基于网络教学的WISE 项目研究

◆张丽娜

1 WISE 简介

WISE（Web-based Inquiry Science Environment）是在美国国家教学基金会（National Science Foundation）资助下，由加利福尼亚大学伯克利分校的Marica C.Linn和Bell 主持的知识整合环境的主要成果。从1994 年开始研发，经过三年不断地试验和完善，于1998 年正式推广。WISE 学习平台建立的目的是借助教师、学校、教育机构等学习共同体来促进教师终身学习和学生的深度学习，通过网络技术将现实生活的实际问题与科学理念融合，让知识和实践接轨，实现以学生活动为主体的教学，让学生成为真正的科学探究者和科学评论家。

2 WISE 的七大特征

随着科学技术的快速发展，网络课程平台不再是传统的优秀教师传授课程，而应具有人机互动的教学理念，运用网络的先进科技来辅助学生思考和学习。通过研究WISE学习平台，总结其具有的七个特征。

基于网络的科学探究环境当学生预览项目时，每个项目框左侧会出现探究任务图谱（Inquiry Map），它能将整个项目的学习图式都清晰地呈现出来，使学生头脑中形成整体脉络，易于自我学习开展。此外，学生在学习过程中出现不懂的问题时，熊猫助手（Panda Provides Hints）会提供线索以及帮助，将网络学习注入人性化特征，启动人机学习的交互模式。

再者，每个项目都需要学生阐述对问题的理解，记录预测的笔记并给出反思和评判（Notes Ask for Predictions,Reflections, Critiques），这一环节主要是引导学生对问题进行深度学习。学生遇到问题常常是以“我觉得……”在心里作答，没有明确的逻辑性和条理性；将它转化为书面的文字符号，这个过程便加强了学生对题目的理解和思考，再加上反思和批判，就是一个小型的探究活动。

同时，WISE 科学探究环境还具有证据页面，为学生提供可视化的数据、图片以及虚拟实验和丰富的科学内容。网络化的学习方式可将数据快速高效地记录下来，数据是实现探究的基础，基于数据的探究才是科学化探究。该网站通过对问题的预测、数据的记录收集和使用、问题的解释和思考，培养了学生以及教师科学严谨的探究态度。

虚拟实验及可视化循环项目比如水分吸收过程，它可通过虚拟实验的先进技术，将抽象化的分子及原子以直观可见的图像展示出来，将抽象概念转化成为具体概念，调动学生手脑并用的学习方式。此外，可循环的项目避免了教师自我讲授时，学生想重复咀嚼知识却没有资源可供参考的弊端。它可以让学生通过不断地反复试错，找到自己不懂的地方，进行针对性评价，从而真正将知识自我消化。

比如“厨房热力学：对于食物的思考”这一项目，会让学生做实验，下一步采用一个单选题进行评价，如果第一次选择正确，就会直接进行下面的学习。仅一次实验即成功，评分为5 分。如果选择错误，就会弹出一个回到实验的界面，学生可以通过继续做实验来找到自己的错误，再回来继续答题。若正确，程序会将上一次的试题选项顺序打乱，让学生重新选择，再正确，这道题的回答才算真正结束。第二次实验正确可以得到3 分。如果又错误，则返回继续做实验。以此类推，第三次实验正确得1 分，第四次实验甚至更多则为0 分。

学生生成的科学叙述样本科学探究是基于解决问题的一种学习方式，经过一个项目或一节课的学习，学生真正学到了多少，只是通过课后小结以及单元测试是远远不够的。WISE 以科学事实的笔记记录，可客观和直观地观察到学生在学习前和学习后知识层次上的强力对比，这样才能及时有效地对每个学生的不同问题给予反馈（如图1 所示）。

图1

学生生成的自我系统图（MySystem Diagrams）本特征与上一个特征共通的地方是学生将自己脑海里的想法转化成书面文字，是默会知识外显的一个过程；不同在于问题答案的表达形式上：叙述性故事考查得更主观化，是全方位考查能力的形式；自我系统的逻辑性更强，对象之间的关系更清晰，对于布鲁姆学习目标分类中对应用的考查稍微逊色一些。继续图1 中对兔子怎样得到和使用来自阳光的能量这一问题，WISE 网站就让学生创建一个自我系统来解释这个现象，确保自己标注的所有箭头包括能量来自哪里、能量怎样移动、能量去哪儿了、能量怎样转换。

学生会根据自己的原有经验和题目理解，绘制出各种不同的图像，这个环节可以厘清思路，将所学知识进行融会贯通。如图2 所示，四项提示是所学能量的四个重点，将这四个问题弄清楚，学习目标其实就已经达成，避免了繁杂冗长的学习内容，渗透了概念化教学。

图2

WISE 绘图工具（Flipbook Animator）使用Flipbook Animator（FA）这个工具，学生能创建绘图，同时运用拍摄快照的方式创建动画帧，将自己的绘图制成微电影。K-12阶段的学生好奇心都非常强，动画类的微电影比静态的图片画面感更好。而且学生可以根据自己兴趣制成各种颜色以及形状的配图，会有更强的课堂参与感，在活动中对科学探究更感兴趣。网络技术作为科学学习的辅助工具，实现了知识与技术的融合，使学生成为课堂活动的主体，使学习知识不再枯燥乏味。

