2009年6月26日

數位遊戲在生物教學上的應用

生物科的內容從細胞、生理、演化、分類,一直到環境議題,包含了非常廣泛的概念。不同的概念會用到不同的教學法,有些適合多媒體,有些則適合課堂討論。

為了提高學習的動機與氣氛,在場地和時間允許的情況下,我喜歡在教學時適時適度引入數位遊戲。然而數位遊戲這麼多,哪種才適合應用在生物教學呢?

我的考慮包括以下幾點

  • 有沒有教育性?這遊戲是純粹好玩,還是能從裡頭學到東西或是協助評量。
  •  有沒有必要性?從這遊戲想得到的東西,能不能只用口語或者其他更簡單的教具來獲得?
  • 遊戲怎麼進行和花不花時間?有些遊戲適合帶去電腦教室全班一起玩,有些則是適合一個人玩給全班看此外,如果是帶去電腦教室進行,我希望遊戲時間夠長,可能是數分鐘到半節課;若是一人展演的遊戲則時間必須夠短,最好是數十秒就結束。

利用數位遊戲融入生物課程的教學介紹,茲介紹在後,有些是過去幾年的教學實例,有些則是尚在規劃,是還沒實際進行的教案。





血型鑑定與輸血

在「血液循環」及「人類的遺傳」中,會介紹到ABO血型,也許還會介紹到O型是全能輸血者,而AB型是全能受血者。


諾貝爾獎網站上有Educational Games的專區,內容包括各領域諾貝爾獎的研究,其中發現血型系統的蘭德施泰納,是在1930年獲得了諾貝爾生醫獎,網站中有利用血型鑑定及輸血這些概念而設計的遊戲   Blood Typing。

http://nobelprize.org/educational_games/medicine/landsteiner/landsteiner.html

這個課程所需的時間是一節課,我帶學生進入電腦教室,先用廣播系統介紹紅血球上的表面抗原和抗體結合情形、ABO血型的判定,以及蘭德施泰納的故事,然後才進入這個遊戲。

玩家扮演的角色是為三位病人抽血、驗血和輸血,只有真正了解血型判定,才能給予適合的血袋治癒病人。最後遊戲會根據玩家的表現給予不同的分數,學生所需做的就是將分數抓圖之後寄給我,而且還要用小畫家在圖上寫心得給我。





演化

一直以來,我們都是用長頸鹿的例子來說明達爾文的物競天擇,但天擇的過程很難以動態呈現,而以下這兩個遊戲正可解決這樣的難題。
http://science.discovery.com/interactives/literacy/darwin/darwin.html



遊戲的目的是讓該生物能夠活過一百萬年,玩家要先挑三個個體放進場景,隨著時間進行會出現不同的事件,例如暖化、低溫或是出現掠食者等狀況,玩家在遊戲中能夠進行兩次的突變,在場景中產生不同性狀的個體。不同的性狀適應不同的環境,例如,有些身上有斑紋的就比較容易躲過掠食者的攻擊,有毛的比較不怕冷,但是會怕熱。

玩家從一開始選三個個體時,就必須要了解「性狀差異越大,能存活的機會就越大」,因此必須選擇性狀各異的個體。而遊戲途中的事件正是物競天擇的應用,如果場中都是怕冷的生物,偏偏此時來了大風雪,那麼這些生物將會絕種。為了能在逆境中生存,這些生物得要有相異的性狀。

我認為這是適合在課堂中玩給大家看的遊戲,不過因為遊戲進行的步調太快,不大適合講解,所以我最近也模仿它,寫了一個適合在課堂授課使用的遊戲,不過目前還在測試中,等過一陣子就會發佈出來。



以下這同樣是適用在課堂授課的演化遊戲,目的是模擬天擇如何影響這些生物手的長度
http://www.biologyinmotion.com/evol/index.html


玩家經過設定改變Selection Strength和Mutation Rate。Selection Strength越大,代表手越長的生物才容易抓到獵物,若是 Selection Strength等於0,則存活與否和手的長度無關。另外,Mutation Rate則代表突變機率。

