范郭昌驊　徐英萍　李建珍

摘 要：生物模擬仿真實驗課件由于其成本低、危險性小、可反復(fù)操作等特點，現(xiàn)已成為生物實驗教學(xué)的一種有效的教學(xué)工具。本文就筆者親身參與生物模擬仿真實驗課件設(shè)計開發(fā)過程中，對于設(shè)計開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)進行了總結(jié)，以期為今后相關(guān)實驗的設(shè)計開發(fā)提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：生物仿真實驗；課件設(shè)計；課件開發(fā)

中圖分類號：G434 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-8454（2009）04-0059-04

一、引言

生物學(xué)是建立在科學(xué)實驗基礎(chǔ)上的自然科學(xué)，科學(xué)實驗不僅是推動生物科學(xué)發(fā)展的重要力量，也是生物學(xué)教學(xué)不可缺少的組成部分。通過科學(xué)實驗培養(yǎng)學(xué)生的實驗基本技能和能力是培養(yǎng)學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)的要求，也是生物學(xué)教學(xué)的重要任務(wù)。[1] 但是在傳統(tǒng)的生物實驗教學(xué)過程中，由于實驗空間的限制，大部分學(xué)生無法全方位觀察到實驗的過程，對于一些操作細節(jié)和難點更是難以重復(fù)演示，每次實驗都會造成實驗材料的重復(fù)浪費，這些都給生物實驗帶來許多困難，難以達到使學(xué)生掌握學(xué)習(xí)實驗基本技能和能力的培養(yǎng)目標(biāo)。[2]

模擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)給生物實驗帶來了新的生機，它組合圖像、動畫、視頻、聲音等多種信息，提供形象逼真的實驗器材和材料，生動逼真的模擬實驗操作過程，成為實驗教學(xué)的一種有效的教學(xué)工具。模擬仿真實驗還具有成本低、危險性小、可反復(fù)操作等優(yōu)勢，受到廣大實驗教學(xué)人員和學(xué)生的歡迎。鑒于此，西北師范大學(xué)教育技術(shù)與傳播學(xué)院楊改學(xué)教授決定開發(fā)一套生物動植物模擬仿真實驗課件。筆者有幸參與了此次設(shè)計開發(fā)的全過程，對于設(shè)計開發(fā)中的一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行了總結(jié)，希望能夠為今后類似實驗的開發(fā)提供參考和借鑒。

二、生物模擬仿真實驗課件的系統(tǒng)設(shè)計

生物模擬仿真實驗課件的設(shè)計開發(fā)是一個系統(tǒng)工程，需要多學(xué)科教學(xué)人員共同參與，各個環(huán)節(jié)認(rèn)真準(zhǔn)備，因此，設(shè)計開發(fā)的準(zhǔn)備工作就顯得尤為重要。

1.模擬仿真實驗課件內(nèi)容的選擇

由于該模擬仿真實驗課件定位是中學(xué)、中職和高校生物動植物實驗的自學(xué)及輔助教學(xué)使用的課件。因此，我們選擇的實驗內(nèi)容必須是中學(xué)、中職和高校生物實驗中都有的實驗內(nèi)容；選擇的實驗內(nèi)容都能涵蓋生物試驗中植物和動物標(biāo)本制作實驗中的多個類別，還具有一定的代表性。通過實際的調(diào)查和需要，我們選擇了植物方面的木槿標(biāo)本制作、淀粉粒的觀察、洋蔥磷葉表皮細胞和金色狗尾草標(biāo)本等10個實驗內(nèi)容，選擇了動物方面的蝴蝶標(biāo)本、家鴿標(biāo)本、家兔標(biāo)本等5個實驗內(nèi)容。

2.模擬仿真實驗體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計

為了加快實驗課件的開發(fā)進度，我們采取模塊化的開發(fā)思想，將所有實驗內(nèi)容按照動物和植物分為兩類，分別制作成DVD光盤。教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計中，我們按照生物實驗的要求，將實驗分解為實驗準(zhǔn)備、實驗步驟、實驗視頻和模擬實驗四個基本的過程，這樣模塊化的分解有利于開發(fā)工作的同步進行。其整個模擬仿真實驗體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

生物模擬仿真實驗的體系結(jié)構(gòu)都是通過Authorware 7.02軟件設(shè)計制作的，目錄下面包括具體的每一個模擬仿真實驗，是一個完整的體系。實驗準(zhǔn)備、實驗步驟部分以文本的形式分別呈現(xiàn)實驗材料、實驗器材、進行實驗操作的詳細步驟以及實驗過程中需要注意的事項，主要是幫助學(xué)習(xí)者了解實驗的具體情況，做好實驗前的準(zhǔn)備工作。

實驗視頻是通過對一個完整的教師實際操作過程的全方位拍攝，運用Premiere pro7.0視頻編輯軟件制作而成。視頻不僅清晰，而且伴有詳細解說，讓學(xué)習(xí)者全面了解整個實驗過程，學(xué)習(xí)者可以通過暫停、回放等功能，仔細學(xué)習(xí)每一個實驗操作技能。

