И. В. Дробышева кандидат педагогических наук, профессор

Вид материала

Документы

Содержание Особенности создания и использования электронных учебных комплексов по биологии для студентов биологических специальностей

Подобный материал:

• Федеральными Государственными Требованиями детство примерная основная общеобразовательная, 3629.29kb.
• Федеральными Государственными Требованиями детство примерная основная общеобразовательная, 7829.77kb.
• Декан, кандидат педагогических наук, доцент Е. В. Шустова Доктор педагогических наук,, 538.89kb.
• Программа воспитания и обучения в детском саду, 3936.51kb.
• Программа воспитания и обучения в детском саду, 3919.5kb.
• Программа воспитания и обучения в детском саду, 3924.08kb.
• Программа воспитания и обучения в детском саду, 3718.01kb.
• Л. Р. Муминова доктор педагогических наук, профессор; Е. В. Оганесян кандидат педагогических, 2948.06kb.
• «Слова о Полку Игореве», 3567.27kb.
• Умк занкова Дидактическая система развивающего обучения Л. В. Занкова академик, доктор, 139.44kb.

ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ УЧЕБНЫХ КОМПЛЕКСОВ ПО БИОЛОГИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ БИОЛОГИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ

Н.А. Ивановский

ГОУ ВПО «Волгоградский государственный педагогический университет»

На современном этапе развития науки, в период общей информатизации и широкого распространения нанотехнологий от студентов биолого-химических отделений требуется все более углубленное проникновение в разнообразие внутриклеточных процессов и явлений.

Использование электронной микроскопии, индикаторных опытов и других лабораторных методик не позволяет в достаточной степени установить последовательность, структуру и химизм исследуемых на занятиях реакций, а, следовательно, понять и структурировано усвоить учебный материал. Многие студенты «зазубривают» формулы аминокислот и химизмы процессов, протекающих с их участием, не вникая в ключевые моменты, содержащие основу для эффективного запоминания темы.

Поэтому, при изучении биохимии, на наш взгляд, весьма целесообразно использовать возможности компьютерного графического моделирования. Это послужило основанием создания электронного учебного комплекса «Биосинтез белка» для изучения таких тем курса биохимии как «Биосинтез белка и его регуляция», «Строение нуклеиновых кислот». Кроме того, проводится разработка визуальных моделей сложных для понимания биологических процессов из курса физиологии растений «Фотосинтез» и «Дыхание растений».



Учебный компьютерно-графический комплекс «Биосинтез белка» включает три раздела:

• Особенности биологического кода,
  
• Строение основных структур.
  
• Этапы биосинтеза белка.
  

В первом разделе представлены определение и свойства биологического кода, такие как непрерывность кода, триплетность, вырожденность, неперекрывающийся характер кода и универсальность.

Во второй раздел были помещены сведения о строении и выполняемых функциях биологических структур, задействованных в биосинтезе (ДНК, рибосома, нуклеотид, полимераза)

Третий раздел - главный в теме. На его изучение у студентов уходит наибольшее количество времени по сравнению с другими параграфами. Он содержит подменю, позволяющее обучающимся перейти к изучению реакций транскрипции, трансляции, содержащие также свои этапы (рис. 3,4). Например, если студент выберет этап транскрипции и подэтап элонгации, то его вниманию будет представлена анимация биологического процесса, в котором происходит считывание генетической информации после деспирализации ДНК в ядре клетки. Справа, для лучшего понимания демонстрируемого явления, находится легенда с указанием биологических структур, задействованных на данном этапе.

Последовательность знакомства с материалом студент может определять произвольно. Это может быть линейное, поэтапное изучение учебного материала или выбор интересующего раздела с помощью меню.



Раздел комплекса «Регуляция биосинтеза белка» содержит следующие подразделы:

• Строение гена ДНК, функции его основных участков. (Рис. 3).
  
• Этапы репрессирования синтеза белка.
  
• Регуляция синтеза индуцибельных ферментов
  
• Регуляция синтеза репрессируемых ферментов (Рис. 6).
  

Модели, представленные в этом разделе, позволяют познакомить студентов процессами, происходящими в живых растительных или животных клетках, в начале или во время прекращения синтеза какого-либо белка. Модели сопровождаются комментариями к каждому этапу демонстрируемого процесса. К примеру, анимация, демонстрирующая регуляцию синтеза индуцибельных ферментов, состоит из изображения гена, на матрице регуляторной части которого происходит синтез специфической м-РНК, после чего идет синтез белка-репрессора на рибосоме (все этапы биосинтеза белка), затем аминокислотная последовательность приобретает определенную конформацию, репрессор блокируется лактозой и не соединяется с геном-оператором.

