“具身創造式學習”模式在高中生物學教學中的應用
——以“生態系統及其穩定性”單元教學實踐為例

丁 婷

(江蘇省無錫市輔仁高級中學 江蘇無錫 214123)

針對當前社會“學生適應社會和就業能力不強,創新型、實用型、復合型人才緊缺”這一現狀,《教育規劃綱要》指出,要“堅持能力為重,優化知識結構,豐富社會實踐,強化能力培養。著力提高學生的學習能力、實踐能力和創新能力,注重學思結合,倡導啟發式、探究式、討論式和參與式教學,幫助學生學會學習”。為此,下文提出了“具身創造式學習”模式(圖1)。

圖1 “具身創造式學習”模式模型圖

1 “具身創造式學習”模式框架解讀

“具身創造式學習”模式是基于具身認知理論、深度學習理論、項目化學習理論等,結合長期科學探究實踐教學的實踐經驗提出的。具身認知理論提出,“人的認知是通過身體的體驗及其行為活動方式而形成”,即身體的形態結構、運動系統、感覺系統和神經系統決定了個人如何認識世界,認知是包括大腦在內的身體的認知,具身認知理論認為身體在認知的形成中起決定性的作用。具身化的教學要求教師以學生的身體為主體,調動學生的心智、情感、需求、經驗等各要素,注重學生通過自身身體體驗而獲得理解與認知,而非對學生進行概念知識的灌輸。深度學習理論提出,要讓學生在教師的引領下,圍繞著具有挑戰性的學習主題,全身心積極參與、體驗成功、獲得發展的有意義的學習過程。

“具身創造式學習”模式把概念學習分為科學實踐與科學認識兩部分。

科學實踐既包括圍繞生物學教學內容開展的具體的科學實踐活動(側重科學探究),又包括在實踐活動中認識和解決問題的學科能力活動(側重科學思維活動)。其中,學科能力活動是北京師范大學科學教育團隊從順利進行相應學科的認識活動和問題解決活動所必需的、穩定的心理機制出發,構建的基于A學習理解(A1 辨識記憶、A2 概括關聯、A3 說明論證)、B 應用實踐(B1 分析解釋、B2 推論預測、B3 簡單設計)和C 遷移創新(C1 復雜推理、C2 系統探究、C3創新思維)的3×3 學科能力活動。

科學認識既包括學科核心知識,也包括學科認識方式。學科核心知識是生物學科的基本概念和觀念,是形成科學認識和發展學科能力的基礎,側重生命觀念。學科認識方式是認識生命奧秘的思維方法和探究方法,是建立“生命觀念”并最終形成“社會責任”的學習過程與方式,它既包括認識與看待客觀世界和分析與解決問題的角度、思路和方法,也包括在認識過程中形成的生物學學科典型學習方式。

“具身創造式學習”模式的本質是從科學實踐走向科學認識,從實踐體驗走向學習創造。該模式既高度重視體驗性實踐活動,即在實踐中開展科學探究,在真實情境和實際作業中突顯思維碰撞和發展科學思維;又強調在體驗中理解與應用學科核心概念和學科認識方式,并在知識的靈活應用中形成新的思想觀念方法、開展創新創造,從而實現科學實踐與科學認識的協同發展。下文將以“生態系統及其穩定性”單元教學實踐為例,介紹“具身創造式學習”模式的課堂實施范式。

2 “具身創造式學習”模式的課堂實施范式

2.1 凝練學科核心知識,建立學科生命觀念

學科核心知識是開展具身實踐活動的基礎,教師要對本單元的核心知識和重要概念進行提煉與整合?！吧鷳B系統及其穩定性”是人教版高中生物學教材《選擇性必修2·生物與環境》的第三章,本單元的學習內容及重點包括:能運用結構與功能觀、物質與能量觀闡明生態系統各組成成分的功能,以及各組分如何緊密聯系形成一個統一的整體,能運用穩態平衡觀闡明生態系統具有維持自身動態平衡的能力,認同生態系統穩定性的重要性,關注人類活動對生態系統穩定性的影響等。本單元教學面臨的最大的困難是宏觀的生態系統內部的調節所產生的影響具有較長的滯后性,這種影響難以用各種指標及時測量,導致學生無法真正體會人類活動是如何影響生態系統的。這一問題不解決,學生很難形成正確的世界觀、尊重自然的品性和科學思維能力。因此,教師提前兩個月設計并組織學生開展了“設計制作生態缸,觀察其穩定性”的具身實踐活動,并將這一實踐活動貫穿于整個單元教學過程中。

2.2 開展具身實踐活動,實現核心內容實踐教學

“具身實踐活動”是“具身創造式學習”模式的核心,目的是讓學生在體驗中實現對核心知識的理解,使學生在解決問題的實踐中實現知識的遷移、應用與創造。具身學習具有“涉身性”“情境性”和“體驗性”特點,于教師而言,落實生命教育的“涉身性”最主要在于調動學生的主觀能動性,使學生積極地投入到體驗中去,與教師和其他學生充分互動,釋放身體,沉浸在教學環境中,進而讓學生能準確體察身體的感受與運動狀態。在制作生態缸的過程中,學生小組需要對生態缸進行規劃設計,容器的材質、生物的種類和數量、非生物因素的控制以及觀察指標等都需要通過小組合作搜集資料、交流討論來確定。學生小組制定好方案后,各組自行購置生態缸、采集動植物材料,制作好生態缸后每周定時觀察、拍照、撰寫觀察日記。

