美国MBT生物学虚拟游戏的设计与应用

沈唯军 时 晨 丁 婷

(江苏省无锡市辅仁高级中学 214123)

1 MBT的研究背景和设计思路

Mission Biotech(简称MBT)是由美国密苏里大学MU理科教育研究中心设计﹑由包括生物学家﹑教育专家﹑一线教师和IT工程师组成的跨学科团队共同研发的生物学虚拟游戏，并且已成为美国多个州高中生物学教学的重要补充手段。

MBT基于美国的课程标准确立了六大教学模块，用于支持包括基因和生物技术等方面抽象知识内容的教学。这六大教学模块包括：介绍游戏和实验的操作规范﹑情境导入﹑迷你翻转课堂﹑虚拟实验室﹑学生在线实验报告和过程性及终结性评价报告[1]。以下以MBT的“关卡一”为例，简要介绍MBT的教学模块与实例。

2 MBT的教学模块与实例

2.1 介绍游戏和实验操作的规范 很多生物学实验的药品和材料是具有腐蚀性、毒性和传染性的，违反操作规程可能会造成仪器的损坏或人员的伤亡。所以，MBT提供了包含实验操作规范的模拟练习机会，以及熟识MBT游戏操作控件的说明界面。

例如，在“关卡一”开始前，学生必须学会离心机和病毒样品的操作规范，了解配平和无菌操作的重要性。在模拟练习的过程中，系统会对错误的操作提出警告并且动画演示发生的“事故”。

生物学实验操作规范往往都停留在书本文字或教师的讲解中，学生由于缺乏切身的体验，而忽略对它的学习。MBT让学生在“试误”中感性而具体地认识到遵守规范的重要性。

2.2 情境的导入 MBT为学生创设了具体而生动的问题情境，让其扮演生物学工程师﹑环境保护者等与生物学相关的职业角色，去处理一个个符合教学需要的任务关卡。

例如，在“关卡一”中，故事情境被设定为某种未知名的病毒在城市中大面积传播，学生所扮演的基因诊断师，必须依赖生物学技术来判断病毒的种类，并且提供有效的治疗方案。

相较于日常课堂的情境导入，MBT的“游戏动画”更能让学生入情入境，在形象而直观的生物学任务情境中激发学生的探究热情和学习愿望。

2.3 迷你翻转课堂 MBT在线提供学生完成任务所需的学习内容。10 min左右的迷你动画﹑PPT讲解视频等素材能够有效地呈现知识，学生可以根据“目标任务”自主规划学习的节奏。

例如，在MBT迷你翻转课堂中，有讲解病毒基本构造的教学视频；演示DNA分布﹑三维结构和功能、PCR工作原理的flash动画；以及介绍DNA指纹图谱和病毒种类的电子说明书等。

MBT充分发挥了“翻转课堂”的优点，彻底颠覆了传统课堂的教学结构，增强了学生的参与度。而且MBT预先设定的“目标任务”也可以帮助学生克服在常规“翻转课堂”中学习的盲目性。

2.4 虚拟实验室 基于虚拟现实技术，MBT对各种实验材料和器具进行了数字化和虚拟化，构建了由虚拟实验台、试剂和仪器等组成的虚拟实验室，学生能以第一视角在虚拟的生物实验室中处理任务。

例如，在“关卡一”的虚拟实验室中，学生需要模拟从病毒中提取DNA和操作PCR的过程，学习内容包括正确添加试剂﹑使用离心机来分离样品溶液中的DNA﹑使用移液枪进行加样﹑设置PCR仪等。

通过模拟的真实实验，虚拟实验室提供了学生亲自配置试剂和操作实验仪器的机会，它克服了现实中学校条件的限制，让学生获得更加真实的学习体验。

2.5 学生在线实验报告 撰写实验报告是科学研究不可缺少的环节，MBT提供了规范而又完整的电子报告蓝本，用以客观地记录实验的过程和结果。学生可以在线完成并提交自己的实验报告。同时，MBT也鼓励学生通过互动程序交流学习的经验，在线发布属于自己的生物学博客。

例如，在“关卡一”中，MBT提供一份有关于病毒鉴定实验的报告蓝本包括实验目的、方法、过程和结果等，学生需要独立完成并提交电子实验报告。同时，学生还需要以“如何在实验过程中保护自己免受病毒的侵害”为话题写一份博客。学生只有在认真完成实验和报告的基础上，才能解锁新的游戏资源和学习内容，并进入到下一个学习流程。

MBT提供了形式多样的电子实验报告，这不仅克服了纸质报告浪费资源和容易丢失的缺点，也能够系统地记录学生的成长轨迹，便于客观地评价学生的学习情况。

2.6 过程性和终结性评价报告 教师在MBT中，扮演导师和评价者的角色。他并不直接参与学生的学习活动，但是，可以在网络程序的后台及时地掌握学生的学习进度和困扰，对学生进行过程性的评价。当每一个任务完成后，教师还可以向学生反馈终结性评价报告，根据学生的总体表现，授予不同的奖章。

例如，教师既可以实时追踪学生操作生物学“虚拟实验室”的过程，对其是否符合规范，实验是否造成病毒“泄露”等进行及时的反馈。同时，也可以在学生完成整个任务﹑查找出病毒种类并生成实验报告后，为学生颁发相应的奖章并批注评语。

MBT让教师能够将过程性和终结性评价有机地结合起来，对整个学习过程进行在线评价。这不仅可以帮助学生及时了解学习存在的问题，更能促使学生生成有效的学习方式。

3 MBT独特的教育理念

3.1 MBT给予学生自主决策和游戏竞技的情感体验 MBT将学习的决定权从教师转移给了学生，整个学习的进度和过程都是由学生决定的。当学生能在规定的时限内完成相关的生物学习任务时，“关卡”会被解除，并进入到下一任务。这种类似于常见游戏的“通关”模式，无疑会激发学生的学习兴趣，通过学生之间的竞争与合作提高学习效率。

3.2 MBT提供学生学以致用和模拟操作的机会 PCR是生物学常用的分子技术，但是鉴于昂贵的实验费用，高中一般只能进行原理的讲解，很难为学生提供实践操作的机会。MBT不但通过对故事情境的阐述，使学生了解到PCR的运用环境，而且让学生在虚拟生物学实验室中有机会参与到PCR实验中，实现了零费用可重复的模拟。

3.3 MBT的设计是开放性的，支持不同用户间的互动和反馈 学生在完成任务后会得到相应的奖章，并且可以在自己的网络空间中撰写学习心得与同学分享。教师也可把反馈结果嵌入到课程中，在线指导学生的学习。此外，MBT系统还可以对学习过程和难度进行系统化的评测，协助程序设计者在整合师生在线反馈意见的基础上，扩展和完善MBT课程内容。