動畫式實驗報告在生物化學實驗教學中的應用*

李 鵬，徐冰鈺，劉鑫鑫，張武霞，楊致榮，郭春絨

(山西農業大學，山西 晉中 030801)

生物化學是生命科學最基礎的分支學科之一，主要研究方向是生命現象及其化學本質，是一門將化學的研究方法和理論知識應用于研究生命體化學組成的學科。因此，生物化學作為一門實驗學科，在教學過程中不僅需要理論知識的學習，還要動手操作相關實驗，生物化學實驗包含實際操作和報告書寫，報告的書寫往往因操作繁雜，字數繁多導致書寫過程枯燥乏味，學生在學習過程中缺乏主動性，難以達到應有的教學目的。為了改善這種狀況，本教研組在長期的教學實踐中進行了大量改革和嘗試，我們發現，采用多媒體動畫形式的實驗報告是一項行之有效的策略。動畫式實驗報告完全改變了傳統實驗報告的書寫方式，顯著激發學生的學習主動性，可以有效提高學生分析能力并增強對實驗知識掌握程度。采用虛擬仿真動畫作為實驗報告的形式是一項創新型實驗教學改革模式，因此，本文總結動畫式實驗報告的優勢，闡述動畫式實驗報告如何應用到實際實驗操作過程中。

1 動畫式實驗報告

現今各大高校在生物化學實驗報告書寫上基本采用傳統紙質實驗報告。作為最常見的實驗報告類型，傳統紙質報告格式固定，易于書寫，便于教師批閱，其應用范圍廣闊。然而，傳統式實驗報告存在很多缺點，例如書寫模式化，缺乏新意，極易造成學生懈怠，甚至出現報告內容直接抄襲，學生為正確結果和高分篡改實驗原始數據等現象[1]。為了改善傳統報告的這些缺點，本教研組在實際教學過程中提出并實踐了一種新型實驗報告——多媒體動畫式實驗報告。

動畫式實驗報告是利用多媒體手段將實驗內容以虛擬仿真動畫形式呈現的一種報告模式。動畫式實驗報告能有效改善傳統報告的問題(圖1)：(1)相較于傳統報告模式化嚴重，動畫式實驗報告直觀生動，形象多樣，避免了報告的千篇一律，內容雷同的現象，更有利于調動學生的積極性，發揮學生的創造力；(2)傳統紙質報告書寫乏味，而動畫報告采用動畫制作的方式更能激發學生的興趣和熱情。簡化書寫內容，學生不再需要當“抄書機器”，充分發揮實驗報告知識內化和總結的作用；(3)由于學生對傳統報告書寫缺乏主動性，很多學生在完成報告后對實驗的理解仍浮于表面，而動畫報告在學生制作時達到了“二次可見性實驗”的目的，在做報告的過程中查漏補缺，再次回憶實驗內容與操作，帶動學生學習復查積極性，加強記憶力，鞏固實驗過程涉及知識點，提高實驗認知[2]，更有利于加深學生的理解和深度；(4)相比于傳統報告教師僵化的批閱形式，由于動畫報告形式多樣，促使教師針對不同學生的報告在評分時必須主動學習分析，調動了教師的積極性，促進學生和教師互動。

圖1 動畫式實驗報告對傳統報告的改進Fig.1 Comparison of animation experimental report and traditional report

2 動畫的制作

動畫式實驗報告是在熟悉實驗原理，試劑及儀器，實驗步驟等后，將實驗步驟制作成為包含例如flash動畫樣式的實驗報告。仿真實驗動畫的制作步驟大致包括腳本編寫，場景設計，動畫制作和動畫導出等，見圖2。

圖2 仿真實驗動畫制作步驟Fig.2 Construction of simulation experimental animation

2.1 腳本編寫和場景設計

動畫制作前，首先進行腳本編寫，熟悉整體的實驗流程和實驗環境，分析實驗講義，大致確定好整體規劃設計后構建文字基礎。腳本編寫完成后，進行場景設計，將文字動畫化，將場景分為實驗封面，實驗原理，實驗步驟三部分。每個場景的動畫呈現內容可按具體操作，環境等因素細分，每個場景都獨立存在但又前后連接[3]。

2.2 動畫制作

動畫制作是整個仿真實驗動畫的核心部分。下面以Adobe Animate CC 2019制作生化實驗動畫報告為例講述動畫的制作。

2.2.1 元件制作

在動畫制作中，素材是不可或缺的，包括圖形，視頻，音頻等，這些在動畫制作過程中都會被轉化為“元件”存在于“庫”中(圖3a)，隨用隨取，無次數限制。元件的類型有圖形，影片剪輯和按鈕三類。其中，圖形元件是使用頻率最高也是最基礎的元件。元件是動畫制作的基礎條件，多個元件共同組合搭配才能完成一個場景的構建，因此，元件的制作需要動畫制作者花費大量時間心血去完成。

2.2.2 圖層搭建

圖層包含在動畫制作軟件的時間軸中，是時間軸重要組成之一。圖層可以進行顯示或隱藏，鎖定或解鎖，引導，遮罩等多項操作。一個場景中通常包含多個圖層，圖層的排列次序能決定場景最終的畫面演示效果。一般一個元件占據一個圖層，防止后續操作過程中產生干擾問題。如在“紙層析分離氨基酸”中，共建立55個圖層，在當前幀數中有11個圖層可見，其效果展示見圖3b。

