科學探究平臺在初中生命科學課中的應用及啟示*

◎ 莫曉連

新課程改革實施以來，我國科學課的教學目標已經從關注學生事實性知識的掌握轉向培養學生對科學的理解?！吨袊鴮W生發展核心素養》總體框架也強調要發展學生批判質疑、勇于探究、樂于學習、勤于反思的科學素養。［1］探究教學被認為是提高學生科學素養的有效方式。但是，在目前一對多、以教師為主導的常規課堂教學中，如何在保證教學效率的同時通過探究將學習自主權還給學生，將探究課與實驗課區分開來，不讓探究變為另一種形式的“傳授式教學”，成為許多一線教師的困惑。另一方面，我國《教育信息化“十三五”規劃》強調要依托信息技術促進教學理念和教學模式的變革，但在實際教學中真正利用技術工具促進學生有效探究的實踐還不多見，科學教師也常常發出“除了用模擬實驗代替不方便在學校實驗室做的實驗外，信息技術還能幫我這個生物（物理、化學、科學）老師做什么呢？”的疑問。

美國加利福尼亞大學伯克利分校的馬西婭·林教授及其團隊在總結有效教學原則基礎上，以學生為中心開發了基于網絡環境的科學探究環境（Web-based inquiry science environment，簡稱WISE）平臺，并利用該平臺上的技術工具開發能夠真正支持學生自主探究的科學課程。比如利用內嵌的提問、模擬實驗、想法籃等工具，結合經典探究循環“提出問題—作出假設—實驗—得出結論—交流”模式，為每一位學生提供“一對一”的探究腳手架，真正實現了用技術支持學生個性化學習，用技術促進教學模式的變革。［2］這在解決筆者部分困惑的同時又給筆者帶來了新的疑問，在這樣一個幾乎完全自主的平臺上，學生真的能好好學習嗎？作為一名教師，作用又在哪里？

帶著這樣的疑問，筆者在華東師范大學研究者的幫助下，嘗試將WISE引進課堂。結合實際需求將WISE課程本土化，將WISE的“想法籃”工具紙質化，通過“線上學習與線下反思”的方式促進學生的科學學習。通過研究課前、課后的紙筆測試、課堂中的觀察，比較利用WISE平臺教學和常規教學的效果以及兩者教學模式的差異，探索在此類探究平臺中科學教師的作用，獲得對改進生命科學課堂教學的啟示。

一、對平臺“量體裁衣”，推進有效落實

對比，探查常規教學和運用WISE進行探究教學對研究對象在掌握遺傳基因等相關科學知識、發展自主學習能力等方面的情況。

研究過程如圖1所示，共分為四個步驟，分別是：教學前準備（備課）、前測、教學實踐（上課）與后測。對照班采用常規教學，實驗班四個步驟的具體過程如下所述：

本研究通過課堂實踐、研究對象前后測的

圖1 研究過程

（一）校本化平臺學習內容，與課標“無縫連接”

校本化WISE網絡“誰會繼承囊胞性纖化”課程（簡稱“誰會”課程），主要以《上海市中學生命科學課程標準（試行稿）》（以下簡稱“課標”）為基礎。在充分分析學生需求和學校環境條件的前提下，選擇適當內容，刪除超出課程標準要求的學習內容、統一科學概念的表述（如：“基因”與“等位基因”）、調整學習難度，使之與以教材為主的常規課堂教學在教學內容和教學目標達到基本一致（見表1）。

表1 “基因與人體性狀”和“誰會”學習內容比較

（二）紙質化平臺核心欄目，提高應用效率

整個學習過程，WISE“誰會”課程由7個環節37個步驟組成，每一個步驟頁面都內嵌 “想法籃”，該工具設計的初衷是幫助學生養成良好的記筆記習慣。通過設置層層遞進的“腳手架”引導學生在完成學習任務的過程中不斷外化已有想法，比較已有想法和科學概念的差異，成為自己的教師。［2］筆者在以“學生”身份體驗WISE“誰會”課程過程中發現，在大多數步驟中，“想法籃”工具處于頁面右上角，屬于輔助性工具，個別步驟會提示學生使用“想法籃”，但并不強制。也就是說，學生完全可以在不使用該工具的情況下完成步驟任務。因此，在實際操作過程中，“想法籃”很可能會被忽略，從而失去其引導功能。

為此，筆者決定嘗試將平臺上的“想法籃”工具紙質化。為課程中11個學習步驟增設需要學生完成的紙質“想法籃”表格，引導學生更好地完成關鍵步驟的學習任務。所選步驟的依據是：這11個步驟，每個步驟都設有內嵌小問題，這些小問題在學習過程中起承上啟下的作用，通常要求學生對某個科學現象做出解釋，對學生要求較高，具有一定難度。增設的紙質“想法籃”可以幫助學生整理他們的思路，整合自己的觀點。

紙質“想法籃”保留該網絡平臺中的精髓部分：“你的想法類型”“請記錄你的想法”“你對自己的觀點確信嗎？”“請解釋一下你的觀點”和“標記欄”（見表2）?！澳愕南敕愋汀奔毞譃?種類型：筆記、疑問、觀點和感受。激勵學生大膽地表達所觀察到的和經歷過的事物，在前概念和新概念之間建立聯系。而在“記錄想法”“點亮鉆石”和“解釋觀點”部分，又步步緊“逼”，讓學生利用已有證據證明自己的觀點，發展科學論證能力。

