計算機(jī)輔助生物學(xué)教學(xué)

摘要:計算機(jī)輔助教學(xué)，也稱CAI，是以視聽技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為主要媒介，通過多種媒體和學(xué)生之間的交互作用達(dá)到教學(xué)目的的一種輔助教學(xué)手段。計算機(jī)輔助教學(xué)的交互性、知識的大容量性、實物投影的真實性、錄像的靈活性、不受時空限制等，為教師進(jìn)行課堂教學(xué)提供了施展才華的廣闊空間。教學(xué)過程可以通過計算機(jī)課程軟件來進(jìn)行控制，由各種媒體實現(xiàn)教學(xué)功能。教學(xué)軟件是教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)邏輯的結(jié)合體，各種媒體通過具體的課件完成對學(xué)習(xí)者的指導(dǎo)。計算機(jī)裝配了教學(xué)軟件后就可以用于生物學(xué)的教學(xué)活動，其對教學(xué)內(nèi)容幾乎沒有限制，從授課、練習(xí)、模擬訓(xùn)練到趣味性的教學(xué)游戲等活動，計算機(jī)都可以勝任。

關(guān)鍵詞:計算機(jī) 輔助教學(xué) 模式

中圖分類號:G434文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1673-8209(2009)10-0144-02

計算機(jī)及其相關(guān)技術(shù)在生物學(xué)教育教學(xué)中的應(yīng)用方式是多種多樣的，可以代替任課教師完成全部或部分教學(xué)工作而模擬教師的教學(xué)行為，向?qū)W生傳授知識、解答問題、指導(dǎo)作業(yè)練習(xí)、能幫助完成教學(xué)演示、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、信息收集等活動，為教與學(xué)和課題研究提供幫助。

1 授課模式的改變

1.1 傳統(tǒng)授課模式

傳統(tǒng)教學(xué)過程教師是知識的傳授者，學(xué)生是知識的接受者。教師為了組織教學(xué)，在課前認(rèn)真閱讀教材和課外輔導(dǎo)資料，即搜集信息;認(rèn)真?zhèn)湔n編寫紙質(zhì)教案，即信息加工;采用多種教學(xué)方法和傳統(tǒng)教具如:黑板、粉筆、模型、標(biāo)本、掛圖等，精心組織課堂教學(xué)，即向?qū)W生傳遞教學(xué)信息;學(xué)生通過學(xué)習(xí)過程向教師反饋信息，即學(xué)生輸出信息;教師通過學(xué)生反饋的信息，再向?qū)W生傳遞評價信息。課堂教學(xué)中利用劇本(教案)上演“課本劇”，教師是演員兼導(dǎo)演，學(xué)生是觀眾和“道具”。師生活動以短、平、快的問答為主，一切順著事先設(shè)計好的路線推進(jìn)，教學(xué)環(huán)節(jié)銜接得天衣無縫。課畢，學(xué)生滿載標(biāo)準(zhǔn)答案走出教室。教學(xué)活動是教師主導(dǎo)的主要是完成知識傳授的獨角戲。采用傳統(tǒng)方式授課，一節(jié)課中教授的知識容量少，學(xué)生獲得的信息量小，學(xué)習(xí)的知識難以及時鞏固，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，積極性不強，注意力難以長時間集中以至容易疲勞，尤其，在班級授課制集中教育方式中，一個教師面對著一個班級情況各異的學(xué)生，難以更好做到因材施教的問題等缺點。圖1所示是傳統(tǒng)教學(xué)過程的流程示意圖。

由圖1可知，傳統(tǒng)教學(xué)是一個循環(huán)過程，它是由確定教育目的的總的課程目標(biāo)開始，最后以評價結(jié)束。

1.2 計算機(jī)授課模式

教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建整個課件科學(xué)合理的框架結(jié)構(gòu)，這就相當(dāng)于編寫劇本的腳本一樣，是課件制作的關(guān)鍵，然后設(shè)計出知識信息序列，制作CAI課件。這個序列主要包括引入新的概念，講述原理、插入啟發(fā)性的問題，并要求學(xué)生作出回答，逐步推進(jìn)。在這里所儲存的教學(xué)內(nèi)容可以是文字資料、圖畫、動畫或控制幻燈、錄像等傳遞教學(xué)信息。使用多媒體計算機(jī)制作軟件組織教學(xué)，圖、文、聲、像并茂，可以使教學(xué)內(nèi)容更為生動地表現(xiàn)出來，學(xué)生可以邊聽邊看、邊做邊學(xué)、教與學(xué)的效率就會大大提高。因此，運用計算機(jī)輔助生物學(xué)教學(xué)相對于傳統(tǒng)教學(xué)其優(yōu)勢非常明顯。執(zhí)行速度快，能準(zhǔn)確地工作，信息采集、處理和傳遞信息的多樣性，人機(jī)交互智能化學(xué)習(xí)能提高學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)培養(yǎng)其能力，重復(fù)執(zhí)行某項任務(wù)而不會厭煩，能較好地實現(xiàn)個別化教學(xué)，做到因材施教，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與多媒體的結(jié)合會使生物信息資源更為可觀等等。圖2是計算機(jī)輔助教學(xué)的基本過程。

