設計研究在高中生物探究教學研究中的應用透析

湯躍明 張錦華

【摘要】設計研究強調在真實情境中運用一系列方法進行創新干預、迭代精制,以達到改進實踐和提升理論的雙重目的。該文應用這一研究范式對高中生物探究教學進行研究,構建了一個高中生物探究教學參與結構的設計研究實踐框架,并將此框架應用于實踐探索中。最后,對應用效果進行評價、反思和總結,認為設計研究在高中生物探究教學中的應用一定程度上解決了探究效率低的問題,同時實現了理論建構和實踐探索的相互提升。

【關鍵詞】設計研究;探究教學;迭代精制;參與結構

【中圖分類號】G420【文獻標識碼】A【論文編號】1009—8097(2009)08—0035—03

探究教學在高中生物教學領域的廣泛應用,使學生解決實際問題的能力、探究能力和創新能力不斷得到提升,然而,探究教學過程中情境的復雜性以及師生參與探究程度的不易把握等諸多因素又制約著其在生物教學中的有效開展。設計研究是一種系統而靈活的研究范式,強調在真實的學習情境中,以研究者和實踐者的協作為基礎,將科學的方法與技術的方法有機結合,通過反復循環的分析、設計、開發和實施,在改進教育實踐的同時,修正和發展新的教育理論[1],它能在一定程度上解決現今生物探究教學過程中探究效率低的問題。筆者從設計研究的視角,對高中生物探究教學進行分析、設計、實施和評價,在反思總結實驗的基礎上有效實現了理論的提升和實踐的進步。

一 設計研究的啟動

《全日制普通高級中學生物教學大綱》指出,學生通過高中生物課程的學習,能養成科學態度和科學精神,樹立創新意識,具有較強的收集和處理信息的能力、解決實際問題的能力和探究能力 [2]。然而,在具體教學中如何有效設計和開展探究教學,是令眾多生物學科教師和研究者頭痛的問題。為此,2008年3月在河南省周口市某一重點中學開展了《中學生物學科探究性教學的研究》的課題研究,對象為高中二年級(3)班和(4)班的全體同學。最初,項目組以為,引入探究教學之后,教學成效應該得到大大提高。但是,經過2個周的課堂觀察、課后研討評說以及錄像回溯分析,發現并沒有如所預期的那樣給生物教學帶來根本性的變化。通過對市教育局基礎教研室、校領導、生物學科教研組教師、技術服務中心以及參與研究的全體學生進行問卷調查和訪談,發現造成探究教學效率低的原因主要是沒有充分考慮實踐共同體探究活動的參與結構。因此,以此問題為研究起點,希望通過設計研究將先進的學習理論運用于高中生物探究教學過程中,總結參與探究教學原則并達到提升學生探究能力和解決實際問題的能力、促進教師專業成長和幫助研究者進一步考察協作學習環境對促進探究教學在高中生物課程中有效開展的可能性。

二 實踐框架的建構

設計研究是由實踐問題驅動,研究者與實踐者共同深入現場對實踐進行的研究和為了改進實踐、提升理論而進行的研究。它強調在真實情境中設計一些人工制品作為教學干預或革新應用于實踐[3],通過系統、靈活地分析、設計、開發、實施等環節的多次迭代增量過程來改善實踐,從中總結出設計原則或理論[4],達到對設計原型理論和實踐的“逐步求精”,獲得一個理想設計和實踐之間的滿意平衡。設計研究是在富含復雜性、動態性和實限性的實際情境中進行的[5],研究者必須對研究過程和研究交互所發生的變化作詳盡記錄,并根據來自實踐的反饋不斷反思和改進設計,直至排除所有缺陷,形成一種更為可靠有效的設計。

通過對探究教學的相關理論及應用情況進行詳細論述之后,把探究教學的定義理解為:教師通過創造一種智力和社會交往情境,讓學生通過探索發現有利于開展探究活動的學科內容要素和認知策略,以有效提高學生主體參與能力、創新能力和實踐能力。情境觀認為,所有社會性地組織起來的活動都提供了學生參與學習的機會;學習是人和人之間的互動、人和建構出來的人工制品之間的互動;對人的學習的分析應該以活動系統為單位[6]。因此,參與結構的研究將關注重點從“指向個人內部學習和認知變化”的心理學視角的研究轉向同時關注“個人置身于社會群體互動結構所帶來的個人與群體認知和學習的變化”。所以,設計研究需要從探究個體、實踐共同體和情境活動三個方面來整合認知研究和互動研究,將信息結構納入到整個活動系統參與結構的互動分析中,以全面洞察探究教學。通過整合建構主義理論、互動分析理論和活動理論,構建高中生物探究教學參與結構的設計研究實踐框架,如圖1所示。具體過程解釋如下:

1 問題界定階段

問題界定階段為設計研究的前期階段,是確保干預能夠進行持續教育革新的必要階段。在此階段,研究者需要吸收來自教師、管理者、學習者、技術專家、利益相關者、產品開發者以及家長等多方人員的觀點,還需要進行系統的檢索、批判性的文獻回顧和需求分析,有效發現實踐共同體在當前情境中面對的有意義的問題。本設計研究確定的問題為:如何充分考慮實踐共同體參與活動的結構要素以有效提高高中生物教學的探究效率。

2 構造階段

構造階段是整個設計研究過程的設計階段,將前期確定的有意義的問題轉變成一個真實情境中扎根于穩健理論的可操作化的設計,需要經過多次循環來不斷改善,同時它又受到后續階段的影響。它不僅是修正理論的重要工具,也是整個研究的重點所在。設計研究強調在自然情境中進行創新干預,強調人與人之間、人與人工制品之間的互動,因此本設計研究過程中教師和學生作為活動主體同時參與探究。另外,還要考慮整個探究活動系統成員之間的分工、需要建立的共同體規范以及所需工具等因素。

3 本地影響評價階段

本地影響評價階段是評價干預的當地影響,主要對實踐共同體共同參與實施的探究活動進行形成性評價,研究者和教師通過數據收集和分析來評價實踐共同體對設計干預的滿意程度,并根據這些數據對設計原型中需要改進的地方進行修正,主要包括形成性檢驗、理論精制、實施和結果評價四個部分。在設計研究過程中,這些設計生成、詳細研究和評價的循環表現為迭代循環過程中的微循環過程。

4 擴展影響評價階段

擴展影響評價階段主要是看前面階段進行的教育革新在更廣泛情境或者對于更廣泛的對象是否具有效性,以及能否成功地擴散和被采納。如果被采納,得到一個成功的產品。如果不被采納,根據收集到的反饋意見、產生的新理論以及新的情境需求進行下一輪迭代循環研究。

以上四個階段反復迭代循環,構造出更有應用價值的設計,生成關于學與教的更加富有活力、更加穩健的理論,最終達到對真實情境中生物探究教學更深層次的理解,實現理論和實踐的有效融合。

三 干預系統設計的論述

設計研究本身不管是強調內容、技術還是關系要素,重要的一條是聚焦“學習”,是促進“學習”理解的學習內容、學習支持和學習的社會結構三方面的系統研究[7]。以下,將圍繞本設計研究,對所涉及三要素的設計進行詳細論述。

學習內容設計主要是對學習者將要學習的對象進行設計。為了提高探究教學效果,項目組采用連續統思維方式考慮以下問題:高中生物課程中什么樣的主題內容適合小組形式的探究教學;如何創建探究課題內容的多種理解途徑,以提高學習者探究效率;如何在社會活動中形成探究內容的新觀點等等。在與生物教研組全體教師進行多次商討后,選定探究活動主題為“利用胚胎干細胞體外培養人體器官”。通過教師的引導和學生的激烈討論,確定探究的子課題分別為:胚胎干細胞的分離途徑、類別及主要特點;利用胚胎干細胞體外培養人體器官是否符合倫理道德;目前已經掌握了哪些胚胎干細胞技術;胚胎干細胞在醫學方面有哪些應用。

學習支持設計主要涉及到支持小組探究活動順利進行的各種工具、資源、支架和評價表單等。在本設計研究過程中采用的工具主要有搜索工具(Google、Baidu)、頭腦風暴工具(MindManager)、圖形工具(Photoshop)和交流工具(QQ、Blog)等。資源包括進行探究教學所用到的各種硬件設備、書籍、圖片、學習軟件和網站等。支架的設計方面采用Quintana的觀點,從意義建構、過程管理和反思三方面進行[8]。探究成果的評價方式包括學生自我反思評價、組內成員互評和組間互評。評價人員既可以是教師,也可以是家長或同學。另外,采用書面作業、多媒體制作、網頁等類型的評價測量表來考察學生探究成果的不同方面。

學習的社會結構是學習者與活動系統的其他行動者、技術工具、課程內容等要素之間交互作用所構成的互動關系,包括有形結構和無形結構。有形結構設計主要指探究小組的編排。無形結構設計則主要考慮探究教學活動中的互動參與結構、探究規范的建立和小組成員行事權的分配等問題。小組編制上按照學生所選子課題內容進行分組,盡量把互選同學編排在同一個小組,同時平衡核心人員與邊緣同學之間的比例。項目組建立班級共同體規范和小組共同體規范,以營造“基于證據的觀點”的討論氛圍,同時保障小組成員之間的平等參與,促進小組公平競爭和共同發展。另外,為了使教師更有效參與探究教學,借鑒Tabak和Baumgartner關于“參與結構類型中的教師角色特征”[9](如表1所示)來定位教師角色。

