WISE項(xiàng)目中“太空移民”案例的分析與啟示

董晶

摘 要 通過(guò)介紹WISE平臺(tái)中“太空移民”案例，分析內(nèi)容組織與媒體呈現(xiàn)的方式，結(jié)合生命科學(xué)核心素養(yǎng)的內(nèi)涵提出對(duì)于生命科學(xué)課堂教學(xué)的啟示：有新意的情境創(chuàng)設(shè)，激發(fā)學(xué)生興趣；將漫畫(huà)、動(dòng)畫(huà)、游戲融入案例幫助學(xué)生自主建構(gòu)知識(shí)；引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)內(nèi)容分析問(wèn)題，形成自己的觀(guān)念并表達(dá)交流。

關(guān)鍵詞 WISE 教學(xué)案例 核心素養(yǎng)

中圖分類(lèi)號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

目前，生物學(xué)教學(xué)愈發(fā)關(guān)注學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，生命科學(xué)所包含的生命觀(guān)念、理性思維、科學(xué)探究、社會(huì)責(zé)任是每一名學(xué)生獲得成功生活、適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展都需要且不可或缺的共同素養(yǎng)。WISE項(xiàng)目從學(xué)生出發(fā)，以活動(dòng)為中心組織課程，在活動(dòng)中開(kāi)展課程，整個(gè)活動(dòng)過(guò)程成為解決問(wèn)題、思維訓(xùn)練的過(guò)程。由于課時(shí)、設(shè)備、師資等因素也許無(wú)法在課堂中開(kāi)展一個(gè)完整的WISE項(xiàng)目，但其獨(dú)特的內(nèi)容組織形式和媒體呈現(xiàn)方式可為課堂教學(xué)的實(shí)施提供一些參考和借鑒。

1 WISE的簡(jiǎn)介

WISE（Web-based Inquiry Science Environment）是基于網(wǎng)絡(luò)的探究性學(xué)習(xí)環(huán)境的簡(jiǎn)稱(chēng)，其項(xiàng)目和軟件由技術(shù)加強(qiáng)的科學(xué)學(xué)習(xí)社區(qū)（Technology Enhanced Learning in Science Community，簡(jiǎn)稱(chēng)TELS）的研究者開(kāi)發(fā)。通過(guò)構(gòu)建虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生做出預(yù)測(cè)、觀(guān)察、解釋、反思；對(duì)不同的科學(xué)解釋進(jìn)行評(píng)價(jià)，以提高認(rèn)識(shí)加深理解。WISE項(xiàng)目中還嵌入多種媒體（如動(dòng)畫(huà)、圖像、圖示、圖表、視頻、外部網(wǎng)頁(yè)及文本）。利用各種支持工具，學(xué)生可以熟練地掌握從多種媒體中提取主要信息。WISE課程已經(jīng)在美國(guó)超過(guò)10個(gè)學(xué)區(qū)的初高中進(jìn)行過(guò)20多年的測(cè)試。已有的研究表明，WISE課程單元可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)課程中高難內(nèi)容的學(xué)習(xí)。而且WISE具有后續(xù)效應(yīng)。在使用WISE單元后，學(xué)生仍會(huì)繼續(xù)使用在WISE單元中學(xué)到的技能，綜合他們的各種想法，鞏固他們的學(xué)習(xí)。WISE由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助，任何可以用計(jì)算機(jī)上網(wǎng)的人都可以免費(fèi)使用。

WISE將已經(jīng)成功運(yùn)行并取得良好效果的案例放入其案例庫(kù)中，目前其案例庫(kù)共有57個(gè)，涉及地球科學(xué)、生命科學(xué)、物理、化學(xué)、生物、科學(xué)綜合等學(xué)科，其中關(guān)于生命科學(xué)的案例共有18個(gè)，涉及了中學(xué)生命科學(xué)課程的諸多方面，如光合作用、細(xì)胞呼吸、有絲分裂、進(jìn)化等。

2 “太空移民”案例的介紹

該案例全稱(chēng)為“Space Colony！-Genetic Diversity and Survival ”，即“太空移民——基因的多樣性和保存”。該案例于2015年11月10日被收入WISE項(xiàng)目庫(kù)，適用于9～12年級(jí)的學(xué)生，在計(jì)算機(jī)上需要4～5 h學(xué)習(xí)。通過(guò)構(gòu)建“太空移民”模型，介紹有性生殖和無(wú)性生殖在遺傳多樣性上的差異以及遺傳多樣性和自然選擇之間的聯(lián)系。此項(xiàng)目包含了進(jìn)化論、基因、細(xì)胞分裂、自然選擇、減數(shù)分裂、克隆、生殖方式等多個(gè)生命科學(xué)概念。