由圖2可知，計算機(jī)輔助教學(xué)過程是一個雙向通訊的過程。教師、學(xué)生和計算機(jī)一起構(gòu)成教學(xué)系統(tǒng)，完成一定的教學(xué)任務(wù)。

2 高效的練習(xí)模式

為使學(xué)生全面準(zhǔn)確地掌握所學(xué)知識，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，有利于發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維。教師把大量的習(xí)題和標(biāo)準(zhǔn)答案按照一定的程序輸入計算機(jī)建立習(xí)題庫。設(shè)計的一整套強化練習(xí)，既能反映生物學(xué)的基本概念、基本原理，又能適應(yīng)不同學(xué)生的要求，以便糾正錯誤理解或片面認(rèn)識，在使用時計算機(jī)按照設(shè)計的程序從中選取，要求學(xué)生作出回答，計算機(jī)給予評價和反饋。通過人機(jī)交互式練習(xí)，使學(xué)生的基礎(chǔ)知識得以鞏固，使學(xué)生的學(xué)習(xí)及時得到反饋，獲得對學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果比較準(zhǔn)確的評價。把獲得的抽象化的概念、原理應(yīng)用到新的情景中去，用概念、原理解釋新的現(xiàn)象。如:學(xué)習(xí)《分子與細(xì)胞》中“光合作用”一節(jié)時，利用課件給學(xué)生提供一組強化練習(xí)。

2.1 填空題

(1)研磨過程中加少許SiO2與CaCO3的作用____。

(2)葉綠體的結(jié)構(gòu)組成____。

(3)濾紙條剪去兩角的目的____，畫濾液細(xì)線的要求____。

(4)光合作用的過程分為____和____階段，寫出光合作用總反應(yīng)式____。

2.2 選擇題

(1)在圓形濾紙的中央點上粘葉綠體的色素濾液，進(jìn)行色素分析，會得到近似同心環(huán)狀的四個色素圈，排在外圈的色素呈()

A.橙黃色 B.黃色C.藍(lán)綠色 D.黃綠色

(2)綠色植物細(xì)胞中，與能量轉(zhuǎn)換有關(guān)的一組細(xì)胞器是()

A.線粒體和葉綠體B.核糖體和高爾基體

C.中心體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)D.高爾基體和葉綠體

(3)在正常情況下進(jìn)行光合作用的某植物，當(dāng)改變某條件后，即發(fā)現(xiàn)葉肉細(xì)胞中的五碳化合物突然上升，則改變的條件是()

A.停止光照B.停止光照并降低二氧化碳濃度

C.升高二氧化碳濃度D.降低二氧化碳濃度

(4)光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供的[H]和ATP參與()

A.CO2和C5的結(jié)合B.C3的還原

C.由CO2合成葡萄糖 D.由C5合成葡萄糖

2.3 分析說明題

(1)光合作用意義?

(2)簡述光合作用能量變化過程。

以上問題中，填空題主要考察學(xué)習(xí)對基礎(chǔ)知識、概念的鞏固。選擇題主要考察學(xué)生對知識的理解、分析能力。分析說明題主要考察學(xué)生發(fā)散性思維、批判性思維和創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學(xué)生主動探索、主動發(fā)展的能力。

