美國MBT生物學(xué)虛擬游戲的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

沈唯軍 時(shí) 晨 丁 婷

(江蘇省無錫市輔仁高級(jí)中學(xué) 214123)

1 MBT的研究背景和設(shè)計(jì)思路

Mission Biotech(簡稱MBT)是由美國密蘇里大學(xué)MU理科教育研究中心設(shè)計(jì)﹑由包括生物學(xué)家﹑教育專家﹑一線教師和IT工程師組成的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)共同研發(fā)的生物學(xué)虛擬游戲，并且已成為美國多個(gè)州高中生物學(xué)教學(xué)的重要補(bǔ)充手段。

MBT基于美國的課程標(biāo)準(zhǔn)確立了六大教學(xué)模塊，用于支持包括基因和生物技術(shù)等方面抽象知識(shí)內(nèi)容的教學(xué)。這六大教學(xué)模塊包括：介紹游戲和實(shí)驗(yàn)的操作規(guī)范﹑情境導(dǎo)入﹑迷你翻轉(zhuǎn)課堂﹑虛擬實(shí)驗(yàn)室﹑學(xué)生在線實(shí)驗(yàn)報(bào)告和過程性及終結(jié)性評(píng)價(jià)報(bào)告[1]。以下以MBT的“關(guān)卡一”為例，簡要介紹MBT的教學(xué)模塊與實(shí)例。

2 MBT的教學(xué)模塊與實(shí)例

2.1 介紹游戲和實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范 很多生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的藥品和材料是具有腐蝕性、毒性和傳染性的，違反操作規(guī)程可能會(huì)造成儀器的損壞或人員的傷亡。所以，MBT提供了包含實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范的模擬練習(xí)機(jī)會(huì)，以及熟識(shí)MBT游戲操作控件的說明界面。

例如，在“關(guān)卡一”開始前，學(xué)生必須學(xué)會(huì)離心機(jī)和病毒樣品的操作規(guī)范，了解配平和無菌操作的重要性。在模擬練習(xí)的過程中，系統(tǒng)會(huì)對(duì)錯(cuò)誤的操作提出警告并且動(dòng)畫演示發(fā)生的“事故”。

生物學(xué)實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范往往都停留在書本文字或教師的講解中，學(xué)生由于缺乏切身的體驗(yàn)，而忽略對(duì)它的學(xué)習(xí)。MBT讓學(xué)生在“試誤”中感性而具體地認(rèn)識(shí)到遵守規(guī)范的重要性。

2.2 情境的導(dǎo)入 MBT為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了具體而生動(dòng)的問題情境，讓其扮演生物學(xué)工程師﹑環(huán)境保護(hù)者等與生物學(xué)相關(guān)的職業(yè)角色，去處理一個(gè)個(gè)符合教學(xué)需要的任務(wù)關(guān)卡。

例如，在“關(guān)卡一”中，故事情境被設(shè)定為某種未知名的病毒在城市中大面積傳播，學(xué)生所扮演的基因診斷師，必須依賴生物學(xué)技術(shù)來判斷病毒的種類，并且提供有效的治療方案。

相較于日常課堂的情境導(dǎo)入，MBT的“游戲動(dòng)畫”更能讓學(xué)生入情入境，在形象而直觀的生物學(xué)任務(wù)情境中激發(fā)學(xué)生的探究熱情和學(xué)習(xí)愿望。

2.3 迷你翻轉(zhuǎn)課堂 MBT在線提供學(xué)生完成任務(wù)所需的學(xué)習(xí)內(nèi)容。10 min左右的迷你動(dòng)畫﹑PPT講解視頻等素材能夠有效地呈現(xiàn)知識(shí)，學(xué)生可以根據(jù)“目標(biāo)任務(wù)”自主規(guī)劃學(xué)習(xí)的節(jié)奏。

例如，在MBT迷你翻轉(zhuǎn)課堂中，有講解病毒基本構(gòu)造的教學(xué)視頻；演示DNA分布﹑三維結(jié)構(gòu)和功能、PCR工作原理的flash動(dòng)畫；以及介紹DNA指紋圖譜和病毒種類的電子說明書等。

MBT充分發(fā)揮了“翻轉(zhuǎn)課堂”的優(yōu)點(diǎn)，徹底顛覆了傳統(tǒng)課堂的教學(xué)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了學(xué)生的參與度。而且MBT預(yù)先設(shè)定的“目標(biāo)任務(wù)”也可以幫助學(xué)生克服在常規(guī)“翻轉(zhuǎn)課堂”中學(xué)習(xí)的盲目性。

2.4 虛擬實(shí)驗(yàn)室 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，MBT對(duì)各種實(shí)驗(yàn)材料和器具進(jìn)行了數(shù)字化和虛擬化，構(gòu)建了由虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)、試劑和儀器等組成的虛擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生能以第一視角在虛擬的生物實(shí)驗(yàn)室中處理任務(wù)。

例如，在“關(guān)卡一”的虛擬實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生需要模擬從病毒中提取DNA和操作PCR的過程，學(xué)習(xí)內(nèi)容包括正確添加試劑﹑使用離心機(jī)來分離樣品溶液中的DNA﹑使用移液槍進(jìn)行加樣﹑設(shè)置PCR儀等。

