科學(xué)教育中案例教學(xué)的應(yīng)用與思考——以美國國家科學(xué)教育案例教學(xué)中心網(wǎng)站為例

宋 怡

(南京曉莊學(xué)院，南京211171)

案例教學(xué)法源于上世紀(jì)20年代美國哈佛大學(xué)商學(xué)院，繼而在商學(xué)、法學(xué)和醫(yī)學(xué)教育中被廣泛應(yīng)用，被認(rèn)為是一種代表未來教育方向的教學(xué)方式，目前已成為現(xiàn)代教學(xué)的重要方法之一。教師在教學(xué)過程中，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，以真實情境或事件為題材，使學(xué)生進入某種特定的事件情境之中，通過組織學(xué)生對事件的過程進行積極主動的探究活動，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性地運用知識、分析、解決實際問題的能力和智慧，發(fā)展學(xué)生的積極情感、態(tài)度與價值觀，學(xué)會與人溝通，提高處理人際關(guān)系的能力。

案例教學(xué)具有真實性、綜合性、實踐性的特點，在以培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)為宗旨，以科學(xué)探究為方法的科學(xué)教育改革中，與科學(xué)教育強調(diào)“真實世界中的真實問題”、“科學(xué)—技術(shù)—社會兼容的STS觀念”等訴求不謀而合，近20年來在科學(xué)教育領(lǐng)域中日益受到關(guān)注，成為一種有效的科學(xué)教學(xué)方法。

一、案例教學(xué)在科學(xué)教育中的應(yīng)用

(一)案例類型

案例從同一起點出發(fā)，向全體學(xué)生提供同樣的情景和信息，學(xué)生提出不同見解，并在教師引導(dǎo)下經(jīng)過分析、比較，最終一步步從多種解決方案中找到最為合適的答案。在這種尋求多元化和最佳化答案的過程中，可開拓學(xué)生思路，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性?？茖W(xué)教育中常見的案例按照呈現(xiàn)方式的不同，主要可以分為指導(dǎo)型案例、即時性案例、分析型案例、兩難型案例、階段式案例和實驗室案例。這些類型依次遞增地體現(xiàn)出學(xué)生主體性、過程動態(tài)性和結(jié)果多元化的特點。

指導(dǎo)型案例(Directed Case) 通常包括一系列指導(dǎo)性問題的簡短研討，這些問題可以借助教科書或教師講解予以回答，答案是唯一的、封閉式的。問題通常以作業(yè)形式事先布置給學(xué)生，學(xué)生可以獨立或合作完成，強化了學(xué)生對于基本原理、概念的理解。

即時性案例(Clicker Case) 案例在課堂上采用PPT階段性地呈現(xiàn)，要求學(xué)生對教師的即時性問題給出反應(yīng)，在此過程中，學(xué)生逐步理解材料、解決問題。這一方法通常用于科學(xué)課堂的引入部分。將學(xué)生個人反應(yīng)與案例教學(xué)的推進相結(jié)合。

分析型案例(Analysis Case) 也稱為事件型案例(issues case)，這類案例主要回答“究竟發(fā)生了什么”，教會學(xué)生分析的技巧，不需要學(xué)生做出決策。

兩難型案例(Dilemma Case) 也稱為決策型案例(Decision case)，案例給出一個個人、企業(yè)或社會必須解決的問題，提供理解該情境所需的背景資料以及目前進展。學(xué)生學(xué)會認(rèn)清事實，分析問題，提出可能的解決辦法。

階段式案例(Interrupted Case) 這類案例的腳本可以選自科技論文，給學(xué)生呈現(xiàn)一個需要逐步解決的開放式問題。學(xué)生先閱讀該論文的引言階段，并通過小組討論提出一個研究課題，在提出問題—驗證假設(shè)—設(shè)計實驗—數(shù)據(jù)分析和解釋的過程中實踐科學(xué)方法。接著教師給出真實的數(shù)據(jù)以及研究者的解釋和結(jié)論來結(jié)束案例學(xué)習(xí)。

實驗室案例(Laboratory Case) 和學(xué)生實際生活聯(lián)系緊密，有趣味性、能吸引學(xué)生的實驗室案例，對學(xué)生提出一個需要通過實驗解決的具有挑戰(zhàn)性的問題，學(xué)生通過小組合作，自主設(shè)計實驗方案來解決問題，在此過程中教師盡可能少地提供幫助。

(二)案例教學(xué)組織形式

案例教學(xué)法在科學(xué)課堂中的呈現(xiàn)方式非常靈活，可以作為課堂教學(xué)的核心部分，也可以作為一個教學(xué)環(huán)節(jié)穿插于課堂講授和實驗課中。此外，案例教學(xué)還可以與科學(xué)教育提倡的小組合作學(xué)習(xí)、探究性學(xué)習(xí)等方式融合使用。［1］針對科學(xué)課程的目標(biāo)、內(nèi)容以及案例類型，具體形式有:

