基于微世界的生物科學(xué)論文范文

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一、行為參與——利用微世促進學(xué)生探究技能發(fā)展

微世界為學(xué)生提供了“做”中學(xué)的環(huán)境，學(xué)生可操縱模擬環(huán)境中的對象，構(gòu)建自己的實驗體驗，參與測試實驗系統(tǒng)的行為。微世界一般的活動結(jié)構(gòu)包括了創(chuàng)設(shè)有趣的情境、探究、解釋、應(yīng)用、評價等內(nèi)容，最主要的活動部分是通過操作進行互動探究的活動。互動性是微世界的特點之一，通過人機交互、生生交互讓孩子掌握觀察、設(shè)計實驗、實驗操作、收集數(shù)據(jù)等探究技能。以“光合作用”概念為例，由于光合作用發(fā)生的過程，是一個微觀、復(fù)雜的過程，肉眼很難觀察到光合作用吸收二氧化碳釋放出氧氣，因此可以用光合作用的微世界進行教學(xué)，整個教學(xué)流程及學(xué)生學(xué)習(xí)行為參與過程（如圖2所示）。光合作用微世界目的是讓學(xué)生通過利用傳感器進行光合作用的模擬實驗，建構(gòu)關(guān)于綠色植物通過光合作用制作有機物，吸收二氧化碳釋放出氧氣的概念，并在建構(gòu)概念的過程中掌握對照實驗設(shè)計與實施的探究技能。光合作用微世界的活動內(nèi)容結(jié)構(gòu)如下表1所示。又如美國科羅拉多大學(xué)(UniversityofColorado.)開發(fā)的交互仿真虛擬實驗微世界(phet.colorado.edu/zh_TW/)，網(wǎng)站里很多生物、物理、地理等學(xué)科領(lǐng)域的微世界資源。其設(shè)計理念是通過互動探究的實驗，讓學(xué)生掌握探究的技能并深刻理解概念或現(xiàn)象。例如支撐自然選擇的概念認(rèn)知，微世界創(chuàng)設(shè)了一個草原情境，通過一些按鈕操作能夠選擇和控制草原上的動物、植物的種類、環(huán)境類型以及兔子的性狀等，然后學(xué)生可以通過圖表看到動植物數(shù)量的變化，從而了解自然選擇的過程。再如生態(tài)平衡的微世界，通過學(xué)生動手參與探究活動，控制草原上動植物的數(shù)量，發(fā)現(xiàn)生物之間的密切關(guān)系，在多次嘗試設(shè)置不同生物數(shù)量的活動中建立起能夠維持生態(tài)平衡的數(shù)量關(guān)系，從而理解保持動植物數(shù)量一定是維持生態(tài)平衡的關(guān)鍵。總而言之，微世界為學(xué)生提供了體驗式的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生在“做”中學(xué)，掌握解決問題的探究技能，促進學(xué)生有效的學(xué)習(xí)。

二、思維參與——利用微世界促進學(xué)生高階思維的發(fā)展

學(xué)生參與探究的過程，也是思維活動的過程。課程改革非常強調(diào)學(xué)生高階思維的發(fā)展，這也是課堂教學(xué)的重要方面。根據(jù)布盧姆的目標(biāo)分類學(xué)，高階思維是在目標(biāo)分類學(xué)高層次的認(rèn)知過程，如分析、評價、創(chuàng)造屬于較高水平層次的能力。根據(jù)斯滕伯格的思維理論，思維有分析性思維、創(chuàng)造性思維和使用性思維。微世界的探索活動需要學(xué)生高階思維的參與，如作出假設(shè)、推理結(jié)論、分析數(shù)據(jù)、生成新問題、解決復(fù)雜問題等思維能力，因此微世界在一定程度上成為促進學(xué)生高階思維發(fā)展的有效途徑。例如光合作用微世界的思維參與過程如下(如圖4)：1.促進學(xué)生探究推理能力的發(fā)展運用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)可以來支持學(xué)生學(xué)習(xí)，微世界提供的活動，凸顯在能夠培養(yǎng)學(xué)生的探究推理能力。微世界提供的探究環(huán)境一步步引導(dǎo)學(xué)生深入思考，幫助學(xué)生將思維集中關(guān)注高層次的認(rèn)知過程，脫離低層次的計算，可以幫助學(xué)生建模并可視化思維過程。微世界的實驗操作是理想化的，減少了很多的其他因素對學(xué)生的干擾，讓學(xué)生的思考更加集中和深入。同時實驗的操作過程可以重復(fù)和再現(xiàn)，學(xué)生在有層次的整個實驗過程中、實驗后的數(shù)據(jù)和圖表中、評價中運用推理能力幫助建構(gòu)概念。例如在微世界中的反饋和評估項目，設(shè)置不同層次的練習(xí)，從這些練習(xí)中可以培養(yǎng)和檢測學(xué)生的探究推理能力。如下面的題目（如圖4），學(xué)生在探究光合作用后，讓學(xué)生分析哪種情況下水草的壽命最長。該題，需要學(xué)生運用推理分析能力及光合作用的概念解決問題。答案是D的水草，因為光合作用需要光、二氧化碳和在葉綠素下進行，然后光合作用釋放出氧氣。而在A、B項中缺乏光照，C缺乏二氧化碳。通過整個微世界的各個活動能夠有效提升學(xué)生的探究推理能力。2.促進學(xué)生分析科學(xué)數(shù)據(jù)能力的發(fā)展微世界的實驗數(shù)據(jù)常以圖表的形式出現(xiàn)，圖表能夠直觀展現(xiàn)變量與變量之間的關(guān)系，一個變量變化另一個變量發(fā)生的相應(yīng)變化的情況。通過識別圖表和分析數(shù)據(jù)培養(yǎng)學(xué)生的分析性思維能力。實驗中收集資料，有利于學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和良好習(xí)慣。實驗后需要對這資料數(shù)據(jù)信息進行分析和說明，在微世界中，會通過各種數(shù)據(jù)表整理數(shù)據(jù)，用圖表來解釋事物整體格局、發(fā)展趨勢并通過證據(jù)建構(gòu)和解釋概念。例如在生態(tài)平衡的微世界里，通過草原上植物、兔子和狼的數(shù)量變化的圖表，讓學(xué)生分析一段時間內(nèi)動植物之間的關(guān)系，及要維持生態(tài)平衡的條件（如表2、圖6）。還通過數(shù)據(jù)可以讓學(xué)生對未來草原上植物、兔子和狼的數(shù)量變化進行推測（如表2的數(shù)據(jù)），可以看出狼滅絕了，兔子數(shù)量增加，草不斷減少；進而理解如果持續(xù)下去那么草會被兔子吃完，而兔子因缺乏食物而無法繁衍下去，最終導(dǎo)致生態(tài)失衡。圖表還是培養(yǎng)學(xué)生預(yù)測、假設(shè)等創(chuàng)新思維能力的重要工具。學(xué)生可以通過它來研究分析對象的發(fā)展趨勢并作出預(yù)測。從圖表中觀察到植物、兔子、狼在這30.8年間的數(shù)量變化，可以幫助學(xué)生推測分析時間與動植物數(shù)量變化的趨勢，根據(jù)動植物之間數(shù)量變化的關(guān)系，預(yù)測這個生態(tài)系統(tǒng)是否能夠持久達(dá)到生態(tài)平衡的狀態(tài)。

