美國WISE科學探究平臺對培養學生核心素養的啟示*

◎ 李增嬌 鄭曉蕙

當前，國家提出將“立德樹人”作為我國教育的根本任務，并組織教育專家集中研究各學科的核心素養。生物學科的核心素養一般包括生命觀念、科學探究、理性思維、社會責任這四個方面。一線教師對生物學科核心素養有了一定認識，但對如何在教學中貫徹和落實核心素養尚缺乏了解。借鑒和學習國外生物探究教學的案例，將有助于我國生物學教師開拓視野。本文選取了美國WISE科學探究平臺中一個典型的生物探究教學案例，通過對該教學案例的特點分析，以期為基于核心素養的課堂教學提供思路。

一、基于WISE的高中生物科學探究項目

（一）WISE簡介

WISE，全稱為Web-based Inquiry Science Environment，譯為“基于網絡的科學探究環境” （網址：http：//wise.berkeley.edu）。它由美國加利福尼亞大學伯克利分校主持研發，并受到美國國家自然基金贊助。該平臺自1997年投入使用，為全球數以億計的四至十二年級師生提供了一個完全免費的科學探究環境。該平臺有兩種界面, 包括學生的學習界面和教師的工作界面。其中學生的學習界面包含一系列由教師預先設計好的科學探究活動，每個活動又根據科學探究的一般步驟設置了若干個活動步驟。學生通過自主探究、合作交流、反饋評價的步驟，建構科學知識。而教師的工作界面則為探究學習提供了設計、開發環境，教師還可以對學生的探究活動進行實時監控、在線學習評價、及時指導、學生賬戶管理、教師信息維護等。

目前，WISE 中提供的探究教學項目涵蓋了中學物理、化學、生物、地球科學等多個學科, 其中與生物學科密切相關的項目涉及細胞呼吸、光合作用、人類遺傳病、DNA的結構與功能、生物多樣性與進化等30多個領域。本文以“走近單基因遺傳病”（Simple Inheritance）項目為例來介紹生物學科的具體案例。

（二） “走近單基因遺傳病”項目介紹

有關遺傳病的遺傳方式及遺傳特點向來是高中生物科學中的難點知識。此項目的教學目標就是通過“解密囊性纖維化”這一單基因遺傳病的科學探究活動，理解單基因遺傳病的遺傳方式，總結單基因遺傳病的遺傳特點，學會關愛遺傳病患者。

項目共設計了由易到難、層層相扣的7個探究活動，每個活動又以一定的探究步驟有序進行（圖1）。學生在一系列環環相扣的探究任務的引導下以校報記者的身份去了解疾病的癥狀、治療方式及患者的生活困難（活動1）；利用內嵌互動式遺傳系譜圖（圖2），與患者家庭進行虛擬采訪，尋找疾病發生的相關證據，并對疾病的發生機制提出自己的假設（活動2）；進入遺傳學家的模擬實驗室，逐步建構等位基因、基因型、表現型之間的知識網絡（圖3），并嘗試解釋囊性纖維化的發病機制（活動3）；將已有的遺傳學知識遷移，嘗試寫出患者及其家人的基因型（活動4）。通過前面4個活動，學生的遺傳與變異的生命觀念便自然而然地建立起來。隨著探究活動的逐步深入，新的疑問不斷產生：“為什么患病男孩的父母及兄弟都是健康人？”“子代的患病概率到底是多少……”。為了突破這一難點，學生進入數學模擬實驗室，進行投擲硬幣的模擬實驗和派納方格的使用，理解概率理論，并將其用于解決生命科學的實際問題（活動5—7）。

圖1 “走近單基因遺傳病”探究地圖

圖2 內嵌互動式遺傳系譜圖

圖3 動畫操作工具幫助學生分析基因型、表現型

二、WISE對我國基于核心素養的生物學教學的啟示

（一）利用真實情境，培養學生的社會責任

社會責任是生物學科核心素養的組成要素之一，是較為欠缺的核心素養。所以生物教師在日常的教學中更應注重在教授知識和培養能力的同時，提升學生的社會責任，培養學生關心國家和社會發展的家國情懷。美國的“21世紀核心素養框架”中就提出要培養學生的生活觀和職業觀，而WISE的開發者之一馬西婭·林（M.C.Linn）教授也認為，科學知識與學生的生活環境應該整合在一起（即Knowledge Integration Environment, 簡稱 KIE），［1］這樣不僅能有效地激發學生的學習興趣，幫助學生逐步建立生命觀念，也能讓學生理解生物學科與日常生活的緊密聯系，逐步培養社會責任。例如，本項目為學生創設了一個真實的職業情境——報社記者。學生通過患者采訪和病史調查、報道文章撰寫、向主編（教師）匯報工作進度、回復讀者來信、進行模擬實驗等揭示疾病的遺傳機制和計算疾病的發生概率。通過一系列新奇又有趣的模擬職業體驗活動，學生不僅激發了對遺傳病知識的探究興趣，也了解記者這一職業的社會責任，知道如何善待社會上患有遺傳性疾病的人。

