K12 教育中的技術整合/互動科學課堂中的技術
技術整合到課堂中是當今教育不斷發展的一部分。科學教育領域建立在技術之上。因此，對於教師來說，不斷尋找將更多和更新的技術帶入他們教授的課程的方式非常重要。本章將概述技術整合到科學課堂中的一個領域。它將涵蓋虛擬解剖。本章的第一部分將詳細概述基本解剖，然後概述兩種可以在課堂上使用的不同且獨特的虛擬解剖型別。接下來的兩部分將涵蓋與在課堂中使用這種型別的技術相關的優缺點。
在普通高中生物學課堂上，解剖是常見的現象。當解剖標本時，會將其切開，以便從外部到內部進行觀察。解剖不僅限於動物。植物、岩石和其他物體也可以被解剖。這實際上取決於當時正在研究的內容。基本上，解剖是指開啟一個物體，以便檢查其內部。最常見的解剖是針對動物的解剖。
許多時候，解剖動物的目的是研究標本的比較解剖結構與人類解剖結構。要解剖的標本型別在很大程度上取決於所教授單元的學習目標。常見的解剖動物包括節肢動物，如小龍蝦、蟑螂和蚯蚓，以及脊椎動物，如青蛙和胎豬。這些解剖通常在所謂的溼實驗室中進行，或者使用真實標本和真實的解剖裝置進行。這為學生提供了一個真實的近距離觀察，讓他們可以學習。直到最近，課堂上的解剖才相對缺乏技術。使用的技術已經存在了幾個世紀，工具雖然結構現代，但同樣過時。然而，近年來，計算機輔助虛擬解剖變得越來越流行。
虛擬解剖或線上解剖是在計算機上進行的，而不是在實驗室環境中進行。這些解剖基本上是計算機程式。它們可以在網際網路上找到，可以下載或從教育軟體公司購買，供學生使用。虛擬解剖背後的基本原理是在計算機上進行，無論何時何地，學生想進行解剖都可以。學生不必在真實解剖的那天上課，就可以從解剖中學到材料。他們可以在自己的計算機上載入虛擬解剖來學習真實解剖中涉及的材料。
虛擬解剖可以採用多種形式。每個程式都略有不同，因此瞭解您希望學生在進行虛擬解剖時學習和體驗的內容會影響您使用的程式型別。虛擬解剖主要有兩種型別：幻燈片和互動式解剖。首先，讓我們瞭解兩種解剖型別中比較簡單的型別，幻燈片。幻燈片解剖就是一系列圖片。它們來自真實解剖的照片，按順序排列，從頭到尾。然後用標題標註圖片，描述解剖的每個階段。這種型別的幻燈片涉及在某個時間點對真實標本進行解剖。另一種幻燈片虛擬解剖型別是標本的卡通表示。這種型別類似於前面的示例，因為它包含解剖各個階段的圖片，不同的是它使用繪製或計算機生成的影像來表示解剖的每個階段，而不是真實解剖的實際照片。這種型別通常不如真實解剖或互動式虛擬解剖那麼詳細。它可以作為真實解剖的補充，提供良好的學習資料。一組學生甚至可以透過合作解剖一個標本並用照片記錄下來，來製作他們自己的幻燈片虛擬解剖。
另一種虛擬解剖型別是互動式的。它比只是點擊向前和向後箭頭要多一點。互動式虛擬解剖是真實解剖的近似表示，但是在計算機上進行的，而不是在實驗室中進行。這些互動式解剖的確切細節可能有所不同。大多數情況下它們是動畫解剖，所以它們要麼是卡通要麼是計算機生成的圖片，但它們不僅僅是一系列圖畫。通常情況下，該程式有一個工具托盤，類似於在真實解剖中使用的工具集。使用該程式的學生將使用計算機滑鼠來抓取工具並按照解剖說明進行操作。就像在真實解剖中一樣，某些工具執行不同的工作。選擇手術刀時，學生可以點選標本來將其切開。可以選擇針和針來固定皮膚並保持體腔開啟。當選擇提取器和夾鉗時，將移除某些器官和部件，以便更仔細地檢查。根據解剖的深度，學生移除的器官也可能被解剖。在這種型別的虛擬解剖中，會提供詳細的說明供學生遵循。這些說明包括選擇哪些工具、在標本的哪裡點選使用工具以及如何進行解剖的下一個階段。還提供了標本主要特徵的詳細描述，以便在解剖過程中到達這些特徵時使用。這是一個關於虛擬解剖是什麼的簡要概述。以下是對虛擬解剖及其在課堂中的應用的要點和反駁討論。將重點介紹和討論與在課堂上使用虛擬解剖代替真實解剖相關的一些主要優點和缺點。
