科学教育中案例教学的应用与思考——以美国国家科学教育案例教学中心网站为例

宋 怡

(南京晓庄学院，南京211171)

案例教学法源于上世纪20年代美国哈佛大学商学院，继而在商学、法学和医学教育中被广泛应用，被认为是一种代表未来教育方向的教学方式，目前已成为现代教学的重要方法之一。教师在教学过程中，根据教学目标，以真实情境或事件为题材，使学生进入某种特定的事件情境之中，通过组织学生对事件的过程进行积极主动的探究活动，培养学生创造性地运用知识、分析、解决实际问题的能力和智慧，发展学生的积极情感、态度与价值观，学会与人沟通，提高处理人际关系的能力。

案例教学具有真实性、综合性、实践性的特点，在以培养科学素养为宗旨，以科学探究为方法的科学教育改革中，与科学教育强调“真实世界中的真实问题”、“科学—技术—社会兼容的STS观念”等诉求不谋而合，近20年来在科学教育领域中日益受到关注，成为一种有效的科学教学方法。

一、案例教学在科学教育中的应用

(一)案例类型

案例从同一起点出发，向全体学生提供同样的情景和信息，学生提出不同见解，并在教师引导下经过分析、比较，最终一步步从多种解决方案中找到最为合适的答案。在这种寻求多元化和最佳化答案的过程中，可开拓学生思路，调动学生的学习积极性。科学教育中常见的案例按照呈现方式的不同，主要可以分为指导型案例、即时性案例、分析型案例、两难型案例、阶段式案例和实验室案例。这些类型依次递增地体现出学生主体性、过程动态性和结果多元化的特点。

指导型案例(Directed Case) 通常包括一系列指导性问题的简短研讨，这些问题可以借助教科书或教师讲解予以回答，答案是唯一的、封闭式的。问题通常以作业形式事先布置给学生，学生可以独立或合作完成，强化了学生对于基本原理、概念的理解。

即时性案例(Clicker Case) 案例在课堂上采用PPT阶段性地呈现，要求学生对教师的即时性问题给出反应，在此过程中，学生逐步理解材料、解决问题。这一方法通常用于科学课堂的引入部分。将学生个人反应与案例教学的推进相结合。

分析型案例(Analysis Case) 也称为事件型案例(issues case)，这类案例主要回答“究竟发生了什么”，教会学生分析的技巧，不需要学生做出决策。

两难型案例(Dilemma Case) 也称为决策型案例(Decision case)，案例给出一个个人、企业或社会必须解决的问题，提供理解该情境所需的背景资料以及目前进展。学生学会认清事实，分析问题，提出可能的解决办法。

阶段式案例(Interrupted Case) 这类案例的脚本可以选自科技论文，给学生呈现一个需要逐步解决的开放式问题。学生先阅读该论文的引言阶段，并通过小组讨论提出一个研究课题，在提出问题—验证假设—设计实验—数据分析和解释的过程中实践科学方法。接着教师给出真实的数据以及研究者的解释和结论来结束案例学习。

实验室案例(Laboratory Case) 和学生实际生活联系紧密，有趣味性、能吸引学生的实验室案例，对学生提出一个需要通过实验解决的具有挑战性的问题，学生通过小组合作，自主设计实验方案来解决问题，在此过程中教师尽可能少地提供帮助。

(二)案例教学组织形式

案例教学法在科学课堂中的呈现方式非常灵活，可以作为课堂教学的核心部分，也可以作为一个教学环节穿插于课堂讲授和实验课中。此外，案例教学还可以与科学教育提倡的小组合作学习、探究性学习等方式融合使用。［1］针对科学课程的目标、内容以及案例类型，具体形式有:

基于问题的探究式学习(Problem－Based Learning) 主要适用于阶段式、实验室案例。课堂上案例分阶段给出，4～8人组成的学生小组在教师的帮助(提供相关文献、视频资料等)下，认识案例，界定他们已知的、未知的和需要发现的。然后分解列出问题并寻求答案。学生在小组中交流自己的发现并对之前的问题做出解答。接着，教师给出补充信息(如检验结果，实验新数据等)，学生完善问题，分解任务并搜集更多信息，最后形成报告。

讨论(Discussion) 主要适用于分析型、决策型案例。教师的任务是在学生辨明问题、寻求可能的方法、得到结论的过程中给予必要帮助。教师可以直接采用启发式提问，也可以采用非指导性的方法开展课堂讨论。由学生来掌控分析的过程，教师更多是扮演辅助者的角色，并在案例结束时做小结。