3 創(chuàng)新的模擬環(huán)境模式

在教育教學(xué)過程中，對那些一般條件下較為困難的實驗操作、技能訓(xùn)練及難理解的抽象知識等內(nèi)容，可以通過計算機(jī)硬、軟件及外部設(shè)備模擬、仿真試驗環(huán)境或物理現(xiàn)象來創(chuàng)造實踐條件，為教與學(xué)創(chuàng)建模擬環(huán)境。教學(xué)模擬適用于自然科學(xué)的許多學(xué)科，在生物學(xué)教學(xué)中運用教學(xué)模擬其優(yōu)點，第一，這種模擬有利于學(xué)生在近似真實的教學(xué)環(huán)境中開展發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)，并且由于結(jié)果是自己總結(jié)和發(fā)現(xiàn)而理解牢固、記憶深刻。第二，引發(fā)學(xué)生興趣、發(fā)展其主動創(chuàng)新精神和決策應(yīng)變能力，從而有利于培養(yǎng)學(xué)生對各種事物應(yīng)有的正確情感和態(tài)度。第三，避免一些現(xiàn)實中非常危險的情況，突破真實情況的某些限制實現(xiàn)學(xué)習(xí)過程，比如一些危險、復(fù)雜的操作，藥品毒性大，周期時間較長的實驗等。

如:在中學(xué)生物學(xué)課程中，遺傳學(xué)部分的內(nèi)容較為抽象、不易被學(xué)生理解，加之中學(xué)實驗條件的限制，這部分內(nèi)容幾乎不能安排更多的實驗機(jī)會，這樣，理解一些抽象概念就更加困難，比如DNA分子結(jié)構(gòu)、基因和染色體的概念、基因型和表現(xiàn)型的概念等等。教師可以設(shè)計、利用計算機(jī)軟件，模擬遺傳實驗組織教學(xué)。學(xué)生也可以利用計算機(jī)軟件“實驗室”中的“果蠅”、“小鼠”等實驗材料完成不同的實驗。學(xué)生通過菜單選擇親本的性狀，然后進(jìn)行交配實驗、觀察、記錄子代的特征，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過課堂討論、閱讀教材和生物教師的講解，這樣學(xué)生對顯(隱)性性狀、性(常)染色體、伴性遺傳等概念有更為深入的理解。通過計算機(jī)教學(xué)模擬、不但可以幫助生物教師提高教學(xué)效率，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生分析問題，解決問題的能力，還可以改變學(xué)生對生物課的看法，激發(fā)他們學(xué)習(xí)生物學(xué)知識的興趣。

又如:模擬人體冠狀動脈粥樣硬化病患者，冠狀動脈管腔狹窄改變程度與人體運動能力的關(guān)系。模擬實驗中，冠狀動脈管腔狹窄程度可以由學(xué)生來改變，計算機(jī)就會以動畫和聲音等方式展示出人體的狀態(tài)和相關(guān)的生理指標(biāo)，使學(xué)生加深對循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的理解，這種變靜為動、變抽象為具體、變微觀為宏觀的教學(xué)模擬是常規(guī)實驗難以實現(xiàn)的。

4 新穎的教學(xué)游戲

注意和記憶是獲取知識的前提，在教學(xué)中教師要善于組織學(xué)生的注意和引導(dǎo)記憶，培養(yǎng)學(xué)生的注意力和記憶力。據(jù)研究，課堂上學(xué)生的有意注意，中學(xué)生最好能堅持40分鐘，但如果過份強調(diào)或過多要求學(xué)生依靠有意注意來學(xué)習(xí)，容易引起疲勞。對于記憶，一般地說來具體的東西比抽象的容易被識記，看過的東西印象深刻，有趣的材料容易保持，經(jīng)過多種感官得來的材料會牢固地保持在記憶里。據(jù)研究，人們從聽覺獲得的信息能記憶15%，從視覺獲得的信息能記憶25%，如果把視聽結(jié)合起來，能記憶的信息可達(dá)65%。而以視聽為主體的計算機(jī)輔助教學(xué)手段，使學(xué)生的多種感官協(xié)同活動，所以對記憶的效果起著重要的作用。教育教學(xué)中，為了培養(yǎng)學(xué)生的注意力和記憶力，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，教師應(yīng)充分地利用計算機(jī)產(chǎn)生一種帶競爭性的學(xué)習(xí)環(huán)境，把科學(xué)性、趣味性、教益性熔為一體，從而達(dá)到“寓教于樂”的效果，鍛煉學(xué)生決策的能力。

如:償試制作真核細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)模型。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)即三維圖形生成技術(shù)，多傳感交互技術(shù)、高分辨顯示技術(shù)等，建立虛擬實驗室，模擬實驗環(huán)境制作真核細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)立體圖像，利用虛擬組裝游戲，將細(xì)胞結(jié)構(gòu)解剖后，再將其重新組裝起來，用于檢驗學(xué)生對細(xì)胞結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。

通過設(shè)計、使用教學(xué)游戲軟件，教育教學(xué)中能培養(yǎng)學(xué)生的注意力，記憶力以及學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣，有助于鞏固課本內(nèi)容，提高教與學(xué)的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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