模擬動畫對中學(xué)生理解生物學(xué)抽象問題的應(yīng)用

齊齊哈爾大學(xué) 李 華 楊曉杰 杜 聰

中學(xué)階段是學(xué)生全面發(fā)展的重要時期，這一階段，學(xué)生打好扎實基礎(chǔ)尤為重要。但中學(xué)生抽象思維并不完善，大多數(shù)學(xué)生都被中學(xué)生物學(xué)抽象問題深深困擾著。隨著科技的進步，現(xiàn)代信息技術(shù)逐漸應(yīng)用于實際教學(xué)中，其中模擬動畫對于輔助生物學(xué)科教學(xué)具有重要意義，它可以將文字、圖形、圖片、聲音集成于一體，設(shè)計出讓人賞心悅目的多媒體學(xué)習(xí)課件，其強大的交互性更便于學(xué)生對抽象知識的理解和接受，本文對如何利用模擬動畫來提高學(xué)生抽象問題理解力進行分析，為學(xué)校、教師更有效地利用模擬動畫指導(dǎo)學(xué)生全面發(fā)展提供了依據(jù)。

一、中學(xué)生物學(xué)抽象問題的背景

中學(xué)生在學(xué)習(xí)生物課程的過程中，涉及的許多問題需要用抽象的方法去理解，而多數(shù)中學(xué)生抽象思維不完善，對抽象類知識難以掌握。許多教師對于如何引導(dǎo)學(xué)生有效突破這一認(rèn)知困難頗感棘手。模擬動畫是教師利用先進的電腦模擬動畫軟件和技術(shù)進行仿真、模擬或再現(xiàn)學(xué)生實際操作，使學(xué)生身臨其境，增強教學(xué)效果的現(xiàn)代信息技術(shù)手段。是按照教師在課堂中講授的教學(xué)意圖，使用各種相應(yīng)的軟件和技術(shù)制作出的虛擬圖像結(jié)合二維動畫、三維動畫，從深、縱、橫3 個方向來控制虛擬圖像所產(chǎn)生的。

模擬動畫包含語言、聲音、圖片，如果加上板書，幾乎囊括各種多媒體的要素，可將抽象類文字，定義或過程轉(zhuǎn)化為具體的內(nèi)容呈現(xiàn)出來。生物學(xué)科是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，生物實驗是高考考查的重要內(nèi)容。教學(xué)過程中，部分地區(qū)由于實驗器材等條件的限制，一些實驗的具體操作無法進行，使學(xué)生難以親身實踐，導(dǎo)致理解上的困難?？梢韵胂笕绻M動畫作為一種教學(xué)輔助手段應(yīng)用到課堂教學(xué)中，定將極大引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，亦能將諸如實驗等的抽象內(nèi)容具體化，有助于學(xué)生理解生物學(xué)抽象知識，使學(xué)生收獲更好的學(xué)習(xí)成績。

二、模擬動畫研究現(xiàn)狀

新時代，是科技高速發(fā)展的時代，教育應(yīng)符合時代要求，學(xué)校教育面臨教育科技化改革趨勢。近年來，模擬動畫教學(xué)方式廣泛應(yīng)用于各學(xué)科之中，旨在更好引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)知識，尤其是抽象問題，模擬制作了水中生物水母的運動動畫，將其應(yīng)用于中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中，則可以讓學(xué)生清晰地了解軟體動物的行動方式；研究表明有效使用動畫技術(shù)對提高教學(xué)實效具有一定的啟發(fā)和引導(dǎo)作用。研究證實實驗視頻或動畫的展示與教師對相關(guān)知識點的講解進行有機的結(jié)合，把枯燥、抽象的理論變得形象生動、直觀，學(xué)生可以迅速掌握重點、建立概念、穩(wěn)固知識，學(xué)習(xí)興趣大增。研究表明微視頻及動畫有全方位刺激感官、內(nèi)容專業(yè)的優(yōu)勢，因此在教學(xué)中有廣泛的應(yīng)用前景，既能夠?qū)I(yè)知識以別具一格的方式呈現(xiàn)，又能吸引學(xué)生注意力，讓學(xué)生對所學(xué)的內(nèi)容有興趣學(xué)下去。

