基于3D游戲的高中生物學活動課程設計

黃雅雯 鄒崢嶸

摘要DNA重組技術的基本原理為模板創建了一個視頻游戲，當學生參與游戲時，將會與相關的生物學原理發生關聯并運用生物學知識來解決有關問題。通過游戲活動，可以考查學生對生物學概念的熟悉程度，同時有效提升學生對生物學的學習興趣。

關鍵詞 游戲 生物學活動 課程設計

中圖分類號G633.91 文獻標志碼B

1引言

在電腦、游戲機、平板電腦和智能手機上播放的視頻游戲已經成為現今社會中非常流行的娛樂方式。鑒于其受歡迎程度和支持教育目標的潛力，筆者利用綜合活動課堂時間分配到游戲玩法中，探索基于游戲的生物學活動課程設計，從而提升學生的探究能力及對生物學的學習興趣。創建了一個視頻游戲，使學生能夠嘗試使用生物技術來解決社會問題（如傳染病的傳播）。當學生操作游戲并虛擬地使用生物學知識時，他們必然會與潛在的生物學原理（例如DNA的結構和功能）相互作用。該游戲旨在與課堂學習環境相結合并提供支持性課程。

2游戲與基于游戲的課程

Salen分析了從歷史學、人類學、社會學、哲學和設計研究中得出的多種游戲定義，然后提供了一個有效的定義：游戲是一種系統，玩家參與由規則定義的人為沖突，從而產生可量化的結果。該定義的關鍵元素包括游戲是具有已定義對象、屬性和內部關系的系統。游戲系統在人工游戲環境和現實世界之間建立了界限。

Neulight等使用Whyville游戲幫助高二年級學生了解疾病傳播。作為游戲的一部分，學生在課堂上創建了一個化身來導航虛擬世界，并與同學的化身討論疾病。結果表明，與游戲前討論相比，學生在玩游戲后使用更多基于內容的推理來傳播疾病。Rosenbaum等人也使用虛擬游戲環境Outbreak來了解疾病傳播，在這種環境下，向學生展示了一種高毒力的禽流感病例，可以在人類之間傳播。調查的數據分析表明，學生對科學內容知識的應用因游戲而得到改善。另一項關于學生參與河城游戲的研究（Nelson）也支持了這樣的結論，即學生可以通過游戲來學習科學內容，特別是與疾病傳播相關的內容。

3游戲生物活動的設計

游戲設計的目的是讓高中生了解生物概念并用于實踐中。例如，PCR是生物學研究過程中常用的技術。游戲為參與者提供了進行PCR的機會，同時也為了解PCR的工作原理以及科學家們使用該技術的原因提供了理解。因此，游戲挑戰玩家思考如何與PCR過程相關的基本遺傳學概念（即DNA結構），并提供可以以實際方式使用PCR結果（即診斷致病因子）的情況。設計者以工作的生物技術實驗室為藍本，試圖讓玩家參與豐富的環境，在這些實驗室中通過使用科學原理、實踐和工具來挑戰游戲中的問題。

4游戲與高中生物活動課程的實施過程

4.1確定游戲內容標準

該游戲是為高中生物課程開發的。在游戲過程中，玩家在生物技術實驗室模擬的虛擬環境中移動時采用的第一人稱視角。玩家與環境中的非玩家角色和資源互動，以便更好地理解他們的任務以及這些任務背后的科學。像許多電腦游戲一樣，玩家可以通過日益復雜的任務和獎勵來升級（表1）。

4.2進行模擬實驗

利用計算機模擬軟件Netlogo建立游戲模型。教師讓學生參與實驗室活動，在學生進行虛擬DNA提取時，他們在達到游戲點之前從水果中提取DNA。進入游戲在第一級，介紹了病毒性疾病的概念傳播特點（通過人群傳播），以及可用于診斷病毒的分子技術。診斷過程的第一步是從感染者中提取DNA。為了在游戲中做到這一點，學生需要在環境中收集線索，以便在虛擬實驗室筆記本中開發DNA提取協議。當學生成功完成協議時，他們將其用作進行虛擬DNA提取的指南。這個過程涉及使用虛擬微量移液器將試劑添加到環境中提供的患者樣品中，使用虛擬水浴來操縱樣品的溫度，并使用虛擬離心機來區分溶液的部分。在這些步驟結束時，如果學生在試劑量、離心時間等方面做出了適當的選擇，他將擁有一個帶有分離DNA液體溶液的虛擬離心管。然后，學生可以在診斷過程的后續步驟中使用該DNA。提取DNA的過程會出現其他特征過程（即PCR和逆轉錄），其功能類似于實驗室模擬（表2）。

4.3表達與交流

隨著游戲的進行，學生了解PCR是生物學研究環境中常用的過程，是一項在生物體外復制特定的DNA片段的核酸合成技術。也可以解鎖新資源，其中一些資源是信息，學生可變成醫生，解決疾病的傳播;一些資源是隨后的實驗室程序中需要的新工具，還有一些是解鎖“迷你游戲”。最后，學生通過PPT匯報結果。匯報結束后，學生進行自評和互評。

本游戲通過設置真實情境，讓學生參與豐富的環境，激發學生探究興趣，同時有助于改變學生的學習方式。在游戲中，學生通過應用PCR技術科學原理、實踐和工具來挑戰PCR技術擴增問題。設計者利用游戲環境的可控制性來支持學習，由引導式探究變為自主探究的形式，實現學習方式的真正改變。教師也應該認識到游戲在學術水平較低的學生中潛在有效性，應加以正確的引導，不要為了游戲而游戲，要結合實際的教學需求，有針對性地加以應用。教師若將游戲和課程恰當地整合到日常的教法中，對科學探究以及生物學教學就能夠起到積極地作用。