基于問題的探究式學(xué)習(xí)(Problem－Based Learning) 主要適用于階段式、實驗室案例。課堂上案例分階段給出，4～8人組成的學(xué)生小組在教師的幫助(提供相關(guān)文獻、視頻資料等)下，認(rèn)識案例，界定他們已知的、未知的和需要發(fā)現(xiàn)的。然后分解列出問題并尋求答案。學(xué)生在小組中交流自己的發(fā)現(xiàn)并對之前的問題做出解答。接著，教師給出補充信息(如檢驗結(jié)果，實驗新數(shù)據(jù)等)，學(xué)生完善問題，分解任務(wù)并搜集更多信息，最后形成報告。

討論(Discussion) 主要適用于分析型、決策型案例。教師的任務(wù)是在學(xué)生辨明問題、尋求可能的方法、得到結(jié)論的過程中給予必要幫助。教師可以直接采用啟發(fā)式提問，也可以采用非指導(dǎo)性的方法開展課堂討論。由學(xué)生來掌控分析的過程，教師更多是扮演輔助者的角色，并在案例結(jié)束時做小結(jié)。

迷你辯論(Intimate Debate) 主要適用于決策型案例。兩對學(xué)生對面而坐，表達自己的觀點，之后互換立場再進行辯論。最后，他們要拋棄原先的假設(shè)立場，對所辯論的問題達成共識，給出合理解決方法。迷你辯論效率高，可以同時開展多組的迷你辯論，互換立場可以防止學(xué)生對案例抱有偏見，最后達成共識，類似于真實世界中進行的決策過程。

模擬公開聽證(Public Hearing) 主要適用于決策型案例。由一組學(xué)生模擬成聽證團，聽取其他小組的報告。聽證團經(jīng)常通過角色扮演的方式，例如以美國環(huán)?？偸?EPA)或者美國食品藥品管理局(FDA)的身份，建立聽證的規(guī)則(如發(fā)言的時間、順序、操作規(guī)則、決策標(biāo)準(zhǔn)等)。接著各種角色按照身份進行角色扮演。聽證團成員提出問題，做出決策或給出建議。

拼圖式小組合作(jigsaw) 主要適用于指導(dǎo)型、分析型案例。教師把學(xué)生分成原始組，每位成員都承擔(dān)一部分案例材料的學(xué)習(xí)任務(wù)。抽出每組承擔(dān)相同部分學(xué)習(xí)任務(wù)的同學(xué)，專注于這部分任務(wù)的學(xué)習(xí)，并成為這部分學(xué)習(xí)任務(wù)的專家組。然后，教師讓學(xué)生重新分組，從各個“專家組”回到原始組，并要負責(zé)向其他組員講解自己承擔(dān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容。［2］最終他們把各人承擔(dān)的學(xué)習(xí)任務(wù)總結(jié)起來，完成對案例的學(xué)習(xí)。

角色扮演(role－play) 主要適用于分析型或決策型案例。學(xué)生設(shè)定或扮演一個角色，以理解這一角色所面臨的情境和必須解決的問題?？山Y(jié)合上述其他方式加以運用。

三、美國科學(xué)教育案例教學(xué)資源的應(yīng)用

(一)美國科學(xué)教育案例教學(xué)中心網(wǎng)站簡介

美國國家科學(xué)教育案例教學(xué)中心網(wǎng)站是由紐約州立大學(xué)在美國教育部和國家科學(xué)基金會的支持下創(chuàng)設(shè)的，目的在于促進全美范圍內(nèi)的科學(xué)教育案例教學(xué)模式和探究性學(xué)習(xí)方式的推廣。網(wǎng)站目前提供了400多個科學(xué)教育案例，涵蓋化學(xué)、生物、物理、環(huán)境、食品、健康等領(lǐng)域。設(shè)有“教學(xué)指導(dǎo)”專欄幫助教師選擇和運用案例，對理科教師的有效教學(xué)和學(xué)生科技素養(yǎng)的培養(yǎng)有很大幫助。除了通過關(guān)鍵詞搜索，教師還可以通過設(shè)定案例涉及的學(xué)科類別、案例適用對象、案例教學(xué)具體呈現(xiàn)形式、案例主題領(lǐng)域等來搜尋教學(xué)所需案例。

(二)網(wǎng)站案例應(yīng)用示例

筆者以“化學(xué)”和“高中階段”為檢索詞，檢索得20余則案例，現(xiàn)選取其中一則對科學(xué)教育中案例教學(xué)的應(yīng)用加以說明。