與更傳統的課堂解剖相比，虛擬解剖提供了許多優勢。首先，虛擬解剖有效地解決了在課堂上使用傳統解剖時遇到的動物權利問題。許多人不同意為了課堂解剖而飼養和殺死動物（青蛙、貓、豬等）；其中一些持不同意見的人是學生本身。根據美國反活體解剖協會 (NAVS) 的說法，該協會的宗旨是“透過以受人尊重的倫理和科學理論為基礎並得到對活體解剖的殘酷和浪費的大量檔案支援的教育計劃，促進對動物的更多同情、尊重和正義”，貓和胎豬都是專門為了解剖而培育的，而青蛙是從野外獲得的，因為它們無法在人工飼養的條件下繁殖 (NAVS)。每年有 600 萬隻動物被用於解剖，這是一個令人震驚的資訊（國家人道主義教育協會）。此外，動物權利活動家認為，傳統解剖“使學生麻木不仁”，並教導他們“我們對動物沒有尊重” (eSchool News)。喬治·拉塞爾是《美國生物學教師》期刊的專家和作家，他於 1972 年寫道：““這種實驗會導致一個人對感覺能力的系統性和漸進性的損害，併產生性格變化，在我看來，即使對沒有接受過心理學或精神病學正規培訓的人來說也是顯而易見的……？” (美國生物學教師)。無論這種影響是否對所有學生都適用，這是一個許多人應該考慮的主題。
虛擬解剖的另一個好處是它們可以方便地訪問材料，並且可以重複儘可能多次。這對那些在解剖那天缺課的學生或需要額外練習材料的學生來說非常有用。更不用說，該軟體允許成對工作的學生每個人都與材料進行有意義的互動——這在傳統解剖過程中並不總是可能的。美國反活體解剖協會主任勞拉·杜塞斯奇博士指出：“擁有[這種]能夠重複和強化你的學習體驗，並變得高度熟練和知識淵博的能力，是 CD-ROM 解剖可以提供的，但傳統的溼實驗室解剖卻無法提供 (Animalearn)。這種能力無疑豐富了學生的學習體驗，並提供了一個令人難以置信的機會來處理困難的概念。因此，許多虛擬解剖的支持者認為，它們在課堂上的使用可以提高學生的參與度，並導致更高的評估分數。雖然表明該說法有效的研究正在緩慢進行中，但有大量研究表明，使用替代解剖方法（包括虛擬解剖）的學生與使用更傳統的解剖方法教學的學生的成績一樣好——這表明使用虛擬解剖的學生的學習沒有受到這些更現代方法的阻礙 (解剖替代方案)。
除了更人性化和提供有用的學習優勢（更好的訪問、可重複的過程等）外，虛擬解剖也更容易設定，不會產生任何混亂，更安全，並且總體上比傳統解剖更省力 (Lewis, Lough, and Moore-Russo)。學生和老師通常會花費大量時間來設定和清理他們的實驗室。在一個 45 分鐘的課堂時間裡，至少有 15 分鐘用於這個過程——只留下了 30 分鐘用於真正的學習。對於虛擬解剖，老師只需要在早上開啟程式，然後在一天結束時關閉程式。此外，虛擬解剖可以防止學生和老師接觸有害化學物質和鋒利物體。因此，對安全的擔憂大大減少。虛擬解剖提供的所有這些優勢——更高的安全性、更快的設定、沒有混亂——都加劇了這種越來越受歡迎的課堂解剖方法的優勢。
