WISE项目中“太空移民”案例的分析与启示

董晶

摘 要 通过介绍WISE平台中“太空移民”案例，分析内容组织与媒体呈现的方式，结合生命科学核心素养的内涵提出对于生命科学课堂教学的启示：有新意的情境创设，激发学生兴趣；将漫画、动画、游戏融入案例帮助学生自主建构知识；引导学生运用所学内容分析问题，形成自己的观念并表达交流。

关键词 WISE 教学案例 核心素养

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

目前，生物学教学愈发关注学科核心素养的培养，生命科学所包含的生命观念、理性思维、科学探究、社会责任是每一名学生获得成功生活、适应个人终身发展和社会发展都需要且不可或缺的共同素养。WISE项目从学生出发，以活动为中心组织课程，在活动中开展课程，整个活动过程成为解决问题、思维训练的过程。由于课时、设备、师资等因素也许无法在课堂中开展一个完整的WISE项目，但其独特的内容组织形式和媒体呈现方式可为课堂教学的实施提供一些参考和借鉴。

1 WISE的简介

WISE（Web-based Inquiry Science Environment）是基于网络的探究性学习环境的简称，其项目和软件由技术加强的科学学习社区（Technology Enhanced Learning in Science Community，简称TELS）的研究者开发。通过构建虚拟学习环境，引导学生做出预测、观察、解释、反思；对不同的科学解释进行评价，以提高认识加深理解。WISE项目中还嵌入多种媒体（如动画、图像、图示、图表、视频、外部网页及文本）。利用各种支持工具，学生可以熟练地掌握从多种媒体中提取主要信息。WISE课程已经在美国超过10个学区的初高中进行过20多年的测试。已有的研究表明，WISE课程单元可以促进学生对科学课程中高难内容的学习。而且WISE具有后续效应。在使用WISE单元后，学生仍会继续使用在WISE单元中学到的技能，综合他们的各种想法，巩固他们的学习。WISE由美国国家科学基金会资助，任何可以用计算机上网的人都可以免费使用。

WISE将已经成功运行并取得良好效果的案例放入其案例库中，目前其案例库共有57个，涉及地球科学、生命科学、物理、化学、生物、科学综合等学科，其中关于生命科学的案例共有18个，涉及了中学生命科学课程的诸多方面，如光合作用、细胞呼吸、有丝分裂、进化等。

2 “太空移民”案例的介绍

该案例全称为“Space Colony！-Genetic Diversity and Survival ”，即“太空移民——基因的多样性和保存”。该案例于2015年11月10日被收入WISE项目库，适用于9～12年级的学生，在计算机上需要4～5 h学习。通过构建“太空移民”模型，介绍有性生殖和无性生殖在遗传多样性上的差异以及遗传多样性和自然选择之间的联系。此项目包含了进化论、基因、细胞分裂、自然选择、减数分裂、克隆、生殖方式等多个生命科学概念。

2.1 情境构建

在项目开始，先构建一个情境：在2015年，地球上的人口已达到250亿，人们需要移民到新的星球。大型宇宙飛船“U.S.S.Morus”号已经建造完毕，能够运送250 000移民者去太阳系外的星球定居。情景中提供了3个星球X1、X2、X3可供选择，分别列出其温度、辐射量、及重力因素。假设学习者是该飞船上生物工程小组的成员，负责挑选出能够在不同星球上有最高存活率的移民。其团队有两种选择：① 从基因水平上制造出具有智商高、力量强、体质优的“最佳移民者”，然后通过克隆技术无性繁殖；② 选择具有不同性状的移民者通过有性生殖繁衍，因而每一个移民者的基因都是独一无二的。由学习者做出选择，并说出理由。

2.2 项目组成部分及内容

此案例包括情景介绍一共有8个单元，每个单元基本由所属主题版块的内容简介、相关内容的文字介绍、图片及动画、问题、小测试组成，具体版块介绍见表1。

3 “太空移民”案例对课堂教学的启示

WISE教学案例跳出了一般教学设计的形式，将课程内容融合在具体情境中，使用精心设计的教学内容，采取多元化评价。这些可为传统课堂教学增添一抹亮色。

3.1 利用科幻情节创设情境，激发学习兴趣

学生对某件事产生兴趣时，就会主动接触、观察这件事，积极地从事这项活动，并注意探索其中的奥秘。值得一提的是，在此案例中除了用文字构建情境，还辅助以相关图片，如超现代化的建筑、宇宙飞船、移民候选星球、科幻小说中关于克隆人的插图等。整个案例首尾呼应，结束时思索2105年人类的何去何从，从不同星球的不同环境，预测人类可能的进化方向，同时配上了科幻感十足的图片，余音绕梁引人深思。