若是用在讓學生自行操作,則需要先設計問題讓學生操作之後來回答,例如不同的Selection Strength如何影響性狀。




解剖青蛙
http://www.froguts.com/flash_content/index.html

青蛙解剖的實驗從很早以前就從國中的生物課程裡刪除了,但透過數位遊戲的模擬,也能夠體會解剖的過程和觀察的重點。

這個動畫最初只是2001年作者的畢業專題,但是受到許多人的歡迎,所以經過大規模的修改之後,現在已經轉為商業網站了,目前可以免費使用的只有外型觀察和解剖的部份,若是需要其他內部器官的觀察課程,則需要付費。

我利用這個遊戲來教學的時機,是在教完循環、呼吸、生殖等動物生理之後,然後安排一節課到電腦教室,先帶領學生認識從解剖到內部觀察的過程,因為介面是英文,所以我會給學生一張中英對照表,以便讓學生能夠瞭解其中所指的器官為何。接著就讓學生自行操作,通常學生最感興趣的還是動刀動剪的過程,至於後續的觀察往往流於形式,只是順著指示一路按下去,為了補足這一點,應該是設計一張活動單,內容包括各部位的填圖,以及解剖流程。



病毒傳播
<<這個部份更多的介紹,我寫在病毒大流行殺手流感Killer Flu>>

Pandemic一代
Pandemic http://www.crazymonkeygames.com/playnewpandemic.php




Pandemic二代
Pandemic 2 http://www.crazymonkeygames.com/Pandemic-2.html




Kill flu
http://www.clinical-virology.org/killerflu/killerflu.html



國中生物課程無涉及病毒或是疾病的傳播模式,所以這個課程主要是在外加的課程裡進行。而最近正值H1N1新流感的流行,所以這個課程也是順應時事而進行。

課程的起點是從病毒的構造開始,介紹以下幾個重點

  •   認識普通感冒和流感的不同
  •   認識流感病毒的構造
  •   瞭解為什麼流感不能終身免疫,認識Antigenic Drift
  •   這波新流感怎麼來的,認識Antigenic Shift
  •   玩病毒大流行的遊戲Pandemic,以不同的角度體認大流行傳染病的發生情形

以上共有三種遊戲,玩家所扮演的角色都是病毒,目標都是感染人類。前二種分屬於一二代,遊戲方式皆相同,玩家花費感染所得到的演化點數,去修改自己的傳染方式和致病性,以求在人類還沒發現之前,或是研發完成疫苗之前,迅速感染全世界。如果致死力太強,則各國政府會迅速反應,關閉港口和機場,如此病毒便無法再繼續感染其他地區了。

前二種的遊戲中,內容有許多疾病的英文單字,所以在讓學生遊戲的時候,我會先印一份有中英對照的單子,讓學生能夠對照。最後的評量方式就是看學生能在多少天內達到全球大流行。

以下是其中一位學生的遊戲策略和心得:

「剛開始,必須等待哪一洲的人有得到流感,並且增加感染力,盡力的控制致死率即可見度,避免人類發現病防治。若一開始是中國感染到流感,可用"體液傳染"增加該地的病情及感染人數,再來可以讓病毒擁有水傳染的功能,使各地開始都有病例發生。潛伏期及體外生存也是很重要的一個選項,可降低人類的警覺心及病毒的生存率,再來,耐熱性及耐濕性可讓病毒傳染到較潮濕、較熱的地方。待各洲都有人感染了此流感後,便可增加病毒的致死率,比如說"器官衰竭"、"組織壞死",並注意各國機場及水源處是否關閉,若關閉數過多,便必須減少病毒的致死率及感染力,讓人類認為流感的並意已經減輕,紛紛開放機場、水源及國界,在趁著這時,大幅增加病毒的致死率,讓人類措手不及的迎、接、死、亡。」

這真是一款有趣的遊戲,人類通通死光的感覺真好~~((全身暢快
既可以學習"病毒",也可以學習"如何運用策略",孫子兵法就可以派上用場了(?)
死吧!通通死吧~~!!最好死的不明不白、血肉四濺,死到自己都感到冤枉吧!(好獵奇)」

