教育中的變革性應用/分子工作臺
分子工作臺 (MW) 是一款複雜的建模平臺，適用於所有級別的教育，它不僅提供了一個建立互動式模擬的環境，還提供了一個用於構建使用者介面和建立指導性學習活動的創作工具。MW 是為數不多的旨在支援教學和學習的軟體系統之一。它配備了報告和評估系統，用於收集資料並使用模型和模擬來衡量學習。
此開源（因此免費）軟體的副本可以從其主頁 http://mw.concord.org 下載。
分子工作臺包括一個“模型庫”和一個“活動中心”，這兩個中心都幫助學生和教師使用該程式並將其定製為他們自己的需求。 “模型庫”包含數百個模型，這些模型被組織成化學、生物學、物理學和奈米技術的特定部分，其中大部分是由康科德聯盟的工作人員及其合作者建立的。分子工作臺程式的“活動中心”部分包含化學、生物技術、化學和生物學領域的一系列完整開發的、課堂就緒的活動。這些包括分子、鍵和化學反應的 2D 和 3D 互動式模型。此外，還有許多非分子模擬，例如經典力學和量子力學。分子工作臺是一個靈活的系統。它允許任何人建立系統支援的任何型別的模型和模擬，並輕鬆地將其部署到網際網路上的任何地方。從教學角度來看，它不僅允許學生透過精心設計、腳手架式的活動學習，還允許他們透過開放式模型構建活動學習，例如 Scratch 和 Phun 的情況。
該程式由康科德聯盟開發，旨在幫助為中學生提供分子具體模型，他們可以操縱這些模型以增強他們對所有層級結構驅動功能的基礎原理的理解，即使是那些肉眼無法看到的層級。然而，一些主題的覆蓋深度使得許多活動也適用於大學的入門課程。
MW 允許學生與基於即時分子動力學 (MD) 計算和視覺化的模擬進行互動和實驗 [3]。它不是一組動畫！分子視覺化是使用 java 建立的，可以支援其他應用程式，包括Jmol（可在 http://jmol.sourceforge.net/ 獲得），這是一種開源的 Java 化學結構檢視器，已嵌入到分子工作臺中。Jmol 影像是分子的 3D 虛擬模型，使用者可以根據需要對其進行操作，以便全面探索分子，從而幫助增強他們對分子結構的理解。使用者還可以為各種分子選擇顯示型別（球棍模型、空間填充模型、帶狀模型等），僅此功能本身就有助於破譯分子內各種原子的相互作用。使用者（學生和教師）也可以根據需要建立新的模型。
“分子工作臺”軟體還包含嵌入式評估專案和內建學生跟蹤功能，允許教師透過各種活動跟蹤單個學生或學生群體的學習情況。它還允許學生對他們的工作進行“快照”，這些快照稍後可以合併到報告中或根據需要打印出來。這些“快照”包括用於標記和解釋特定“快照”的空間，允許學生在他們使用特定模型或進行特定活動時，在各個階段描述他們操作的結果。快照還無縫地整合到嵌入式報告模板中，允許學生輕鬆建立用於自我評估、同伴評估或教師評估的專業外觀的報告。
還有教育遊戲和活動，同樣可以捕獲這些活動以用於評估目的。這些嵌入式評估可以由學生和教師以形成性或總結性方式使用。
科學教育工作者呼籲進行徹底的改革，將重點從事實轉移到對“重大理念”的深入理解。[2] 生物學和化學中的一個重要理念是事物的結構影響其功能。換句話說，事物的運作方式通常取決於其物理方面。從相對較大的結構到原子水平，情況都是如此。當試圖理解化學反應和許多生物學功能的來龍去脈時，能夠實際看到和研究化學物質和結構的分子層級結構，可以讓人理解為什麼它們以這種方式運作。能夠放大虛擬模型的細節，縮小以獲得概述，或者翻轉它以從不同的角度檢視它，都可以讓人認識到這些微觀結構與日常生活中已知的模型之間的相似性。換句話說，能夠操縱虛擬分子可以增強人們對為什麼這些分子以這種方式與其他分子（反應）相互作用的理解。正如 Wenglinsky 所說，“將概念具體化或說明的活動被證明與學生表現提高相關。”[3]
該程式提供的學習活動型別鼓勵採用建構主義的教育方法，從而有助於改變學生的學習體驗。但重要的是要注意，該程式創作部分中的腳手架為教師提供了建立和支援更多建構主義活動進入其課堂的工具，這已被證明可以提高科學學習和記憶。[4] 因此，該程式促進了教學和學習的變革。
該程式提供了使用者友好的選項來更改此 DNA（脫氧核糖核酸）片段的視覺化。請注意，在這個最終版本中，兩個不同的磷酸糖骨架很容易區分開來，進一步加深了對“雙螺旋”的理解。
這是一個空間填充版本。其他顯示選項包括：球棍模型、線框模型、棍模型、Delaunay 三角剖分、Voronoi 圖或 Delaunay 和 Voronoi 疊加。Molecular Workbench 包含數百個像這樣可以輕鬆操縱的互動式分子模型，即使是第一次使用該程式的學習者也能輕鬆上手。他們只需點選分子並拖動滑鼠即可。
以建議活動的形式提供腳手架，以防止學習者只是玩模型。請注意，縮放功能非常快，導致檢視器在某些視覺化中過快地經過特定分子。如果學生“飛過”得太快，教師可能需要演示這個問題以及如何在計算機螢幕上“找到”該分子。
這兩個螢幕截圖都描繪了小分子在其活性位點或更大酶上的結合位點。請注意，透過選擇兩種不同的顯示模型型別可以觀察到視角的變化。左邊的那個是糖酵解酶之一的活性位點中的底物（DHAP）的球棍模型。下面的那個是典型的細胞激酶的空間填充鏡頭，其活性結合位點中有 cAMP（環狀腺苷單磷酸）。請注意，cAMP 的球棍模型和這種由球狀蛋白製成的巨大酶之間的大小差異很大。