3.2 将漫画、动画、游戏融入案例帮助学生自主建构知识

在“生命密码”单元，介绍生命的结构层次时显示图1，而在后续关于“DNA”的介绍中，在页面右上角，又有红色箭头指向图1中的“DNA”层；在虚拟实验的页面中，同样在右上角红色箭头指向图1中的“种群”层，帮助学生形成知识整体框架。从个体到DNA分子的层次（图2），帮助学生自主构建相关概念及概念间的联系。在“进化论”单元采用图3介绍自然选择，生动形象。学生通过自我建构出的概念进行理解，必然比被灌输的内容的理解要深刻。整个案例中涉及到所有图片均注明出处，体现出严谨与规范。

利用虚拟实验——进化实验室模拟自然选择（图4）的过程。蓝色生物以昆虫作为食物，其抓取的手臂长度一致。实验中设定了基因突变发生的频率，若抓到了昆虫即获得了食物，然后能够繁殖后代，并将此突变遗传给后代，没有抓到昆虫的蓝色生物处于饥饿状态（蓝色生物下方的红柱的长短代表其饥饿程度）最终死亡，为新产生的蓝色生物提供生存空间。经过一定的周期，蓝色生物手臂长短的表现型出现差异。

3.3 引导学生运用所学内容分析问题，形成自己的观念并表达交流

案例的问题设置内容丰富，包括概念辨析、在新情景下对于问题的分析处理、能够对现象做出理性解释和讨论，并用文字表达。在相应页面进行基因、等位基因、基因突变等基本概念的辨析。如：

请从以下描述中选出什么是基因？（ ）

A. 基因是DNA分子上的特定片段

B. 基因只有人类才具有

C. 基因决定了蛋白质的合成

D. 由于基因携带大量遗传信息，所以从不发生改变

什么是等位基因？（ ）

A. 等位基因是某基因由于DNA复制形成

B. 等位基因是基因的另一种名称

C. 当个体改变表现型时等位基因形成

D. 等位基因是某基因由于基因突变而产生”

提供新的情景，让学生根据所学知识进行判断。如：

如果在路上遇见一对双胞胎，性别为一男一女，请问属于的双胞胎哪种类型？

在完成虚拟实验——进化实验室之后，你认为哪类移民能够在多变并充满挑战的环境中有更高的生存率？并说明理由。

A. 有遗传多样性较高的种群

B. 遗传多样性较低的种群

C. 二者的生存概率无差异

D. 难以预测

“假设一对夫妻Sue and Marc他们想改造他们的基因以适應去外星球移民，并且希望这种改变能够遗传下去，请问他们需要选择哪种类型的细胞？

A. 神经细胞

B. 生殖细胞（精子或卵细胞）

C. 所有的细胞

D. 体细胞

你认为Sue and Marc能否利用基因突变实现在移民者中出现有利基因的目标？（ ）

A. 可以，基因突变通常可以出现有利变异

B. 不可以，基因突变是随机的，并且引起的变异无利害之分”

案例中对于生命科学相关的社会责任、育人价值在讨论中也有所体现，并给予学生充分的思考空间，除了关于“克隆移民的利于弊”，还有开放性的问题，如“基因突变和基因重组为生物进化提供了原材料，是多方向不可预测的，尽管如此，你认为对于哪些新的性状可能会为将来的人类造福？”……

“太空移民”只是WISE平台中众多案例中的一个，其案例内容多为英语，教师和学生可以申请不同的账号类型免费登陆学习，在给予课堂教学启示和思考之余，也希望能够有更多优秀的中文编写的适合中学生物教学实施的WISE项目出现。

参考文献：

吴赵，吴伟.WISE项目中游戏型物理教学案例的分析与启示[J].物理教师，2016，37（6）：6-9.