1．案例:嬰兒奶瓶帶來的困惑［3］

Bob和妻子Julia帶著兩周大的女兒 Maggie去醫(yī)院體檢。Julia在雜志上看到一則報道，提到聚碳酸酯塑料奶瓶會產(chǎn)生一種破壞內(nèi)分泌系統(tǒng)的物質(zhì)——雙酚 －A，從而有可能危害嬰兒健康。Bob認(rèn)為，食品藥品管理局和其他機構(gòu)認(rèn)可聚碳酸酯很多年了，這種材料具有透明、耐擠壓的特性，長期被用于食品包裝中，應(yīng)該沒有問題。Julia仍然很擔(dān)心。于是，在Bill醫(yī)生結(jié)束檢查后，Julia提出了關(guān)于嬰兒奶瓶的困惑。

2．教學(xué)步驟

一是交代案例背景:案例來自美國學(xué)術(shù)期刊《消費者報告》論文“嬰兒的危機”，文中指出塑料奶瓶的材料是聚碳酸酯，可能危害嬰兒健康，并建議家長停止使用此類奶瓶。而美國塑料協(xié)會和美國食品藥品管理局對該論文所用的實驗方法和提出的建議進行了質(zhì)疑。

二是在案例討論前，將研究論文的引言部分、美國塑料協(xié)會及美國食品和藥品管理局對報道作出的回應(yīng)以及其他相關(guān)文獻資料和網(wǎng)站提供給學(xué)生，讓學(xué)生根據(jù)列出的思考題及參考資料，了解高聚物的基本知識。

三是針對案例結(jié)尾處，由“Julia擔(dān)心的是什么”這一開放性問題引發(fā)討論。聚碳酸酯是無毒的，而在受熱引發(fā)的聚合反應(yīng)逆反應(yīng)中釋放出其單體雙酚－A卻是有毒的。由此啟發(fā)學(xué)生思考“化學(xué)品攝入量與有可能產(chǎn)生的健康危害之間的關(guān)系”，并開展討論，形成劑量或濃度的概念。

四是根據(jù)《消費者報告》中檢測出的雙酚－A濃度以及其他文獻中的數(shù)據(jù)，要求學(xué)生在給定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上計算雙酚－A的含量，最后和美國環(huán)境保護局規(guī)定的最低有害濃度進行比較。

五是在總結(jié)階段，學(xué)生圍繞“Julia的選擇”展開大腦風(fēng)暴，以Julia的身份，對聚碳酸酯奶瓶的使用作出自己的決策，體驗在掌握一定信息基礎(chǔ)上進行風(fēng)險評估的過程。

六是引導(dǎo)學(xué)有余力的學(xué)生進一步查閱內(nèi)分泌方面的文獻資料，了解雙酚－A引發(fā)健康問題的生理學(xué)機制。

3．案例述評

這是一則決策型案例，適用于高中生以及非化學(xué)專業(yè)的本科生。通過案例的學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生了解有機聚合物基礎(chǔ)知識、有毒聚合物對內(nèi)分泌系統(tǒng)的破壞、化學(xué)定量分析和風(fēng)險控制等內(nèi)容，發(fā)展學(xué)生的辨證性思維和科學(xué)決策能力。筆者認(rèn)為，除如上討論法外，還可結(jié)合角色扮演開展小組合作學(xué)習(xí)等等。

四、思考

(一)科學(xué)教育案例的開發(fā)與共享

案例教學(xué)所依賴的教學(xué)材料——“案例”，有著獨特的來源、性質(zhì)和編排體系，案例的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)決定著案例的功能。案例開發(fā)的一般過程包括案例策劃、案例展開、案例總結(jié)、案例撰寫等環(huán)節(jié)。案例開發(fā)要體現(xiàn)以下幾方面標(biāo)準(zhǔn):

符合科學(xué)教育目標(biāo)。案例要涵蓋科學(xué)概念、科學(xué)方法以及科學(xué)態(tài)度價值觀各個維度的教學(xué)功能，體現(xiàn)對學(xué)生理解、分析、評價、問題解決等高級認(rèn)知能力和溝通、表達、合作能力的要求。學(xué)生只有認(rèn)識到這些目標(biāo)對他們個人發(fā)展的現(xiàn)實意義，才能激發(fā)起學(xué)習(xí)的動機。

具有真實客觀性。案例取材于學(xué)生生活經(jīng)驗、社會事件或熱點問題，有真實的情節(jié)。案例是對真實情景進行的客觀描述和表達，而不含任何的解釋和判斷。學(xué)生身臨其境地作為決策者或解決問題的主角來對待案例中的人和事，認(rèn)真分析各種數(shù)據(jù)和情況，促進新舊知識產(chǎn)生聯(lián)結(jié)，完成意義的建構(gòu)，找出解決問題的方法。

