基于3D游戏的高中生物学活动课程设计
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摘要DNA重组技术的基本原理为模板创建了一个视频游戏，当学生参与游戏时，将会与相关的生物学原理发生关联并运用生物学知识来解决有关问题。通过游戏活动，可以考查学生对生物学概念的熟悉程度，同时有效提升学生对生物学的学习兴趣。
关键词 游戏 生物学活动 课程设计
中图分类号G633.91 文献标志码B
1引言
在电脑、游戏机、平板电脑和智能手机上播放的视频游戏已经成为现今社会中非常流行的娱乐方式。鉴于其受欢迎程度和支持教育目标的潜力，笔者利用综合活动课堂时间分配到游戏玩法中，探索基于游戏的生物学活动课程设计，从而提升学生的探究能力及对生物学的学习兴趣。创建了一个视频游戏，使学生能够尝试使用生物技术来解决社会问题（如传染病的传播）。当学生操作游戏并虚拟地使用生物学知识时，他们必然会与潜在的生物学原理（例如DNA的结构和功能）相互作用。该游戏旨在与课堂学习环境相结合并提供支持性课程。
2游戏与基于游戏的课程
Salen分析了从历史学、人类学、社会学、哲学和设计研究中得出的多种游戏定义，然后提供了一个有效的定义：游戏是一种系统，玩家参与由规则定义的人为冲突，从而产生可量化的结果。该定义的关键元素包括游戏是具有已定义对象、属性和内部关系的系统。游戏系统在人工游戏环境和现实世界之间建立了界限。
Neulight等使用Whyville游戏帮助高二年级学生了解疾病传播。作为游戏的一部分，学生在课堂上创建了一个化身来导航虚拟世界，并与同学的化身讨论疾病。结果表明，与游戏前讨论相比，学生在玩游戏后使用更多基于内容的推理来传播疾病。Rosenbaum等人也使用虚拟游戏环境Outbreak来了解疾病传播，在这种环境下，向学生展示了一种高毒力的禽流感病例，可以在人类之间传播。调查的数据分析表明，学生对科学内容知识的应用因游戏而得到改善。另一项关于学生参与河城游戏的研究（Nelson）也支持了这样的结论，即学生可以通过游戏来学习科学内容，特别是与疾病传播相关的内容。
3游戏生物活动的设计
游戏设计的目的是让高中生了解生物概念并用于实践中。例如，PCR是生物学研究过程中常用的技术。游戏为参与者提供了进行PCR的机会，同时也为了解PCR的工作原理以及科学家们使用该技术的原因提供了理解。因此，游戏挑战玩家思考如何与PCR过程相关的基本遗传学概念（即DNA结构），并提供可以以实际方式使用PCR结果（即诊断致病因子）的情况。设计者以工作的生物技术实验室为蓝本，试图让玩家参与丰富的环境，在这些实验室中通过使用科学原理、实践和工具来挑战游戏中的问题。
4游戏与高中生物活动课程的实施过程
4.1确定游戏内容标准
该游戏是为高中生物课程开发的。在游戏过程中，玩家在生物技术实验室模拟的虚拟环境中移动时采用的第一人称视角。玩家与环境中的非玩家角色和资源互动，以便更好地理解他们的任务以及这些任务背后的科学。像许多电脑游戏一样，玩家可以通过日益复杂的任务和奖励来升级（表1）。
4.2进行模拟实驗
利用计算机模拟软件Netlogo建立游戏模型。教师让学生参与实验室活动，在学生进行虚拟DNA提取时，他们在达到游戏点之前从水果中提取DNA。进入游戏在第一级，介绍了病毒性疾病的概念传播特点（通过人群传播），以及可用于诊断病毒的分子技术。诊断过程的第一步是从感染者中提取DNA。为了在游戏中做到这一点，学生需要在环境中收集线索，以便在虚拟实验室笔记本中开发DNA提取协议。当学生成功完成协议时，他们将其用作进行虚拟DNA提取的指南。这个过程涉及使用虚拟微量移液器将试剂添加到环境中提供的患者样品中，使用虚拟水浴来操纵样品的温度，并使用虚拟离心机来区分溶液的部分。在这些步骤结束时，如果学生在试剂量、离心时间等方面做出了适当的选择，他将拥有一个带有分离DNA液体溶液的虚拟离心管。然后，学生可以在诊断过程的后续步骤中使用该DNA。提取DNA的过程会出现其他特征过程（即PCR和逆转录），其功能类似于实验室模拟（表2）。
4.3表达与交流
随着游戏的进行，学生了解PCR是生物学研究环境中常用的过程，是一项在生物体外复制特定的DNA片段的核酸合成技术。也可以解锁新资源，其中一些资源是信息，学生可变成医生，解决疾病的传播;一些资源是随后的实验室程序中需要的新工具，还有一些是解锁“迷你游戏”。最后，学生通过PPT汇报结果。汇报结束后，学生进行自评和互评。
本游戏通过设置真实情境，让学生参与丰富的环境，激发学生探究兴趣，同时有助于改变学生的学习方式。在游戏中，学生通过应用PCR技术科学原理、实践和工具来挑战PCR技术扩增问题。设计者利用游戏环境的可控制性来支持学习，由引导式探究变为自主探究的形式，实现学习方式的真正改变。教师也应该认识到游戏在学术水平较低的学生中潜在有效性，应加以正确的引导，不要为了游戏而游戏，要结合实际的教学需求，有针对性地加以应用。教师若将游戏和课程恰当地整合到日常的教法中，对科学探究以及生物学教学就能够起到积极地作用。
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