图3

WISE 观念管理器（WISE Idea Manager）和论据构建器（Explanation Builder）当学生使用WISE 项目工作时，可以使用观念管理器来收集、组织和精炼自己的想法，在该专栏中可填写想法的来源、关键词、想做标记的内容等。每个人不论是在学习还是在探究过程中，遇到某个知识点，当发生思想火花的碰撞时，通常会不经意地过滤掉，但是这正是创造的源泉。当具有这个工具时，学生可以随时记录自己的随想，高效地写下自己的笔记。数据构建器的使用就是抛给学生一个问题时，学生可以记下给出答案的原因。它为构建解释提供确凿的证据，类似头脑风暴的学习方式，让学生把所有想到的可能原因记录下来，一步一步地自我否定和肯定，直到通过不断地自我反思和纠错，在自我的知识基础上建构出正确的答案。

教师控制面板和WISE 项目库及课堂监控工具如图3所示，在教师控制主页上，WISE 用户可以获得关于先前运行过和正在运行项目的所有详细信息，包括课堂中使用的课程模板，还有每个运行模板的课程模块连接、功能和预览项目，以及学生注册该项目的时间和数量、各种管理项目（包括评分工具、评分摘要、学生小组资料、管理公告、与其他教师分享、报告问题等）。这些工具可以帮助教师处理许多费时的任务，比如了解学生的兴趣和爱好等，将更多的精力放在教学内容上；还能实时对学生的学习进展进行监控和评分，根据项目的进展和工作评分调整教学；更有效的是可以在每个步骤中找到学生表现的摘要，对个别学生提供高质量的教学等。

对于教师来说，WISE 是促进教师终身学习的教学工具，教师可以探索现有的WISE 课程项目、具体课时以及学业目标。同时可以运用创作工具来对当前项目进行改进，与同事共同研讨和分享项目，实现学习共同体的优势，通过迭代课程使得教学最优化。

3 我国在科学教育中实施网络课程应关注的问题

基于网络科学探究环境教学，结合WISE 项目学习的特色和我国学情，本文对我国的科学教育提出三点建议：应提升教师的终身学习能力；网络教学内容以微观真实世界为主；加强学生的自我评价和反思。

提升教师的终身学习能力WISE 项目既是学生的学习工具，也是教师的学习手段，它为学生和教师之间搭建了一个共同学习的平台。教师在制作自己的课堂项目时，需要不断进行自我学习，只有将自己每一步前沿的教学想法精心地设计出来，对学生的预设更加全面，才能呈现出精致课堂。这对教师提出很高的专业要求。科学教师不但要掌握科学领域知识，还要懂得教育教学理念，更要灵活地运用网络软件进行课程设计。此外，各种项目课程通过网站的展示，会收到来自各方同行的评价探讨，不论是外在促动还是内部需要，都潜移默化地促进教师培养可持续学习理念，只有自我根基扎实，才能开展更优质的课堂。

网络教学内容应以微观真实世界为主随着人工智能的快速发展，网络的情感越来越丰富，虽然不能替代真实的世界，但是在保证安全和高效利用时间的情况下，WISE课堂是一项十分具有借鉴价值的网络项目平台。不论成人还是儿童，由于身体能力限制，往往看不到自身内部物质是怎样运动的，生物是怎样与自然交流的，能量、分子、原子热等微观世界是怎样变化的。虽然人们无法用感官感受它们的存在，但是它们的的确确存在并扮演着重要角色，这就决定了网络课程的学习应以微观真实世界为主。

现实生活中很多科学实验可以在实验室做，应尽可能地让学生切身经历真实实验的乐趣，对分子和原子等微粒的微观世界的探索。由于学生的相关生活经验少，概念较抽象，因此需要借助各种先进的网络虚拟技术以及形象的动画模拟，让学生像科学家一样来认识新鲜世界，找到事物的本质。让学生在忽远忽近的学习世界中对科学产生神秘感，找到科学探究的意义。

加强学生的自我评价和反思通过浏览WISE项目课程，会发现每节课的前概念（initial ideas）诊断都是运用二段式的评价形式，先抛出一个问题，接下来是对所做答案的解释。该评价看似简单，其实是评价中的画龙点睛之笔。好的开始是成功的一半，同样，好的评价诊断也是教学成功的一半。只有学生切实明确了自己的固着点，才能在教师和课程的帮助下更好地学会学习。对于科学这门课程来说，学生的前概念是进行科学探究的起点，教师要引起学生的困惑，再让学生自发、主动地去了解，对知识充满渴望。

1.一把金属汤匙、一把木质汤匙和一把塑料汤匙放在热水中，15 分钟后感觉哪个汤匙最热？

A.金属汤匙 B.木质汤匙

C.塑料汤匙 D.三个汤匙一样

2.解释你的选择。

3.写下你的前概念和姓名。

这种评价既便于学生了解自己的知识水平，也可以帮助教师节省下更多的时间去通过访谈等方式来了解学生，开展个性化教学。■