最終，從長遠來看，虛擬解剖的成本將遠遠低於傳統解剖，這可能是許多學區做出決定的關鍵因素。眾所周知，許多學區目前都面臨著預算緊張的困境，難以為學生提供全面的教育體驗。虛擬解剖可以用來提供每年互動課程，而無需購買新的標本和額外裝置。根據負責任的醫學醫生委員會的說法，儘管虛擬解剖的初始啟動成本可能高達 2000 美元，但在使用該軟體五年後，總節省的金額可能在 300-2000 美元之間，這筆節省的金額可能對學校的整體科學預算產生巨大影響 (PCRM)。透過提供學校可以年復一年免費使用的資源，虛擬解剖最終成為比傳統解剖更經濟的選擇。有了所有這些優勢，很容易理解為什麼許多學校已經決定或正在考慮在課堂上使用虛擬解剖。
虛擬解剖已成為科學教育中一種流行工具，原因有很多。虛擬解剖可以降低學區的成本並提高某些認知技能。但是，與大多數教育資源一樣，虛擬解剖也存在需要考慮的某些障礙。
首先，學生將無法獲得觀察和與真實標本互動的經驗。影像、圖表和動畫的設計使觀看者能夠輕鬆地區分不同的器官、系統和體液。因此，學生以這種虛構的方式學習識別標本的各個方面。當學生與真實標本互動時，他們可以真正看到內部腔室的相似之處。現場解剖迫使學生運用他們的解剖學知識來定位部位。計劃在醫學領域學習的學生，如果無法在真實生物體上區分結構，將會處於極大的劣勢。
其次，現場實驗室練習使學生能夠使用更多種感官。虛擬解剖排除了嗅覺和觸覺的使用，而嗅覺和觸覺是在嘗試將資訊儲存在長期記憶中時必不可少的感官。人們認為，學習過程中整合的感官越多，建立的神經連線就越多。這將帶來更長時間的更深入的理解。
第三，虛擬解剖允許學生透過簡單地單擊“撤消”按鈕來糾正錯誤。這是一個受歡迎的功能，因為如果出現錯誤，可以糾正解剖，學生可以繼續練習。科學的基本原則是精確性。對真實標本進行的解剖要求學生按照順序遵循指示並完成任務。當學生犯錯時，這些錯誤無法透過單擊滑鼠來撤消，他們被迫看到自己行動的後果。解剖過程中的錯誤並不一定是壞事。學生必須運用批判性思維技能來解決問題並繼續解剖。當個人能夠發現自己的錯誤並從中吸取教訓時，他們更有可能記住這些資訊。這種基於解決問題的學習方式對於長期記憶至關重要，它幾乎被虛擬解剖消除了。
虛擬解剖經常被忽視的另一個障礙是這項技術的時代。各種虛擬解剖程式已經存在了一段時間，但它們在過去十年中變得越來越受歡迎。考慮到歷史時間表，大多數希望將這種工具納入課堂的講師都沒有接受過適當的軟體培訓。現代技術很棒，但當人們熟悉新程式時，會有一定的學習曲線。教師通常沒有做好準備來解決問題或解答他們遇到的問題，這會導致大量時間浪費和學生困惑。當學生感到困惑時，尤其是當他們看到自己的講師不確定該怎麼辦時，他們很可能會放棄並將注意力轉移到其他地方，而該活動對學生學習沒有任何影響。作為教師，避免這種障礙的關鍵是在將虛擬解剖程式納入課堂之前，花大量時間熟悉特定的虛擬解剖程式。如果講師沒有投入足夠的時間來學習該程式，可能會對學生的認知發展產生負面影響。
我們需要考察的第四個障礙是虛擬解剖的演變。公司面臨著不斷改進圖形、準確性、教育相關性和程式操作整體易用性的合理需求。當軟體進行改進時，學區也必須調整其技術才能執行虛擬解剖程式。大多數程式都在 QuickTime 播放器上執行，這通常對學區免費。但是，教師有責任在活動之前檢查所有教室的計算機，以確保每臺計算機上都下載了正確的 QuickTime 播放器。這對教師來說可能是一個非常耗時的過程，但對於確保一切最新至關重要。
