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探讨生物科学类课程授课模式的优化措施
摘要：本文针对生物科学类课程的特点,结合电子信息高速发展的大背景,提出通过制作五官感知的课件,构建游戏通关式学习途径以及具身学习的模式优化生物科学类课程的有效教学效果,以期为未来教学方式的改进提供思路和参考。
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新型冠状病毒大规模的爆发导致学生不能正常返校,一时间依托各类软件工具的非常规课堂模式瞬时达到最大需求。那么对于生物科学类课程究竟以何等形式的授课模式来满足5G信息化的时代下学生的需求呢,值得思考和探讨。
一、生物科学类课程的特点
生物科学是一门以实验为基础,研究生命活动规律的科学。其涉及范围广泛,包括生物结构、生理行为和生物起源、进化与遗传发育等方面。21世纪人类面临的六大难题:人口、食品、健康、环境、资源、能源都与生物科学直接密切相关。新型冠状病毒基因序列的鉴定,疑似病例的核酸检测都是生物实验方法的应用。生物科学具有生命动态性、实验性、前沿性及交叉综合性等特点。
1.生命动态性
生物科学类课程描述对象聚焦在有生命的生物上,无论是植物、动物还是微生物都有生命。这些生命虽然具有化学成分的同一性、严整有序的结构性、新陈代谢、生长特性、遗传和繁殖能力、应激能力以及进化等共同的生命特征,但不同生物甚至同一生物不同个体间具有明显的差异,呈现出变化的生命动态性。此外,除了体积较大的宏观个体特征可肉眼识别,微小的个体以及细胞水平的组织特征都需要应用各类显微镜观察,至于细胞内的动态生化与分子生物学变化虽可利用各类方法手段检测,但很难形象感知。因此在讲授此类课程中,如何将这些抽象的过程形象地让学生接受和理解是个难题。
2.实验性
生物科学类课程具有极强的实验性。与物理、化学等实验相比,生物类实验大多周期长、限制性因素多、综合性强。比如涉及到动植物生长周期的实验,需要在特定的基质、温度、湿度以及光周期等条件下,持续短则几天,长则几个月甚至几年的时间。此过程必须遵循生物的自然生长节律,不能人为加速。不像常规的物理、化学等实验,可以集中在一段时间内完成。
3.前沿性与交叉综合性
生物科学是一门前沿的边缘学科,有太多未知领域。在科研设备日以精进的今天,很多先进科研设备首先应用于生物科学。随着研究方法和实验仪器的精进,很多颠覆人类已有认识的生物科学问题将被全面揭示,解决涉及到人类及动植物生老病死相关的诸多问题都直接依托于生物科学发展。因此,采取有效方法培养适度规模的优秀生物科学类人才至关重要。同时,生物科学极具交叉综合性。如生物化学的基础依赖于无机、有机等各类化学,信息技术与生物科学的结合诞生了生物信息学。
二、生物科学类课程授课方式及问题
生物科学类课程目前课堂授课模式与其他课程并无不同。之前讲述植物学、动物学等形态类课程的生物表观展示图,从过去的纸质版挂图变化成了PPT中的电子图片。在讲述分子生物学等课程过程中,也会插入模拟生物分子动态变化过程的视频。这类动画视频多为国外机构制作,配置和讲述的语言多为英语,对于普通高校的本科生而言,听得懵懂。面对描述生物微观结构细胞以及细胞器上发生的生物化学变化,分子水平的大分子之间的转化以及调控等“看不见摸不着”的抽象过程时,需要学生充分并合理展开想象,在脑海中建立立体细胞模型。这类知识的掌握除了具备良好的几何空间构象能力,还需要在学习的同时密切配合实验,但往往实验存在于理论讲授后的滞后性。人类在面对由一堆并未谋面的抽象名词组成的一门科学的学习,本能并不是愉快的接受和记忆,而是大脑会在混乱甚至排斥的过程中,逐步记忆。因此,在抽象深奥的生物科学的传授过程中,借助电子信息类科学的发展成果,将抽象变形象,将被动变主动,至关重要。
三、电子信息时代优化生物科学类课程授课的可能模式
伴随着软件、电子、信息等行业的飞速发展以及5G时代的到来,高校生物科学类课程的讲授和接受模式应该与时俱进,适时推进以“以人为本”为核心的舒适、高效的生物科学知识的传授和接受方式和途径。
1.开发应用界面友好的软件平台制作可五官感知的课件
