K12 教育中的技术整合/互动科学课堂中的技术
技术整合到课堂中是当今教育不断发展的一部分。科学教育领域建立在技术之上。因此，对于教师来说，不断寻找将更多和更新的技术带入他们教授的课程的方式非常重要。本章将概述技术整合到科学课堂中的一个领域。它将涵盖虚拟解剖。本章的第一部分将详细概述基本解剖，然后概述两种可以在课堂上使用的不同且独特的虚拟解剖类型。接下来的两部分将涵盖与在课堂中使用这种类型的技术相关的优缺点。
在普通高中生物学课堂上，解剖是常见的现象。当解剖标本时，会将其切开，以便从外部到内部进行观察。解剖不仅限于动物。植物、岩石和其他物体也可以被解剖。这实际上取决于当时正在研究的内容。基本上，解剖是指打开一个物体，以便检查其内部。最常见的解剖是针对动物的解剖。
许多时候，解剖动物的目的是研究标本的比较解剖结构与人类解剖结构。要解剖的标本类型在很大程度上取决于所教授单元的学习目标。常见的解剖动物包括节肢动物，如小龙虾、蟑螂和蚯蚓，以及脊椎动物，如青蛙和胎猪。这些解剖通常在所谓的湿实验室中进行，或者使用真实标本和真实的解剖设备进行。这为学生提供了一个真实的近距离观察，让他们可以学习。直到最近，课堂上的解剖才相对缺乏技术。使用的技术已经存在了几个世纪，工具虽然结构现代，但同样过时。然而，近年来，计算机辅助虚拟解剖变得越来越流行。
虚拟解剖或在线解剖是在计算机上进行的，而不是在实验室环境中进行。这些解剖基本上是计算机程序。它们可以在互联网上找到，可以下载或从教育软件公司购买，供学生使用。虚拟解剖背后的基本原理是在计算机上进行，无论何时何地，学生想进行解剖都可以。学生不必在真实解剖的那天上课，就可以从解剖中学到材料。他们可以在自己的计算机上加载虚拟解剖来学习真实解剖中涉及的材料。
虚拟解剖可以采用多种形式。每个程序都略有不同，因此了解您希望学生在进行虚拟解剖时学习和体验的内容会影响您使用的程序类型。虚拟解剖主要有两种类型：幻灯片和交互式解剖。首先，让我们了解两种解剖类型中比较简单的类型，幻灯片。幻灯片解剖就是一系列图片。它们来自真实解剖的照片，按顺序排列，从头到尾。然后用标题标注图片，描述解剖的每个阶段。这种类型的幻灯片涉及在某个时间点对真实标本进行解剖。另一种幻灯片虚拟解剖类型是标本的卡通表示。这种类型类似于前面的示例，因为它包含解剖各个阶段的图片，不同的是它使用绘制或计算机生成的图像来表示解剖的每个阶段，而不是真实解剖的实际照片。这种类型通常不如真实解剖或交互式虚拟解剖那么详细。它可以作为真实解剖的补充，提供良好的学习资料。一组学生甚至可以通过合作解剖一个标本并用照片记录下来，来制作他们自己的幻灯片虚拟解剖。
另一种虚拟解剖类型是交互式的。它比只是点击向前和向后箭头要多一点。交互式虚拟解剖是真实解剖的近似表示，但是在计算机上进行的，而不是在实验室中进行。这些交互式解剖的确切细节可能有所不同。大多数情况下它们是动画解剖，所以它们要么是卡通要么是计算机生成的图片，但它们不仅仅是一系列图画。通常情况下，该程序有一个工具托盘，类似于在真实解剖中使用的工具集。使用该程序的学生将使用计算机鼠标来抓取工具并按照解剖说明进行操作。就像在真实解剖中一样，某些工具执行不同的工作。选择手术刀时，学生可以点击标本来将其切开。可以选择针和针来固定皮肤并保持体腔打开。当选择提取器和夹钳时，将移除某些器官和部件，以便更仔细地检查。根据解剖的深度，学生移除的器官也可能被解剖。在这种类型的虚拟解剖中，会提供详细的说明供学生遵循。这些说明包括选择哪些工具、在标本的哪里点击使用工具以及如何进行解剖的下一个阶段。还提供了标本主要特征的详细描述，以便在解剖过程中到达这些特征时使用。这是一个关于虚拟解剖是什么的简要概述。以下是对虚拟解剖及其在课堂中的应用的要点和反驳讨论。将重点介绍和讨论与在课堂上使用虚拟解剖代替真实解剖相关的一些主要优点和缺点。
