獲得DNA，之后學(xué)生可以將血樣帶到虛擬實(shí)驗室進(jìn)行提取、純化DNA，PCR擴增，凝膠電泳。在游戲化模擬實(shí)驗中不僅可模仿真實(shí)實(shí)驗室的PCR操作，還可在實(shí)驗過(guò)程中伴隨著(zhù)回答科學(xué)問(wèn)題來(lái)檢查學(xué)生對內容的理解。在CSIlab中也提供了DNA，PCR，DNA圖譜及小串聯(lián)重復序列的背景知識。更重要的是如果學(xué)生指認無(wú)辜的人為犯罪嫌疑人的話(huà)，在游戲化模擬期間將會(huì )收到一份重要虛擬報紙式文章來(lái)認定學(xué)生在實(shí)驗過(guò)程中不堅持科學(xué)的方法。Labster團隊制作數字化游戲模擬生物技術(shù)實(shí)驗提供一個(gè)身臨其境的實(shí)驗室環(huán)境和3D動(dòng)畫(huà)視覺(jué)，其中并伴隨著(zhù)科學(xué)問(wèn)題的回答。學(xué)生通過(guò)選擇答案的方式回答科學(xué)問(wèn)題，直到選擇到正確的答案才可以繼續下一步，隨后數字化游戲模擬生物技術(shù)實(shí)驗給出答案正確的原因。這種即時(shí)反饋可激發(fā)學(xué)生反思實(shí)驗操作過(guò)程，提高對潛在理論知識的理解。此外，為了增強學(xué)生對不可見(jiàn)分子事件的理解，3D動(dòng)畫(huà)展示了微觀(guān)分子發(fā)生過(guò)程。生物科學(xué)教學(xué)中數字化游戲模擬不僅僅用于學(xué)生的課堂教育，最近有團隊開(kāi)了“公民科學(xué)”游戲，例如：Foldit，EteRNA和Phlyo，其不僅教給公民科學(xué)現象，同時(shí)也幫助研究人員開(kāi)發(fā)新的科學(xué)有效的理論或軟件。盡管這些科學(xué)游戲模擬的主要目的不是為了教育，而是鼓勵公民參與科學(xué)過(guò)程。但這些“公民科學(xué)”數字化游戲仍需要應用教育的策略來(lái)傳授給玩家基本知識，使他們能更好地發(fā)揮[11]。
三數字化游戲模擬實(shí)驗效果及前景
相對于傳統的教學(xué)，數字化游戲模擬可以顯著(zhù)地提高教學(xué)結果和學(xué)校的動(dòng)機。Malasetal（2016）建立“Gamifiede-learningdesignmodel(GED)”并通過(guò)收集的數據、問(wèn)卷調查及應用游戲化系統學(xué)習學(xué)生的測試表明數字化游戲學(xué)習可以提高學(xué)生的參與性，行為能力及學(xué)習動(dòng)機，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)習效果[9]。Makranskyetal.,(2015)在哥本哈根大學(xué)對一年級本科生進(jìn)行了細胞遺傳學(xué)數字化游戲模擬實(shí)驗教學(xué)。該課程三小時(shí)，其中包括30分鐘的預測試—根據基礎知識，動(dòng)機和自我效率對學(xué)生進(jìn)行評估；而后學(xué)生參與數字化游戲模擬實(shí)驗室教學(xué)2小時(shí)，最后30分鐘進(jìn)行測試。該研究表明從預測試到測試學(xué)生的知識，動(dòng)機和自我效率有著(zhù)明顯的提高，其中在動(dòng)機和自我效率方面最差的學(xué)生的收獲最大，而低，中和高成績(jì)的學(xué)生獲得了相似的正相關(guān)增長(cháng)[8]。Bondeetal.,(2014)報道對丹麥技術(shù)大學(xué)91個(gè)學(xué)生進(jìn)行測試，在生命科學(xué)教學(xué)中引入了CSIlab，測試結果顯示與講座式教學(xué)相比，數字化游戲模擬實(shí)驗結合講座與數字化游戲模擬實(shí)驗教學(xué)相結合的教學(xué)效果有明顯提高（Studentst-test,t(89)=-4.37,P<0.0005;**t(90)=-7.49,P<0.0005）[1]。Drace（2013）在本科生微生物概論教學(xué)中引入數字化游戲模擬實(shí)驗，教學(xué)氛圍三個(gè)階段：第一階段時(shí)訓練計劃，學(xué)習學(xué)習一些基本技術(shù)和和微生物學(xué)技能；第二階段是訓練、發(fā)展技能，如給予每個(gè)實(shí)驗中一個(gè)虛擬的病原體，來(lái)確定未知細菌。并通過(guò)紙片擴散法研究其抗抗生素潛力；第三個(gè)階段時(shí)應用微生物學(xué)技能階段，即學(xué)生可以利用微生物凈化水質(zhì)、發(fā)酵食品及微生物燃料產(chǎn)能。學(xué)生對數字化游戲實(shí)驗方式反應是積極的，匿名調查表明學(xué)生積極并非常有興趣地參與實(shí)驗。學(xué)生喜歡數字化游戲實(shí)驗中互動(dòng)，并能將學(xué)習的技能和知識很好的結合起來(lái)[3]�？傮w來(lái)說(shuō)，這種數字化游戲模擬教學(xué)方式僅少數教育部門(mén)應用到生物技術(shù)教學(xué)中，原因可能大部分教育機構仍然更注重知識的傳授及資源和條件的限制。在今后生物技術(shù)教育中引入數字化游戲模擬是非常有潛力的教學(xué)方式，學(xué)生可以反復模擬練習，節約實(shí)驗室空間、無(wú)限昂貴的實(shí)驗設備及避免真實(shí)實(shí)驗操作過(guò)程中的危險。未來(lái)期望更多的研究者和公司合作研發(fā)、評估更多的生物技術(shù)數字化游戲模擬用于生命科學(xué)的教育中。
【生物技術(shù)教學(xué)中的數字化游戲模擬論述論文】相關(guān)文章：
機電必修課的教學(xué)論述論文07-04
淺述案例設計在證券投資模擬教學(xué)中的應用的相關(guān)論文07-03
小學(xué)數學(xué)的生活化教學(xué)論述論文07-04
現代生物技術(shù)在醫學(xué)中的應用論文（精選6篇）06-27
沙盤(pán)模擬在物流管理專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的應用價(jià)值探究的論文07-04
大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)改革論述論文07-04
ERP沙盤(pán)模擬市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)實(shí)踐教學(xué)論文07-04