科技不斷進步，模擬動畫研究就會不斷上升新的高度，如何將其與教學(xué)完美的結(jié)合起來，提高學(xué)生對于抽象問題的理解，是我們必須思考的問題。

三、模擬動畫在生物教學(xué)中的應(yīng)用

中學(xué)生物學(xué)知識包含概念、原理、生理過程等，是一門理論與實驗相結(jié)合的學(xué)科。在中學(xué)階段，學(xué)生被要求在掌握基礎(chǔ)生物學(xué)知識外，還要學(xué)習(xí)更加深入的知識，如分子與細(xì)胞、遺傳與進化、基因工程等方面，進而提升生物學(xué)素養(yǎng)，以及為將來某些學(xué)生繼續(xù)深造生物學(xué)打下基礎(chǔ)。但中學(xué)資源有限，部分復(fù)雜生物學(xué)抽象實驗難以進行，某些抽象概念難以理解，例如基因工程中動物體細(xì)胞雜交實驗、遺傳與進化中的孟德爾雜交實驗、染色質(zhì)概念等，模擬動畫可以將這些在常規(guī)教學(xué)中難以實現(xiàn)的實驗過程或者抽象概念展現(xiàn)得淋漓盡致，學(xué)生通過觀看模擬動畫，可以更快理解抽象問題，加深對知識的印象，記憶更持久。

例如：高中生物必修一，學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，書中圖像為平面圖，而蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)為空間立體結(jié)構(gòu)，由n 條肽鏈進行三維盤曲折疊而成，部分學(xué)生難以理解其三維立體模型，而類似這樣的抽象內(nèi)容教師的口語表達(dá)即使費時費力，可能也達(dá)不到想要的教學(xué)結(jié)果，事倍功半。利用三維動畫演示蛋白質(zhì)如何從一個氨基酸結(jié)合為肽鏈，繼而空間折疊為三級結(jié)構(gòu)，輕而易舉地解決了這個抽象問題，學(xué)生能夠輕松理解，并且記憶深刻。

例如：高中生物選修三，學(xué)習(xí)DNA 重組技術(shù)的基本工具，包括限制性核酸內(nèi)切酶，DNA 連接酶和“分子運輸車”載體，對于這兩種酶及一種載體的理解，學(xué)生常常沒有實質(zhì)性的概念，不理解如何切割基因，如何連接基因，只是機械背誦工具酶及其作用，導(dǎo)致多數(shù)學(xué)生書背得很好，應(yīng)用于解題時卻極容易出錯?；蛞嗍俏覀儗W(xué)習(xí)的一個抽象概念，肉眼無法看見，因此，這種抽象知識內(nèi)容配合模擬動畫以及教師生動的描述使學(xué)生比較容易理解整個基因工程的抽象過程。

模擬動畫的發(fā)展趨勢可謂大有空間，其所起到的作用也許遠(yuǎn)超出我們現(xiàn)在所知，對于理論教學(xué)，教師應(yīng)該打破傳統(tǒng)一味的灌輸、機械的重復(fù)，而是將抽象的理論還原為形象的影像，結(jié)合模擬動畫，將抽象問題通俗化，使學(xué)生深入理解生物知識。同時，動畫教育讓教學(xué)進入一個全新的發(fā)展時期，優(yōu)化教學(xué)過程，吸引學(xué)生注意力，充分調(diào)動了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的熱情和積極性。

四、模擬動畫應(yīng)用效果比較

為深入探討模擬動畫對學(xué)生學(xué)習(xí)抽象問題的影響，可以設(shè)計一個小實驗，對比采用模擬動畫輔助教學(xué)和單一傳統(tǒng)講授法教學(xué)后學(xué)生在抽象知識的掌握情況。

選擇兩個生物成績無顯著差異（p>0.05）的理科班，每班學(xué)生均為50 人，教學(xué)內(nèi)容同為植物體細(xì)胞雜交技術(shù)，兩個班分別采用模擬動畫輔助教學(xué)和單一傳統(tǒng)講授法教學(xué)，觀察、記錄并分析兩班學(xué)生的上課狀態(tài)、聽課效果以及對知識的理解消化程度，結(jié)果如下表。

