國外生物探究教學案例的特征及其啟示

◆吳天浩

作者：吳天浩，南京師范大學教師教育學院，研究方向為生物教育（210046）。

1 前言

目前我國中學生物教學中大力倡導探究性學習[1]，但在實際教學中探究性學習的實施并不到位。究其原因多種多樣，如現行評價體系對于探究的重視程度不足，探究教學所需的教學資源要求過高等，這些原因造成生物探究教學開展受阻。而生物作為一門以實驗為基礎的學科，探究教學又是必不可少的，這樣的矛盾嚴重阻礙生物教學的效果。此類問題也曾在國外生物教學中出現，為了應對這一問題，美國伯克利大學開發了WISE 平臺，輔助開展生物探究教學，取得較好的教學功效。WISE 中有許多經過教學實踐的成功案例，分析其特征及優勢，能為我國生物教學提供一些啟示與借鑒。

2 WISE 及其案例特征分析

WISE 全稱為基于網絡的探究式科學環境（Web-based Inquiry Science Environment，簡稱WISE）[2]，其由美國國家科學基金會（NSF）贊助，加利福尼亞大學伯克利分校的Bell 和Linn 教授開發，1998 推廣使用。WISE 平臺的使用者可以注冊教師賬號或學生賬號，教師賬號可以使用項目管理、學生管理、課程開發和編輯等功能，而學生賬號則提供在學項目列表、作業單等；學生賬號可組成課程探究小組，進行協作學習。WISE 提供了一個基于網絡進行科學探究的學習環境，其中的課程囊括了中小學生物、物理、化學等學科，用戶登錄后即可開展相應課程的學習或管理[3]。

WISE 平臺中有一個典型生物教學案例：“Ocean Bottom Trawling, What A Drag!”（海底拖網捕撈，這是個錯誤！）其以海洋拖網捕撈為背景，幫助學生了解被捕撈魚群的變化，從而理解生物進化的過程，并使學生對于進化理論產生較為深入的理解。這個探究教學案例具有如下主要特征。

探究學習過程可視化

首先，WISE 使學生探究過程可視化。平臺項目常將探究過程分為數個步驟，逐步開展。在“Ocean Bottom Trawling,What A Drag!”中，探究過程被分為問題介紹、進化理論闡述、魚群進化實驗、魚群變異與遺傳、魚群代際變化和匯總六個步驟，吻合美國國家課程標準中根據實驗證據來核查已有結論，運用各種手段來搜集、分析和解釋數據，得出答案、進行解釋并做出預測，把結果告知于人這幾個探究步驟[4]。

其次，WISE 使學生探究思維做到可視化。WISE 在每個教學步驟之后都提供了一個筆記（note）板塊，要求學生記錄思維過程，以及對于課程內容的思考，保留探究過程和思維的痕跡；在學習過程中的協作學習部分，WISE 提供了在線討論（online discussion）功能，方便學生在線討論問題，在開展協作學習的同時將討論過程、對于學習內容的理解等內容提供給教師，呈現交流過程中的思維變化。此外，項目提供給學生一個思維集錦（idea basket），要求學生記錄自己的想法，并在后面的學習中及時補充、修正這些想法，最后整理這些觀點，幫助學生完整記錄思維過程。

強調知識整合學習與問題解決 在本案例中，教學活動的目的是要求學生學習拉馬克和達爾文的進化理論，但是并沒有一開始就提出進行兩個理論比較，而是在問題介紹部分中提出屬于生態學范疇的海洋拖網捕撈活動，以拖網捕撈中小丑魚的生存問題引入進化理論，強調不同知識之間的整合學習。在項目的中間部分通過實驗等方式讓學生學習進化理論，進而得出小丑魚種群將如何變化的答案。在學習進化理論的過程中，目標始終指向預測小丑魚生存的問題，旨在解決實際問題。

技術支持下的科學探究 WISE 通過提供一系列基于網絡技術支持的模擬實驗幫助教師開展探究教學。模擬實驗完全符合科學探究過程，這一系列的過程在幫助師生開展探究活動的同時也強化了學生對于科學探究的認知，對于探究流程更加熟悉。“Ocean Bottom Trawling, What A Drag!”中為了證明進化對于生物種群的影響，項目提供了一個模擬實驗，比較各種生存環境下池塘中魚的游泳速度，最終得出結論：在存在選擇壓力的情況下，游泳速度慢的魚會被淘汰，從而在多代之后留下速度越來越快的魚。

3 WISE 及其案例對于我國生物教學的啟示

積極建立網絡平臺，促進探究學習過程可視化 探究學習在我國難以開展的一大原因就是探究過程的內隱性，學生探究活動完成后除去數據記錄之外，極少有表現學生探究過程、思維歷程的載體，由此使探究學習這一過程難以直觀觀察。而WISE 則通過現代教育技術手段使探究過程做到可視化，將探究過程按步驟分開，使學生對探究過程有直觀的認識和總體的把握。

