美国WISE科学探究平台对培养学生核心素养的启示*

◎ 李增娇 郑晓蕙

当前，国家提出将“立德树人”作为我国教育的根本任务，并组织教育专家集中研究各学科的核心素养。生物学科的核心素养一般包括生命观念、科学探究、理性思维、社会责任这四个方面。一线教师对生物学科核心素养有了一定认识，但对如何在教学中贯彻和落实核心素养尚缺乏了解。借鉴和学习国外生物探究教学的案例，将有助于我国生物学教师开拓视野。本文选取了美国WISE科学探究平台中一个典型的生物探究教学案例，通过对该教学案例的特点分析，以期为基于核心素养的课堂教学提供思路。

一、基于WISE的高中生物科学探究项目

（一）WISE简介

WISE，全称为Web-based Inquiry Science Environment，译为“基于网络的科学探究环境” （网址：http：//wise.berkeley.edu）。它由美国加利福尼亚大学伯克利分校主持研发，并受到美国国家自然基金赞助。该平台自1997年投入使用，为全球数以亿计的四至十二年级师生提供了一个完全免费的科学探究环境。该平台有两种界面, 包括学生的学习界面和教师的工作界面。其中学生的学习界面包含一系列由教师预先设计好的科学探究活动，每个活动又根据科学探究的一般步骤设置了若干个活动步骤。学生通过自主探究、合作交流、反馈评价的步骤，建构科学知识。而教师的工作界面则为探究学习提供了设计、开发环境，教师还可以对学生的探究活动进行实时监控、在线学习评价、及时指导、学生账户管理、教师信息维护等。

目前，WISE 中提供的探究教学项目涵盖了中学物理、化学、生物、地球科学等多个学科, 其中与生物学科密切相关的项目涉及细胞呼吸、光合作用、人类遗传病、DNA的结构与功能、生物多样性与进化等30多个领域。本文以“走近单基因遗传病”（Simple Inheritance）项目为例来介绍生物学科的具体案例。

（二） “走近单基因遗传病”项目介绍

有关遗传病的遗传方式及遗传特点向来是高中生物科学中的难点知识。此项目的教学目标就是通过“解密囊性纤维化”这一单基因遗传病的科学探究活动，理解单基因遗传病的遗传方式，总结单基因遗传病的遗传特点，学会关爱遗传病患者。

项目共设计了由易到难、层层相扣的7个探究活动，每个活动又以一定的探究步骤有序进行（图1）。学生在一系列环环相扣的探究任务的引导下以校报记者的身份去了解疾病的症状、治疗方式及患者的生活困难（活动1）；利用内嵌互动式遗传系谱图（图2），与患者家庭进行虚拟采访，寻找疾病发生的相关证据，并对疾病的发生机制提出自己的假设（活动2）；进入遗传学家的模拟实验室，逐步建构等位基因、基因型、表现型之间的知识网络（图3），并尝试解释囊性纤维化的发病机制（活动3）；将已有的遗传学知识迁移，尝试写出患者及其家人的基因型（活动4）。通过前面4个活动，学生的遗传与变异的生命观念便自然而然地建立起来。随着探究活动的逐步深入，新的疑问不断产生：“为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……”。为了突破这一难点，学生进入数学模拟实验室，进行投掷硬币的模拟实验和派纳方格的使用，理解概率理论，并将其用于解决生命科学的实际问题（活动5—7）。

图1 “走近单基因遗传病”探究地图

图2 内嵌互动式遗传系谱图

图3 动画操作工具帮助学生分析基因型、表现型

二、WISE对我国基于核心素养的生物学教学的启示

（一）利用真实情境，培养学生的社会责任

社会责任是生物学科核心素养的组成要素之一，是较为欠缺的核心素养。所以生物教师在日常的教学中更应注重在教授知识和培养能力的同时，提升学生的社会责任，培养学生关心国家和社会发展的家国情怀。美国的“21世纪核心素养框架”中就提出要培养学生的生活观和职业观，而WISE的开发者之一马西娅·林（M.C.Linn）教授也认为，科学知识与学生的生活环境应该整合在一起（即Knowledge Integration Environment, 简称 KIE），［1］这样不仅能有效地激发学生的学习兴趣，帮助学生逐步建立生命观念，也能让学生理解生物学科与日常生活的紧密联系，逐步培养社会责任。例如，本项目为学生创设了一个真实的职业情境——报社记者。学生通过患者采访和病史调查、报道文章撰写、向主编（教师）汇报工作进度、回复读者来信、进行模拟实验等揭示疾病的遗传机制和计算疾病的发生概率。通过一系列新奇又有趣的模拟职业体验活动，学生不仅激发了对遗传病知识的探究兴趣，也了解记者这一职业的社会责任，知道如何善待社会上患有遗传性疾病的人。

