教育中的变革性应用/分子工作台
分子工作台 (MW) 是一款复杂的建模平台，适用于所有级别的教育，它不仅提供了一个创建交互式模拟的环境，还提供了一个用于构建用户界面和创建指导性学习活动的创作工具。MW 是为数不多的旨在支持教学和学习的软件系统之一。它配备了报告和评估系统，用于收集数据并使用模型和模拟来衡量学习。
此开源（因此免费）软件的副本可以从其主页 http://mw.concord.org 下载。
分子工作台包括一个“模型库”和一个“活动中心”，这两个中心都帮助学生和教师使用该程序并将其定制为他们自己的需求。 “模型库”包含数百个模型，这些模型被组织成化学、生物学、物理学和纳米技术的特定部分，其中大部分是由康科德联盟的工作人员及其合作者创建的。分子工作台程序的“活动中心”部分包含化学、生物技术、化学和生物学领域的一系列完整开发的、课堂就绪的活动。这些包括分子、键和化学反应的 2D 和 3D 交互式模型。此外，还有许多非分子模拟，例如经典力学和量子力学。分子工作台是一个灵活的系统。它允许任何人创建系统支持的任何类型的模型和模拟，并轻松地将其部署到互联网上的任何地方。从教学角度来看，它不仅允许学生通过精心设计、脚手架式的活动学习，还允许他们通过开放式模型构建活动学习，例如 Scratch 和 Phun 的情况。
该程序由康科德联盟开发，旨在帮助为中学生提供分子具体模型，他们可以操纵这些模型以增强他们对所有层级结构驱动功能的基础原理的理解，即使是那些肉眼无法看到的层级。然而，一些主题的覆盖深度使得许多活动也适用于大学的入门课程。
MW 允许学生与基于实时分子动力学 (MD) 计算和可视化的模拟进行交互和实验 [3]。它不是一组动画！分子可视化是使用 java 创建的，可以支持其他应用程序，包括Jmol（可在 http://jmol.sourceforge.net/ 获得），这是一种开源的 Java 化学结构查看器，已嵌入到分子工作台中。Jmol 图像是分子的 3D 虚拟模型，用户可以根据需要对其进行操作，以便全面探索分子，从而帮助增强他们对分子结构的理解。用户还可以为各种分子选择显示类型（球棍模型、空间填充模型、带状模型等），仅此功能本身就有助于破译分子内各种原子的相互作用。用户（学生和教师）也可以根据需要创建新的模型。
“分子工作台”软件还包含嵌入式评估项目和内置学生跟踪功能，允许教师通过各种活动跟踪单个学生或学生群体的学习情况。它还允许学生对他们的工作进行“快照”，这些快照稍后可以合并到报告中或根据需要打印出来。这些“快照”包括用于标记和解释特定“快照”的空间，允许学生在他们使用特定模型或进行特定活动时，在各个阶段描述他们操作的结果。快照还无缝地集成到嵌入式报告模板中，允许学生轻松创建用于自我评估、同伴评估或教师评估的专业外观的报告。
还有教育游戏和活动，同样可以捕获这些活动以用于评估目的。这些嵌入式评估可以由学生和教师以形成性或总结性方式使用。
科学教育工作者呼吁进行彻底的改革，将重点从事实转移到对“重大理念”的深入理解。[2] 生物学和化学中的一个重要理念是事物的结构影响其功能。换句话说，事物的运作方式通常取决于其物理方面。从相对较大的结构到原子水平，情况都是如此。当试图理解化学反应和许多生物学功能的来龙去脉时，能够实际看到和研究化学物质和结构的分子层级结构，可以让人理解为什么它们以这种方式运作。能够放大虚拟模型的细节，缩小以获得概述，或者翻转它以从不同的角度查看它，都可以让人认识到这些微观结构与日常生活中已知的模型之间的相似性。换句话说，能够操纵虚拟分子可以增强人们对为什么这些分子以这种方式与其他分子（反应）相互作用的理解。正如 Wenglinsky 所说，“将概念具体化或说明的活动被证明与学生表现提高相关。”[3]
该程序提供的学习活动类型鼓励采用建构主义的教育方法，从而有助于改变学生的学习体验。但重要的是要注意，该程序创作部分中的脚手架为教师提供了创建和支持更多建构主义活动进入其课堂的工具，这已被证明可以提高科学学习和记忆。[4] 因此，该程序促进了教学和学习的变革。
该程序提供了用户友好的选项来更改此 DNA（脱氧核糖核酸）片段的可视化。请注意，在这个最终版本中，两个不同的磷酸糖骨架很容易区分开来，进一步加深了对“双螺旋”的理解。
这是一个空间填充版本。其他显示选项包括：球棍模型、线框模型、棍模型、Delaunay 三角剖分、Voronoi 图或 Delaunay 和 Voronoi 叠加。Molecular Workbench 包含数百个像这样可以轻松操纵的交互式分子模型，即使是第一次使用该程序的学习者也能轻松上手。他们只需点击分子并拖动鼠标即可。
以建议活动的形式提供脚手架，以防止学习者只是玩模型。请注意，缩放功能非常快，导致查看器在某些可视化中过快地经过特定分子。如果学生“飞过”得太快，教师可能需要演示这个问题以及如何在计算机屏幕上“找到”该分子。
这两个屏幕截图都描绘了小分子在其活性位点或更大酶上的结合位点。请注意，通过选择两种不同的显示模型类型可以观察到视角的变化。左边的那个是糖酵解酶之一的活性位点中的底物（DHAP）的球棍模型。下面的那个是典型的细胞激酶的空间填充镜头，其活性结合位点中有 cAMP（环状腺苷单磷酸）。请注意，cAMP 的球棍模型和这种由球状蛋白制成的巨大酶之间的大小差异很大。
Molecular Workbench 包含许多为中学生设计的不同学习活动。许多人发现这些活动对高等教育也很有用。
