生物模拟仿真实验课件的设计与开发

范郭昌骅　徐英萍　李建珍

摘 要：生物模拟仿真实验课件由于其成本低、危险性小、可反复操作等特点，现已成为生物实验教学的一种有效的教学工具。本文就笔者亲身参与生物模拟仿真实验课件设计开发过程中，对于设计开发的关键技术环节进行了总结，以期为今后相关实验的设计开发提供参考和借鉴。

关键词：生物仿真实验；课件设计；课件开发

中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1673-8454（2009）04-0059-04

一、引言

生物学是建立在科学实验基础上的自然科学，科学实验不仅是推动生物科学发展的重要力量，也是生物学教学不可缺少的组成部分。通过科学实验培养学生的实验基本技能和能力是培养学生生物科学素养的要求，也是生物学教学的重要任务。[1] 但是在传统的生物实验教学过程中，由于实验空间的限制，大部分学生无法全方位观察到实验的过程，对于一些操作细节和难点更是难以重复演示，每次实验都会造成实验材料的重复浪费，这些都给生物实验带来许多困难，难以达到使学生掌握学习实验基本技能和能力的培养目标。[2]

模拟仿真技术的出现给生物实验带来了新的生机，它组合图像、动画、视频、声音等多种信息，提供形象逼真的实验器材和材料，生动逼真的模拟实验操作过程，成为实验教学的一种有效的教学工具。模拟仿真实验还具有成本低、危险性小、可反复操作等优势，受到广大实验教学人员和学生的欢迎。鉴于此，西北师范大学教育技术与传播学院杨改学教授决定开发一套生物动植物模拟仿真实验课件。笔者有幸参与了此次设计开发的全过程，对于设计开发中的一些关键环节进行了总结，希望能够为今后类似实验的开发提供参考和借鉴。

二、生物模拟仿真实验课件的系统设计

生物模拟仿真实验课件的设计开发是一个系统工程，需要多学科教学人员共同参与，各个环节认真准备，因此，设计开发的准备工作就显得尤为重要。

1.模拟仿真实验课件内容的选择

由于该模拟仿真实验课件定位是中学、中职和高校生物动植物实验的自学及辅助教学使用的课件。因此，我们选择的实验内容必须是中学、中职和高校生物实验中都有的实验内容；选择的实验内容都能涵盖生物试验中植物和动物标本制作实验中的多个类别，还具有一定的代表性。通过实际的调查和需要，我们选择了植物方面的木槿标本制作、淀粉粒的观察、洋葱磷叶表皮细胞和金色狗尾草标本等10个实验内容，选择了动物方面的蝴蝶标本、家鸽标本、家兔标本等5个实验内容。

2.模拟仿真实验体系结构的设计

为了加快实验课件的开发进度，我们采取模块化的开发思想，将所有实验内容按照动物和植物分为两类，分别制作成DVD光盘。教学系统设计中，我们按照生物实验的要求，将实验分解为实验准备、实验步骤、实验视频和模拟实验四个基本的过程，这样模块化的分解有利于开发工作的同步进行。其整个模拟仿真实验体系结构如图1所示。

生物模拟仿真实验的体系结构都是通过Authorware 7.02软件设计制作的，目录下面包括具体的每一个模拟仿真实验，是一个完整的体系。实验准备、实验步骤部分以文本的形式分别呈现实验材料、实验器材、进行实验操作的详细步骤以及实验过程中需要注意的事项，主要是帮助学习者了解实验的具体情况，做好实验前的准备工作。

实验视频是通过对一个完整的教师实际操作过程的全方位拍摄，运用Premiere pro7.0视频编辑软件制作而成。视频不仅清晰，而且伴有详细解说，让学习者全面了解整个实验过程，学习者可以通过暂停、回放等功能，仔细学习每一个实验操作技能。

模拟实验是整个课件的核心部分，学习者进入模拟仿真学习时，可以操作工具区的工具和实验材料，通过拖动、点击等操作进行交互，按照实验步骤进行，操作错误都有相关的提示，引导学习者正确操作。在实验模拟操作完成后，系统会自动询问“实验操作完成，是否重新操作该实验？”如果点击“是”按钮，系统就自动跳转到实验开始，学习者进行再次实验操作练习。如果选择点击“否”按钮，系统就自动返回目录，学习者可以选择学习其它实验内容。另外，我们在课件的设计中还加入音乐，让学习者在轻松的气氛中学习实验的基本技能和能力，学习者也可以选择关闭音乐。

3.设计、开发人员的组成

生物模拟仿真实验课件的开发是一项系统工程，需要生物学科、教育技术学科等多学科人员的共同参与。在设计开发过程中，为了保证开发工作的效率和质量，我们成立了专门的开发团队，有生物学科专家、生物学实验教师、生物学学生、信息技术教师，软件设计、教学设计、计算机教师、播音以及美工人员等。为了便于管理，我们将所有的人员分为平台搭建组、界面设计开发组、技术攻关组及素材处理组，各个小组同时进行设计开发，保证了开发的效率。

三、生物模拟仿真实验课件的系统开发

此次生物模拟仿真实验课件的系统开发是严格按照软件开发的流程，包括教学设计、系统设计、脚本编写、素材加工、程序实现、试用修改和产品出版等各个环节。[3]下面主要就本课件核心部分的设计与实现过程进行介绍。