迷你辩论(Intimate Debate) 主要适用于决策型案例。两对学生对面而坐，表达自己的观点，之后互换立场再进行辩论。最后，他们要抛弃原先的假设立场，对所辩论的问题达成共识，给出合理解决方法。迷你辩论效率高，可以同时开展多组的迷你辩论，互换立场可以防止学生对案例抱有偏见，最后达成共识，类似于真实世界中进行的决策过程。

模拟公开听证(Public Hearing) 主要适用于决策型案例。由一组学生模拟成听证团，听取其他小组的报告。听证团经常通过角色扮演的方式，例如以美国环保总署(EPA)或者美国食品药品管理局(FDA)的身份，建立听证的规则(如发言的时间、顺序、操作规则、决策标准等)。接着各种角色按照身份进行角色扮演。听证团成员提出问题，做出决策或给出建议。

拼图式小组合作(jigsaw) 主要适用于指导型、分析型案例。教师把学生分成原始组，每位成员都承担一部分案例材料的学习任务。抽出每组承担相同部分学习任务的同学，专注于这部分任务的学习，并成为这部分学习任务的专家组。然后，教师让学生重新分组，从各个“专家组”回到原始组，并要负责向其他组员讲解自己承担的学习内容。［2］最终他们把各人承担的学习任务总结起来，完成对案例的学习。

角色扮演(role－play) 主要适用于分析型或决策型案例。学生设定或扮演一个角色，以理解这一角色所面临的情境和必须解决的问题。可结合上述其他方式加以运用。

三、美国科学教育案例教学资源的应用

(一)美国科学教育案例教学中心网站简介

美国国家科学教育案例教学中心网站是由纽约州立大学在美国教育部和国家科学基金会的支持下创设的，目的在于促进全美范围内的科学教育案例教学模式和探究性学习方式的推广。网站目前提供了400多个科学教育案例，涵盖化学、生物、物理、环境、食品、健康等领域。设有“教学指导”专栏帮助教师选择和运用案例，对理科教师的有效教学和学生科技素养的培养有很大帮助。除了通过关键词搜索，教师还可以通过设定案例涉及的学科类别、案例适用对象、案例教学具体呈现形式、案例主题领域等来搜寻教学所需案例。

(二)网站案例应用示例

笔者以“化学”和“高中阶段”为检索词，检索得20余则案例，现选取其中一则对科学教育中案例教学的应用加以说明。

1．案例:婴儿奶瓶带来的困惑［3］

Bob和妻子Julia带着两周大的女儿 Maggie去医院体检。Julia在杂志上看到一则报道，提到聚碳酸酯塑料奶瓶会产生一种破坏内分泌系统的物质——双酚 －A，从而有可能危害婴儿健康。Bob认为，食品药品管理局和其他机构认可聚碳酸酯很多年了，这种材料具有透明、耐挤压的特性，长期被用于食品包装中，应该没有问题。Julia仍然很担心。于是，在Bill医生结束检查后，Julia提出了关于婴儿奶瓶的困惑。

2．教学步骤

一是交代案例背景:案例来自美国学术期刊《消费者报告》论文“婴儿的危机”，文中指出塑料奶瓶的材料是聚碳酸酯，可能危害婴儿健康，并建议家长停止使用此类奶瓶。而美国塑料协会和美国食品药品管理局对该论文所用的实验方法和提出的建议进行了质疑。

二是在案例讨论前，将研究论文的引言部分、美国塑料协会及美国食品和药品管理局对报道作出的回应以及其他相关文献资料和网站提供给学生，让学生根据列出的思考题及参考资料，了解高聚物的基本知识。

三是针对案例结尾处，由“Julia担心的是什么”这一开放性问题引发讨论。聚碳酸酯是无毒的，而在受热引发的聚合反应逆反应中释放出其单体双酚－A却是有毒的。由此启发学生思考“化学品摄入量与有可能产生的健康危害之间的关系”，并开展讨论，形成剂量或浓度的概念。

四是根据《消费者报告》中检测出的双酚－A浓度以及其他文献中的数据，要求学生在给定数据基础上计算双酚－A的含量，最后和美国环境保护局规定的最低有害浓度进行比较。

五是在总结阶段，学生围绕“Julia的选择”展开大脑风暴，以Julia的身份，对聚碳酸酯奶瓶的使用作出自己的决策，体验在掌握一定信息基础上进行风险评估的过程。

六是引导学有余力的学生进一步查阅内分泌方面的文献资料，了解双酚－A引发健康问题的生理学机制。

3．案例述评

这是一则决策型案例，适用于高中生以及非化学专业的本科生。通过案例的学习，可以让学生了解有机聚合物基础知识、有毒聚合物对内分泌系统的破坏、化学定量分析和风险控制等内容，发展学生的辨证性思维和科学决策能力。笔者认为，除如上讨论法外，还可结合角色扮演开展小组合作学习等等。

