領(lǐng)養(yǎng)一只恐龍 一個(gè)激發(fā)和吸引學(xué)生興趣的富有創(chuàng)造性的可視化項(xiàng)目

　　恐龍能成為一個(gè)生物和地球科學(xué)中有效的跨學(xué)科切入點(diǎn)和激發(fā)創(chuàng)造力的主題么?我們認(rèn)為可以!恐龍是一個(gè)受學(xué)生歡迎的主題。在我們最初的恐龍項(xiàng)目中，學(xué)生們選擇一個(gè)獨(dú)特的恐龍，研究它的身體結(jié)構(gòu)、生存的地質(zhì)年代、飲食習(xí)慣、運(yùn)動(dòng)方式和它生活的生態(tài)系統(tǒng)。這些項(xiàng)目深受歡迎，并且在學(xué)生參與度和最后得分方面取得了高于平均水平的結(jié)果。不過(guò)，當(dāng)我們對(duì)任務(wù)進(jìn)行微調(diào)后，在學(xué)生興趣和創(chuàng)造性方面，我們看到了一個(gè)完全不同層次的展現(xiàn)。
　　我們新的“領(lǐng)養(yǎng)恐龍”項(xiàng)目要求學(xué)生描述一個(gè)在其生態(tài)系統(tǒng)中生活的恐龍，生態(tài)系統(tǒng)包括環(huán)境全部的三個(gè)方面：空氣、土壤和水。伴隨這一變化，學(xué)生對(duì)項(xiàng)目的興趣增加了，針對(duì)項(xiàng)目所提出的問(wèn)題，我們觀察到了更多富有創(chuàng)造性的解決方案。這篇文章更詳細(xì)地介紹了這個(gè)項(xiàng)目，以及在這個(gè)過(guò)程中我們的收獲。
　　
　　科學(xué)課堂上的恐龍
　　
　　我們利用恐龍作為一個(gè)跨學(xué)科科學(xué)學(xué)習(xí)的切入點(diǎn)。雖然學(xué)生熟悉恐龍?？墒撬鼈兊臏缃^、種類和大小使它們變得非常奇特。其他已經(jīng)滅絕的動(dòng)物，如三葉蟲(chóng)和乳齒象，都無(wú)法像恐龍一樣激起學(xué)生的興趣。
　　
　　
　　作為課堂教學(xué)的額外補(bǔ)充，在恐龍研究的早期階段，一些科學(xué)史上最有趣的事件發(fā)生了，包括最早的占生物學(xué)“肥皂劇”——Cope－Marsh的骨骼戰(zhàn)爭(zhēng)(一場(chǎng)19世紀(jì)在Edward Drinker Cope和OthnielCharles Marsh之間展開(kāi)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，其中涉及了行賄、盜竊和破壞恐龍骨骼等行為，因?yàn)槊恳晃粚W(xué)者都想在競(jìng)爭(zhēng)中戰(zhàn)勝對(duì)方)(Clary，Wandersee和Carpinelli，2008)。有許多關(guān)于這一主題的書(shū)刊和網(wǎng)絡(luò)資源(見(jiàn)“資源”)，可以用來(lái)整合生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)、生態(tài)學(xué)以及科學(xué)史。
　　本文所描述的任務(wù)為學(xué)生提供了一個(gè)機(jī)會(huì)，讓他們對(duì)課堂上所呈現(xiàn)的內(nèi)容進(jìn)行更加深入的調(diào)查。選擇一個(gè)恐龍進(jìn)行調(diào)查或者“領(lǐng)養(yǎng)”，為學(xué)生提供了一個(gè)可控的研究主題。我們利用恐龍來(lái)研究進(jìn)化、自然選擇、食物鏈、生態(tài)系統(tǒng)和地質(zhì)年代中所包含的科學(xué)內(nèi)容。該項(xiàng)目還涉及了許多《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中的內(nèi)容。
　　
　　關(guān)于恐龍進(jìn)化的任務(wù)
　　
　　當(dāng)我們第一次在課堂上布置“領(lǐng)養(yǎng)恐龍”項(xiàng)目時(shí)，學(xué)生要寫(xiě)一篇研究報(bào)告作為一項(xiàng)評(píng)測(cè)。隨后，我們將項(xiàng)目擴(kuò)展，要求學(xué)生用圖示法描述恐龍，這樣他們可以描繪出研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的不尋常的或有趣的特征。盡管有些學(xué)生喜歡制作插圖，其他人則擔(dān)憂他們?nèi)狈ο鄳?yīng)的藝術(shù)能力。有趣的是，所有學(xué)生在這些早期任務(wù)中制作的插圖都是二維的：一些用海報(bào)的形式，但大多數(shù)學(xué)生把恐龍圖形附在他們的研究論文中。
