優秀論文:《恰當類比,輕鬆理解染色體組》微課設計案例——陝西張建衛

巧妙製作微課，輕鬆解決難點

——《恰當類比，輕鬆理解染色體組》微課設計

在筆者所從事的生物教學研究中，兩個概念同時出現、相互解釋的現象比較常見，如「血管」和「血液」、「染色體組」和「二倍體」等。這些概念組有些理解起來比較困難，比如「染色體組」和「二倍體」。原因有二：一是這兩個概念都很抽象，教學中很難把它們具象化，給學生認知造成了很大障礙；二是在生物進化過程中，不同生物體的染色體來源可能不同，有些來自同種生物，有些來自不同種生物，僅依靠語言描述很難使學生形成準確認識。

能否通過巧妙的教學設計以及形象的表現手法，來降低這類概念的學習難度呢？筆者製作了「巧用類比，輕鬆理解染色體組」微課，請掃描下面二維碼，觀看此微課。

                      

在筆者的經驗中，對於抽象概念可採用「類比」的方法來突破認知難點。其關鍵在於找到抽象概念與學生熟悉的生活之間的聯繫。那麼，「染色體組」「二倍體」這些概念可以用什麼樣的生活案例來類比呢？

經過長時間的醞釀、思考，筆者找到了一個非常貼切、形象的類比事物——撲克牌。我們可以用撲克牌的不同花色代表不同的物種，點數A—K表示常染色體，用大小王來分別表示性染色體（X和Y）。這樣剛好契合了染色體（組）概念的三個重要屬性：來源、常染色體、性染色體。

  

類比果蠅體細胞染色體 

在本微課的教學設計中，筆者用黑桃223344XX和223344XY分別類比雌、雄果蠅的染色體組成，用黑桃234X和234Y表示果蠅的染色體組。由於學生對撲克牌相當熟悉，有了撲克牌作類比，他們就能根據撲克牌的特徵準確完成染色體組相關概念的建構。

為什麼有效的「類比」能夠提高學習者的理解力呢？認知心理學中的「認知負荷理論」可以解釋這個現象。

該理論認為，學習的負荷分為內部認知負荷（由學習材料本身的難度帶來的）、外部認知負荷（由信息的組織方式和呈現方式不當帶來的）以及相關認知負荷。要想降低認知負荷，關鍵在於增加「相關認知負荷」，用各種方法幫助學習者建構出對信息進行加工和處理的「圖式」，並促進圖式的自動化。對於抽象的知識，學習者頭腦中難以建構出理解這些知識的相應圖式，因而學習者大腦中的認知負荷就會非常大。

【王珏老師批註】「認知負荷理論」是認知心理學一條對教學非常有用的理論，詳情可參見王珏老師的《（微課）教學設計重磅理論："認知負荷理論"圖解（1）》、《認知負荷理論圖解（2）——「信息打包」》。——本段不在原文之中

採用「類比」教學法，可以把抽象、複雜、難以感知的高認知負荷的知識，轉化為熟悉、簡單、易於理解的低認知負荷的生活化例子，藉助二者的聯繫，實現對高難度知識進行處理的「圖式」形成，因而大幅降低學習者的認知負荷。

運用同樣的思路，本微課用撲克牌類比的方式，逐次呈現染色體組、二倍體、四倍體、三倍體、同源多倍體、異源多倍體及其形成過程，分別從生殖細胞和體細胞兩個角度進行辨析，實現了知識由易到難地逐次呈現，在知識的不斷深入中很好地突破了重難點。

在媒體設計方面，筆者注重採用「可視化」的知識表達方法。視覺通道在人腦中處於絕對優勢地位，不僅傳遞的信息量大，能有效吸引注意力，而且視覺化的表達方法也更加形象直觀，情境感更強，更有利於學生學習。