2.2.3 動作設計

元件可以在圖層內進行平移，旋轉，縮放，變形，變色等操作。元件的操作和動畫的設計讓動畫“活起來”，在此基礎上利用時間軸，添加關鍵幀，完成補間動畫，逐幀動畫等動畫形式，讓動畫在真正意義上成為動畫。

2.2.4 影片測試

動畫在制作過程中還可以隨時進行影片的測試，以便于錯誤及時發現，改進糾正。

2.3 導出動畫

動畫制作完成后，先保存動畫，最后一次進行動畫測試，避免有播放失誤的情況存在。確定動畫無誤后，再以相對應格式導出保存到電腦合適的位置。

圖3 動畫制作元件庫及圖層效果顯示Fig.3 Animation component library and layer

3 因地制宜的動畫式實驗報告

通過一定階段的實施后，我們的教學實踐發現動畫式實驗報告也有一定的不足之處，其中最主要的問題是生物化學相關專業學生大多對制作動畫的多媒體軟件不熟悉，學生在動畫制作上不知從何入手。另外，動畫制作相比于書面報告更加困難且耗時更長，如果直接將傳統實驗報告改為動畫制作，會給學生造成極大負擔。針對動畫式實驗報告存在的問題，在實際教學過程中，我們提出了一系列解決方案：①在教學過程中要求學生學習相應的網絡視頻資源，在學習動畫制作的同時進行操作練習，進而逐步上手進行相關生化實驗動畫的制作；②進行班級分組，每組盡量安排一位有計算機基礎，會動畫制作相關軟件應用的學生作為小組組長，有基礎教無基礎，可在最快時間內教會小組成員如何使用基礎動畫制作軟件，小組成員合理分配動畫制作內容，既能督促學生合理安排時間進行動畫的制作完成，又能相互吸取經驗改進動畫不足之處；③降低動畫難度，在小組分工的基礎上，教師一般不會要求動畫百分百完成所有實驗過程，只針對一些關鍵步驟制作相應動畫即可，不但達到讓學生對實驗關鍵部分“二次復習”的目的，并且極大縮短動畫制作時間；④動畫報告可采取人工錄制實驗操作視頻，并對視頻進行后期剪輯的方式，降低動畫式實驗報告的難度。在教學過程中，我們發現，采取這些綜合措施之后，不但降低了動畫式實驗報告的難度，且加強了學生的合作精神，和傳統式實驗報告相比，極大的提升了學生對實驗的理解。

4 “傳統+動畫”的結合式實驗報告

動畫式實驗報告是一項創新型的教學應用模式，具有廣闊的應用前景，但是動畫式實驗報告的實際應用不能一蹴而就。基于生物化學實驗種類繁多、操作細節差異大，實驗難易程度不一的特點，如何合理應用動畫報告是關鍵所在[4]。在實際教學中，針對一些簡單的實驗，由于原理淺顯，操作簡單易懂，實驗報告僅需采用傳統紙質報告即可達到預期教學效果。相反的，復雜難懂的實驗需要學生深入理解原理，注重細節步驟，這類實驗學生即使能按部就班地完成，也不代表學生完全理解實驗操作過程中的作用和意義，加之繁雜的操作過程極易造成記憶的混淆，影響后續的復習復查工作。因此，在此類實驗中，實驗報告可采取傳統式實驗報告與動畫式實驗報告相互結合的模式，將傳統式實驗報告的關鍵實驗部分改為動畫的制作，使得學生可以在課堂實驗完成后能夠在課下進行“二次實驗”，對實驗細節部分獲得二度認知，進一步加強對實驗的記憶和理解，更有利于學生對實驗的深度掌握。另外，很多實驗由于各種原因，如成本過高，操作時間過長，或極度危險等，在教學中不適宜大規模開設進行人工操作，通過制作完成動畫報告的方式，可以很好的達到教學效果。

本教研組將傳統報告和動畫報告相結合后的新興教學模式應用在實際教學中并取得了良好的成效。例如在生物化學實驗“紙層析分離氨基酸”中，學生反映相比于傳統紙質報告，動畫制作加強了他們對實驗內容的理解，實驗過程中對分配層析原理的理解不夠深刻，在制作動畫的過程中經過深入思考達到更加深刻的理解和記憶。此外，在教學過程中，學生普遍反映在進行報告完成時的抗拒心理明顯減小，制作動畫推動了他們的學習積極性，與此同時更加有利于他們在期末復習階段對實驗的回顧，并且動畫制作過程中提高了他們對實驗用品相關安全知識的掌握[5]。授課教師也反映“傳統+動畫”的結合式報告更加有利于批閱評分，大大加強了工作熱情，促進了師生間的學習與交流。

5 結 語

借助快速發展的計算機網絡技術，新型教學模式不斷改革創新，多媒體已成為課程教學的主流工具，傳統與新興的教學模式互相融合，轉變為一種更加符合現代教育的模式。在實驗教學中，實驗報告是一面體現學生對實驗掌握程度和學習能力的鏡子，也是培養學生嚴謹端正科學態度的重要一環[6]。現如今多媒體與現代化教學密不可分，實驗報告不應該拘泥于傳統的報告形式[7]。本教研室經過多年教學實踐所形成的“傳統+動畫”的新型實驗報告模式在實驗創新與教學改革等方面成效顯著，報告的書寫從枯燥變得有趣，學生對實驗報告完成的積極性明顯提升，學生在動畫報告制作過程中對實驗的二次體驗有效強化了知識記憶和實驗技能，學生的學習從被動轉變成主動，二者的結合達到了“1+1>2”的教學效果。