与更传统的课堂解剖相比，虚拟解剖提供了许多优势。首先，虚拟解剖有效地解决了在课堂上使用传统解剖时遇到的动物权利问题。许多人不同意为了课堂解剖而饲养和杀死动物（青蛙、猫、猪等）；其中一些持不同意见的人是学生本身。根据美国反活体解剖协会 (NAVS) 的说法，该协会的宗旨是“通过以受人尊重的伦理和科学理论为基础并得到对活体解剖的残酷和浪费的大量文件支持的教育计划，促进对动物的更多同情、尊重和正义”，猫和胎猪都是专门为了解剖而培育的，而青蛙是从野外获得的，因为它们无法在人工饲养的条件下繁殖 (NAVS)。每年有 600 万只动物被用于解剖，这是一个令人震惊的信息（国家人道主义教育协会）。此外，动物权利活动家认为，传统解剖“使学生麻木不仁”，并教导他们“我们对动物没有尊重” (eSchool News)。乔治·拉塞尔是《美国生物学教师》期刊的专家和作家，他于 1972 年写道：““这种实验会导致一个人对感觉能力的系统性和渐进性的损害，并产生性格变化，在我看来，即使对没有接受过心理学或精神病学正规培训的人来说也是显而易见的……？” (美国生物学教师)。无论这种影响是否对所有学生都适用，这是一个许多人应该考虑的主题。
虚拟解剖的另一个好处是它们可以方便地访问材料，并且可以重复尽可能多次。这对那些在解剖那天缺课的学生或需要额外练习材料的学生来说非常有用。更不用说，该软件允许成对工作的学生每个人都与材料进行有意义的互动——这在传统解剖过程中并不总是可能的。美国反活体解剖协会主任劳拉·杜塞斯奇博士指出：“拥有[这种]能够重复和强化你的学习体验，并变得高度熟练和知识渊博的能力，是 CD-ROM 解剖可以提供的，但传统的湿实验室解剖却无法提供 (Animalearn)。这种能力无疑丰富了学生的学习体验，并提供了一个令人难以置信的机会来处理困难的概念。因此，许多虚拟解剖的支持者认为，它们在课堂上的使用可以提高学生的参与度，并导致更高的评估分数。虽然表明该说法有效的研究正在缓慢进行中，但有大量研究表明，使用替代解剖方法（包括虚拟解剖）的学生与使用更传统的解剖方法教学的学生的成绩一样好——这表明使用虚拟解剖的学生的学习没有受到这些更现代方法的阻碍 (解剖替代方案)。
除了更人性化和提供有用的学习优势（更好的访问、可重复的过程等）外，虚拟解剖也更容易设置，不会产生任何混乱，更安全，并且总体上比传统解剖更省力 (Lewis, Lough, and Moore-Russo)。学生和老师通常会花费大量时间来设置和清理他们的实验室。在一个 45 分钟的课堂时间里，至少有 15 分钟用于这个过程——只留下了 30 分钟用于真正的学习。对于虚拟解剖，老师只需要在早上打开程序，然后在一天结束时关闭程序。此外，虚拟解剖可以防止学生和老师接触有害化学物质和锋利物体。因此，对安全的担忧大大减少。虚拟解剖提供的所有这些优势——更高的安全性、更快的设置、没有混乱——都加剧了这种越来越受欢迎的课堂解剖方法的优势。
最终，从长远来看，虚拟解剖的成本将远远低于传统解剖，这可能是许多学区做出决定的关键因素。众所周知，许多学区目前都面临着预算紧张的困境，难以为学生提供全面的教育体验。虚拟解剖可以用来提供每年互动课程，而无需购买新的标本和额外设备。根据负责任的医学医生委员会的说法，尽管虚拟解剖的初始启动成本可能高达 2000 美元，但在使用该软件五年后，总节省的金额可能在 300-2000 美元之间，这笔节省的金额可能对学校的整体科学预算产生巨大影响 (PCRM)。通过提供学校可以年复一年免费使用的资源，虚拟解剖最终成为比传统解剖更经济的选择。有了所有这些优势，很容易理解为什么许多学校已经决定或正在考虑在课堂上使用虚拟解剖。
虚拟解剖已成为科学教育中一种流行工具，原因有很多。虚拟解剖可以降低学区的成本并提高某些认知技能。但是，与大多数教育资源一样，虚拟解剖也存在需要考虑的某些障碍。
首先，学生将无法获得观察和与真实标本交互的经验。图像、图表和动画的设计使观看者能够轻松地区分不同的器官、系统和体液。因此，学生以这种虚构的方式学习识别标本的各个方面。当学生与真实标本互动时，他们可以真正看到内部腔室的相似之处。现场解剖迫使学生运用他们的解剖学知识来定位部位。计划在医学领域学习的学生，如果无法在真实生物体上区分结构，将会处于极大的劣势。