【王珏老師批註】「可視化」的知識表達原理可參見王珏老師的《優質微課設計的「四化」模型及其心理學原理》。——本段不在原文之中

例如，在講到「用黑桃223344XX和223344XY分別表示雌果蠅和雄果蠅染色體組成」，以及「用黑桃234X和234Y表示果蠅的染色體組」時，筆者就相應地製作出了這些撲克牌組的形象（如圖1），實現了信息表達的「可視化」。

  

類比果蠅體細胞染色體 

          

類比果蠅生殖細胞染色體

圖1 撲克牌與果蠅細胞類比圖

第一步：框架構思階段

在撰寫解說詞前，理清思路是非常重要的。因此，筆者首先對「染色體組」相關的概念如何類比、講解順序等進行了梳理，並利用NovaMind 5.0軟體繪製了一幅思維導圖，為撰寫解說詞和課件製作理清脈絡。

第二步：素材搜集加工

由於本微課主要採用撲克牌作類比，因此必須要找到可用的撲克牌素材。筆者在網上找到一副撲克牌的整幅圖片，利用Fireworks 8.0軟體按照統一尺寸對每一張撲克逐一進行裁剪、命名，並根據需要，將大小王進行改造，最後形成全套撲克圖（如圖2）。

                                             

圖2 改造後的撲克

第三步：撰寫解說詞

根據上述思維導圖中的框架設計，將講解過程全文寫下來，形成逐字稿的解說詞，並通過反覆多次誦讀，對解說詞進行修改，力求解說詞準確、精煉、口語化，儘量貼近學生認知水平和接受習慣。

第四步：製作PPT演示文稿

筆者使用了PowerPoint 2016來製作演示文稿。PPT製作過程中主要關注兩點：一是結構條理化。演示文稿「概念辨析」部分的設計遵循由易到難的認知規律；「起源相同，一步到位；起源不同，分種類推」兩句話，既實現了概括小結，又教給學生判斷方法；最後通過舉例和練習強化認知，達到概念建構。二是表達形象化。利用PowerPoint 2016的切換、動畫等功能實現視覺化表達，配合以口語化解說，降低學生認知門檻，實現學習內容通俗易懂、學習過程輕鬆愉悅。

【王珏老師批註】：張老師對PPT的理解相當到位。簡單說，PPT設計思想就是兩點：一是結構化，二是情境化。其知識表達原理可參見王珏老師的《優質微課設計的「四化」模型及其心理學原理》。具體PPT設計製作技巧，可到本公眾號首頁輸入'pptN'

第五步：錄製音頻文件

為了錄製出理想的語音，筆者通過多次嘗試，最後在一個相對封閉的房間中，對照解說詞，用手機錄製音頻，並用Audacity軟體對音頻文件進行降噪處理和簡單剪輯。

【王珏老師批註】：Audacity降噪技巧請見《微課錄製噪音大怎麼辦？Audacity——降噪利器！》——本段注釋不在原文之中

這樣做的好處是：手機錄製方便快捷、噪音較小。為了便於後期音畫合成，配音時需要考慮相應內容的PPT動畫時長，需要做到大體呼應。

第六步：錄製屏幕及後期編輯

微課的畫面（PPT）和配音講解都準備好後，筆者採用了Camtasia Studio 8.6對PPT進行全屏錄製。

【王珏老師批註】：可到本公眾號首頁輸入'cs'學習camtasia視頻教程

錄製時，先播放手機中的音頻文件，根據音頻節奏來控制PPT畫面播放的節奏，以實現畫面與聲音的同步。筆者在播放PPT的過程中，全程使用了鍵盤中的方向鍵（下箭頭）進行翻頁，以減少滑鼠點擊聲，以及滑鼠光標晃動等因素的幹擾。最後，利用Camtasia Studio將錄屏文件和音頻文件進行合成，並導出mp4格式的視頻，整個微課製作過程便告結束。