四 設計研究的實施

在對問題進行細致分析之后,于2008年4月開始了參與結構探究教學應用的嘗試(探究主題為利用胚胎干細胞體外培養人體器官是否符合倫理道德)。課程設計上,依然沿用 “熱身活動”——小組協作探究——小組匯報探究結果——全班協作探究——評價的課程總體設計模式,并增加了為學生提供探究背景知識的基準課程和解決產生“挑戰性問題”的微課程設計,從而進一步強調胚胎干細胞基礎知識并充分調動學生參與探究積極性。行事權的分配上,要求組內學生分工合作,輪流操作任務單中的材料,當一個成員在操作時,其他小組成員一起協助并幫助記錄探究結果。同時,學生不僅有機會發表本組觀點,也能分享其他小組探究成果,積極參與同自己有不同見解的討論之中。教師的角色在本輪階段主要為指導者和同伴,在學生進行探究過程中給予適當的鼓勵和幫助,組織學生進行自評、組內互評和組間互評。另外,加入反思總結模塊,便于學生總結探究所得和展望如何提高自我探究能力、創新能力和實踐能力。

五 應用效果的評價

為了了解高中生物探究教學的參與結構設計研究的實施效果,在進行了為期三個月的應用之后,通過對探究教學過程進行測試、問卷調查、錄像回溯分析以及訪談等方法收集和分析師生意見,以便深入了解學習者應用參與結構的探究效果,并及時進行改進。數據顯示,94.2%的學生認為通過協作參與結構形式的探究教學基本掌握了胚胎干細胞的知識,89.3%的學生表示贊同現在所采用的小組參與結構形式,91.5%的學生愿意在其他學科中采用這樣的探究方式。

為了考察該設計研究教育革新的持續性,在研究者撤出一段時間的情形下,由任課教師獨立設計、完成了一次生物選修模塊探究公開課《細胞的癌變》。從教學總體設計和實施來看,教師已經能夠很好地應用參與結構探究模式進行探究教學,過程如下:創設情境(曬太陽利弊)——提出問題(為何臭氧層的破壞會導致皮膚病患者增多)——猜想假設(曬太陽會引起細胞癌變)——小組基于證據的分析探究(癌細胞與正常細胞異同之處、致癌因子種類及導致細胞癌變原因)——得出結論(健康生活方式可以有效防止癌癥)——交流評估。參與小組探究活動的時機與方式把握良好(學生遇到困難時,教師及時主動給予提示;學生成功時給予鼓勵)。另外,從教師的教學反思和科研論文的撰寫等方面表現來看,專業能力和探究能力得到較大提升,已經成長為該校探究教學方面的專家教師。

六 反思與總結

項目組從以上實踐調查分析中獲得了重要啟示:生物探究教學過程中熱身活動——小組協作探究——小組匯報探究成果——全班協作探究——評價的每個階段都很重要。提供每個小組發表產出的機會對促進小組學習、探究共同體參與以及集體智慧的分享起著很大的作用。但是,如果只強調實施小組協作探究環節,忽視反饋和評價環節,學生則得不到展示小組探究成果的機會,也得不到來自教師、其他同學的幫助和評價,使小組喪失學習責任,降低探究效率。同時,建立良好的小組共同體規范、班級共同體規范以及基于證據的觀點發表規范也有助于規范學生探究進程,潛在影響學生的合作參與。因此,在經過反復檢驗、評價和修正理論指導與實施方案的過程中,逐步從簡單的小組探究轉變為基于證據的實踐共同體共同參與探究上來,力求在充分考慮探究活動的結構要素的基礎上提高探究效率,實現理論和實踐的緊密融合。

結束語

設計研究是面向知識時代的社會轉型大背景中產生的促進教育持續革新的一種研究范式,是探究真實情境中復雜學習的重要方法論,它在發展穩健的學習理論、建構和積累設計知識以及促進教育持續革新的能力等方面表現出了獨特的應用前景。通過在高中生物探究教學中運用設計研究方法,構建了生物探究教學參與結構的設計研究實踐框架,從學習內容、學習支持和學習的社會結構三個方面進行設計和實施,并在此基礎上總結出探究過程中重視實踐共同體共同參與、重視反饋和評價環節、重視共同體規范以及基于證據的觀點發表規范等原則,有效提升學生探究能力、創新能力以及解決實際問題能力,促進教師專業成長。但是,生物探究教學過程中所出現的大量信息的選擇、數據的及時分析以及探究環節與知識、能力的整合方面還需要在后續的研究中進行更多的嘗試和探討。