四、思考

(一)科学教育案例的开发与共享

案例教学所依赖的教学材料——“案例”，有着独特的来源、性质和编排体系，案例的内容和结构决定着案例的功能。案例开发的一般过程包括案例策划、案例展开、案例总结、案例撰写等环节。案例开发要体现以下几方面标准:

符合科学教育目标。案例要涵盖科学概念、科学方法以及科学态度价值观各个维度的教学功能，体现对学生理解、分析、评价、问题解决等高级认知能力和沟通、表达、合作能力的要求。学生只有认识到这些目标对他们个人发展的现实意义，才能激发起学习的动机。

具有真实客观性。案例取材于学生生活经验、社会事件或热点问题，有真实的情节。案例是对真实情景进行的客观描述和表达，而不含任何的解释和判断。学生身临其境地作为决策者或解决问题的主角来对待案例中的人和事，认真分析各种数据和情况，促进新旧知识产生联结，完成意义的建构，找出解决问题的方法。

强调学生主动参与。案例教学强调的是学习者共同参与和主动学习。案例设计要能提供足够的科学背景，引导学生在案例所描述的特定环境中，通过大量学生个体和小组的活动，对案例所提问题进行讨论、争辩，并在此过程中相互学习，从科学学习的角度来理解案例。

重视为教师提供指导。来自社会的问题、事件和关注通常都是跨学科的，有可能涉及教师不熟悉的科学领域。应当就如何挖掘案例素材的意义，如何达成预期的教学目标，如何选取具体的教学策略为教师提供全面的说明和指导。

(二)科学教育案例的选择与使用

案例通常涉及跨学科知识，需要学生具有一定基础知识和生活经验，并能够进行资料搜集、讨论、实验设计等活动，比较适合高中和大学学生。在实施案例教学时，教师应根据教学内容的需要和学生情况，选择具有相关性、可信性、典型性、启发性的案例，使科学学习与真实世界相联系，培养学生的科学素养。案例教学策略的选择要确保学生活动的顺利开展和学习目标的有效达成，教师在案例选择、教学准备、教学实施、教学实践、教学总结等关键环节，鼓励学生成为主动学习者、积极合作者、善于表达者、有效倾听者和勇于辩论者。［4］

(三)对理科教师和教师教育的挑战

在科学教育中尝试案例教学，给理科教师带来了一系列挑战。比如开发科学教育案例时，如何精心构思案例素材，在结构和内容上突出科学教育理念;在案例教学实施中如何科学引导、适时总结归纳、有效推动案例的深入展开;在案例教学评价中，如何关注学生对于科学信息的理解和解读、问题解决、有效决策和沟通技巧与人际交往能力等活动表现，而不是仅从纸笔测试中得出结论。［5］

教师对于科学教育的理解决定了他的教学实践，而教师怎样教取决于他曾怎样被教。因此，案例教学需要对科学教师教育作出相应的转变。首先应转变教师对于“科学教学教什么”的认识，引导教师意识到科学教育不仅是教科学概念和理论，还需要关注情感态度价值观领域。改变教师对待科学的态度，才能改变学生对科学的态度，改变科学学习习惯。此外，要提供合适的案例教学培训课程。鼓励教师拓宽自己的科学视野，在案例开发过程中渗透自己对科学教育的反思;能理解案例中所涵盖的概念与理论，能够驾驭基于具体事件的分析讨论;以善意的鼓励和明确的指导，为学生积极合作、踊跃探讨创造良好的氛围，努力达到案例教学对教师的知识结构、组织能力、教学能力、气度涵养的要求。

［1］ 美国国家科学教育案例教学中心主页［EB/OL］．http://sciencecases．lib．buffalo．edu/cs/．

［2］ 宋怡．拼图式合作学习在化学教学中的应用［J］．化学教学，2012(9)．

［3］ 美国国家科学教育案例教学中心网站案例资源［EB/OL］．http://sciencecases．lib．buffalo．edu/cs/collection/detail．asp?case_id=447＆id=447．

［4］ 王永桂，刘洪，汪远旺．案例教学中学生的角色定位与行为分析［J］．现代教育科学，2013(2)．

［5］ 萧毅鸿，周献中，凌海风，唐建．案例教学:一种有效的教师教育方法［J］．教育理论与实践，2012(32)．