2.1 情境構(gòu)建

在項(xiàng)目開(kāi)始，先構(gòu)建一個(gè)情境：在2015年，地球上的人口已達(dá)到250億，人們需要移民到新的星球。大型宇宙飛船“U.S.S.Morus”號(hào)已經(jīng)建造完畢，能夠運(yùn)送250 000移民者去太陽(yáng)系外的星球定居。情景中提供了3個(gè)星球X1、X2、X3可供選擇，分別列出其溫度、輻射量、及重力因素。假設(shè)學(xué)習(xí)者是該飛船上生物工程小組的成員，負(fù)責(zé)挑選出能夠在不同星球上有最高存活率的移民。其團(tuán)隊(duì)有兩種選擇：① 從基因水平上制造出具有智商高、力量強(qiáng)、體質(zhì)優(yōu)的“最佳移民者”，然后通過(guò)克隆技術(shù)無(wú)性繁殖；② 選擇具有不同性狀的移民者通過(guò)有性生殖繁衍，因而每一個(gè)移民者的基因都是獨(dú)一無(wú)二的。由學(xué)習(xí)者做出選擇，并說(shuō)出理由。

2.2 項(xiàng)目組成部分及內(nèi)容

此案例包括情景介紹一共有8個(gè)單元，每個(gè)單元基本由所屬主題版塊的內(nèi)容簡(jiǎn)介、相關(guān)內(nèi)容的文字介紹、圖片及動(dòng)畫(huà)、問(wèn)題、小測(cè)試組成，具體版塊介紹見(jiàn)表1。

3 “太空移民”案例對(duì)課堂教學(xué)的啟示

WISE教學(xué)案例跳出了一般教學(xué)設(shè)計(jì)的形式，將課程內(nèi)容融合在具體情境中，使用精心設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容，采取多元化評(píng)價(jià)。這些可為傳統(tǒng)課堂教學(xué)增添一抹亮色。

3.1 利用科幻情節(jié)創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

學(xué)生對(duì)某件事產(chǎn)生興趣時(shí)，就會(huì)主動(dòng)接觸、觀(guān)察這件事，積極地從事這項(xiàng)活動(dòng)，并注意探索其中的奧秘。值得一提的是，在此案例中除了用文字構(gòu)建情境，還輔助以相關(guān)圖片，如超現(xiàn)代化的建筑、宇宙飛船、移民候選星球、科幻小說(shuō)中關(guān)于克隆人的插圖等。整個(gè)案例首尾呼應(yīng)，結(jié)束時(shí)思索2105年人類(lèi)的何去何從，從不同星球的不同環(huán)境，預(yù)測(cè)人類(lèi)可能的進(jìn)化方向，同時(shí)配上了科幻感十足的圖片，余音繞梁引人深思。

3.2 將漫畫(huà)、動(dòng)畫(huà)、游戲融入案例幫助學(xué)生自主建構(gòu)知識(shí)

在“生命密碼”單元，介紹生命的結(jié)構(gòu)層次時(shí)顯示圖1，而在后續(xù)關(guān)于“DNA”的介紹中，在頁(yè)面右上角，又有紅色箭頭指向圖1中的“DNA”層；在虛擬實(shí)驗(yàn)的頁(yè)面中，同樣在右上角紅色箭頭指向圖1中的“種群”層，幫助學(xué)生形成知識(shí)整體框架。從個(gè)體到DNA分子的層次（圖2），幫助學(xué)生自主構(gòu)建相關(guān)概念及概念間的聯(lián)系。在“進(jìn)化論”單元采用圖3介紹自然選擇，生動(dòng)形象。學(xué)生通過(guò)自我建構(gòu)出的概念進(jìn)行理解，必然比被灌輸?shù)膬?nèi)容的理解要深刻。整個(gè)案例中涉及到所有圖片均注明出處，體現(xiàn)出嚴(yán)謹(jǐn)與規(guī)范。

