“具身创造式学习”模式在高中生物学教学中的应用——以“生态系统及其稳定性”单元教学实践为例

丁 婷

(江苏省无锡市辅仁高级中学 江苏无锡 214123)

针对当前社会“学生适应社会和就业能力不强,创新型、实用型、复合型人才紧缺”这一现状,《教育规划纲要》指出,要“坚持能力为重,优化知识结构,丰富社会实践,强化能力培养。着力提高学生的学习能力、实践能力和创新能力,注重学思结合,倡导启发式、探究式、讨论式和参与式教学,帮助学生学会学习”。为此,下文提出了“具身创造式学习”模式(图1)。

图1 “具身创造式学习”模式模型图

1 “具身创造式学习”模式框架解读

“具身创造式学习”模式是基于具身认知理论、深度学习理论、项目化学习理论等,结合长期科学探究实践教学的实践经验提出的。具身认知理论提出,“人的认知是通过身体的体验及其行为活动方式而形成”,即身体的形态结构、运动系统、感觉系统和神经系统决定了个人如何认识世界,认知是包括大脑在内的身体的认知,具身认知理论认为身体在认知的形成中起决定性的作用。具身化的教学要求教师以学生的身体为主体,调动学生的心智、情感、需求、经验等各要素,注重学生通过自身身体体验而获得理解与认知,而非对学生进行概念知识的灌输。深度学习理论提出,要让学生在教师的引领下,围绕着具有挑战性的学习主题,全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程。

“具身创造式学习”模式把概念学习分为科学实践与科学认识两部分。

科学实践既包括围绕生物学教学内容开展的具体的科学实践活动(侧重科学探究),又包括在实践活动中认识和解决问题的学科能力活动(侧重科学思维活动)。其中,学科能力活动是北京师范大学科学教育团队从顺利进行相应学科的认识活动和问题解决活动所必需的、稳定的心理机制出发,构建的基于A学习理解(A1 辨识记忆、A2 概括关联、A3 说明论证)、B 应用实践(B1 分析解释、B2 推论预测、B3 简单设计)和C 迁移创新(C1 复杂推理、C2 系统探究、C3创新思维)的3×3 学科能力活动。

科学认识既包括学科核心知识,也包括学科认识方式。学科核心知识是生物学科的基本概念和观念,是形成科学认识和发展学科能力的基础,侧重生命观念。学科认识方式是认识生命奥秘的思维方法和探究方法,是建立“生命观念”并最终形成“社会责任”的学习过程与方式,它既包括认识与看待客观世界和分析与解决问题的角度、思路和方法,也包括在认识过程中形成的生物学学科典型学习方式。

“具身创造式学习”模式的本质是从科学实践走向科学认识,从实践体验走向学习创造。该模式既高度重视体验性实践活动,即在实践中开展科学探究,在真实情境和实际作业中突显思维碰撞和发展科学思维;又强调在体验中理解与应用学科核心概念和学科认识方式,并在知识的灵活应用中形成新的思想观念方法、开展创新创造,从而实现科学实践与科学认识的协同发展。下文将以“生态系统及其稳定性”单元教学实践为例,介绍“具身创造式学习”模式的课堂实施范式。

2 “具身创造式学习”模式的课堂实施范式

2.1 凝练学科核心知识,建立学科生命观念

学科核心知识是开展具身实践活动的基础,教师要对本单元的核心知识和重要概念进行提炼与整合。“生态系统及其稳定性”是人教版高中生物学教材《选择性必修2·生物与环境》的第三章,本单元的学习内容及重点包括:能运用结构与功能观、物质与能量观阐明生态系统各组成成分的功能,以及各组分如何紧密联系形成一个统一的整体,能运用稳态平衡观阐明生态系统具有维持自身动态平衡的能力,认同生态系统稳定性的重要性,关注人类活动对生态系统稳定性的影响等。本单元教学面临的最大的困难是宏观的生态系统内部的调节所产生的影响具有较长的滞后性,这种影响难以用各种指标及时测量,导致学生无法真正体会人类活动是如何影响生态系统的。这一问题不解决,学生很难形成正确的世界观、尊重自然的品性和科学思维能力。因此,教师提前两个月设计并组织学生开展了“设计制作生态缸,观察其稳定性”的具身实践活动,并将这一实践活动贯穿于整个单元教学过程中。

2.2 开展具身实践活动,实现核心内容实践教学

“具身实践活动”是“具身创造式学习”模式的核心,目的是让学生在体验中实现对核心知识的理解,使学生在解决问题的实践中实现知识的迁移、应用与创造。具身学习具有“涉身性”“情境性”和“体验性”特点,于教师而言,落实生命教育的“涉身性”最主要在于调动学生的主观能动性,使学生积极地投入到体验中去,与教师和其他学生充分互动,释放身体,沉浸在教学环境中,进而让学生能准确体察身体的感受与运动状态。在制作生态缸的过程中,学生小组需要对生态缸进行规划设计,容器的材质、生物的种类和数量、非生物因素的控制以及观察指标等都需要通过小组合作搜集资料、交流讨论来确定。学生小组制定好方案后,各组自行购置生态缸、采集动植物材料,制作好生态缸后每周定时观察、拍照、撰写观察日记。