生物学科与医学、药学、营养学、心理学及农业生产等多个领域息息相关，且我国现行中学生物教材中也有不少对与生物学相关职业的介绍，但是很多教师未能将这些资源进行充分利用。如果生物教师能够将这些职业资源与生物教学整合，将有助于培养学生的社会责任。例如，在高中必修2“伴性遗传”内容的教学中，教师结合课后的有关遗传学医师的职业资料，设置教学情境：有一对夫妇，妻子是红绿色盲患者，而丈夫是正常人，他们希望在怀孕前进行遗传咨询。如果你是妇产科医生，从优生角度来看，他们是否适合怀孕？你会给出怎样的建议？在妻子怀孕之后，是否需要进行产前诊断？通过类似真实情境问题的设置，学生能够迅速进入医生角色，在学习知识的同时，培养自身的社会责任感。

（二）搭建探究阶梯，帮助学生建立生命观念、体验科学探究过程

生命观念简而言之，是对生命本质的看法。生命观念主要包括三大观念群：系统观、进化观、生态观。对于遗传病这一内容来说，属于进化观中的遗传与变异子观念。科学探究是对我国新世纪基础教育生物课程改革理念之一“倡导探究式学习”的传承，然而受传统教育观念的影响，许多教师都缺乏探究的体验，所以一开始就让学生走进“自主探究”的王国，是非常困难的。此时，走“引领探究”之路便成为了一种转变学生学习方式最有效的办法。例如，本项目通过这种 “探究地图”式的学习方式，让学生一步步建立起生命观念，并体验科学探究的一般过程，了解科学探究的演绎推理、数学建模等一般方法。这种环环相扣的探究在一系列学习任务的驱动下，会让学生像科学家一样，不断获得探究的成就感。［2］

相比美国WISE科学探究平台的生物学案例，我国中学生物学课堂中，教师容易陷入两种误区：要么设计的探究任务开放性太强，让学生感到太难而无从入手；要么设计的任务过于简单，让学生有不屑一顾的感觉。其实，我们可以参照WISE中“探究地图”的方式，为学生搭建探究的阶梯，进行引领式探究教学。在探究教学的初期，教师可充分挖掘并完善补充教材上的科学史资料（如光合作用的发现史、细胞膜结构的发现史、DNA结构的发现历程、植物生长素的发现史等），并基于科学史提出可实现的探究主题，设计出一系列具有层次性的探究活动及其每一个具体的探究步骤。当学生已经掌握了探究性学习的一般技巧，就可由“引领探究”转变为“自主探究”的形式，实现学习方式的真正转变。

（三）丰富活动方式，培养学生的理性思维

理性思维是一种有明确的思维方向，有充分的思维依据，能对事物或问题进行观察、比较、分析、综合、抽象与概括的一种思维。因此，理性思维就是一种建立在证据和逻辑推理基础上的思维方式。理性思维的培养首先要求教师能够精心设计学习情境，并对课内外的有价值的学习材料进行加工后以多样化的方式提供给学生，让学生在充分发展比较、分析、综合、抽象与概括能力的基础上，提升理性思维能力。例如，本案例就提供了包括提出假设、角色扮演、阅读讨论、小组合作、利用证据、头脑风暴、模拟实验以及模型构建等多种活动方式，使学生在情绪高昂的心理条件下进入课题，促进理性思维的发展，能取得最佳的教学效果。据不完全统计，截至2010年左右，WISE提供的工具多达20种左右（表1）。［3］

表1 WISE提供的部分支持工具及培养目标

WISE平台丰富的学习活动不仅促进学生多方面理性思维的培养，也帮助学生在较长的时间内保持注意力的稳定性，从而提高学习效果。我国的中学生物教师也可以通过丰富课堂教学的方式来培养学生的理性思维，但要注意教学活动的种类和适应性，不能为了活动而活动，要在充分考虑学校条件、教学内容、学生特点和自身优势的基础上，以“培养全面发展的人”作为活动选择的标尺。

总之，WISE中强大网络工具的运用为学生提供了一个十分逼真的探究平台，但基于信息技术的探究教学并不能完全取代真实生活中的学习活动。目前，我国的很多学校还没有条件开展大规模基于网络平台的学科探究教学，所以如果能将WISE中的资源离线化，以文本或课件的形式展现，合理地借鉴WISE的教学策略，将为我国基于核心素养的教学开展提供一定的思路。

［1］ 吴伟,赵阳阳,熊耀华．基于网络的科学探究教学：来自WISE的启示［J］. 外国中小学教育，2011（2）：33-37.

［2］ 吴成娟,吴伟,杨清华．国外物理探究教学案例及其启示：以WISE为例［J］. 物理教师，2010（11）：44-46.

［3］ 况姗芸．WISE科学探究平台对我国研究性学习平台建设的启示［J］. 中国电化教育，2010（1）：78-81.