模擬實驗是整個課件的核心部分，學(xué)習(xí)者進入模擬仿真學(xué)習(xí)時，可以操作工具區(qū)的工具和實驗材料，通過拖動、點擊等操作進行交互，按照實驗步驟進行，操作錯誤都有相關(guān)的提示，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者正確操作。在實驗?zāi)M操作完成后，系統(tǒng)會自動詢問“實驗操作完成，是否重新操作該實驗？”如果點擊“是”按鈕，系統(tǒng)就自動跳轉(zhuǎn)到實驗開始，學(xué)習(xí)者進行再次實驗操作練習(xí)。如果選擇點擊“否”按鈕，系統(tǒng)就自動返回目錄，學(xué)習(xí)者可以選擇學(xué)習(xí)其它實驗內(nèi)容。另外，我們在課件的設(shè)計中還加入音樂，讓學(xué)習(xí)者在輕松的氣氛中學(xué)習(xí)實驗的基本技能和能力，學(xué)習(xí)者也可以選擇關(guān)閉音樂。

3.設(shè)計、開發(fā)人員的組成

生物模擬仿真實驗課件的開發(fā)是一項系統(tǒng)工程，需要生物學(xué)科、教育技術(shù)學(xué)科等多學(xué)科人員的共同參與。在設(shè)計開發(fā)過程中，為了保證開發(fā)工作的效率和質(zhì)量，我們成立了專門的開發(fā)團隊，有生物學(xué)科專家、生物學(xué)實驗教師、生物學(xué)學(xué)生、信息技術(shù)教師，軟件設(shè)計、教學(xué)設(shè)計、計算機教師、播音以及美工人員等。為了便于管理，我們將所有的人員分為平臺搭建組、界面設(shè)計開發(fā)組、技術(shù)攻關(guān)組及素材處理組，各個小組同時進行設(shè)計開發(fā)，保證了開發(fā)的效率。

三、生物模擬仿真實驗課件的系統(tǒng)開發(fā)

此次生物模擬仿真實驗課件的系統(tǒng)開發(fā)是嚴(yán)格按照軟件開發(fā)的流程，包括教學(xué)設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計、腳本編寫、素材加工、程序?qū)崿F(xiàn)、試用修改和產(chǎn)品出版等各個環(huán)節(jié)。[3]下面主要就本課件核心部分的設(shè)計與實現(xiàn)過程進行介紹。

1.設(shè)計開發(fā)工具的選擇

工欲善其事，必先利其器。選取優(yōu)秀的開發(fā)工具是課件開發(fā)成功的基礎(chǔ)和保障。此次課件開發(fā)的思想是選取的開發(fā)工具技術(shù)難度低、跨平臺性好、交互性好、界面美觀。

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)Visual Basic、3D MAX、Macromedia Flash等軟件都具有開發(fā)課件功能，但是通過比較和實際經(jīng)驗，我們選擇了Macromedia Flash 8作為我們模擬實驗?zāi)K開發(fā)的主工具。該軟件是矢量圖形編輯和動畫創(chuàng)作專業(yè)軟件，本身具有強大的動畫創(chuàng)作功能，還自帶了面向?qū)ο缶幊痰腁ctionScript 內(nèi)置腳本語言，這極大地增加了課件設(shè)計及創(chuàng)作的自由度，開發(fā)者在不必編寫大量程序的情況下就能夠輕松開發(fā)出交互性極強的仿真實驗。

Authorware 7.02軟件是一種基于圖標(biāo)和流線的多媒體開發(fā)工具，該軟件最大的特點在于能夠?qū)⒏鞣N文字、圖片、聲音、視頻等素材進行組合，而且其交互性非常好，因此，選擇其作為課件平臺搭建的工具軟件。在開發(fā)過程中，我們還使用了其它一些工具軟件，Adobe Photoshop CS用于處理圖像，Cool Edit音頻編輯軟件處理聲音信息，Premiere pro7.0視頻編輯軟件用于編輯實驗視頻，這些軟件都輔助生物模擬仿真實驗課件的開發(fā)。

2.平臺的搭建與實現(xiàn)

生物模擬仿真實驗課件的平臺是運用Authorware 7.02軟件搭建的，分為動物實驗課件平臺和植物實驗平臺兩部分，其平臺的體系結(jié)構(gòu)是相同的，都有三層。第一層結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要是首頁、按鈕、課件標(biāo)題文本和各個實驗。第二層結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要是背景、音樂開關(guān)、菜單以及實驗的四個部分。第三層是實驗的具體每一步驟的實現(xiàn)，包括文本、視頻和模擬實驗的嵌入。

視頻的嵌入方法：雙擊【實驗視頻】群組圖標(biāo)，進入第三層，拖動【數(shù)字電影】圖標(biāo)到主流程線上，右擊【屬性】菜單，單擊【導(dǎo)入】按鈕，導(dǎo)入實驗視頻，進行屬性設(shè)置后即可。嵌入模擬仿真實驗方法：雙擊【模擬實驗】群組圖標(biāo)，進入第三層，單擊【插入】【媒體】【Flash Movie】菜單，彈出【Flash Asset Properties】對話框，單擊【Browse...】按鈕，然后選擇自己的模擬實驗，最后單擊【OK】按鈕即可將Flash 文件導(dǎo)入Authorware 7.02流程圖中，完成模擬實驗在平臺中的嵌入。