由于具身学习环境是动态生成的,而不是预设的,因此,教师要想发挥学习环境对学习的最大功用,必须时刻注意观察与感受学生在具身实践活动中的发现和疑问,将其运用于核心知识的教学。例如,有小组将喜好阴生的蕨类植物暴露在强光下,由此,教师可以在课堂上就生物群落与无机环境之间的关系组织学生展开讨论,让学生真正理解“生态系统是由生物群落与它的非生物环境相互作用而形成的统一整体”这一重要概念。在实践活动中,学生发现不同小组养的乌龟有的活着、有的很快死了,于是学生产生疑问,对此,教师可以建议学生查阅资料,如放养的龟是什么食性。学生往往会将生态系统的结构与生态系统的四种组成成分等同起来,忽略了生态系统的营养结构,教师可以就这个例子引导学生理解生态系统各种成分之间的复杂关系,如果只是四种成分的简单拼凑,并不足以构成完整的生态系统。生命教育的本质在于“生命对生命的碰撞,生命对生命的感动”,在具身实践活动中,学生可以形成更多、更深层的对生命的认知。

2.3 运用学科认识方式,发展生物学科学思维

学科认识方式包括在面对具体学习任务时调取相应概念的认识视角(如物质与能量、结构与功能、对立与统一、生物与环境)和认识类别(如整体与部分、静态与动态、定性与定量、宏观与微观),还包括生物学学科典型学习方式,如基于实验证据的探究式学习、基于科学史还原的科学学习历程、基于事实和现象的主动概念构建、基于建模和理性分析的问题解决学习和基于理解实践与迁移创新的学科能力活动。本单元教学依托具身实践活动、小组汇报交流和课堂知识结构化等手段,锻炼学生运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模等科学方法探讨生命现象、审视或论证生物学社会议题的能力。

在制作观察生态缸的过程中,有的小组投放的生产者的种类和数量过少,而消费者数量过多,消费者得不到足够的物质和能量。教师可以结合这一现象,引导学生归纳要实现生态系统能量流动和物质循环的正常进行,放置生物时要考虑哪些因素,并顺势让学生对抵抗力稳定性和恢复力稳定性的概念内涵及外延进行分析。在理解了理论知识之后,有些小组立刻将其应用到实践活动中,对生态缸进行了人工干预,如加入饵料、土质、增加生物种类等。还有小组发现水质由浑浊、发黄变为清澈,这是水体在发生自我净化,是生态系统自我调节能力的体现,教师可以就这一现象让学生讨论太湖蓝藻爆发的原因,使学生体会生态系统的自我调节能力是有一定限度的,然后鼓励学生利用所学的生态系统的知识提出治理措施。学生提出投放食用蓝藻的鱼类后,教师顺势引导学生用文字和箭头画出蓝藻与鱼类之间的数量变化关系,通过让学生自主构建负反馈调节的概念模型培养学生的科学思维。

2.4 落实学科能力活动,融合理解应用与迁移创新

新高考生物学科确立的关键能力包括理解能力、实验探究能力、解决问题能力和创新能力,学科能力活动可以看作是新高考关键能力的进一步细化,既包括科学家的认识活动和问题解决活动,也包括学生的认识活动和问题解决活动。本单元的教学通过将具身实践活动与课堂知识学习有效整合,从而实现了理解、应用和创新的学科能力的融合。

在观察生态缸的过程中,针对出现的问题,教师和学生一起分析原因、寻求解决方法。在评价内容上,教师坚持多元化的思想,既要关注结果,又要重视过程,更要鼓励创造。例如,有的小组想要研究不同的基质对微型生态系统稳定性的影响,于是他们分别选择了塘泥、鹅卵石和细沙作为基质,加入了相同的起始生物种类和数量进行观察研究。即使这一研究课题与课本所学内容有一定的偏差,但它是学生发散思维的体现,教师要予以保护。在本单元学习的最后,教师要求学生课后查阅资料,了解无锡长广溪湿地公园是如何通过合理运用物理沉降、化学分解和微生物分解等过滤系统减轻城市降雨径流引起的污染的,然后教师利用希沃软件设置小游戏,让学生小组合作,利用软件中提供的多种生物、水体供氧设备、污水过滤系统等设计一个水域生态系统,并要求学生进行展示和描述。这一活动不仅能引导学生在问题解决及工程设计过程中应用核心知识和发展创新能力,还能提升学生保护家乡生态环境的责任意识。

3 总结

“具身创造式学习”模式坚持让学生经历科学探究实践的全过程,帮助学生在具身实践中实现知识的学习理解与应用实践,也即“做中学”;同时重视让学生在知识迁移和学习作业中产生解决新问题的新方法,凸显对学生在真实情境和实际作业中的思维品质与创造力的训练,促进学生从实践体验走向学习创造,也即“学中创”。因此,“具身创造式学习”模式充分满足了学生核心素养发展和社会创新人才培养的教学生态要求。