人脑通过感官接受外部信息的比例大致为:味觉1%、触觉1.5%、嗅觉3.5%、听觉11%以及视觉83%。如果使用传统的“粉笔加讲授”板书或者以文字为主的PPT讲授的方法,大部分信息只能通过听的渠道获得。要快速获取并记忆知识,五种感官发挥其各自特点协同完成感知和记忆的效果最好。因此在课件制作上,需要充分考虑五种感官的特点,制作形象化感知课件。比如在植物学的凯氏带这一概念的讲解过程中,通过PPT等图形工具制作三维小动画来调动视觉感知,从而简单形象的将凯氏带的位置理解和记忆。在涉及到气味、温度以及质地的部分,可以通过软件和硬件的配合来产生气味、触感温度以及质地等模拟态,让学生通过五官协调来充分获取知识,构建生物微观几何模型。
一些教师已经通过PPT、photoshop、3D制图等工具创制教学小动画应用于教学过程,但制作过程耗时较长,且质量一般。这是因为此类软件并非专门针对教学,制图和动画等界面不够友好。因此形象化感知课件的制作依赖于简单友好的小动画制作软件、其他感知软件硬件的支撑,需要专业的制作人员与教学团队进行充分沟通,量身定做。此外,目前应用于教学的视频,大多为国外开发,非汉语,且很多细节及实时研究未体现,界面成像效果也有所欠缺,急需专业的制作团队与教师团队共同开发创制具有我国自主知识产权的优质视频资源。
2.构建游戏型课前及课后学习途径
智能手机已然完全融入我们的生活。作为原生在电子信息时代的学生,更是可以一日不食,但绝不可以一时无机。“世界上最远的距离是我和你在一起,而你却在低头看手机”已成为真实反映大学课堂上师生关系最无奈的一句话。那么是否除了雨课堂、蓝墨云等智慧教学工具外,考虑开拓基于游戏模式的学习途径呢?在课前预习中,将知识点转化成游戏任务,必须完成课前的游戏任务赚取智慧值才可以进城,也就是进一步做作业,否则作业游戏模式无法开启。再将诸多知识点转化成任务、游戏环节等作为随机作业选项,不同的操作方式会导致不同的游戏结局。比如将分子生物学中DNA的复制过程拆分成游戏环节,学生需要通过游戏道具来重现DNA的复制过程。同时还可以在作业游戏中设置PK、帮派任务等环节,并设置一定的奖励,随着智慧值的增加,虚拟身份等级增加。通过游戏模式的课前及课后学习途径,最大限度的开发和刺激学生利用手机自主有效学习的潜力。此外,通过云数据的实时监控,教师可以实时高效掌握学生对知识的掌握程度,省时高效。此类游戏式教学途径的开发依然依赖于专门软件制作团队与教师团队的合作。
3.通过具身学习使学生身临其境高度融入学习
物联网、可穿戴设备、虚拟现实等技术的发展促使具身学习的诞生,即通过互联网技术让学生的身体感觉运动系统与学习空间、物理空间、虚拟空间和混合现实空间进行具身互动,促使学习者的认知、情感和心理水平发生变化,从而促进有效学习的生成。比如在目前的在线授课模式下,学生可以通过戴头盔进入虚拟教室,感觉像在真正的教室,周围有同样具身进入听课的同学,讲课的老师。再比如在学习植物结构的时候,学生通过具身设备感觉自己进入了植物体内,在植物体内感知各部分结构。此外,具身学习还可以应用于各类模拟仿真实验中,其可缩短实验时间,模拟进行危险实验。同时,虚拟仿真也可有效应用于课堂讲授中。目前,虚拟仿真已取得了一些成果,但存在开发成本高,共享差等问题。具身学习依赖于网络、外戴装备、虚拟仿真情景及软件,无论是专门教育网络的拓展,外带设备的升级还是虚拟仿真软件的开发,都需要国家和各级政府的支持,由专业技术团队和专业教师团队并肩打造。
四、结语
电子信息、5G互联网的高速发展,给教育带来了巨大的创新和挑战。教学传授的有效优质进行,关系着人才培养和社会发展。对于教学的有效传授,尤其是特征明显的生物科学类课程的优质传授,究竟采取何种途径需要探讨。今后,还需要国家、各级政府以及各个相关行业在广泛调研的前提下充分挖掘增进教学有效性的途径,加强研究和实践探索,推动电子信息时代下生物科学类课程教学模式、学习模式和服务模式的变革。
参考文献：
[1]多依丽,付晓岩,海军.“雨课堂”与传统教学模式的比较研究[J].大学教育,2017,12:153-155.
[2]荣怀,张慕华,沈阳,田阳,曾海军.超大规模互联网教育组织的核心要素研究——在线教育有效支撑“停课不停学”案例分析[J].电化教育研究,2020,41(3):10-19.
裴海霞,石春芳.电子信息时代下优化生物科学类课程授课模式的探讨[J].中国多媒体与网络教学学报(上旬刊),2020(06):143-144.
基金:内蒙古自治区教育科学研究“十三五”规划课题,高校课程思政教学改革应用研究——以《环境生物技术》课程为例,课题号:NGJGH2019171.
