多维互动在高中生命科学教学中的应用
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摘要：该研究以调查法和准实验法为研究方法，对《DNA复制和蛋白质合成》的教学内容采用不同互动模式的教学实践，对效果进行统计学评价，为如何提高课堂教学效率提供可操作的建议。
关键词：多维互动教学模式 高中生命科学 课堂教学 教学研究
1 前测问卷的设计、调查和结果的汇总、分析
在进行研究之前，首先对多为互动目前的状态以问卷的形式进行调查，其目的在于了解调查对象目前的情况，与研究实践后的结果作比较，提升实验数据的信度和效度。
前测问卷调查表，由14道5量评分项目组成，包括以下七个方面：
（1）学习的兴趣
（2）对学习任务的注意度
（3）自信心
（4）学生的自主学习的能力
（5）合作能力
（6）表达能力
（7)课堂教学氛围
统一发放前测学生问卷136份，在不记名的情况下要求学生独立完成。收回有效问卷136份。每个题目依照5点Liken自评式量表计分(scored on five-point likert scales);(见附录1)，A选项记1分，B选项记2分，C选项记3分，D选项记4份，E选项记5分，问卷中第2、7、13题的记分相反。第14题为多选题，旨在调查学生对自己的学习水平的自我认同感，作为对学生学习自信心调查的一项辅助调查。
根据之后的研究实践的要求，随机挑选两个班级为对照组，另外两个班级为实验组，即实验组和对照组各68名学生。
将问卷收齐后，根据每个选项的分值，按各个方面进行汇总，比如学习的兴趣对应的是问卷中的第一题，则以第一题的分值汇总，自信心对应的三题按这三题所得分值的平均值汇总，最后进行统计学成对样本t检验分析，后测问卷数据的处理方法相同。比较对照组和实验组在研究实践前的各项数据，得到tc值，根据所得t值绘制图表如下：
根据t值表所查，t0.05(135)=1.96,t0.01(135)=2.5758。表1中的所有项目的tc值均小于t0.05(135)，由此可以说明，在统计学上，实验组和对照组在前测问卷中得出的结果不存在差异。
图1 对照组和实验组的前测tc值柱形图
2 教学内容的分析及研究实践构想
《DNA复制和蛋白质合成》不仅理论性强，而且较抽象，书本上的插图较难在学生的脑海中形成一个连贯的动态的影像，为理解加大了难度。为了解决这一问题，通常可以采用教师运用多媒体课件在屏幕上演示的方法让学生能获得直观的间接经验。那么还有没有其他更好的途径呢？在本次实践中，研究者利用模拟实验室的特殊软件，把抽象的核苷酸、氨基酸、RNA、DNA变成简单有趣的电脑桌面小游戏中的主人公，学生在点点鼠标的过程中知道了tRNA是如何工作的，在敲击键盘的过程中复习巩固了碱基配对原则及其共通性，让学生在“玩游戏”的过程中领悟生命科学最重要的法则，体会到生命世界的奇妙。这是对全新互动模式的一种探索，也希望通过实验后的统计结果知道这种模式是否适用于该课程，进一步提升课堂教学的有效性。本文中选择该内容的第一课时作为典型案例进行不同形式的互动教学实践，相对来说这节课在知识内容较多，对于课堂教学效率的要求较高，互动的效果的好坏对结果的影响可能较大。
3 典型案例的教学设计
课题 第六章 第二节 DNA复制和蛋白质合成
教学目标 知道DNA复制的半保留方式，理解边解旋边复制的复制过程，能根据给出的模版写出复制后的结果，体会DNA作为遗传物质能将性状遗传给后代的原理。
知道蛋白质复制的主要步骤，理解对遗传密码的翻译在蛋白质合成中的重要意义，能根据给出的DNA序列写出转录出的mRNA序列和翻译出的多肽链，初步了解基因突变的原理。
能通过本节课的学习发现DNA复制和蛋白质合成过程中的相似点――碱基配对原则，从而体会大自然的智慧。
教学过程
对照组 实验组 设计思路
引入：
问：遗传信息怎样在两代人之间精确传递？
复习DNA复制的相关知识。
DNA上的基因控制蛋白质合成。
问：蛋白质在哪里合成？核糖体。（看图复习核糖体所在位置――细胞质）
看录像沃森的困惑：DNA在细胞核内，核糖体在细胞核外，核内的基因如何控制核外的蛋白质合成过程？
沃森的猜测：是不是有个传递信息的物质，把基因上的信息抄录下来带出细胞核，传给核糖体？
讲解RNA的结构单位，立体结构，种类等相关知识，并与DNA相比较。提醒学生注意RNA也有四种碱基，但却是单链。
问： DNA上的遗传信息是如何抄录给信使RNA的？信使RNA又是如何来指挥蛋白质合成的呢？
复习已学过的相关知识。
用科学家的困惑引发学生的思考，提出关键问题。
在录像中学生已经看到了沃森所说的“神秘信差”RNA并引发了兴趣，在此基础上老师介绍RNA。
将本节课的学习目标进一步细化
由教师播放录像，分片断分析转录和翻译过程。
1、转录过程
重点：碱基配对时与DNA复制不同的地方