三、情感參與——利用微世界激發(fā)學(xué)生的探究興趣

培養(yǎng)學(xué)生對學(xué)科的興趣是義務(wù)教育階段科學(xué)教育的核心目標(biāo)。為提高學(xué)生的情境興趣和探究欲望，微世界會設(shè)計成游戲的模式，并在設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)上體現(xiàn)多樣性、新奇性、活潑性和挑戰(zhàn)性。學(xué)生如果能夠順利完成一個挑戰(zhàn)，掌握一個技能、創(chuàng)造一個作品，就能夠給學(xué)生帶來較大的成就感，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如在生態(tài)平衡的微世界，其任務(wù)的設(shè)計是有挑戰(zhàn)性的，即讓學(xué)生設(shè)置植物、兔子和狼的數(shù)量，看能否使生物能夠保持平衡更加長久（如圖7）。在界面中有評價如“游戲結(jié)束，你的分?jǐn)?shù)是34分……，你能做什么去消除這種不穩(wěn)定呢這些有挑戰(zhàn)性的任務(wù)都能夠激發(fā)學(xué)生不斷探索。又如在探究人的膳食平衡概念時，有一個飲食與運動的微世界（如圖8），設(shè)計了人的肥胖程度與食物、運動關(guān)系的有趣任務(wù)。如果你挑選的食物含卡路里過高，而且運動量過少，就會很快肥胖起來（如圖8左邊的人形象發(fā)生變化），直觀有趣地展現(xiàn)飲食平衡與適量運動對健康的重要性，會讓學(xué)生對膳食平衡、運動有更深刻的理解。興趣是最好的老師，當(dāng)學(xué)生喜歡開展各項生物探究活動時，他們將對生物學(xué)科投入更多的精力和時間，形成對生物學(xué)的高度熱情，或為將來會成為生物方面的專家、一生從事生物研究工作打下基礎(chǔ)。

綜上所述，微世界能夠有效促進科學(xué)探究，促進學(xué)生的有意義學(xué)習(xí)，為建構(gòu)復(fù)雜（或抽象）概念提供了很好的技術(shù)支架。在利用微世界的過程中，學(xué)生的探究技能和高階思維能力能夠得到一定程度的提高，特別是在數(shù)據(jù)分析能力、探究推理能力方面，同時也能夠更好的激發(fā)學(xué)生對探究生物學(xué)的興趣。另外基于網(wǎng)絡(luò)的微世界，可以重復(fù)學(xué)習(xí)和使用，學(xué)生還可以利用課前或課后進行探究學(xué)習(xí)，促進學(xué)生的人機交互學(xué)習(xí)、學(xué)生間的合作學(xué)習(xí)。需要注意的是無論是哪種微世界，在進行教學(xué)時要恰當(dāng)運用好微世界，則需教師課前要做好研究，了解微世界的教學(xué)活動的結(jié)構(gòu)，自己動手操作微世界，了解它的主要目的、功能、操作的關(guān)鍵以及在課堂中恰當(dāng)選擇時機去應(yīng)用。當(dāng)然，微世界不是萬能的，它只是作為眾多教學(xué)工具的一種，是技術(shù)在教學(xué)中的一種應(yīng)用，是幫助建構(gòu)復(fù)雜（或抽象）概念的一種有效的工具。教學(xué)中沒有最好的教學(xué)方法，只有更好的教學(xué)方法。微世界只是為教師的生物教學(xué)提供了多一種的選擇，只有運用恰當(dāng)才能有效促進學(xué)生的學(xué)習(xí)。

作者：鄭雪萍容梅單位：廣東省廣州市天河區(qū)教育局教研室