不僅在教學過程中存在內隱性這一問題，探究學習在課程評價階段同樣存在相當的難度，我國現行評價體系難以量化甚至無法展示學生的探究能力。這正是目前教學評價體系重視知識而輕視能力這一弊端產生的原因之一。評價的難以開展導致在需要對學生進行評價的情境中，教師難以評價學生的探究能力，而只能對于知識進行評價，導致紙筆測驗成為唯一評價標準，應試教育無法根除，素質教育難以開展。比如在自主招生等要求對于學術型人才篩選的測試中，校方可以通過對于學生探究學習情況的調查，了解學生的探究能力，了解其是否適合于本校或本專業。由此，評價才能發揮其導向作用，引導教學偏重探究、偏重能力，而不是一味追求知識。

此外，在現行教育體系中，教師在學生學習后很難準確掌握每個學生對于學習內容的理解情況，因此很難針對性地對于學生的學習誤區進行糾正。尤其在國內大班教學的現實情況中，了解每個學生學習過程和思維過程幾乎是不可能的。這就造成學生學習產生誤區而無法及時糾正，錯誤屢屢發生卻不清楚發生原因，對于教學造成極大不良影響。而教師可以通過學生思維的可視化來觀察每個學生的思維，由此來把握學生的學習情況，糾正思維誤區，幫助學生保持思路正確。由此可見，探究學習過程可視化對于探究教學的開展、教學評價都有重要意義，如果積極推動網絡學習平臺的建設，學生的探究學習就有可能作為學習評價的重要一環而存在，促使學校、教師和學生重視科學探究。

強調知識整合學習，以解決問題為導向 在我國現行教學體系中，知識點常以專題形式呈現，雖然便于學生的知識體系構建，知識之間關聯較好，但是在知識掌握之后缺乏知識的整合，使知識仍然是獨立的知識，而難以產生相互之間的關聯，難以形成邏輯上完整、可以用于解決完整問題的完整知識體系。課程難以突破分科課程的壁壘，無法形成在教學中有重要意義的綜合課程。學科間的橫向聯系被割裂，由于不符合認知的邏輯，導致學生難以整體發現、分析和解決問題。這一點與注重與現實生活的聯系的高中生物課程理念是相左的，因此應當注重知識整合與解決問題。

我國生物教學在生物進化一部分的教學導入使用的例子為枯葉蝶的進化原因，這一例子在生物知識如此普及的今天似乎已落后于時代，很難引起學生的注意，難以使學生真正對問題產生好奇，進而進行以解決問題為導向的探究，而是僅僅注意書本材料。無法做到以問題為導向確實是我國生物教學的一大遺憾，而WISE 則重視真正以問題為導向，在教學過程中始終指向解決小丑魚生存的問題，由此使學習的目的針對解決問題而非獲得知識，這一點是完全符合探究學習本質的。通過網絡平臺的推廣，以解決問題為指向的綜合課程將更加易于開發。

加強技術支持，促進對生物概念、理論的深刻理解WISE 在“進化”部分設計的模擬進化實驗很好地模擬了進化過程，讓學生直觀看到進化如何發生，如何影響生物的性狀，使學生具象地了解進化。WISE 提供的活動不僅有實驗，還有建模設計、辯論、討論、頭腦風暴、角色扮演等，可以充分活躍學生的思維。探究教學在我國教學中無法順利開展的一大關鍵問題在于資源不足。受限于時間、空間、客觀條件等因素，很多探究活動難以開展。如生物教學中“進化”這一部分，教師很難在現實中找到適合的例子來證明進化的發生，更難以向學生展示進化對于生物性狀的影響。在人教版課本中，“進化”這一部分沒有提供探究實驗，因為確實難以開展實驗。在實際教學中教師或完全不進行實驗，或使用類比模擬實驗，如在某一顏色背景板上“抓”顏色不同的“獵物”，以此模擬自然選擇的過程。這樣的教學不但耗費教師的精力，而且在實際開展中會遇到學生故意搗亂等未知問題，教學效果如何尚不得而知。

通過對比發現，WISE 所提供的模擬進化中自然選擇的實驗不但無需模擬，真實再現可能發生的情況，而且不需要教師做大量準備，更不存在學生搗亂的情況，教學效果必將十分良好。現代教育技術支持下的探究教學不僅可以節約課堂時間，促進對生物概念、理論的深刻理解，增強教學效果，甚至能打破教學資源不足的窘境。這些優勢將促使教師更加積極主動地開展探究教學。

我國由于探究教學起步較晚，與國外尚有一定差距，而WISE 的成功帶來很多啟示。如果在我國能夠全面推廣類似的網絡平臺教學，相信對于我國生物課程及教學的發展是大有裨益的。

[1]普通高中生物課程標準（實驗）[S].北京:人民教育出版社,2003.

[2]WISE[EB/OL].[2015-05-30].http://wise.berkeley.edu.

[3]吳偉,趙陽陽,熊耀華.基于網絡的科學探究教學[J].外國中小學教育,2011(2).

[4]國家研究理事會.美國國家科學教育標準[S].戢守志,等,譯.北京:科學技術文獻出版社,1999.