　　與此同時(shí)，我們對(duì)科學(xué)史的研究發(fā)現(xiàn)，那些被科學(xué)家和插圖畫(huà)家所使用的可視化技術(shù)有一個(gè)有趣的演變歷程(Clary和Wandersee，2005)。我們發(fā)現(xiàn)，在19世紀(jì)70年代客廳魚(yú)缸普及之前，科學(xué)家們努力地去描繪水生動(dòng)物，大部分是從俯視的角度，或者是在它們被拖到海灘上和死在海邊時(shí)。直到魚(yú)缸流行以后，插畫(huà)家才真正能夠用水下的視角去描繪它們。
　　
　　
　　今天，我們的學(xué)生在教科書(shū)上、博物館和寵物店中都能接觸到這種魚(yú)缸的視角。而且，相圖在各個(gè)科學(xué)學(xué)科中經(jīng)常被用來(lái)展示不同的剖視圖或事物的不同階段。這些圖用來(lái)描述：
　　◆在不同溫度和壓力下物質(zhì)的不同狀態(tài)(如：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài))；
　　◆在不同條件下形成的不同的礦物質(zhì)和組成成分(如：地核、地幔和地殼)。
　　當(dāng)考慮改進(jìn)恐龍項(xiàng)目時(shí)我們意識(shí)到，對(duì)恐龍所生活的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行相位視角的觀察(如空中、陸地、水中)，將提供一個(gè)關(guān)于它所生活的中生代世界的更完整的景象(而不是我們?cè)缦纫螽?huà)的單獨(dú)的恐龍)。我們也認(rèn)為這可能會(huì)更吸引那些擔(dān)心自己缺乏藝術(shù)能力的學(xué)生——因?yàn)橹参锖吞炜盏膱?chǎng)景通常更容易構(gòu)造。
　　因此，我們?cè)陧?xiàng)目中增加了相位視圖這個(gè)要素。我們希望能夠?yàn)閷W(xué)生加強(qiáng)這個(gè)可視化過(guò)程，使他們能更好地理解古生態(tài)系統(tǒng)中的相互關(guān)系——不過(guò)，我們也很好奇，想知道學(xué)生是否會(huì)像1800年代的科學(xué)家和插畫(huà)家那樣，努力地進(jìn)行水中動(dòng)植物的描繪。
　　
　　科學(xué)課堂上的創(chuàng)造力
　　
　　創(chuàng)造力是構(gòu)建科學(xué)知識(shí)的一個(gè)重要因素，在科學(xué)課堂上激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性是很重要的
　　(Csikszentmihalyi，1996；Taylor，Jones和Broadwell，2008)。不過(guò)，我們當(dāng)時(shí)并沒(méi)有把領(lǐng)養(yǎng)恐龍項(xiàng)目當(dāng)做一項(xiàng)培養(yǎng)創(chuàng)造力的訓(xùn)練。雖然創(chuàng)造力可以使科學(xué)教學(xué)更為有效(Niaz，1993)，但通常在科學(xué)課堂上卻很少能給予正式的關(guān)注(Yager，2000)。
　　在我們的地球科學(xué)和生物學(xué)教學(xué)中，我們確實(shí)在努力尋找一些有趣的跨學(xué)科的調(diào)查活動(dòng)來(lái)鼓勵(lì)和激發(fā)學(xué)生。最初的恐龍任務(wù)取得了成功，這些研究項(xiàng)目受到了學(xué)生的熱烈歡迎。但當(dāng)我們加入了水、陸、空三相的科學(xué)可視化部分后，大大增強(qiáng)了學(xué)生的興趣和創(chuàng)造力。
　　
　　領(lǐng)養(yǎng)恐龍：任務(wù)分配
　　