本節微課通過教研組內部傳播及網絡發布以後，老師們普遍反映，在教學使用過程中，利用撲克牌類比染色體組進行教學的效果，要遠遠好於以往利用雙手類比的效果，教學過程輕鬆多了。很多學生也反映，只要心裡有一副撲克牌，再也不怕分不清染色體組和多倍體了。

通過本微課設計製作的實踐，筆者體會到，正是由於微課通常是在「師生分離」的場景下使用，因此我們應該更加精心地進行教學設計，更加關注學習者的思維特點和認知特點，更加重視「媒體設計」對高效知識表達的作用。

張建衛老師的微課《恰當類比，輕鬆理解染色體組》是一節既能體現微課設計製作「精」的技術特徵，又能滿足學生自主高效個性「學」的教學理念的好微課。該微課的主要特色與亮點有以下幾點。

1.基於重難點選題，微課教學價值大

微課抓住了高中生物學科教學中學生難以理解、容易混淆且常規教學方法難以突破的重難點知識（染色體組等概念理解）和最關鍵的教學環節（染色體組的變化）來設計製作微課，既能充分發揮微課的多媒體呈現、交互性強的技術優勢，又能滿足學生個性化學習的需要，突破難點知識的理解障礙，教育教學價值較大。

2.PPT課件製作精細，可視化學習效果好

張老師對教學內容作了精細化分解（微課知識點的組塊化），並隨著微課教學推進逐步呈現，同時配有手寫筆的批註圈畫功能，實現了微課教學的「音畫同步」和「動態呈現」，利於抓住學生的眼球（注意力），調動學生多種感官參與微課學習與思考，符合學生的認知規律，達到了良好的可視化學習效果。

3.教學方法選用恰當，微課標題有吸引力

本微課的內容看似簡單，其實關係複雜：一是染色體組的相關概念多，學生易混淆；二是這部分內容新且陌生，學生原有的認知經驗準備不足；三是染色體在不同條件下組合形式複雜多變，學生難以準確把握規律。張老師採用的「類比法」（用撲克牌的花色、點數與大小王對應染色體來源、常染色體、性染色體），在熟悉的生活經驗（原有的認知）與陌生的科學概念原理之間建立起清晰對應的邏輯關係，並能產生學習遷移，有效縮短了認知鴻溝。

4.採用多種微課技術，細微之處顯工夫

本微課除了採用大家非常熟悉的PPT課件製作技術外，還在一些關鍵的教學環節採用了其他技術工具軟體，起到了「畫龍點睛」的作用。

一是運用思維導圖軟體（NovaMind 5.0），梳理微課的知識結構體系，建構微課知識地圖（圖譜），這樣既可突出內容重點，又能防止知識遺漏，讓學生「知其然，更知其所以然」。

二是運用Fireworks軟體（一款網絡圖形設計編輯軟體，可輕鬆地製作十分動感的GIF動畫）呈現撲克牌的發牌過程。這個過程在幾處出現，時間非常簡短（但卻非常重要），通過動畫模擬不同花色的撲克牌的發放過程，形象生動地反映了不同條件下染色體的組合排列組織，學習效果一目了然，印象深刻。

三是運用Audacity軟體對教師講課的音頻文件進行降噪處理和簡單剪輯，使微課語言表達更準確、聲音品質更清晰；並在後期編輯過程中將錄音聲音文件與PPT畫面內容一一對應，同步吻合，達到微課視頻「音畫同步」的效果。

當然，本微課也有一些小瑕疵和有待完善的地方。例如，微課視頻的片頭有12秒鐘的動畫，沒有實質性教學意義，時間偏長；PPT課件背景偏淡黃，過渡方式單一，PPT背景左下角的GIF動畫（轉動的小地球儀）易分散學生注意力，幹擾學生學習；整個PPT可適當增加不同物種染色體結構的真實圖片、對比表格或視頻動畫；微課學習的交互功能薄弱，如在微課教學時可出現「請暫停微課進行思考練習」等提示性語言或標註；課後練習與拓展資料可做成「二維碼」連結，讓學生可以在課後自主選擇學習。