3.界面的設(shè)計與實現(xiàn)

模擬仿真實驗的界面是學(xué)習(xí)者和計算機進行交互的平臺，學(xué)習(xí)者在操作過程中獲得反饋信息以便繼續(xù)下一步的操作。因此，交互界面的設(shè)計對于我們的模擬實驗至關(guān)重要。在此次生物模擬仿真實驗的設(shè)計中，我們的界面設(shè)計如圖4所示。

我們將實驗的操作平臺分為實驗工具材料區(qū)和實驗操作區(qū)，如此劃分的目的在于，使學(xué)習(xí)者明白實驗所用到的材料和實驗儀器工具，明白實驗的操作順序。在實驗工具材料區(qū)，我們將儀器和工具都做成按鈕元件，不僅便于控制和操作，而且當(dāng)學(xué)習(xí)者將鼠標(biāo)移到其上時，自動變大，這樣可以防止錯誤的操作。在實驗過程中，我們對于下一步的操作用紅色閃爍箭頭標(biāo)示，學(xué)習(xí)者可以很方便地找到需要的儀器繼續(xù)實驗。

在軟件的測試過程中我們發(fā)現(xiàn)，其實很多學(xué)生對于實驗過程并不熟悉，操作過程中存在交互問題，因此我們設(shè)計了實驗注意和實驗提示區(qū)（如圖4所示），集中在操作區(qū)的左上角，對實驗的下一步操作進行提示，以免造成學(xué)生的誤操作。實驗注意事項則主要是對實驗中的重點和需要注意的問題，給學(xué)生以提示，確保學(xué)生在操作過程中熟記每一步的操作技巧和要領(lǐng)。

4.微觀技術(shù)的實現(xiàn)

生物學(xué)科由于其實驗對象的特殊性，許多實驗都是需要進行微觀操作的，比如本課件中的木槿標(biāo)本、洋蔥磷葉表皮細胞、淀粉粒的觀察以及蝴蝶標(biāo)本等都需要微觀操作，如圖5所示。

對于模擬實驗中的微觀技術(shù)我們采用了Flash中的“遮罩層”，如圖6所示。它是Flash中一個非常特殊的功能，利用它可以實現(xiàn)特殊形式的動畫。如果將某一層設(shè)為遮罩層時，其下一層就是被遮罩層，遮罩層的圖形可以是任意圖形，如圖5中就是一個圓形，這就是“視窗”。Flash播放時，被遮罩的對象就是通過“視窗”顯示出來，而視窗之外的東西就被遮罩住了。[4]

如圖6所示，遮罩效果的實現(xiàn)方法具體如下：首先，在原圖層上新建圖層并命名為“大標(biāo)本”，然后將原圖放大到適中后插入到該圖層，并移動使其與原圖的位置基本吻合。其次，在“大標(biāo)本”層上新建層并命名為“遮罩層”，在遮罩層上新建層命名為“遮罩框”，然后用工具區(qū)的圓形工具繪制圓形，并調(diào)整大小和透明度，將其移動到適合的位置。將圓形的內(nèi)部作為遮罩部分，留在遮罩層，將圓形的邊框剪切后粘貼到“遮罩框”層。最后選中遮罩層右擊，將該層設(shè)置為【遮罩層】命令，圖層自動鎖定，這樣就形成了如圖5的放大鏡效果，形象逼真。這樣的顯示效果有利于學(xué)生理解實驗操作的技巧。

四、結(jié)束語

通過后續(xù)的課件調(diào)試、評價以及封裝等工作，整套課件現(xiàn)已開發(fā)完成，該生物模擬仿真實驗課件擬于2009年在高等教育出版社出版。雖然設(shè)計開發(fā)的工作告一段落，但是整個設(shè)計開發(fā)過程中出現(xiàn)的一些問題還是需要我們注意，視頻素材的處理技術(shù)，F(xiàn)lash的高級腳本語言的編寫，以及開發(fā)人員的有效組織和協(xié)調(diào)的問題，還有在具體實驗教學(xué)中如何更好的運用該課件的問題，這些都需要我們持續(xù)地關(guān)注和研究。

參考文獻：

[1]陳繼貞，張祥沛，曹道平.生物學(xué)實驗教學(xué)研究[M].北京：科學(xué)出版社，2004：33.

[2]高原，楊改學(xué).生物標(biāo)本制作多媒體仿真實驗課件的設(shè)計與開發(fā)[J].現(xiàn)代教育技術(shù).2008（10）：114-117.

[3]南國農(nóng)主編.信息化教育概論[M].北京：高等教育出版社，2004：165.

[4]王琳，吉逸.基于FLASH技術(shù)的虛擬仿真實驗開發(fā)[J].電腦知識與技術(shù).2007（17）：38.

（編輯：隗爽）