　　在這個(gè)擴(kuò)展的3星期的研究項(xiàng)目中，學(xué)生報(bào)名注冊(cè)“領(lǐng)養(yǎng)”一只特定的恐龍。領(lǐng)養(yǎng)恐龍按照“先到先得”的原則進(jìn)行，不能重復(fù)領(lǐng)養(yǎng)。為了提供一個(gè)公平的注冊(cè)過(guò)程，在學(xué)生選擇領(lǐng)養(yǎng)恐龍的前10天，我們給他們提供了一個(gè)項(xiàng)目講義，說(shuō)明項(xiàng)目的細(xì)節(jié)和要求(圖1)。學(xué)生可以在課前或課后，或者在他們完成了課堂練習(xí)之后，開(kāi)展探究性的研究。我們還提供了一些通用的教科書(shū)和網(wǎng)站。
　　領(lǐng)養(yǎng)恐龍項(xiàng)目由3個(gè)部分組成：
　　1　1份研究報(bào)告
　　2　1份關(guān)于恐龍生存的生態(tài)系統(tǒng)的可視化圖形，包括陸地、空中和水中的示意圖
　　3　1個(gè)簡(jiǎn)短的、5分鐘的課堂演講，概述學(xué)生的研究
　　發(fā)布的評(píng)價(jià)量規(guī)表提供了一個(gè)評(píng)級(jí)方案的總體概述。研究報(bào)告(100分)、可視化圖表(75分)和課堂演講(50分)共同組成一個(gè)225分的項(xiàng)目，相當(dāng)于2個(gè)測(cè)試等級(jí)。研究報(bào)告的權(quán)重最重，因?yàn)樗橇硗?個(gè)部分的基礎(chǔ)。水、陸、空三相的圖形也很重要，它要求學(xué)生消化吸收和綜合恐龍及其生活的生態(tài)系統(tǒng)的信息。課堂演講大約占了整個(gè)項(xiàng)目分值權(quán)重的22％，因?yàn)樗闹匾月晕⒌陀谡鎸?shí)的研究過(guò)程(不過(guò)，我們確實(shí)希望學(xué)生利用這個(gè)機(jī)會(huì)向他們的同伴講授自己的恐龍)。我們使用的評(píng)價(jià)量規(guī)表可以在網(wǎng)上找到(見(jiàn)“網(wǎng)絡(luò)資源”)。
　　在研究報(bào)告中，學(xué)生需要展示他們的研究結(jié)果，包括中生代的生物和環(huán)境組成。示意圖必須包括領(lǐng)養(yǎng)的恐龍、那個(gè)時(shí)期的陸生植物和動(dòng)物，以及與陸地場(chǎng)景相對(duì)應(yīng)的空中和水中的情景。
　　雖然我們最初布置的可視化任務(wù)是一份插圖或圖形，但在學(xué)生的要求下，我們把它修訂為可以包括三維場(chǎng)景。因此，可視化的工作可以采用不同的形式：立體模型、計(jì)算機(jī)生成的圖形、項(xiàng)目展板或是海報(bào)。除了學(xué)生繪制的插圖外，計(jì)算機(jī)圖形和互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布的‘圖片都可以使用，但需要注明出處。
　　最后，學(xué)生需要總結(jié)他們研究中有趣的信息，并向全班展示。我們按照領(lǐng)養(yǎng)恐龍的地質(zhì)學(xué)演化順序來(lái)安排每個(gè)項(xiàng)目的5分鐘演講，從最古老的化石遺跡開(kāi)始，到最新的化石結(jié)束。允許并鼓勵(lì)學(xué)生為同學(xué)們提供講義，而且大多數(shù)學(xué)生都是這么做的。
　　
　　實(shí)施
　　
　　我們?cè)诎嗉?jí)網(wǎng)站上建立了一個(gè)領(lǐng)養(yǎng)恐龍任務(wù)的討論組，在一個(gè)星期五的晚上，從9點(diǎn)開(kāi)始允許學(xué)生張貼恐龍領(lǐng)養(yǎng)的選擇。第一個(gè)張貼的學(xué)生可以選擇到他想領(lǐng)養(yǎng)的特定恐龍。在9點(diǎn)之前的帖子會(huì)被刪除。最先被領(lǐng)養(yǎng)的恐龍有禽龍、劍龍、霸王龍和似棘龍。我們指定恐龍給那些在第一次課堂研究環(huán)節(jié)前沒(méi)能完成領(lǐng)養(yǎng)任務(wù)的學(xué)生。
　　在接下來(lái)的3個(gè)星期，我們?cè)谡n上留出時(shí)間給學(xué)生研究他們領(lǐng)養(yǎng)的恐龍。他們可以帶著自己的資源，或者使用課堂上的教科書(shū)和網(wǎng)絡(luò)資源。我們發(fā)現(xiàn)最好在90分鐘1節(jié)的課時(shí)上留出“研究環(huán)節(jié)”，每個(gè)環(huán)節(jié)至少要45分鐘。通常，我們每星期進(jìn)行2～3次研究環(huán)節(jié)，其中2次在學(xué)校圖書(shū)館進(jìn)行，可以使用那里的網(wǎng)絡(luò)資源。大部分學(xué)生利用這段時(shí)間去收集他們的恐龍的背景資料，絕大部分學(xué)生選擇在家里進(jìn)行繪制圖形的工作。為了確保學(xué)生沒(méi)有跑題，我們每星期進(jìn)行一次“記錄本檢查”，來(lái)確認(rèn)學(xué)生收集的信息和相關(guān)的引用資源。