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生物多样性指地球上所有的植物、动物和微生物及其所拥有的基因，各物种之间及其与生境之间的相互作用所构成的生态系统及其生态过程，包括物种内部、物种之间和生态系统多样性。保护物种多样性是全球《生物多样性保护战略计划(2011—2020)》目标之一。生物多样性观测是在一定区域内对生物多样性的定期测量，是生物多样性保护的一项基础性工作，对于掌握生物多样性动态变化趋势、识别致危因素具有重要意义。
2020-11-10
大熊猫(Ailuropodamelanoleuca)作为我国“国宝”级的珍稀濒危物种，主要栖息于中国四川、甘肃和陕西的部分山区，截至2013年底，野生大熊猫种群数量约1864只，2019年底圈养大熊猫达到了600余只。竹类作为大熊猫摄取营养物质的主要食物来源，主要包括竹叶、竹笋以及竹茎。由于大熊猫保留了食肉动物消化系统特征，而竹类纤维素较高，这使得大熊猫对其具有较低的消化率。
2020-11-10
果蝇的培养基有很多种。经典常用的果蝇培养基的配方为：琼脂4.5g、玉米粉24g、酵母粉48g、葡萄糖66g、1g/ml尼泊金甲酯9ml、补水60ml。高境鸿等的研究发现使用活酵母培养基可以大大提高果蝇的平均寿命，缩短果蝇发育周期[1]。但在使用过程中，活酵母培养基容易腐烂变质，散发异味，或培养基底部出现气体将整个培养基床抬高，对果蝇发育空间造成影响。实验室应根据对果蝇研究的具体需要来选择合适的培养基。
2020-09-14
随着各级实验室的建立和防护水平的提高,生物安全柜作为直接隔离实验样品和科研人员的第一道安全防线,是实验室的主要安全设备。所以,实验室操作人员必须具备规范化、标准化的操作能力,严格按章操作;各级检验人员要熟悉并掌握国内外相关标准,采用正确的方法对生物安全柜进行安全性能检测评价。
2020-09-14
随着生活环境的改变，人体昼夜节律受到多种因素影响，正常生物钟被破坏，睡眠习惯改变，不同的日周期类型逐渐形成。个体日周期类型由自我平衡-生物节律双程序共同调控，根据个体间昼夜节律差异现象可分为夜晚型、清晨型、中间型。清晨型指偏爱早睡早起的类型；夜晚型指偏爱晚睡晚起的类型；中间型处于两者之间。
2020-07-14
伴随着我国逐渐增多的高级别生物安全实验室的启用运行，病原微生物菌毒种的管理也会成为实验室工作重点之一。如何更安全、规范、有效地管理病原微生物菌毒种也是目前我们所面临的重要问题。本文尝试对菌毒种的保存方法，管理原则，管理风险等方面做以阐述以期为高级别生物安全实验室工作人员提供参考。
2020-07-02
英国是世界上最早开展高等教育的国家之一，教育水平居世界前列。拥有4所世界排名前10位的大学，32所世界排名前200位的大学。在876位诺贝尔奖获得者中，出生于英国的人数总计121人，位列世界第2位，仅次于美国;而毕业于剑桥大学和牛津大学的诺贝尔奖获得者分别为96人和51人，分别位居毕业高校排名第3和7位4。
2020-07-02
选取的人类ABO血型测定、酸奶的制作、植物切花保鲜、微生物作画大赛4个实验，均与专业相关，分别从知识性、应用性、创新性、趣味性4个方向出发，为新生开展，有针对性地引导了学生的思路，有效地帮助学生了解专业内容、认识专业结构；学生可结合自身兴趣，为未来发展方向提前进行自我定位。
2020-07-02
电子信息、5G互联网的高速发展,给教育带来了巨大的创新和挑战。教学传授的有效优质进行,关系着人才培养和社会发展。对于教学的有效传授,尤其是特征明显的生物科学类课程的优质传授,究竟采取何种途径需要探讨。今后,还需要国家、各级政府以及各个相关行业在广泛调研的前提下充分挖掘增进教学有效性的途径,加强研究和实践探索。
2020-07-02
《生物统计附试验设计》课程是动物科学、动物医学、水产养殖专业的学科通选课,是一门理论和实践结合紧密,实用性很强的方法课、工具课和实验技能课,是在高等数学、线性代数、概率论等课程的基础上讲授试验资料的整理、统计分析方法和试验设计的实施,教师讲授时需采用随机思想、建模思想、数形结合思想、统计推断思想。
2020-07-02
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期刊名称：四川动物
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主管单位：四川省科学技术协会
主办单位：四川省动物学会,四川省野生动物保护协会,成都大熊猫繁育研究基金会,四川大学
出版地方：四川
专业分类：生物
国际刊号：1000-7083
国内刊号：51-1193/Q
创刊时间：1981年
发行周期：双月刊
期刊开本：大16开
见刊时间：1年以上
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2020-07-02
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