模擬動畫對學(xué)生理解問題的影響

調(diào)查結(jié)果顯示，通過兩種不同的教學(xué)方法講解概念性問題，例如植物體細(xì)胞雜交概念，什么是原生質(zhì)體等，學(xué)生理解效果差異不顯著（p>0.05），大部分學(xué)生對于概念性問題理解的不錯，但對于抽象知識，例如植物體細(xì)胞雜交過程，植物體細(xì)胞雜交過程中的注意事項等，兩種不同教學(xué)方法的教學(xué)效果差異顯著（p<0.05），通過模擬動畫輔助教學(xué)的班級，學(xué)生對于抽象過程理解的要顯著好于傳統(tǒng)講授法的班級。通過教師課堂觀察，運用傳統(tǒng)講授法教學(xué)的班級學(xué)生積極性較差，教師提出問題后學(xué)生不愛回答。運用講授法和模擬動畫教學(xué)相結(jié)合的班級，學(xué)生比較活躍，對于模擬動畫表現(xiàn)出較為興奮和好奇的狀態(tài)，更愿意與教師進行問題探討。模擬動畫有利于提高學(xué)生理解生物學(xué)抽象問題，把枯燥、抽象的理論內(nèi)容變得形象生動。

五、模擬動畫應(yīng)用及注意事項

模擬動畫應(yīng)用于教學(xué)中，應(yīng)注意以下問題：

1.教學(xué)過程中不宜過度使用模擬動畫教學(xué)，學(xué)生若過于關(guān)注動畫，會影響理論知識學(xué)習(xí)。一堂課中教師應(yīng)適當(dāng)應(yīng)用模擬動畫輔助教學(xué)。如果撇開課堂教學(xué)教師的主導(dǎo)作用，一味地去追求模擬動畫的奢華和大容量，結(jié)果分散學(xué)生的注意力甚至搞得學(xué)生在課堂上顧此失彼，反而降低課堂效率。

2.應(yīng)用模擬動畫應(yīng)精心準(zhǔn)備好教學(xué)內(nèi)容，有目的地引導(dǎo)學(xué)生觀看模擬動畫。例如：動物細(xì)胞工程一課中，首先可以利用小羊多利克隆過程的模擬動畫作為課前導(dǎo)入，既起到吸引學(xué)生注意力、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的效果，又可以直接引入動物細(xì)胞工程相關(guān)概念。在整節(jié)動物細(xì)胞工程抽象知識（如細(xì)胞貼壁，接觸抑制，單克隆抗體等）講解后，通過完整動物細(xì)胞工程的模擬動畫來從頭至尾回顧整節(jié)課抽象問題，既總結(jié)課程內(nèi)容，又可以通過動畫輔助學(xué)生加深對抽象問題的理解。

3.學(xué)生觀看動畫期間，教師應(yīng)與學(xué)生有互動，課堂教學(xué)并不僅僅是信息的傳遞和教授，更重要的是為了提高學(xué)生的各種技能。在觀看動畫之前給學(xué)生留一些思考性的問題，讓學(xué)生在動畫中尋找答案，亦可以在觀看期間提出一些問題，在觀看結(jié)束后，教師對學(xué)生進行提問。既給學(xué)生一種暗示，即動畫內(nèi)容很重要，需要你們認(rèn)真觀看，并尋找答案，集中學(xué)生注意力，也讓學(xué)生感受到挑戰(zhàn)性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。通過模擬動畫提高學(xué)生對于抽象問題的理解能力，在眾多知識中篩選重要信息，提高抽象思維能力，一舉多得，事半功倍。

模擬動畫輔助教學(xué)應(yīng)用于生物教學(xué)實際中時獲得大部分學(xué)生的喜愛和認(rèn)可，根本原因是適應(yīng)時代需求，符合當(dāng)代學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，在生物學(xué)科中，部分知識難以理解，抽象性大，因此與模擬動畫教學(xué)相結(jié)合，更容易引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和思考，將抽象內(nèi)容形象化、具體化，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性明顯提高，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，有助于提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。如今越來越多的學(xué)科都在應(yīng)用模擬動畫教學(xué)，在實踐中不斷完善模擬動畫教學(xué)方法，在未來發(fā)展中，教師應(yīng)該掌握模擬動畫的發(fā)展趨勢，將其與教學(xué)實際緊密結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生抽象思維，讓學(xué)生真正學(xué)會生物知識乃至各個學(xué)科知識，讓模擬動畫在教學(xué)應(yīng)用中發(fā)揮更大作用。