　　這個(gè)項(xiàng)目的最后2天預(yù)留給學(xué)生進(jìn)行演講和展示。我們提前告知學(xué)生演講的順序，每人有5～6分鐘時(shí)間總結(jié)他們的研究。我們預(yù)定了7分鐘的學(xué)生演講，并且進(jìn)行了嚴(yán)格的時(shí)間限制，以保證演講按照時(shí)間表順利進(jìn)行。雖然所有的研究報(bào)告要同一天提交，但在他們演講的那天，可以帶著恐龍的可視化作品和課堂講義。
　　
　　課堂效果
　　
　　與地球科學(xué)和生物學(xué)的單元測(cè)試相比，學(xué)生通常在研究項(xiàng)目上表現(xiàn)出色。項(xiàng)目的平均分一般在78～84分(百分制，下同——編者注)的范圍內(nèi)，但學(xué)生在領(lǐng)養(yǎng)恐龍項(xiàng)目中的得分超過(guò)了這個(gè)預(yù)估值。雖然少數(shù)學(xué)生沒(méi)有提交他們領(lǐng)養(yǎng)恐龍的示意圖或者沒(méi)有在班上展示他們的研究，但整體的成績(jī)依然相當(dāng)不錯(cuò)，研究報(bào)告的平均分為88.7分，可視化圖形作品的平均分為90.6分，課堂展示報(bào)告的平均分更是達(dá)到了91.3分。
　　我們發(fā)現(xiàn)領(lǐng)養(yǎng)恐龍項(xiàng)目的研究報(bào)告與之前的課堂恐龍研究的報(bào)告相似，但有一個(gè)顯著的不同：學(xué)生的研究包含了更多關(guān)于恐龍生活環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的信息和討論。
　　對(duì)恐龍生活的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行水、陸、空三相描述的要求，也激發(fā)了學(xué)生去考慮新的可視化的方法。他們的繪圖顯示出創(chuàng)造性解決問(wèn)題和發(fā)散性思維的證據(jù)，比我們布置的其他恐龍研究項(xiàng)目要多。我們預(yù)計(jì)絕大部分的學(xué)生將提交二維的恐龍及其生活的生態(tài)系統(tǒng)的示意圖，因?yàn)檫@是以前恐龍研究項(xiàng)目的平均水平。然而，這次提交的項(xiàng)目報(bào)告中有近四分之一采用了三維示意圖(31份報(bào)告中有7份)。
　　那些提交二維示意圖的學(xué)生提供了各種尺寸的藝術(shù)作品，并包含不同尋常的材質(zhì)(圖2)。2個(gè)學(xué)生選用3折的項(xiàng)目展板來(lái)展示他們插畫(huà)以外的其他信息(圖3)。我們并不感到驚訝，一些學(xué)生努力地繪制水相示意圖，就像19世紀(jì)魚(yú)缸沒(méi)有出現(xiàn)之前科學(xué)家所做的那樣。雖然一些學(xué)生描繪了從水中觀察水域的圖景，但大部分二維插圖都采用了俯視的視角、民間藝術(shù)的描繪方式，或者在水生動(dòng)物上再額外包上玻璃紙或塑料膜。
　　針對(duì)繪制三相(空中、陸地和水中)示意圖問(wèn)題，三維的可視化作品表現(xiàn)出多樣的和創(chuàng)造性的解決方法。有趣的是，一些三維展示項(xiàng)目依然采用俯視的角度繪制水生生物(圖4)。一些學(xué)生用盒子做生態(tài)系統(tǒng)相位的剖面展示，或是將物理空間分隔成水中和陸地／空中部分(圖5)。最特別的空間展示之一是將項(xiàng)目物理空間分隔成了三個(gè)組成部分：空中、陸地和水中(圖6)。
　　
　　學(xué)生反應(yīng)
　　