Необходимо отметить, что к созданию комплекса привлекались студенты-биологи. Участи в разработке этого проекта явились существенным фактором познавательной мотивации, поскольку создание модели адекватно, отражающей сущность биологических процессов потребовало подробного и внимательного изучения их деталей. Студенты много работали с дополнительной информацией и вникали в суть, «отделяя зерна от плевел». Студенты инициативной группы проводили первичное тестирование модулей комплекса, помогали выявлять ошибки в их функционировании, проверяли правильность текстовых данных, адекватность и доступность графических моделей и химических схем.

Комплекс был опробован на занятиях по биохимии со студентами естественно-географического факультета Волгоградского государственного педагогического университета. По итогам опроса студентов были отмечены следующие положительные стороны комплекса:

• процессы описаны с применением анимации, позволяющей в интерактивном режиме исследовать причинно-следственные связи изучаемых биологических явлений;
  
• структура комплекса позволяет определять подходящую студенту последовательность работы, контекстный поиск и гиперссылки помогают быстро найти необходимую информацию;
  
• существенно экономится время при многократных обращениях к часто используемым понятиям;
  
• особый интерес вызывает участие студентов в разработке подобных комплексов, поскольку позволяет сформировать полное понимание сути изучаемого и создать востребованный другими учебный продукт;
  

Дальнейшая работа с комплексом идет по следующим направлениям:

• Включение в комплекс еще нескольких добавочных тем из учебных программ по биохимии и физиологии растений.
  
• Разработка дополнительного модуля к каждой теме – раздела с тестированием студентов на уровень запоминания ими представляемой информации.
  

В настоящий момент мы решили реализовать несколько электронно-практических занятий с применением трехмерной компьютерной графики, которая, в отличие от двумерных векторных анимаций, позволяет достичь наибольшей реальности и точности с точки зрения биологического моделирования при изображении анатомических препаратов. Дает возможность изучить все стороны исследуемого предмета, то есть повысить уровень и качество запоминания учебной информации студентами.

Например, нами были смоделированы позвонки человека, применение которых планируется на занятиях по анатомии для студентов 3-4 курсов. Использование в качестве наглядного материала муляжей не всегда возможно из-за их отсутствия или наличия, но в малых количествах. К тому же, многие кости имеют далеко не полное строение и рассмотрение мельчайших деталей делается невозможным.

Для достижения наибольшей правдоподобности в строении визуализированных моделей нами использовалась технология построения 3d-объектов с помощью плоскостных двухмерных моделей части скелета человека в трех проекциях. Предварительно, перед началом работы, исследовались фотографии с изображениями будущей модели сверху, сбоку и спереди и собственно муляжи позвонков. После этого, в редакторе трехмерной графики 3ds MAX создавались объекты методами сплайнового моделирования и полигонального выдавливания (рис 7, 8). Поэтому точность воспроизведения полного анатомического строения структур можно считать высокой.



Созданные нами компьютерные модели могут быть продемонстрированы на дисплее, развернуты в любой плоскости и распечатаны на принтере в виде фотографии. Возможности программы 3Ds MAX позволяют перемещать компьютерные модели в виртуальном пространстве, что позволяет сдвинуть или удалить отдельные элементы для изучения особенностей топографии области.

Кроме того, существует технология импортирования 3d-моделей в специальную оболочку, с помощью которой возможно вращение, уменьшение и увеличение биологической модели без использования программы 3d MAX, затрачивающей большие объемы компьютерной памяти, и чей запуск практически не реален на машинах со «слабыми возможностями».

В целях повышения эффективности изучения анатомических трехмерных моделей на занятии нами были составлены учебные задания, которые студенты должны будут выполнять по ходу изучения различных типов позвонков:

1. После рассмотрения позвонка, у себя в тетрадях необходимо отразить специфику его анатомического строения, связанную с физиологическими и топографическими особенностями. Найти отличия от других типов.

2. Отразить сходства в строении всех позвонков.

3. Как осуществляется соединение позвонков, посредством каких структур, входящих в их архитектуру.

Такой подход ускорит запоминание и сделает деятельность студентов на занятиях более целенаправленной и качественной.

Компьютерные модели - не только наглядное пособие, которое может быть использовано в учебном процессе, они могут быть полезны для планирования хирургических вмешательств, для повышения эффективности рентгенодиагностических методик и в научных анатомических исследованиях.

Таким образом, компьютерная визуализация занятия позволяет подключить к процессу обучения зрительные рецепторы и дополнительные резервы памяти что, в свою очередь, способствует более глубокому усвоению учебного материала студентами и имеет большие перспективы в связи с информационным развитием общества.