国外生物探究教学案例的特征及其启示

◆吴天浩

作者：吴天浩，南京师范大学教师教育学院，研究方向为生物教育（210046）。

1 前言

目前我国中学生物教学中大力倡导探究性学习[1]，但在实际教学中探究性学习的实施并不到位。究其原因多种多样，如现行评价体系对于探究的重视程度不足，探究教学所需的教学资源要求过高等，这些原因造成生物探究教学开展受阻。而生物作为一门以实验为基础的学科，探究教学又是必不可少的，这样的矛盾严重阻碍生物教学的效果。此类问题也曾在国外生物教学中出现，为了应对这一问题，美国伯克利大学开发了WISE 平台，辅助开展生物探究教学，取得较好的教学功效。WISE 中有许多经过教学实践的成功案例，分析其特征及优势，能为我国生物教学提供一些启示与借鉴。

2 WISE 及其案例特征分析

WISE 全称为基于网络的探究式科学环境（Web-based Inquiry Science Environment，简称WISE）[2]，其由美国国家科学基金会（NSF）赞助，加利福尼亚大学伯克利分校的Bell 和Linn 教授开发，1998 推广使用。WISE 平台的使用者可以注册教师账号或学生账号，教师账号可以使用项目管理、学生管理、课程开发和编辑等功能，而学生账号则提供在学项目列表、作业单等；学生账号可组成课程探究小组，进行协作学习。WISE 提供了一个基于网络进行科学探究的学习环境，其中的课程囊括了中小学生物、物理、化学等学科，用户登录后即可开展相应课程的学习或管理[3]。

WISE 平台中有一个典型生物教学案例：“Ocean Bottom Trawling, What A Drag!”（海底拖网捕捞，这是个错误！）其以海洋拖网捕捞为背景，帮助学生了解被捕捞鱼群的变化，从而理解生物进化的过程，并使学生对于进化理论产生较为深入的理解。这个探究教学案例具有如下主要特征。

探究学习过程可视化

首先，WISE 使学生探究过程可视化。平台项目常将探究过程分为数个步骤，逐步开展。在“Ocean Bottom Trawling,What A Drag!”中，探究过程被分为问题介绍、进化理论阐述、鱼群进化实验、鱼群变异与遗传、鱼群代际变化和汇总六个步骤，吻合美国国家课程标准中根据实验证据来核查已有结论，运用各种手段来搜集、分析和解释数据，得出答案、进行解释并做出预测，把结果告知于人这几个探究步骤[4]。

其次，WISE 使学生探究思维做到可视化。WISE 在每个教学步骤之后都提供了一个笔记（note）板块，要求学生记录思维过程，以及对于课程内容的思考，保留探究过程和思维的痕迹；在学习过程中的协作学习部分，WISE 提供了在线讨论（online discussion）功能，方便学生在线讨论问题，在开展协作学习的同时将讨论过程、对于学习内容的理解等内容提供给教师，呈现交流过程中的思维变化。此外，项目提供给学生一个思维集锦（idea basket），要求学生记录自己的想法，并在后面的学习中及时补充、修正这些想法，最后整理这些观点，帮助学生完整记录思维过程。

强调知识整合学习与问题解决 在本案例中，教学活动的目的是要求学生学习拉马克和达尔文的进化理论，但是并没有一开始就提出进行两个理论比较，而是在问题介绍部分中提出属于生态学范畴的海洋拖网捕捞活动，以拖网捕捞中小丑鱼的生存问题引入进化理论，强调不同知识之间的整合学习。在项目的中间部分通过实验等方式让学生学习进化理论，进而得出小丑鱼种群将如何变化的答案。在学习进化理论的过程中，目标始终指向预测小丑鱼生存的问题，旨在解决实际问题。

技术支持下的科学探究 WISE 通过提供一系列基于网络技术支持的模拟实验帮助教师开展探究教学。模拟实验完全符合科学探究过程，这一系列的过程在帮助师生开展探究活动的同时也强化了学生对于科学探究的认知，对于探究流程更加熟悉。“Ocean Bottom Trawling, What A Drag!”中为了证明进化对于生物种群的影响，项目提供了一个模拟实验，比较各种生存环境下池塘中鱼的游泳速度，最终得出结论：在存在选择压力的情况下，游泳速度慢的鱼会被淘汰，从而在多代之后留下速度越来越快的鱼。

3 WISE 及其案例对于我国生物教学的启示

积极建立网络平台，促进探究学习过程可视化 探究学习在我国难以开展的一大原因就是探究过程的内隐性，学生探究活动完成后除去数据记录之外，极少有表现学生探究过程、思维历程的载体，由此使探究学习这一过程难以直观观察。而WISE 则通过现代教育技术手段使探究过程做到可视化，将探究过程按步骤分开，使学生对探究过程有直观的认识和总体的把握。