　　在學(xué)年結(jié)束時(shí)，我們要求學(xué)生提供有關(guān)領(lǐng)養(yǎng)恐龍項(xiàng)目的匿名反饋。大多數(shù)學(xué)生給出了正向反饋。學(xué)生們說(shuō)這個(gè)項(xiàng)目滿足了不同的個(gè)人學(xué)習(xí)方式(“我是一個(gè)偏向視覺(jué)類型的學(xué)習(xí)者，所以它使我更容易理解”，“每一部分都代表了一種學(xué)習(xí)方式”)。一些學(xué)生的言論表明生態(tài)系統(tǒng)重建也有助于學(xué)生理解“大的框架”，如：“我不得不去尋找生活在那段時(shí)間的動(dòng)物和植物，以使我的水、陸、空三相的項(xiàng)目能描繪出準(zhǔn)確的事實(shí)”。一位學(xué)生還說(shuō)：“我看到了動(dòng)物如何和諧相處”，這標(biāo)志著我們的一個(gè)主要目標(biāo)——理解生態(tài)的相互關(guān)系——已經(jīng)達(dá)到了。
　　因這個(gè)項(xiàng)目而產(chǎn)生的創(chuàng)造力是額外的收獲。學(xué)生們一致指出這個(gè)項(xiàng)目很有趣是“因?yàn)槲议_(kāi)始變得有創(chuàng)造性”。一位學(xué)生說(shuō)：“我不斷地學(xué)習(xí)并使用材料制作項(xiàng)目各種相位的示意圖。它將所有信息集中在一起?！绷硪粋€(gè)學(xué)生說(shuō)恐龍可視化方法的發(fā)展(“創(chuàng)建一個(gè)環(huán)境，就像你飄浮在空中俯瞰大地”)有助于她對(duì)科學(xué)的理解。
　　
　　討論
　　
　　我們認(rèn)為這個(gè)項(xiàng)目的方法可以推廣到其他調(diào)查研究項(xiàng)目中。當(dāng)學(xué)生被要求制作一個(gè)物體的示意圖或三維可視化模型，而他們又無(wú)法在自然界或?qū)嶒?yàn)室中直接觀察到這一物體時(shí)，創(chuàng)造性的解決方案成為一種可行的選擇。根據(jù)我們的觀察和學(xué)生的成績(jī)，我們同意以前研究者的觀點(diǎn)，創(chuàng)造性的課堂學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)能激發(fā)和鼓舞學(xué)生，并促成一個(gè)有效學(xué)習(xí)的環(huán)境。
　　與往年相比，領(lǐng)養(yǎng)恐龍任務(wù)的主要變化在于包含不同相位的恐龍生態(tài)環(huán)境示意圖——空中、陸地和水中。我們沒(méi)有充分預(yù)見(jiàn)到項(xiàng)目所產(chǎn)生的學(xué)生參與程度和創(chuàng)造力。沒(méi)有嚴(yán)格界定如何制作以及繪圖要求，在任務(wù)參數(shù)范圍內(nèi)激發(fā)了學(xué)生獨(dú)特的、各不相同的反應(yīng)。
　　個(gè)人的研究和通過(guò)學(xué)生演講的課堂合作學(xué)習(xí)，幫助每一個(gè)學(xué)生“真正掌握”自己的研究主題。一個(gè)學(xué)生說(shuō)：“考慮到我在開(kāi)始之前對(duì)這個(gè)動(dòng)物一無(wú)所知，我確實(shí)從這個(gè)任務(wù)中學(xué)到很多!”
　　班上有31個(gè)學(xué)生，后來(lái)的領(lǐng)養(yǎng)者努力地去尋找具有足夠資源信息的恐龍，以便完成一個(gè)好的項(xiàng)目。因此，我們建議大的班級(jí)可以嘗試小組合作或者雙重領(lǐng)養(yǎng)的方式——2個(gè)學(xué)生可以研究1只恐龍。
　　雖然本項(xiàng)目的評(píng)價(jià)量規(guī)表便于評(píng)分，我們建議教師還可以使用一個(gè)針對(duì)研究報(bào)告各項(xiàng)組成內(nèi)容的清單，這有助于評(píng)分者確定是否所有內(nèi)容都提交了。
　　我們盡力為科學(xué)課設(shè)計(jì)有趣的、跨學(xué)科的研究項(xiàng)目，但領(lǐng)養(yǎng)恐龍項(xiàng)目產(chǎn)生的創(chuàng)造力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們的預(yù)期。不僅學(xué)生更多地參與到項(xiàng)目中，而且項(xiàng)目還滿足了不同的學(xué)習(xí)方式，并且培養(yǎng)了課堂上的創(chuàng)造力。我們鼓勵(lì)其他教師在課堂上采用水、陸、空三相可視化的方法促進(jìn)學(xué)生理解“大的框架”，并且激發(fā)學(xué)生的發(fā)散性思維和去創(chuàng)造性地解決問(wèn)