生物學科與醫學、藥學、營養學、心理學及農業生產等多個領域息息相關，且我國現行中學生物教材中也有不少對與生物學相關職業的介紹，但是很多教師未能將這些資源進行充分利用。如果生物教師能夠將這些職業資源與生物教學整合，將有助于培養學生的社會責任。例如，在高中必修2“伴性遺傳”內容的教學中，教師結合課后的有關遺傳學醫師的職業資料，設置教學情境：有一對夫婦，妻子是紅綠色盲患者，而丈夫是正常人，他們希望在懷孕前進行遺傳咨詢。如果你是婦產科醫生，從優生角度來看，他們是否適合懷孕？你會給出怎樣的建議？在妻子懷孕之后，是否需要進行產前診斷？通過類似真實情境問題的設置，學生能夠迅速進入醫生角色，在學習知識的同時，培養自身的社會責任感。

（二）搭建探究階梯，幫助學生建立生命觀念、體驗科學探究過程

生命觀念簡而言之，是對生命本質的看法。生命觀念主要包括三大觀念群：系統觀、進化觀、生態觀。對于遺傳病這一內容來說，屬于進化觀中的遺傳與變異子觀念?？茖W探究是對我國新世紀基礎教育生物課程改革理念之一“倡導探究式學習”的傳承，然而受傳統教育觀念的影響，許多教師都缺乏探究的體驗，所以一開始就讓學生走進“自主探究”的王國，是非常困難的。此時，走“引領探究”之路便成為了一種轉變學生學習方式最有效的辦法。例如，本項目通過這種 “探究地圖”式的學習方式，讓學生一步步建立起生命觀念，并體驗科學探究的一般過程，了解科學探究的演繹推理、數學建模等一般方法。這種環環相扣的探究在一系列學習任務的驅動下，會讓學生像科學家一樣，不斷獲得探究的成就感。［2］

相比美國WISE科學探究平臺的生物學案例，我國中學生物學課堂中，教師容易陷入兩種誤區：要么設計的探究任務開放性太強，讓學生感到太難而無從入手；要么設計的任務過于簡單，讓學生有不屑一顧的感覺。其實，我們可以參照WISE中“探究地圖”的方式，為學生搭建探究的階梯，進行引領式探究教學。在探究教學的初期，教師可充分挖掘并完善補充教材上的科學史資料（如光合作用的發現史、細胞膜結構的發現史、DNA結構的發現歷程、植物生長素的發現史等），并基于科學史提出可實現的探究主題，設計出一系列具有層次性的探究活動及其每一個具體的探究步驟。當學生已經掌握了探究性學習的一般技巧，就可由“引領探究”轉變為“自主探究”的形式，實現學習方式的真正轉變。

（三）豐富活動方式，培養學生的理性思維

理性思維是一種有明確的思維方向，有充分的思維依據，能對事物或問題進行觀察、比較、分析、綜合、抽象與概括的一種思維。因此，理性思維就是一種建立在證據和邏輯推理基礎上的思維方式。理性思維的培養首先要求教師能夠精心設計學習情境，并對課內外的有價值的學習材料進行加工后以多樣化的方式提供給學生，讓學生在充分發展比較、分析、綜合、抽象與概括能力的基礎上，提升理性思維能力。例如，本案例就提供了包括提出假設、角色扮演、閱讀討論、小組合作、利用證據、頭腦風暴、模擬實驗以及模型構建等多種活動方式，使學生在情緒高昂的心理條件下進入課題，促進理性思維的發展，能取得最佳的教學效果。據不完全統計，截至2010年左右，WISE提供的工具多達20種左右（表1）。［3］

表1 WISE提供的部分支持工具及培養目標

WISE平臺豐富的學習活動不僅促進學生多方面理性思維的培養，也幫助學生在較長的時間內保持注意力的穩定性，從而提高學習效果。我國的中學生物教師也可以通過豐富課堂教學的方式來培養學生的理性思維，但要注意教學活動的種類和適應性，不能為了活動而活動，要在充分考慮學校條件、教學內容、學生特點和自身優勢的基礎上，以“培養全面發展的人”作為活動選擇的標尺。

總之，WISE中強大網絡工具的運用為學生提供了一個十分逼真的探究平臺，但基于信息技術的探究教學并不能完全取代真實生活中的學習活動。目前，我國的很多學校還沒有條件開展大規?；诰W絡平臺的學科探究教學，所以如果能將WISE中的資源離線化，以文本或課件的形式展現，合理地借鑒WISE的教學策略，將為我國基于核心素養的教學開展提供一定的思路。

［1］ 吳偉,趙陽陽,熊耀華．基于網絡的科學探究教學：來自WISE的啟示［J］. 外國中小學教育，2011（2）：33-37.

［2］ 吳成娟,吳偉,楊清華．國外物理探究教學案例及其啟示：以WISE為例［J］. 物理教師，2010（11）：44-46.

［3］ 況姍蕓．WISE科學探究平臺對我國研究性學習平臺建設的啟示［J］. 中國電化教育，2010（1）：78-81.