模拟动画对中学生理解生物学抽象问题的应用

齐齐哈尔大学 李 华 杨晓杰 杜 聪

中学阶段是学生全面发展的重要时期，这一阶段，学生打好扎实基础尤为重要。但中学生抽象思维并不完善，大多数学生都被中学生物学抽象问题深深困扰着。随着科技的进步，现代信息技术逐渐应用于实际教学中，其中模拟动画对于辅助生物学科教学具有重要意义，它可以将文字、图形、图片、声音集成于一体，设计出让人赏心悦目的多媒体学习课件，其强大的交互性更便于学生对抽象知识的理解和接受，本文对如何利用模拟动画来提高学生抽象问题理解力进行分析，为学校、教师更有效地利用模拟动画指导学生全面发展提供了依据。

一、中学生物学抽象问题的背景

中学生在学习生物课程的过程中，涉及的许多问题需要用抽象的方法去理解，而多数中学生抽象思维不完善，对抽象类知识难以掌握。许多教师对于如何引导学生有效突破这一认知困难颇感棘手。模拟动画是教师利用先进的电脑模拟动画软件和技术进行仿真、模拟或再现学生实际操作，使学生身临其境，增强教学效果的现代信息技术手段。是按照教师在课堂中讲授的教学意图，使用各种相应的软件和技术制作出的虚拟图像结合二维动画、三维动画，从深、纵、横3 个方向来控制虚拟图像所产生的。

模拟动画包含语言、声音、图片，如果加上板书，几乎囊括各种多媒体的要素，可将抽象类文字，定义或过程转化为具体的内容呈现出来。生物学科是一门以实验为基础的自然学科，生物实验是高考考查的重要内容。教学过程中，部分地区由于实验器材等条件的限制，一些实验的具体操作无法进行，使学生难以亲身实践，导致理解上的困难。可以想象如果模拟动画作为一种教学辅助手段应用到课堂教学中，定将极大引起学生的学习兴趣，亦能将诸如实验等的抽象内容具体化，有助于学生理解生物学抽象知识，使学生收获更好的学习成绩。

二、模拟动画研究现状

新时代，是科技高速发展的时代，教育应符合时代要求，学校教育面临教育科技化改革趋势。近年来，模拟动画教学方式广泛应用于各学科之中，旨在更好引导学生学习知识，尤其是抽象问题，模拟制作了水中生物水母的运动动画，将其应用于中学生物学教学中，则可以让学生清晰地了解软体动物的行动方式；研究表明有效使用动画技术对提高教学实效具有一定的启发和引导作用。研究证实实验视频或动画的展示与教师对相关知识点的讲解进行有机的结合，把枯燥、抽象的理论变得形象生动、直观，学生可以迅速掌握重点、建立概念、稳固知识，学习兴趣大增。研究表明微视频及动画有全方位刺激感官、内容专业的优势，因此在教学中有广泛的应用前景，既能够将专业知识以别具一格的方式呈现，又能吸引学生注意力，让学生对所学的内容有兴趣学下去。

科技不断进步，模拟动画研究就会不断上升新的高度，如何将其与教学完美的结合起来，提高学生对于抽象问题的理解，是我们必须思考的问题。

三、模拟动画在生物教学中的应用

中学生物学知识包含概念、原理、生理过程等，是一门理论与实验相结合的学科。在中学阶段，学生被要求在掌握基础生物学知识外，还要学习更加深入的知识，如分子与细胞、遗传与进化、基因工程等方面，进而提升生物学素养，以及为将来某些学生继续深造生物学打下基础。但中学资源有限，部分复杂生物学抽象实验难以进行，某些抽象概念难以理解，例如基因工程中动物体细胞杂交实验、遗传与进化中的孟德尔杂交实验、染色质概念等，模拟动画可以将这些在常规教学中难以实现的实验过程或者抽象概念展现得淋漓尽致，学生通过观看模拟动画，可以更快理解抽象问题，加深对知识的印象，记忆更持久。

例如：高中生物必修一，学习蛋白质结构，书中图像为平面图，而蛋白质三级结构为空间立体结构，由n 条肽链进行三维盘曲折叠而成，部分学生难以理解其三维立体模型，而类似这样的抽象内容教师的口语表达即使费时费力，可能也达不到想要的教学结果，事倍功半。利用三维动画演示蛋白质如何从一个氨基酸结合为肽链，继而空间折叠为三级结构，轻而易举地解决了这个抽象问题，学生能够轻松理解，并且记忆深刻。