2、信使RNA从细胞核中通过核孔进入细胞质，被核糖体“捕获”
3、翻译过程
重点：密码子的阅读，密码子表的查阅方法，起始密码子和终止密码子。 进入机房分小组操作电脑小游戏，约20分钟
小游戏分为两个部分：第一部分操作者根据给出的DNA单链，用键盘输入的方法写出其互补链作为信使RNA，当学生看到A，键入T的时候，提示指出错误，应该键入U。键入完毕后信使RNA单链与DNA模版链脱离，进入第二部分操作。第二部分学生首先要根据屏幕右边的密码子表找到起始密码子，并在屏幕左边的信使RNA上找到对应的位置并选中，屏幕显示“翻译开始”，根据提示，学生要找到密码子表中对应的氨基酸，用鼠标拖拽到指定的位置，反复进行直到终止密码子。
教师的集中辅导：
在细胞内没有鼠标来拖拽，这个动作是由另一种RNA分子来完成的。 在此环节中，实验组的学生与计算机之间的人际互动使学生获得对转录、翻译过程的直观体验，小组成员之间在克服语言、生物学知识的不同掌握程度等障碍的过程中互相合作交流，实现生生互动。所以该互动环节是一个人机互动与生生互动相结合的形式，同时辅以少量师生互动。
实验组在鼠标操作的基础上更容易理解tRNA的搬运过程。
讲解tRNA上的反密码子与信使RNA上的密码子互补结合对精确翻译的重要意义。
练习巩固知识点
问：一个碱基的改变会产生大的影响吗？不一定。
这种容许发生错误的遗传密码对生物有何意义？
那么缺失和增加一个碱基与改变一个碱基的后果相比，哪个更严重？为什么？
这些改变都有可能给生物体带来变化，这部分内容我们将在《基因突变》一节中展开并详细介绍。
简单介绍逆转录病毒的遗传原理作为对中心法则的补充介绍。 在练习的基础上进一步思考基因突变的后果，以及体会生命的奇妙
4 后测问卷的设计、调查和结果的汇总、分析
后测问卷（详见附录2）由9道5量评分项目组成，包括与前测问卷相同的七个方面。每个题目依照5点Liken自评式量表计分(scored on five-point likert scales);A选项记1分，B选项记2分，依此类推，E选项记5分，问卷中第4、9题的记分相反。根据t值表所查：
t0.05(135)=1.96,t0.01(135)=2.5758
图2 对照组和实验组的后测tc值柱形图
对照组是通过观看教师在屏幕上播放的多媒体视频来了解转录翻译的整个过程的，而实验班把上课地点放在计算机房，每4名学生为一组，每组一台电脑，电脑桌面上有教师事先准备好的小游戏。
从结果来看，实验组在学习兴趣、注意度、自主学习能力、氛围几项中与对照组有极显著差异，在合作、表述上与对照组存在显著差异，在自信心上与对照组没有差异。
由此可见，运用模拟实验室的人机互动游戏模式其优点主要在于能调动课堂气氛，使学生对学习的内容更感兴趣，从而在课堂上能对知识点更加关注，由于学生通过亲手实践获得直接经验，自主学习能力得到了一定的提高。
在这里可以明显看到实验组在生生间的合作上比对照组有了显著提高。在课堂上，这款游戏的界面是以英文为主的，所以在小组活动时，喜欢动手的往往是理科见长的学生，而在一旁指点的又是英语见长的学生，这样就很难出现由一位学生包揽任务的情况，合作的情况比较普遍。交流变得频繁，无形中提高了学生的表达能力。
图表中自信心一栏实验组与对照组没有差异的原因可能是任务过于简单。这个小游戏对于高中生来说没有什么难度，对其学习自信心的提高没有明显的影响。
5 对研究结论的反思和建议
《DNA复制和蛋白质合成》在生命科学教材中是一个非常重要也非常抽象的知识点。在本次研究中，除了对照组运用的教师多媒体演示的师生互动之外，实验组探索了人机互动的全新互动模式。从统计学分析来看，人机互动与常规的以师生互动为主的课堂互动模式相较之下，其优势是能很好地调动并维持学生的学习积极性，学生在课堂上对所学内容高度关注，提高了教学的有效性，小组成员之间、小组与小组之间的合作交流也让自主学习的有效性得以提高。因此，研究者认为人机互动的课堂教学模式值得推广，这种互动模式的运用也有助于让教师多媒体演示的平面互动模式更加立体，更加高效。
有些教材内容强调的是生理过程，比如光合作用，有氧呼吸和无氧呼吸，这些内容的教学可以借鉴“中心法则”这节课的人机互动模式，让学生对学习该内容更有兴趣，提高课堂教学的效率。但这种互动模式需要计算机软件研发人员的支持，对于大部分生命科学学科教师来说要完成此项任务是有一定困难的。
参考文献:
[1] 张文新、高峰强、司继伟主编．心理学与教育．山东：山东人民出版社， ，187-240．
[2] 王素燕. 课堂互动，创生智慧，网络科技时代2007，（14），22.
[3]王姝. 课堂教学中如何互动？地理教育，2009，（1），9.
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