最後，我們不能忘記討論與虛擬解剖相關的商業方面。人們普遍認為，虛擬解剖可以減少實驗室費用，但能持續多久？公司已經開始將材料分解，迫使學區購買一系列程式，而不是單個程式。Digital Frog Shop 建立了一系列程式，以確保適當的相容性、內容以及學生/教師資源。整個系列和學校適當許可的成本為 2500 美元（不包括稅費和培訓教師所需的任何額外資金）。如果學區在幾年內使用相同的軟體，那麼最初的高成本值得投資。但是，這些程式非常像教科書，每隔幾年需要更新一次，以最大程度地發揮其優勢。虛擬解剖的成本效益基於一個主要因素，即特定程式可以利用多長時間。重要提示，虛擬解剖是由試圖獲利並保持運營的公司建立的。這些公司會找到方法使以前的版本幾乎變得無關緊要，以便銷售新產品。
目前，大多數學校繼續選擇傳統的溼實驗室解剖，而不是更現代的虛擬解剖，這一決定可能是為了解決與虛擬解剖相關的更多負面方面，例如動手參與度較低、快速修復錯誤以及需要更新軟體。但是，隨著對動物權利的呼聲越來越高、技術成本降低以及虛擬解剖質量的提高，許多學校可能會開始更多地考慮在課堂上使用虛擬解剖。更不用說，隨著當前對技術整合的推動不斷加強，越來越多的教師可能會開始將虛擬解剖視為對課堂有益的工具，這可能有助於接觸到那些原本對科學不感興趣或被落下學生的群體。只有時間才能證明這種新的軟體是否會納入我們的科學課堂，並取代更傳統的方法。在此之前，每個科學教師和學區可能會一個接一個地做出這些關鍵決定，即如何向學生教授這些基本的科學概念。
Ducesseschi, L. (2010)。虛擬解剖的逐步教程。2010 年 11 月 23 日從 http://www.animalearn.org/eduCntrTutorial.php 檢索。
eSchool News。(2008)。動物權利組織推動虛擬解剖。2010 年 11 月 23 日從 http://www.eschoolnews.com/2008/06/05/animal-rights-groups-push-for-virtual-dissection/ 檢索。
Gourlis, E. (n.d.)。計算機、教育和技術。在學術生物學中。2010 年 11 月 23 日從 faculty.umb.edu/peter_taylor/gourlis.doc 檢索。
Lewis, K.，Lough, K. 和 Moore-Russo, D. (2008)。正在進行的工作 - 學生對虛擬解剖的感知和互動。2010 年 11 月 23 日從 http://fie-conference.org/fie2008/papers/1640.pdf 檢索。
全國反活體解剖協會。(2004)。常見問題解答。2010 年 11 月 23 日從 http://www.navs.org/site/PageServer?pagename=faq_main 檢索。
國家人道教育協會。課堂解剖是殘忍且過時的行為。2010 年 11 月 23 日從 http://www.nhes.org/files/Dissection.pdf 檢索。
負責任的醫學醫生委員會。解剖與非動物教學方法的成本分析。2010 年 11 月 23 日從 http://www.pcrm.org/resch/anexp/cost_analysis.html 檢索。
Russell, G. (1972)。美國生物學教師 34(5) Trelease, R. B. (2000)。使用 QuickTime VR 進行虛擬化：解剖結構的互動動態視覺化的新方法和標準化工具。解剖學雜誌，261(2)，64-77 數字青蛙軟體套裝（2008）。在數字青蛙國際。2010 年 11 月 23 日從 http://www.digitalfrog.com/store/home.php?cat=261 檢索。