例如：高中生物选修三，学习DNA 重组技术的基本工具，包括限制性核酸内切酶，DNA 连接酶和“分子运输车”载体，对于这两种酶及一种载体的理解，学生常常没有实质性的概念，不理解如何切割基因，如何连接基因，只是机械背诵工具酶及其作用，导致多数学生书背得很好，应用于解题时却极容易出错。基因亦是我们学习的一个抽象概念，肉眼无法看见，因此，这种抽象知识内容配合模拟动画以及教师生动的描述使学生比较容易理解整个基因工程的抽象过程。

模拟动画的发展趋势可谓大有空间，其所起到的作用也许远超出我们现在所知，对于理论教学，教师应该打破传统一味的灌输、机械的重复，而是将抽象的理论还原为形象的影像，结合模拟动画，将抽象问题通俗化，使学生深入理解生物知识。同时，动画教育让教学进入一个全新的发展时期，优化教学过程，吸引学生注意力，充分调动了学生主动学习的热情和积极性。

四、模拟动画应用效果比较

为深入探讨模拟动画对学生学习抽象问题的影响，可以设计一个小实验，对比采用模拟动画辅助教学和单一传统讲授法教学后学生在抽象知识的掌握情况。

选择两个生物成绩无显著差异（p>0.05）的理科班，每班学生均为50 人，教学内容同为植物体细胞杂交技术，两个班分别采用模拟动画辅助教学和单一传统讲授法教学，观察、记录并分析两班学生的上课状态、听课效果以及对知识的理解消化程度，结果如下表。

模拟动画对学生理解问题的影响

调查结果显示，通过两种不同的教学方法讲解概念性问题，例如植物体细胞杂交概念，什么是原生质体等，学生理解效果差异不显著（p>0.05），大部分学生对于概念性问题理解的不错，但对于抽象知识，例如植物体细胞杂交过程，植物体细胞杂交过程中的注意事项等，两种不同教学方法的教学效果差异显著（p<0.05），通过模拟动画辅助教学的班级，学生对于抽象过程理解的要显著好于传统讲授法的班级。通过教师课堂观察，运用传统讲授法教学的班级学生积极性较差，教师提出问题后学生不爱回答。运用讲授法和模拟动画教学相结合的班级，学生比较活跃，对于模拟动画表现出较为兴奋和好奇的状态，更愿意与教师进行问题探讨。模拟动画有利于提高学生理解生物学抽象问题，把枯燥、抽象的理论内容变得形象生动。

五、模拟动画应用及注意事项

模拟动画应用于教学中，应注意以下问题：

1.教学过程中不宜过度使用模拟动画教学，学生若过于关注动画，会影响理论知识学习。一堂课中教师应适当应用模拟动画辅助教学。如果撇开课堂教学教师的主导作用，一味地去追求模拟动画的奢华和大容量，结果分散学生的注意力甚至搞得学生在课堂上顾此失彼，反而降低课堂效率。

2.应用模拟动画应精心准备好教学内容，有目的地引导学生观看模拟动画。例如：动物细胞工程一课中，首先可以利用小羊多利克隆过程的模拟动画作为课前导入，既起到吸引学生注意力、激发学生学习兴趣的效果，又可以直接引入动物细胞工程相关概念。在整节动物细胞工程抽象知识（如细胞贴壁，接触抑制，单克隆抗体等）讲解后，通过完整动物细胞工程的模拟动画来从头至尾回顾整节课抽象问题，既总结课程内容，又可以通过动画辅助学生加深对抽象问题的理解。

3.学生观看动画期间，教师应与学生有互动，课堂教学并不仅仅是信息的传递和教授，更重要的是为了提高学生的各种技能。在观看动画之前给学生留一些思考性的问题，让学生在动画中寻找答案，亦可以在观看期间提出一些问题，在观看结束后，教师对学生进行提问。既给学生一种暗示，即动画内容很重要，需要你们认真观看，并寻找答案，集中学生注意力，也让学生感受到挑战性，激发学习兴趣。通过模拟动画提高学生对于抽象问题的理解能力，在众多知识中筛选重要信息，提高抽象思维能力，一举多得，事半功倍。

模拟动画辅助教学应用于生物教学实际中时获得大部分学生的喜爱和认可，根本原因是适应时代需求，符合当代学生学习兴趣，在生物学科中，部分知识难以理解，抽象性大，因此与模拟动画教学相结合，更容易引导学生学习和思考，将抽象内容形象化、具体化，学生的学习积极性明显提高，变被动学习为主动学习，有助于提高学生的生物科学素养。如今越来越多的学科都在应用模拟动画教学，在实践中不断完善模拟动画教学方法，在未来发展中，教师应该掌握模拟动画的发展趋势，将其与教学实际紧密结合，培养学生抽象思维，让学生真正学会生物知识乃至各个学科知识，让模拟动画在教学应用中发挥更大作用。