Molecular Workbench 包含許多為中學生設計的不同學習活動。許多人發現這些活動對高等教育也很有用。
左側的概念圖挑戰學習者思考一個相關的概念來填補空白。這僅僅是一個例子，說明了Molecular Workbench 的協作性質如何導致各種技術教學工具的融入，包括概念圖之類的工具，這些工具傳統上不常用於科學教育。
Molecular Workbench 的學習活動部分還包含有關各種主題的優秀模擬，包括膜轉運和蛋白質摺疊。不幸的是，這些模擬執行起來相當緩慢，因此在向學生展示它們時，請確保提前調出模型，並簡單地將其最小化到桌面。
Molecular Workbench 的學習活動部分還提供了一些互動式論文 (IE)。到目前為止，這些論文主要集中在化學方面，但目前正在建立一篇關於滲透的 IE。麻省理工學院博物館的生物學活動也正在建設中，但幾乎已經完成。我特別喜歡關於藥物發現的部分，因為該過程是生物技術產業的關鍵組成部分。
http://www.concord.org/ - 康科德聯盟的主頁，該聯盟是一個非營利組織，提供教育研究和勞動力發展。
http://www.telscenter.org/ - 技術增強科學學習中心 (WISE 的一部分，見下文) 的主頁
http://www.wise.berkeley.edu/ - 基於網路的探究科學環境 (主要針對 K-8 教育) 的主頁
http://jmol.sourceforge.net/ - Jmol 的主頁，Molecular Workbench 中使用的分子建模程式
http://www.pymol.org/ - Pymol 的主頁，另一個開源分子建模程式。
http://qutemol.sourceforge.net/ - Qutemol 的主頁，另一個開源分子建模程式。
http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/ - Visual Molecular Dynamics 的主頁，伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校開發和執行的建模和生物資訊學程式
http://www.edinformatics.com/mathmol/mm_software.htm - 互動式圖書館 編制的免費分子建模程式彙編。
http://www.umass.edu/molvis/bme3d - 生物分子瀏覽器 的主頁
http://rpc.msoe.edu/cbm/ - 生物分子建模中心的網站
http://www.umass.edu/microbio/rasmol/ - 分子視覺化免費軟體 - 由國家科學基金會 (NSF) 資助
http://www.umass.edu/microbio/chime/top5.htm - 列出了“前 5 名” 3D 分子視覺化技術 (也稱為“MolviZ 前 5 名”)
http://proteopedia.org/wiki/index.php/Main_Page - Proteopedia 協作百科全書 (包含 3D 分子模型) 的主頁。
該程式由康科德聯盟開發，資金來自美國國家科學基金會。Boris Berenfeld 博士和 Robert Tinker 博士在 2000 年獲得了最初的資助，以幫助將分子建模引入 K-12 科學教育。
Charles Xie 博士是一位計算物理學家，擁有分子動力學和量子化學方面的專業知識，他開發了這款新的軟體“Molecular Workbench”。該軟體包括使用“Jmol”（可在 http://jmol.sourceforge.net/ 獲取），這是一個用於化學結構的開源 Java 檢視器，允許使用者操縱各種分子的 3D 模型並根據需要建立新的模型。Xie 博士在程式的這一方面包含了大量的文件和教程，以及一個部落格，該部落格包含一個歷史頁面，允許使用者按作者或建立的分子型別進行搜尋。
該創作功能建立了“草案模型”和互動模擬庫，由全球領先的教育工作者建立，類似於 WISE（基於網路的探究式科學教育網站，網址為 http://wise.berkeley.edu）中的那些模型。該程式可以輕鬆地在 WISE 中使用，這有助於為 K-12 教育工作者創造強大的協同效應，尤其是在這些程式一起使用時。例如，Dalit Levy 博士在 WISE 的 TELS（科技增強科學學習）部分貢獻了一個基於 MW 的活動，名為“物質的相和相變”，適用於 9-11 年級學生（見 http://wise.berkeley.edu/teacher/projects/projectInfo.php?id=16999）。
1 ^ Concord Consortium，（不詳）。分子工作臺。
Retrieved April 2, 2009 from http://mw.concord.org
2 ^ Wiggins，G. & McTighe，J.（2005）。理解設計（第二版）。弗吉尼亞州亞歷山大市：監督與課程發展協會。
3 ^ Wenglinsky，H.（2005），明智地使用技術，紐約，
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.