由于具身學習環境是動態生成的,而不是預設的,因此,教師要想發揮學習環境對學習的最大功用,必須時刻注意觀察與感受學生在具身實踐活動中的發現和疑問,將其運用于核心知識的教學。例如,有小組將喜好陰生的蕨類植物暴露在強光下,由此,教師可以在課堂上就生物群落與無機環境之間的關系組織學生展開討論,讓學生真正理解“生態系統是由生物群落與它的非生物環境相互作用而形成的統一整體”這一重要概念。在實踐活動中,學生發現不同小組養的烏龜有的活著、有的很快死了,于是學生產生疑問,對此,教師可以建議學生查閱資料,如放養的龜是什么食性。學生往往會將生態系統的結構與生態系統的四種組成成分等同起來,忽略了生態系統的營養結構,教師可以就這個例子引導學生理解生態系統各種成分之間的復雜關系,如果只是四種成分的簡單拼湊,并不足以構成完整的生態系統。生命教育的本質在于“生命對生命的碰撞,生命對生命的感動”,在具身實踐活動中,學生可以形成更多、更深層的對生命的認知。

2.3 運用學科認識方式,發展生物學科學思維

學科認識方式包括在面對具體學習任務時調取相應概念的認識視角(如物質與能量、結構與功能、對立與統一、生物與環境)和認識類別(如整體與部分、靜態與動態、定性與定量、宏觀與微觀),還包括生物學學科典型學習方式,如基于實驗證據的探究式學習、基于科學史還原的科學學習歷程、基于事實和現象的主動概念構建、基于建模和理性分析的問題解決學習和基于理解實踐與遷移創新的學科能力活動。本單元教學依托具身實踐活動、小組匯報交流和課堂知識結構化等手段,鍛煉學生運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模等科學方法探討生命現象、審視或論證生物學社會議題的能力。

在制作觀察生態缸的過程中,有的小組投放的生產者的種類和數量過少,而消費者數量過多,消費者得不到足夠的物質和能量。教師可以結合這一現象,引導學生歸納要實現生態系統能量流動和物質循環的正常進行,放置生物時要考慮哪些因素,并順勢讓學生對抵抗力穩定性和恢復力穩定性的概念內涵及外延進行分析。在理解了理論知識之后,有些小組立刻將其應用到實踐活動中,對生態缸進行了人工干預,如加入餌料、土質、增加生物種類等。還有小組發現水質由渾濁、發黃變為清澈,這是水體在發生自我凈化,是生態系統自我調節能力的體現,教師可以就這一現象讓學生討論太湖藍藻爆發的原因,使學生體會生態系統的自我調節能力是有一定限度的,然后鼓勵學生利用所學的生態系統的知識提出治理措施。學生提出投放食用藍藻的魚類后,教師順勢引導學生用文字和箭頭畫出藍藻與魚類之間的數量變化關系,通過讓學生自主構建負反饋調節的概念模型培養學生的科學思維。

2.4 落實學科能力活動,融合理解應用與遷移創新

新高考生物學科確立的關鍵能力包括理解能力、實驗探究能力、解決問題能力和創新能力,學科能力活動可以看作是新高考關鍵能力的進一步細化,既包括科學家的認識活動和問題解決活動,也包括學生的認識活動和問題解決活動。本單元的教學通過將具身實踐活動與課堂知識學習有效整合,從而實現了理解、應用和創新的學科能力的融合。

在觀察生態缸的過程中,針對出現的問題,教師和學生一起分析原因、尋求解決方法。在評價內容上,教師堅持多元化的思想,既要關注結果,又要重視過程,更要鼓勵創造。例如,有的小組想要研究不同的基質對微型生態系統穩定性的影響,于是他們分別選擇了塘泥、鵝卵石和細沙作為基質,加入了相同的起始生物種類和數量進行觀察研究。即使這一研究課題與課本所學內容有一定的偏差,但它是學生發散思維的體現,教師要予以保護。在本單元學習的最后,教師要求學生課后查閱資料,了解無錫長廣溪濕地公園是如何通過合理運用物理沉降、化學分解和微生物分解等過濾系統減輕城市降雨徑流引起的污染的,然后教師利用希沃軟件設置小游戲,讓學生小組合作,利用軟件中提供的多種生物、水體供氧設備、污水過濾系統等設計一個水域生態系統,并要求學生進行展示和描述。這一活動不僅能引導學生在問題解決及工程設計過程中應用核心知識和發展創新能力,還能提升學生保護家鄉生態環境的責任意識。

3 總結

“具身創造式學習”模式堅持讓學生經歷科學探究實踐的全過程,幫助學生在具身實踐中實現知識的學習理解與應用實踐,也即“做中學”;同時重視讓學生在知識遷移和學習作業中產生解決新問題的新方法,凸顯對學生在真實情境和實際作業中的思維品質與創造力的訓練,促進學生從實踐體驗走向學習創造,也即“學中創”。因此,“具身創造式學習”模式充分滿足了學生核心素養發展和社會創新人才培養的教學生態要求。