利用虛擬實(shí)驗(yàn)——進(jìn)化實(shí)驗(yàn)室模擬自然選擇（圖4）的過(guò)程。藍(lán)色生物以昆蟲(chóng)作為食物，其抓取的手臂長(zhǎng)度一致。實(shí)驗(yàn)中設(shè)定了基因突變發(fā)生的頻率，若抓到了昆蟲(chóng)即獲得了食物，然后能夠繁殖后代，并將此突變遺傳給后代，沒(méi)有抓到昆蟲(chóng)的藍(lán)色生物處于饑餓狀態(tài)（藍(lán)色生物下方的紅柱的長(zhǎng)短代表其饑餓程度）最終死亡，為新產(chǎn)生的藍(lán)色生物提供生存空間。經(jīng)過(guò)一定的周期，藍(lán)色生物手臂長(zhǎng)短的表現(xiàn)型出現(xiàn)差異。

3.3 引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)內(nèi)容分析問(wèn)題，形成自己的觀(guān)念并表達(dá)交流

案例的問(wèn)題設(shè)置內(nèi)容豐富，包括概念辨析、在新情景下對(duì)于問(wèn)題的分析處理、能夠?qū)ΜF(xiàn)象做出理性解釋和討論，并用文字表達(dá)。在相應(yīng)頁(yè)面進(jìn)行基因、等位基因、基因突變等基本概念的辨析。如：

請(qǐng)從以下描述中選出什么是基因？（ ）

A. 基因是DNA分子上的特定片段

B. 基因只有人類(lèi)才具有

C. 基因決定了蛋白質(zhì)的合成

D. 由于基因攜帶大量遺傳信息，所以從不發(fā)生改變

什么是等位基因？（ ）

A. 等位基因是某基因由于DNA復(fù)制形成

B. 等位基因是基因的另一種名稱(chēng)

C. 當(dāng)個(gè)體改變表現(xiàn)型時(shí)等位基因形成

D. 等位基因是某基因由于基因突變而產(chǎn)生”

提供新的情景，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行判斷。如：

如果在路上遇見(jiàn)一對(duì)雙胞胎，性別為一男一女，請(qǐng)問(wèn)屬于的雙胞胎哪種類(lèi)型？

在完成虛擬實(shí)驗(yàn)——進(jìn)化實(shí)驗(yàn)室之后，你認(rèn)為哪類(lèi)移民能夠在多變并充滿(mǎn)挑戰(zhàn)的環(huán)境中有更高的生存率？并說(shuō)明理由。

A. 有遺傳多樣性較高的種群

B. 遺傳多樣性較低的種群

C. 二者的生存概率無(wú)差異

D. 難以預(yù)測(cè)

“假設(shè)一對(duì)夫妻Sue and Marc他們想改造他們的基因以適應(yīng)去外星球移民，并且希望這種改變能夠遺傳下去，請(qǐng)問(wèn)他們需要選擇哪種類(lèi)型的細(xì)胞？

A. 神經(jīng)細(xì)胞

B. 生殖細(xì)胞（精子或卵細(xì)胞）

C. 所有的細(xì)胞

D. 體細(xì)胞

你認(rèn)為Sue and Marc能否利用基因突變實(shí)現(xiàn)在移民者中出現(xiàn)有利基因的目標(biāo)？（ ）

A. 可以，基因突變通?？梢猿霈F(xiàn)有利變異

B. 不可以，基因突變是隨機(jī)的，并且引起的變異無(wú)利害之分”

案例中對(duì)于生命科學(xué)相關(guān)的社會(huì)責(zé)任、育人價(jià)值在討論中也有所體現(xiàn)，并給予學(xué)生充分的思考空間，除了關(guān)于“克隆移民的利于弊”，還有開(kāi)放性的問(wèn)題，如“基因突變和基因重組為生物進(jìn)化提供了原材料，是多方向不可預(yù)測(cè)的，盡管如此，你認(rèn)為對(duì)于哪些新的性狀可能會(huì)為將來(lái)的人類(lèi)造福？”……

“太空移民”只是WISE平臺(tái)中眾多案例中的一個(gè)，其案例內(nèi)容多為英語(yǔ)，教師和學(xué)生可以申請(qǐng)不同的賬號(hào)類(lèi)型免費(fèi)登陸學(xué)習(xí)，在給予課堂教學(xué)啟示和思考之余，也希望能夠有更多優(yōu)秀的中文編寫(xiě)的適合中學(xué)生物教學(xué)實(shí)施的WISE項(xiàng)目出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

吳趙，吳偉.WISE項(xiàng)目中游戲型物理教學(xué)案例的分析與啟示[J].物理教師，2016，37（6）：6-9.