美國MBT生物學虛擬游戲的設計與應用

沈唯軍 時 晨 丁 婷

(江蘇省無錫市輔仁高級中學 214123)

1 MBT的研究背景和設計思路

Mission Biotech(簡稱MBT)是由美國密蘇里大學MU理科教育研究中心設計﹑由包括生物學家﹑教育專家﹑一線教師和IT工程師組成的跨學科團隊共同研發的生物學虛擬游戲，并且已成為美國多個州高中生物學教學的重要補充手段。

MBT基于美國的課程標準確立了六大教學模塊，用于支持包括基因和生物技術等方面抽象知識內容的教學。這六大教學模塊包括：介紹游戲和實驗的操作規范﹑情境導入﹑迷你翻轉課堂﹑虛擬實驗室﹑學生在線實驗報告和過程性及終結性評價報告[1]。以下以MBT的“關卡一”為例，簡要介紹MBT的教學模塊與實例。

2 MBT的教學模塊與實例

2.1 介紹游戲和實驗操作的規范 很多生物學實驗的藥品和材料是具有腐蝕性、毒性和傳染性的，違反操作規程可能會造成儀器的損壞或人員的傷亡。所以，MBT提供了包含實驗操作規范的模擬練習機會，以及熟識MBT游戲操作控件的說明界面。

例如，在“關卡一”開始前，學生必須學會離心機和病毒樣品的操作規范，了解配平和無菌操作的重要性。在模擬練習的過程中，系統會對錯誤的操作提出警告并且動畫演示發生的“事故”。

生物學實驗操作規范往往都停留在書本文字或教師的講解中，學生由于缺乏切身的體驗，而忽略對它的學習。MBT讓學生在“試誤”中感性而具體地認識到遵守規范的重要性。

2.2 情境的導入 MBT為學生創設了具體而生動的問題情境，讓其扮演生物學工程師﹑環境保護者等與生物學相關的職業角色，去處理一個個符合教學需要的任務關卡。

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

相較于日常課堂的情境導入，MBT的“游戲動畫”更能讓學生入情入境，在形象而直觀的生物學任務情境中激發學生的探究熱情和學習愿望。

2.3 迷你翻轉課堂 MBT在線提供學生完成任務所需的學習內容。10 min左右的迷你動畫﹑PPT講解視頻等素材能夠有效地呈現知識，學生可以根據“目標任務”自主規劃學習的節奏。

例如，在MBT迷你翻轉課堂中，有講解病毒基本構造的教學視頻；演示DNA分布﹑三維結構和功能、PCR工作原理的flash動畫；以及介紹DNA指紋圖譜和病毒種類的電子說明書等。

MBT充分發揮了“翻轉課堂”的優點，徹底顛覆了傳統課堂的教學結構，增強了學生的參與度。而且MBT預先設定的“目標任務”也可以幫助學生克服在常規“翻轉課堂”中學習的盲目性。

2.4 虛擬實驗室 基于虛擬現實技術，MBT對各種實驗材料和器具進行了數字化和虛擬化，構建了由虛擬實驗臺、試劑和儀器等組成的虛擬實驗室，學生能以第一視角在虛擬的生物實驗室中處理任務。

例如，在“關卡一”的虛擬實驗室中，學生需要模擬從病毒中提取DNA和操作PCR的過程，學習內容包括正確添加試劑﹑使用離心機來分離樣品溶液中的DNA﹑使用移液槍進行加樣﹑設置PCR儀等。

通過模擬的真實實驗，虛擬實驗室提供了學生親自配置試劑和操作實驗儀器的機會，它克服了現實中學校條件的限制，讓學生獲得更加真實的學習體驗。

2.5 學生在線實驗報告 撰寫實驗報告是科學研究不可缺少的環節，MBT提供了規范而又完整的電子報告藍本，用以客觀地記錄實驗的過程和結果。學生可以在線完成并提交自己的實驗報告。同時，MBT也鼓勵學生通過互動程序交流學習的經驗，在線發布屬于自己的生物學博客。

例如，在“關卡一”中，MBT提供一份有關于病毒鑒定實驗的報告藍本包括實驗目的、方法、過程和結果等，學生需要獨立完成并提交電子實驗報告。同時，學生還需要以“如何在實驗過程中保護自己免受病毒的侵害”為話題寫一份博客。學生只有在認真完成實驗和報告的基礎上，才能解鎖新的游戲資源和學習內容，并進入到下一個學習流程。

MBT提供了形式多樣的電子實驗報告，這不僅克服了紙質報告浪費資源和容易丟失的缺點，也能夠系統地記錄學生的成長軌跡，便于客觀地評價學生的學習情況。

2.6 過程性和終結性評價報告 教師在MBT中，扮演導師和評價者的角色。他并不直接參與學生的學習活動，但是，可以在網絡程序的后臺及時地掌握學生的學習進度和困擾，對學生進行過程性的評價。當每一個任務完成后，教師還可以向學生反饋終結性評價報告，根據學生的總體表現，授予不同的獎章。

例如，教師既可以實時追蹤學生操作生物學“虛擬實驗室”的過程，對其是否符合規范，實驗是否造成病毒“泄露”等進行及時的反饋。同時，也可以在學生完成整個任務﹑查找出病毒種類并生成實驗報告后，為學生頒發相應的獎章并批注評語。

MBT讓教師能夠將過程性和終結性評價有機地結合起來，對整個學習過程進行在線評價。這不僅可以幫助學生及時了解學習存在的問題，更能促使學生生成有效的學習方式。

3 MBT獨特的教育理念

3.1 MBT給予學生自主決策和游戲競技的情感體驗 MBT將學習的決定權從教師轉移給了學生，整個學習的進度和過程都是由學生決定的。當學生能在規定的時限內完成相關的生物學習任務時，“關卡”會被解除，并進入到下一任務。這種類似于常見游戲的“通關”模式，無疑會激發學生的學習興趣，通過學生之間的競爭與合作提高學習效率。

3.2 MBT提供學生學以致用和模擬操作的機會 PCR是生物學常用的分子技術，但是鑒于昂貴的實驗費用，高中一般只能進行原理的講解，很難為學生提供實踐操作的機會。MBT不但通過對故事情境的闡述，使學生了解到PCR的運用環境，而且讓學生在虛擬生物學實驗室中有機會參與到PCR實驗中，實現了零費用可重復的模擬。

3.3 MBT的設計是開放性的，支持不同用戶間的互動和反饋 學生在完成任務后會得到相應的獎章，并且可以在自己的網絡空間中撰寫學習心得與同學分享。教師也可把反饋結果嵌入到課程中，在線指導學生的學習。此外，MBT系統還可以對學習過程和難度進行系統化的評測，協助程序設計者在整合師生在線反饋意見的基礎上，擴展和完善MBT課程內容。