左侧的概念图挑战学习者思考一个相关的概念来填补空白。这仅仅是一个例子，说明了Molecular Workbench 的协作性质如何导致各种技术教学工具的融入，包括概念图之类的工具，这些工具传统上不常用于科学教育。
Molecular Workbench 的学习活动部分还包含有关各种主题的优秀模拟，包括膜转运和蛋白质折叠。不幸的是，这些模拟运行起来相当缓慢，因此在向学生展示它们时，请确保提前调出模型，并简单地将其最小化到桌面。
Molecular Workbench 的学习活动部分还提供了一些交互式论文 (IE)。到目前为止，这些论文主要集中在化学方面，但目前正在创建一篇关于渗透的 IE。麻省理工学院博物馆的生物学活动也正在建设中，但几乎已经完成。我特别喜欢关于药物发现的部分，因为该过程是生物技术产业的关键组成部分。
http://www.concord.org/ - 康科德联盟的主页，该联盟是一个非营利组织，提供教育研究和劳动力发展。
http://www.telscenter.org/ - 技术增强科学学习中心 (WISE 的一部分，见下文) 的主页
http://www.wise.berkeley.edu/ - 基于网络的探究科学环境 (主要针对 K-8 教育) 的主页
http://jmol.sourceforge.net/ - Jmol 的主页，Molecular Workbench 中使用的分子建模程序
http://www.pymol.org/ - Pymol 的主页，另一个开源分子建模程序。
http://qutemol.sourceforge.net/ - Qutemol 的主页，另一个开源分子建模程序。
http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/ - Visual Molecular Dynamics 的主页，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校开发和运行的建模和生物信息学程序
http://www.edinformatics.com/mathmol/mm_software.htm - 交互式图书馆 编制的免费分子建模程序汇编。
http://www.umass.edu/molvis/bme3d - 生物分子浏览器 的主页
http://rpc.msoe.edu/cbm/ - 生物分子建模中心的网站
http://www.umass.edu/microbio/rasmol/ - 分子可视化免费软件 - 由国家科学基金会 (NSF) 资助
http://www.umass.edu/microbio/chime/top5.htm - 列出了“前 5 名” 3D 分子可视化技术 (也称为“MolviZ 前 5 名”)
http://proteopedia.org/wiki/index.php/Main_Page - Proteopedia 协作百科全书 (包含 3D 分子模型) 的主页。
该程序由康科德联盟开发，资金来自美国国家科学基金会。Boris Berenfeld 博士和 Robert Tinker 博士在 2000 年获得了最初的资助，以帮助将分子建模引入 K-12 科学教育。
Charles Xie 博士是一位计算物理学家，拥有分子动力学和量子化学方面的专业知识，他开发了这款新的软件“Molecular Workbench”。该软件包括使用“Jmol”（可在 http://jmol.sourceforge.net/ 获取），这是一个用于化学结构的开源 Java 查看器，允许用户操纵各种分子的 3D 模型并根据需要创建新的模型。Xie 博士在程序的这一方面包含了大量的文档和教程，以及一个博客，该博客包含一个历史页面，允许用户按作者或创建的分子类型进行搜索。
该创作功能创建了“草案模型”和互动模拟库，由全球领先的教育工作者创建，类似于 WISE（基于网络的探究式科学教育网站，网址为 http://wise.berkeley.edu）中的那些模型。该程序可以轻松地在 WISE 中使用，这有助于为 K-12 教育工作者创造强大的协同效应，尤其是在这些程序一起使用时。例如，Dalit Levy 博士在 WISE 的 TELS（科技增强科学学习）部分贡献了一个基于 MW 的活动，名为“物质的相和相变”，适用于 9-11 年级学生（见 http://wise.berkeley.edu/teacher/projects/projectInfo.php?id=16999）。
1 ^ Concord Consortium，（不详）。分子工作台。
Retrieved April 2, 2009 from http://mw.concord.org
2 ^ Wiggins，G. & McTighe，J.（2005）。理解设计（第二版）。弗吉尼亚州亚历山大市：监督与课程发展协会。
3 ^ Wenglinsky，H.（2005），明智地使用技术，纽约，
NY: Teacher's College Press, Columbia University
4 ^ Jonassen，D.，Howland，J.，Marra，R.M. 和 Crismond，D。
(2008). Meaningful Learning with Technology, 3rd Edition, Upper Saddle River, NJ: Pearson Education, Inc.