1.设计开发工具的选择

工欲善其事，必先利其器。选取优秀的开发工具是课件开发成功的基础和保障。此次课件开发的思想是选取的开发工具技术难度低、跨平台性好、交互性好、界面美观。

通过调查发现Visual Basic、3D MAX、Macromedia Flash等软件都具有开发课件功能，但是通过比较和实际经验，我们选择了Macromedia Flash 8作为我们模拟实验模块开发的主工具。该软件是矢量图形编辑和动画创作专业软件，本身具有强大的动画创作功能，还自带了面向对象编程的ActionScript 内置脚本语言，这极大地增加了课件设计及创作的自由度，开发者在不必编写大量程序的情况下就能够轻松开发出交互性极强的仿真实验。

Authorware 7.02软件是一种基于图标和流线的多媒体开发工具，该软件最大的特点在于能够将各种文字、图片、声音、视频等素材进行组合，而且其交互性非常好，因此，选择其作为课件平台搭建的工具软件。在开发过程中，我们还使用了其它一些工具软件，Adobe Photoshop CS用于处理图像，Cool Edit音频编辑软件处理声音信息，Premiere pro7.0视频编辑软件用于编辑实验视频，这些软件都辅助生物模拟仿真实验课件的开发。

2.平台的搭建与实现

生物模拟仿真实验课件的平台是运用Authorware 7.02软件搭建的，分为动物实验课件平台和植物实验平台两部分，其平台的体系结构是相同的，都有三层。第一层结构如图2所示，主要是首页、按钮、课件标题文本和各个实验。第二层结构如图3所示，主要是背景、音乐开关、菜单以及实验的四个部分。第三层是实验的具体每一步骤的实现，包括文本、视频和模拟实验的嵌入。

视频的嵌入方法：双击【实验视频】群组图标，进入第三层，拖动【数字电影】图标到主流程线上，右击【属性】菜单，单击【导入】按钮，导入实验视频，进行属性设置后即可。嵌入模拟仿真实验方法：双击【模拟实验】群组图标，进入第三层，单击【插入】【媒体】【Flash Movie】菜单，弹出【Flash Asset Properties】对话框，单击【Browse...】按钮，然后选择自己的模拟实验，最后单击【OK】按钮即可将Flash 文件导入Authorware 7.02流程图中，完成模拟实验在平台中的嵌入。

3.界面的设计与实现

模拟仿真实验的界面是学习者和计算机进行交互的平台，学习者在操作过程中获得反馈信息以便继续下一步的操作。因此，交互界面的设计对于我们的模拟实验至关重要。在此次生物模拟仿真实验的设计中，我们的界面设计如图4所示。

我们将实验的操作平台分为实验工具材料区和实验操作区，如此划分的目的在于，使学习者明白实验所用到的材料和实验仪器工具，明白实验的操作顺序。在实验工具材料区，我们将仪器和工具都做成按钮元件，不仅便于控制和操作，而且当学习者将鼠标移到其上时，自动变大，这样可以防止错误的操作。在实验过程中，我们对于下一步的操作用红色闪烁箭头标示，学习者可以很方便地找到需要的仪器继续实验。

在软件的测试过程中我们发现，其实很多学生对于实验过程并不熟悉，操作过程中存在交互问题，因此我们设计了实验注意和实验提示区（如图4所示），集中在操作区的左上角，对实验的下一步操作进行提示，以免造成学生的误操作。实验注意事项则主要是对实验中的重点和需要注意的问题，给学生以提示，确保学生在操作过程中熟记每一步的操作技巧和要领。

4.微观技术的实现

生物学科由于其实验对象的特殊性，许多实验都是需要进行微观操作的，比如本课件中的木槿标本、洋葱磷叶表皮细胞、淀粉粒的观察以及蝴蝶标本等都需要微观操作，如图5所示。

对于模拟实验中的微观技术我们采用了Flash中的“遮罩层”，如图6所示。它是Flash中一个非常特殊的功能，利用它可以实现特殊形式的动画。如果将某一层设为遮罩层时，其下一层就是被遮罩层，遮罩层的图形可以是任意图形，如图5中就是一个圆形，这就是“视窗”。Flash播放时，被遮罩的对象就是通过“视窗”显示出来，而视窗之外的东西就被遮罩住了。[4]

如图6所示，遮罩效果的实现方法具体如下：首先，在原图层上新建图层并命名为“大标本”，然后将原图放大到适中后插入到该图层，并移动使其与原图的位置基本吻合。其次，在“大标本”层上新建层并命名为“遮罩层”，在遮罩层上新建层命名为“遮罩框”，然后用工具区的圆形工具绘制圆形，并调整大小和透明度，将其移动到适合的位置。将圆形的内部作为遮罩部分，留在遮罩层，将圆形的边框剪切后粘贴到“遮罩框”层。最后选中遮罩层右击，将该层设置为【遮罩层】命令，图层自动锁定，这样就形成了如图5的放大镜效果，形象逼真。这样的显示效果有利于学生理解实验操作的技巧。

四、结束语

通过后续的课件调试、评价以及封装等工作，整套课件现已开发完成，该生物模拟仿真实验课件拟于2009年在高等教育出版社出版。虽然设计开发的工作告一段落，但是整个设计开发过程中出现的一些问题还是需要我们注意，视频素材的处理技术，Flash的高级脚本语言的编写，以及开发人员的有效组织和协调的问题，还有在具体实验教学中如何更好的运用该课件的问题，这些都需要我们持续地关注和研究。

参考文献：

[1]陈继贞，张祥沛，曹道平.生物学实验教学研究[M].北京：科学出版社，2004：33.

[2]高原，杨改学.生物标本制作多媒体仿真实验课件的设计与开发[J].现代教育技术.2008（10）：114-117.

[3]南国农主编.信息化教育概论[M].北京：高等教育出版社，2004：165.

[4]王琳，吉逸.基于FLASH技术的虚拟仿真实验开发[J].电脑知识与技术.2007（17）：38.

（编辑：隗爽）