通過模擬的真實(shí)實(shí)驗(yàn)，虛擬實(shí)驗(yàn)室提供了學(xué)生親自配置試劑和操作實(shí)驗(yàn)儀器的機(jī)會(huì)，它克服了現(xiàn)實(shí)中學(xué)校條件的限制，讓學(xué)生獲得更加真實(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

2.5 學(xué)生在線實(shí)驗(yàn)報(bào)告 撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告是科學(xué)研究不可缺少的環(huán)節(jié)，MBT提供了規(guī)范而又完整的電子報(bào)告藍(lán)本，用以客觀地記錄實(shí)驗(yàn)的過程和結(jié)果。學(xué)生可以在線完成并提交自己的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。同時(shí)，MBT也鼓勵(lì)學(xué)生通過互動(dòng)程序交流學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)，在線發(fā)布屬于自己的生物學(xué)博客。

例如，在“關(guān)卡一”中，MBT提供一份有關(guān)于病毒鑒定實(shí)驗(yàn)的報(bào)告藍(lán)本包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、方法、過程和結(jié)果等，學(xué)生需要獨(dú)立完成并提交電子實(shí)驗(yàn)報(bào)告。同時(shí)，學(xué)生還需要以“如何在實(shí)驗(yàn)過程中保護(hù)自己免受病毒的侵害”為話題寫一份博客。學(xué)生只有在認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)和報(bào)告的基礎(chǔ)上，才能解鎖新的游戲資源和學(xué)習(xí)內(nèi)容，并進(jìn)入到下一個(gè)學(xué)習(xí)流程。

MBT提供了形式多樣的電子實(shí)驗(yàn)報(bào)告，這不僅克服了紙質(zhì)報(bào)告浪費(fèi)資源和容易丟失的缺點(diǎn)，也能夠系統(tǒng)地記錄學(xué)生的成長軌跡，便于客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

2.6 過程性和終結(jié)性評(píng)價(jià)報(bào)告 教師在MBT中，扮演導(dǎo)師和評(píng)價(jià)者的角色。他并不直接參與學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)，但是，可以在網(wǎng)絡(luò)程序的后臺(tái)及時(shí)地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和困擾，對(duì)學(xué)生進(jìn)行過程性的評(píng)價(jià)。當(dāng)每一個(gè)任務(wù)完成后，教師還可以向?qū)W生反饋終結(jié)性評(píng)價(jià)報(bào)告，根據(jù)學(xué)生的總體表現(xiàn)，授予不同的獎(jiǎng)?wù)隆?/p>

例如，教師既可以實(shí)時(shí)追蹤學(xué)生操作生物學(xué)“虛擬實(shí)驗(yàn)室”的過程，對(duì)其是否符合規(guī)范，實(shí)驗(yàn)是否造成病毒“泄露”等進(jìn)行及時(shí)的反饋。同時(shí)，也可以在學(xué)生完成整個(gè)任務(wù)﹑查找出病毒種類并生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告后，為學(xué)生頒發(fā)相應(yīng)的獎(jiǎng)?wù)虏⑴⒃u(píng)語。

MBT讓教師能夠?qū)⑦^程性和終結(jié)性評(píng)價(jià)有機(jī)地結(jié)合起來，對(duì)整個(gè)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行在線評(píng)價(jià)。這不僅可以幫助學(xué)生及時(shí)了解學(xué)習(xí)存在的問題，更能促使學(xué)生生成有效的學(xué)習(xí)方式。

3 MBT獨(dú)特的教育理念

3.1 MBT給予學(xué)生自主決策和游戲競技的情感體驗(yàn) MBT將學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給了學(xué)生，整個(gè)學(xué)習(xí)的進(jìn)度和過程都是由學(xué)生決定的。當(dāng)學(xué)生能在規(guī)定的時(shí)限內(nèi)完成相關(guān)的生物學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)，“關(guān)卡”會(huì)被解除，并進(jìn)入到下一任務(wù)。這種類似于常見游戲的“通關(guān)”模式，無疑會(huì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過學(xué)生之間的競爭與合作提高學(xué)習(xí)效率。

3.2 MBT提供學(xué)生學(xué)以致用和模擬操作的機(jī)會(huì) PCR是生物學(xué)常用的分子技術(shù)，但是鑒于昂貴的實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，高中一般只能進(jìn)行原理的講解，很難為學(xué)生提供實(shí)踐操作的機(jī)會(huì)。MBT不但通過對(duì)故事情境的闡述，使學(xué)生了解到PCR的運(yùn)用環(huán)境，而且讓學(xué)生在虛擬生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室中有機(jī)會(huì)參與到PCR實(shí)驗(yàn)中，實(shí)現(xiàn)了零費(fèi)用可重復(fù)的模擬。

3.3 MBT的設(shè)計(jì)是開放性的，支持不同用戶間的互動(dòng)和反饋 學(xué)生在完成任務(wù)后會(huì)得到相應(yīng)的獎(jiǎng)?wù)拢⑶铱梢栽谧约旱木W(wǎng)絡(luò)空間中撰寫學(xué)習(xí)心得與同學(xué)分享。教師也可把反饋結(jié)果嵌入到課程中，在線指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)。此外，MBT系統(tǒng)還可以對(duì)學(xué)習(xí)過程和難度進(jìn)行系統(tǒng)化的評(píng)測，協(xié)助程序設(shè)計(jì)者在整合師生在線反饋意見的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展和完善MBT課程內(nèi)容。