強調(diào)學(xué)生主動參與。案例教學(xué)強調(diào)的是學(xué)習(xí)者共同參與和主動學(xué)習(xí)。案例設(shè)計要能提供足夠的科學(xué)背景，引導(dǎo)學(xué)生在案例所描述的特定環(huán)境中，通過大量學(xué)生個體和小組的活動，對案例所提問題進行討論、爭辯，并在此過程中相互學(xué)習(xí)，從科學(xué)學(xué)習(xí)的角度來理解案例。

重視為教師提供指導(dǎo)。來自社會的問題、事件和關(guān)注通常都是跨學(xué)科的，有可能涉及教師不熟悉的科學(xué)領(lǐng)域。應(yīng)當(dāng)就如何挖掘案例素材的意義，如何達成預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，如何選取具體的教學(xué)策略為教師提供全面的說明和指導(dǎo)。

(二)科學(xué)教育案例的選擇與使用

案例通常涉及跨學(xué)科知識，需要學(xué)生具有一定基礎(chǔ)知識和生活經(jīng)驗，并能夠進行資料搜集、討論、實驗設(shè)計等活動，比較適合高中和大學(xué)學(xué)生。在實施案例教學(xué)時，教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的需要和學(xué)生情況，選擇具有相關(guān)性、可信性、典型性、啟發(fā)性的案例，使科學(xué)學(xué)習(xí)與真實世界相聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。案例教學(xué)策略的選擇要確保學(xué)生活動的順利開展和學(xué)習(xí)目標(biāo)的有效達成，教師在案例選擇、教學(xué)準(zhǔn)備、教學(xué)實施、教學(xué)實踐、教學(xué)總結(jié)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，鼓勵學(xué)生成為主動學(xué)習(xí)者、積極合作者、善于表達者、有效傾聽者和勇于辯論者。［4］

(三)對理科教師和教師教育的挑戰(zhàn)

在科學(xué)教育中嘗試案例教學(xué)，給理科教師帶來了一系列挑戰(zhàn)。比如開發(fā)科學(xué)教育案例時，如何精心構(gòu)思案例素材，在結(jié)構(gòu)和內(nèi)容上突出科學(xué)教育理念;在案例教學(xué)實施中如何科學(xué)引導(dǎo)、適時總結(jié)歸納、有效推動案例的深入展開;在案例教學(xué)評價中，如何關(guān)注學(xué)生對于科學(xué)信息的理解和解讀、問題解決、有效決策和溝通技巧與人際交往能力等活動表現(xiàn)，而不是僅從紙筆測試中得出結(jié)論。［5］

教師對于科學(xué)教育的理解決定了他的教學(xué)實踐，而教師怎樣教取決于他曾怎樣被教。因此，案例教學(xué)需要對科學(xué)教師教育作出相應(yīng)的轉(zhuǎn)變。首先應(yīng)轉(zhuǎn)變教師對于“科學(xué)教學(xué)教什么”的認(rèn)識，引導(dǎo)教師意識到科學(xué)教育不僅是教科學(xué)概念和理論，還需要關(guān)注情感態(tài)度價值觀領(lǐng)域。改變教師對待科學(xué)的態(tài)度，才能改變學(xué)生對科學(xué)的態(tài)度，改變科學(xué)學(xué)習(xí)習(xí)慣。此外，要提供合適的案例教學(xué)培訓(xùn)課程。鼓勵教師拓寬自己的科學(xué)視野，在案例開發(fā)過程中滲透自己對科學(xué)教育的反思;能理解案例中所涵蓋的概念與理論，能夠駕馭基于具體事件的分析討論;以善意的鼓勵和明確的指導(dǎo)，為學(xué)生積極合作、踴躍探討創(chuàng)造良好的氛圍，努力達到案例教學(xué)對教師的知識結(jié)構(gòu)、組織能力、教學(xué)能力、氣度涵養(yǎng)的要求。

［1］ 美國國家科學(xué)教育案例教學(xué)中心主頁［EB/OL］．http://sciencecases．lib．buffalo．edu/cs/．

［2］ 宋怡．拼圖式合作學(xué)習(xí)在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用［J］．化學(xué)教學(xué)，2012(9)．

［3］ 美國國家科學(xué)教育案例教學(xué)中心網(wǎng)站案例資源［EB/OL］．http://sciencecases．lib．buffalo．edu/cs/collection/detail．a(chǎn)sp?case_id=447＆id=447．

［4］ 王永桂，劉洪，汪遠旺．案例教學(xué)中學(xué)生的角色定位與行為分析［J］．現(xiàn)代教育科學(xué)，2013(2)．

［5］ 蕭毅鴻，周獻中，凌海風(fēng)，唐建．案例教學(xué):一種有效的教師教育方法［J］．教育理論與實踐，2012(32)．