不仅在教学过程中存在内隐性这一问题，探究学习在课程评价阶段同样存在相当的难度，我国现行评价体系难以量化甚至无法展示学生的探究能力。这正是目前教学评价体系重视知识而轻视能力这一弊端产生的原因之一。评价的难以开展导致在需要对学生进行评价的情境中，教师难以评价学生的探究能力，而只能对于知识进行评价，导致纸笔测验成为唯一评价标准，应试教育无法根除，素质教育难以开展。比如在自主招生等要求对于学术型人才筛选的测试中，校方可以通过对于学生探究学习情况的调查，了解学生的探究能力，了解其是否适合于本校或本专业。由此，评价才能发挥其导向作用，引导教学偏重探究、偏重能力，而不是一味追求知识。

此外，在现行教育体系中，教师在学生学习后很难准确掌握每个学生对于学习内容的理解情况，因此很难针对性地对于学生的学习误区进行纠正。尤其在国内大班教学的现实情况中，了解每个学生学习过程和思维过程几乎是不可能的。这就造成学生学习产生误区而无法及时纠正，错误屡屡发生却不清楚发生原因，对于教学造成极大不良影响。而教师可以通过学生思维的可视化来观察每个学生的思维，由此来把握学生的学习情况，纠正思维误区，帮助学生保持思路正确。由此可见，探究学习过程可视化对于探究教学的开展、教学评价都有重要意义，如果积极推动网络学习平台的建设，学生的探究学习就有可能作为学习评价的重要一环而存在，促使学校、教师和学生重视科学探究。

强调知识整合学习，以解决问题为导向 在我国现行教学体系中，知识点常以专题形式呈现，虽然便于学生的知识体系构建，知识之间关联较好，但是在知识掌握之后缺乏知识的整合，使知识仍然是独立的知识，而难以产生相互之间的关联，难以形成逻辑上完整、可以用于解决完整问题的完整知识体系。课程难以突破分科课程的壁垒，无法形成在教学中有重要意义的综合课程。学科间的横向联系被割裂，由于不符合认知的逻辑，导致学生难以整体发现、分析和解决问题。这一点与注重与现实生活的联系的高中生物课程理念是相左的，因此应当注重知识整合与解决问题。

我国生物教学在生物进化一部分的教学导入使用的例子为枯叶蝶的进化原因，这一例子在生物知识如此普及的今天似乎已落后于时代，很难引起学生的注意，难以使学生真正对问题产生好奇，进而进行以解决问题为导向的探究，而是仅仅注意书本材料。无法做到以问题为导向确实是我国生物教学的一大遗憾，而WISE 则重视真正以问题为导向，在教学过程中始终指向解决小丑鱼生存的问题，由此使学习的目的针对解决问题而非获得知识，这一点是完全符合探究学习本质的。通过网络平台的推广，以解决问题为指向的综合课程将更加易于开发。

加强技术支持，促进对生物概念、理论的深刻理解WISE 在“进化”部分设计的模拟进化实验很好地模拟了进化过程，让学生直观看到进化如何发生，如何影响生物的性状，使学生具象地了解进化。WISE 提供的活动不仅有实验，还有建模设计、辩论、讨论、头脑风暴、角色扮演等，可以充分活跃学生的思维。探究教学在我国教学中无法顺利开展的一大关键问题在于资源不足。受限于时间、空间、客观条件等因素，很多探究活动难以开展。如生物教学中“进化”这一部分，教师很难在现实中找到适合的例子来证明进化的发生，更难以向学生展示进化对于生物性状的影响。在人教版课本中，“进化”这一部分没有提供探究实验，因为确实难以开展实验。在实际教学中教师或完全不进行实验，或使用类比模拟实验，如在某一颜色背景板上“抓”颜色不同的“猎物”，以此模拟自然选择的过程。这样的教学不但耗费教师的精力，而且在实际开展中会遇到学生故意捣乱等未知问题，教学效果如何尚不得而知。

通过对比发现，WISE 所提供的模拟进化中自然选择的实验不但无需模拟，真实再现可能发生的情况，而且不需要教师做大量准备，更不存在学生捣乱的情况，教学效果必将十分良好。现代教育技术支持下的探究教学不仅可以节约课堂时间，促进对生物概念、理论的深刻理解，增强教学效果，甚至能打破教学资源不足的窘境。这些优势将促使教师更加积极主动地开展探究教学。

我国由于探究教学起步较晚，与国外尚有一定差距，而WISE 的成功带来很多启示。如果在我国能够全面推广类似的网络平台教学，相信对于我国生物课程及教学的发展是大有裨益的。

[1]普通高中生物课程标准（实验）[S].北京:人民教育出版社,2003.

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

[3]吴伟,赵阳阳,熊耀华.基于网络的科学探究教学[J].外国中小学教育,2011(2).

[4]国家研究理事会.美国国家科学教育标准[S].戢守志,等,译.北京:科学技术文献出版社,1999.