其次，现场实验室练习使学生能够使用更多种感官。虚拟解剖排除了嗅觉和触觉的使用，而嗅觉和触觉是在尝试将信息存储在长期记忆中时必不可少的感官。人们认为，学习过程中整合的感官越多，建立的神经连接就越多。这将带来更长时间的更深入的理解。
第三，虚拟解剖允许学生通过简单地单击“撤消”按钮来纠正错误。这是一个受欢迎的功能，因为如果出现错误，可以纠正解剖，学生可以继续练习。科学的基本原则是精确性。对真实标本进行的解剖要求学生按照顺序遵循指示并完成任务。当学生犯错时，这些错误无法通过单击鼠标来撤消，他们被迫看到自己行动的后果。解剖过程中的错误并不一定是坏事。学生必须运用批判性思维技能来解决问题并继续解剖。当个人能够发现自己的错误并从中吸取教训时，他们更有可能记住这些信息。这种基于解决问题的学习方式对于长期记忆至关重要，它几乎被虚拟解剖消除了。
虚拟解剖经常被忽视的另一个障碍是这项技术的时代。各种虚拟解剖程序已经存在了一段时间，但它们在过去十年中变得越来越受欢迎。考虑到历史时间表，大多数希望将这种工具纳入课堂的讲师都没有接受过适当的软件培训。现代技术很棒，但当人们熟悉新程序时，会有一定的学习曲线。教师通常没有做好准备来解决问题或解答他们遇到的问题，这会导致大量时间浪费和学生困惑。当学生感到困惑时，尤其是当他们看到自己的讲师不确定该怎么办时，他们很可能会放弃并将注意力转移到其他地方，而该活动对学生学习没有任何影响。作为教师，避免这种障碍的关键是在将虚拟解剖程序纳入课堂之前，花大量时间熟悉特定的虚拟解剖程序。如果讲师没有投入足够的时间来学习该程序，可能会对学生的认知发展产生负面影响。
我们需要考察的第四个障碍是虚拟解剖的演变。公司面临着不断改进图形、准确性、教育相关性和程序操作整体易用性的合理需求。当软件进行改进时，学区也必须调整其技术才能运行虚拟解剖程序。大多数程序都在 QuickTime 播放器上运行，这通常对学区免费。但是，教师有责任在活动之前检查所有教室的计算机，以确保每台计算机上都下载了正确的 QuickTime 播放器。这对教师来说可能是一个非常耗时的过程，但对于确保一切最新至关重要。
最后，我们不能忘记讨论与虚拟解剖相关的商业方面。人们普遍认为，虚拟解剖可以减少实验室费用，但能持续多久？公司已经开始将材料分解，迫使学区购买一系列程序，而不是单个程序。Digital Frog Shop 创建了一系列程序，以确保适当的兼容性、内容以及学生/教师资源。整个系列和学校适当许可的成本为 2500 美元（不包括税费和培训教师所需的任何额外资金）。如果学区在几年内使用相同的软件，那么最初的高成本值得投资。但是，这些程序非常像教科书，每隔几年需要更新一次，以最大程度地发挥其优势。虚拟解剖的成本效益基于一个主要因素，即特定程序可以利用多长时间。重要提示，虚拟解剖是由试图获利并保持运营的公司创建的。这些公司会找到方法使以前的版本几乎变得无关紧要，以便销售新产品。
目前，大多数学校继续选择传统的湿实验室解剖，而不是更现代的虚拟解剖，这一决定可能是为了解决与虚拟解剖相关的更多负面方面，例如动手参与度较低、快速修复错误以及需要更新软件。但是，随着对动物权利的呼声越来越高、技术成本降低以及虚拟解剖质量的提高，许多学校可能会开始更多地考虑在课堂上使用虚拟解剖。更不用说，随着当前对技术整合的推动不断加强，越来越多的教师可能会开始将虚拟解剖视为对课堂有益的工具，这可能有助于接触到那些原本对科学不感兴趣或被落下学生的群体。只有时间才能证明这种新的软件是否会纳入我们的科学课堂，并取代更传统的方法。在此之前，每个科学教师和学区可能会一个接一个地做出这些关键决定，即如何向学生教授这些基本的科学概念。
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