相對於前二種遊戲,第三種遊戲的門檻比較低,玩家所作的是盡可能的感染人類,然後將被感染者送至專屬的建築中繼續感染其他人。遊戲包含兩種模式,一種是屬於季節性流感的感染,玩家需要針對不同的對象,改變抗原的形式才能夠順利感染。第二種模式則是把重點放在快速將感染者移動到各處,感染其他人。

讓學生玩這遊戲的目的,若是在「瞭解病毒的傳播模式」,那麼我認為第一種遊戲,會是比較適合的。因為操作比較簡單,而且遊戲時間比較短,約只要10分鐘,而且更能達到教學目標。



Spore玩演化


美商藝電在2008年發行了一款遊戲,名為「SPORE」,其中「遊戲角色的設計」,此功能被獨立出來提前發布,並且有試用版可以下載,稱為「創意大師」。

我想這款「創意大師」可以應用在「生物的適應」這個教學概念,教師可以設計許多種棲地讓學生隨機抽取,然後在這個遊戲中設計角色,角色的形質特徵適應該環境而產生,例如若是在快速流動的水中則必須要有流線型的體型,或是具有強壯的固定構造(例如吸盤),而評量方式就是為這個幻想生物撰寫生活史、特徵、習性。結合各種不同的生物的介紹之後,就可以收成一本「幻想生物圖鑑」




神經系統

神經系統裡的活動都是學生很感興趣的內容,像是後像、適應或是反應時間的測定。在網路上也有許多遊戲可以融入在神經系統的教學,例如我們講到看紅燈踩煞車,這件看似為反射動作的意識行為,其實是因為它已經變成自動化的行為。

以下這個遊戲就是玩一種自動化的行為-Stroop Effect,非常適合在班上請一位同學示範。玩家必須辨認圖中文字的顏色,例如下圖裡的「黑色」字樣,是白色的顏色,所以必須在底下選右下角的白色。但由於文字辨識已經成為我們自動化的歷程,所以我們會因為這樣而誤選。

http://flashfabrica.com/f_learning/brain3/brain03.html



另外在談到記憶的時候,這個瞬間記憶非常適合拿出來玩,也同樣適合請一位同學上台示範。
http://flashfabrica.com/f_learning/brain/tw_brain.html




玩家必須在短暫出現的畫面中,快速記憶數字的位置,在數字蓋起來之後,以正確順序點選。看似簡單的遊戲,其實困難重重。令人吃驚的是,日本京都大學的靈長類研究所讓黑猩猩和人類作這項實驗,結果發現,五歲的黑猩猩竟然比成年人的能力還強。





反應時間的測定在我們的課本實驗中都是用接尺來進行,其中會有很大的誤差,在時間允許的情況下,其實可以改用數位遊戲來協助測量。只要用「reaction time」上網搜尋就可以找到許多不同形式的遊戲,都可以用較精確的方式測量反應時間。



這種是看到紅點變成黃點,就按下滑鼠
http://www.mathsisfun.com/games/reaction-time.html




這種是紅色方塊變成綠色方塊,就必須按下按鍵
http://www.humanbenchmark.com/tests/reactiontime/index.php




這種介面就比較有趣了,只看到綿羊跑出來就射箭,綿羊會被箭射中而睡著,射了五次之後,遊戲會統計你的平均反應時間。
http://www.bbc.co.uk/science/humanbody/sleep/sheep/reaction_version5.swf




結語

雖說拿遊戲融入教學似乎是種很炫的作法,不過要很小心遊戲帶來的迷思概念。

像是病毒感染人真的就可以獲得點數嗎?
病毒可以主動選擇改變抗原嗎?
醫院真的會用O型血輸給任何的病人嗎?
我們可以在災難來臨時任意產生突變,好讓我們活下去嗎?

克服遊戲的迷思概念,其實就是教學設計者的責任了,怎麼做?我也沒個想法,有興趣的提出看法討論討論。

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