表2 “誰會”紙質化“想法籃”設計

二、構建以學生為主體的課堂教學

（一） 將課堂效率還給學生

實驗班和對照班在前測和后測兩個時間點上得分的平均值和標準差如表3所示。相較于前測，兩組學生的平均成績在后測中均有所提升，實驗班學生得分提高了1.26分，對照班得分提高了1.04分。獨立樣本t檢驗結果表明，前測的時候兩個班級的學生成績不存在顯著差異（t=1.35,p=0.18），即兩個班級學生在單元學習開始之前水平相近。后測時候兩個班級學生的成績出現了差異（t=2.29,p=0.026＜0.05），實驗班學生成績顯著優于對照班，初步說明利用WISE教學能有效促進學生的理解，提高學生成績。而從每一題的單項得分來看，實驗班在三個知識點（相對性狀、基因的顯隱性和基因概率計算）的正確率差中，較對照班增長都要高（見表4）。

表3 實驗班和對照班得分比較

表4 實驗班和對照班前、后測正確率差比較

（二） 將課堂時間還給學生

本次研究還對實驗班和對照班在兩個課堂的時間分配上進行了比較。結果顯示，實驗班較對照班的學生明顯具有更多的自主學習時間（見表5），保證了學生的自主探究學習活動。

表5 實驗班和對照班在課堂教學中的時間分配

（三）為學生搭建完善的課堂學習支架

從課堂觀察來看，在運用WISE的課堂教學中，雖然教師的集體指導時間較常規教學少了很多，但是大多數學生在技術腳手架的幫助下能夠自主完成“誰會”課程的學習。比如，每個環節之前的提問給予每一位學生表達已有觀點的機會，激活他們的前概念；而“互動概率計算表”“基因組合列表”等在線互動小游戲，為每個學生提供了親歷單基因組合的體驗機會。而“想法籃”作為貫穿課程的工具，有效地滿足了學生學習個性化的需要，在整個自主探究學習中發揮了重要作用。

由表6和表7可知，紙質“想法籃”為學生提供了厘清自己已有觀點、疑問或感受的思路，幫助學生在自己的觀點和支持觀點的證據之間建立聯系，整合自己所學知識。此外，紙質“想法籃”也留下了學生思考的痕跡，為教師之后的學生整體指導和個別化指導提供依據。比如，表7顯示，“想法籃”不僅為學生B提供了表達自己在步驟3.4上疑問的機會，還要求該學生對自己的疑問進行深入思考。表7中“埃里克的親戚中有患有CF的，他的基因型可能受親戚影響”表明，學生對埃里克致病基因的遺傳由來產生了錯誤的歸因，認為致病基因來自于親戚，與父母的關系不大。根據學生B的這一表現，筆者在課后找機會與該學生進行了一對一交流，就這一問題進行具體分析，首先引導其認識到父母都攜帶了隱性致病基因，其次進一步引導其分析隱性和顯性基因的關系，有效地幫助該學生解決了學習疑問。

表6 學生A 在步驟2.7“想法籃”上的表現

表7 學生B在步驟3.4“想法籃”上的表現

四、反思與啟示

（一）多途徑構建以學生為中心的課堂教學

利用WISE平臺的課堂教學始終以學生為中心，實現了將課堂真正回歸學生。主要從以下四方面著手：①教師指導從課上轉移至課前和課后，課堂時間完全由學生掌控。課堂中教師課前編排好的“想法籃”發揮腳手架作用，課后教師回收紙質“想法籃”，根據學習記錄，更科學地給予學生針對性指導；②課堂掌控權在學生，在WISE教學課堂中，大約90%的時間學生都在利用平臺自主學習，或通過同伴間的交流互相學習，教師可以以同伴身份參與任何一組學生的學習，只在需要的時候給予個性化指導和集體指導；③注重每個學習個體的思維過程：借助多種技術工具，實現每個學生個體進行知識的析出、添加、分辨和整合，達到有效的知識整合；［2］④在真實情境中促進探究能力的發展，在WISE創設的真實問題情境中，每個學生都有機會操作模擬實驗，都可以像科學家一樣去思考問題、提出假設并且進行實驗，增加了直接經驗的感受和體驗，利于知識的整合構建和自主探究能力的提高?？偟膩碚f，在利用WISE教學的過程中，技術工具的支持使得自主探究學習的開展得到保障，教師只在技術工具未能達到效果的時候給予及時指導，不僅針對性極強且也提高了指導效率。

（二）改進技術工具，使之更適合教學實際

對技術工具的利用，可以根據實際情況加以改造，使之更適于師生的實際情況。如在本研究中，學生能夠順利在WISE平臺以探尋“誰會繼承囊性纖維化”謎底為線索的學習過程中，達成各知識點的掌握和認知的目標，紙質化“想法籃”工具發揮了不小的作用！ 紙質化“想法籃”根據實驗對象的實際情況，簡化平臺內嵌“想法籃”的一些流程，保留其精髓的同時避免“想法籃”被學生忽視，無法發揮其幫助學生回顧復習的缺點，使學生沒有走馬觀花，而是一步步地按照“想法籃”已設置的步驟進行知識的析出、添加、分辨、整合，直到找到疾病遺傳的原因。此外，紙質化的工具也便于教師回收和分析，并據此對學生進行有針對性的指導，這是平臺上的“想法籃”所不具備的優勢。因此，在利用技術工具改進教學的同時，一定不能忽視“量體裁衣”，這樣才能做到讓技術為教學服務。

［1］ 核心素養研究課題組. 中國學生發展核心素養［J］.中國教育學刊， 2016（10）.

［2］ 馬西婭·C·林，巴特-舍瓦·艾倫. 學科學和教科學：利用技術促進知識整合［M］. 裴新寧，劉新陽，譯. 上海：華東師范大學出版社，2016：156-194，107，130.