“WISE”中的“光合作用”探究教学简介

吕贝贝 刘 杨

(1 首都师范大学生命科学学院 北京 100048； 2 陕西师范大学生命科学学院 西安 710119)

我国的网络教育起步较晚，其发展一直面临着知识呈现方式单一、交互性能不足、学习和评价方式泛化等困境。因此，本文以“光合作用”项目为例，简要介绍“WISE”平台及其项目特点，并进行相关分析。

1 WISE简介

网络的“科学探究环境”(Web-based Inquiry Science Environment,简称：WISE)是美国国家科学基金会(NSF)资助，加州伯克利分校玛莎·琳教授团队所开发的一种网络化数字学习平台。该平台免费面向全世界开放，旨在培养学生知识整合、科学论证以及解决问题的能力。WISE开发出一种“知识整合帮扶框架”，从“探究思维显现化”“知识呈现多样化”“合作交流便利化”和“终身学习”四个方面开发和设计项目[1]。截止到2011年为止，已经开发出包括生物学、物理和化学等在内的多个学科案例库[2]。WISE平台依据“知识整合观念”开发项目，用这种观念建构教学，有助于学生整合碎片化知识，建构完整的科学世界图景。下面结合“光合作用”项目，具体阐述WISE平台(http：//wise.berkeley.edu)的相关特征[3]。

2 WISE平台特征分析

“光合作用”项目最初由伯克利大学的Ryoo和Linn教授于2012年9月在“WISE”平台上发布适用于6～8年级的学生，计算机上学习所需时间约为4～5 h。当学生登录WISE平台上的学习账户后，便可进入“光合作用”学习界面，该界面分为左右两栏，左栏呈现的是“光合作用”的“探究地图”，右栏呈现的则是具体学习内容，WISE平台具体表现出以下特点：

2.1 探究思维显现化 基于网络技术，WISE平台开发出多种在线资源和认知工具，这些资源和工具使得学生的探究思维活动能够以显现的可视化形式表现出来，避除了探究进程中的随意和模糊，为教师精确化评估学生的思维表现提供了可靠依据。探究思维的显现化首先表现为“探究地图”的设计，该地图能够使教师和学生清晰地看到所要探究的活动及进程，精细化记录并反思。

例如，在“光合作用”项目中，其“探究地图”由“能量来源”“能量转化”“能量利用”和“汇总”四个相关的学习活动组成。每个探究活动下面又以详细的步骤呈现：如“能量来源”活动中就包含16个步骤，学生顺次学习“植物能量的来源”“太阳光能”“太阳红外辐射”“光合作用”“光合作用的原材料与产物”和“葡萄糖”等内容。

其次，探究思维的显现化还表现为WISE平台开发出的多种活动分析和表征工具，如“汇总”活动下的步骤2，让学生以可视化的图表和箭头绘制本项目中能量的变化过程(图1)，这些工具能够使学生的思维外显化，将其记录下来并发送至后台笔记本中。

图1 绘制能量的变化过程

此外，探究中存在大量需要学生回答的测试性、反思性和驱动性问题，学生只有完成这些问题并上传至后台笔记本中，才能进入下一环节的学习。

例如，“能量来源”活动下的步骤5，就是以选择题的形式让学生回答“太阳能抵达植物叶片时的变化”，学生有3次回答机会，每次机会被赋予不同分值，且该问题只有回答正确，才能进入下一环节的学习(图2)。

图2 选择与赋分评价

由此可见，基于后台数据，教师便可清晰地了解不同学生在探究过程中的观点、问题和表现，使得学生探究思维清晰可见，并能够精确化地评价学生。

2.2 知识呈现多样化 在平时的课堂教学中，学生的学习材料大多是教材上静态的文字或图片，知识呈现方式较为单一。借助网络技术的支持，WISE极大地扩展了科学知识的呈现方式，它将一些不易观察、复杂和抽象的知识形象化、生动化和趣味化，使其更加符合学生的认知发展特点。在“光合作用”项目中，大量知识是以“仿真动画”“动态模型”和“虚拟实验”等形式呈现的。

例如，为帮助学生理解“光合作用”中“能量转化”过程，WISE开发出仿真动画，这种动画不仅仅是单一的动画演示，而是将学习问题、学习内容和演示动画紧密地整合在一起，以分步骤的形式向学生系统地介绍，从而保证了学生学习的进阶和有效性。

为解释能量守恒原理，WISE开发出“能量守恒”模型，该模型动态化地解释了太阳辐射在抵达地球表面时的变化。通过该模型，学生能够认识到大部分的太阳辐射在抵达地球表面时将会被反射，只有少部分转化为地表下的热能，并最终以红外辐射的形式散失到大气层中。虽然该模型表征了多种类型的能量形式，但一般而言，能量的总量是不发生变化的，只是从一种形式转化为另一种形式，即能量只能被转化而不能损耗或创生。

为探讨光照强度与葡萄糖含量的关系，WISE开发出一种虚拟实验，学生通过选择左侧不同浓度的光能、CO2和H2O,点击“开始”按钮，右侧便可模拟“光合作用”过程，并呈现相关的葡萄糖和氧气的产量变化(图3)。

图3 “光合作用”过程虚拟实验

2.3 合作交流便利化 WISE平台是一种支持学习者合作探究的平台，借助网络虚拟技术，它能使学生之间的合作交流更加便利。首先，WISE平台可以提供分支型探究路径，该路径能够促使学生形成彼此不同的网络学习小组，各小组内的学生进行局部化的学习和设计。最后，让所有学生集合在一起相互讨论、交流并展示。

例如，“光合作用”项目中，有关能量是否被创生或损耗，就可能引起巨大的争议，这时学生便可依据多媒体交流的工具，进行论证交流。

WISE平台也包含有多种多媒体交流工具。“在线讨论”“学习论坛”等这些工具，能够以文字或音频的形式把学生的观点或证据可视化，帮助教师与学生之间形成多种交互式对话，调动学生交流论证的热情。

2.4 可提供终身学习 WISE平台是资源开放式的，免费面向全世界开放。这种开源性一方面能促使设计者不断修正和改善原有项目，更新并迭代学科知识；另一方面，它也为设置多种情境化探究活动提供便利。通过多种探究活动，学生能不断地思考和反思，从而提升其论证和批判的能力，最终养成终身学习的习惯。

例如，“光合作用”项目的最后环节——“汇总”，便是让学生绘写出一篇“能量变化”的故事。此外，WISE精品项目库中，除了包含开发的“光合作用”项目外，还包含该项目运行前后的认知测试，即项目“光合作用：前测”与“光合作用：反馈”。这样，通过学习这些项目，学生便能够意识到自己思维的变化，并有意识地去探索遇到的新情况、新问题，不断提升其科学思考与科学论证的能力，逐渐养成终身学习的习惯。

在WISE项目库中，注册教师一方面可以借鉴精品和参考项目库中的项目，对其进行本土化的修正和设计；另一方面，也可以与其他教师成立学习者联盟，共同设计和开发，促进教师“学习共同体”的形式。