WISE項目中“太空移民”案例的分析與啟示

董晶

摘 要 通過介紹WISE平臺中“太空移民”案例，分析內容組織與媒體呈現的方式，結合生命科學核心素養的內涵提出對于生命科學課堂教學的啟示：有新意的情境創設，激發學生興趣；將漫畫、動畫、游戲融入案例幫助學生自主建構知識；引導學生運用所學內容分析問題，形成自己的觀念并表達交流。

關鍵詞 WISE 教學案例 核心素養

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

目前，生物學教學愈發關注學科核心素養的培養，生命科學所包含的生命觀念、理性思維、科學探究、社會責任是每一名學生獲得成功生活、適應個人終身發展和社會發展都需要且不可或缺的共同素養。WISE項目從學生出發，以活動為中心組織課程，在活動中開展課程，整個活動過程成為解決問題、思維訓練的過程。由于課時、設備、師資等因素也許無法在課堂中開展一個完整的WISE項目，但其獨特的內容組織形式和媒體呈現方式可為課堂教學的實施提供一些參考和借鑒。

1 WISE的簡介

WISE（Web-based Inquiry Science Environment）是基于網絡的探究性學習環境的簡稱，其項目和軟件由技術加強的科學學習社區（Technology Enhanced Learning in Science Community，簡稱TELS）的研究者開發。通過構建虛擬學習環境，引導學生做出預測、觀察、解釋、反思；對不同的科學解釋進行評價，以提高認識加深理解。WISE項目中還嵌入多種媒體（如動畫、圖像、圖示、圖表、視頻、外部網頁及文本）。利用各種支持工具，學生可以熟練地掌握從多種媒體中提取主要信息。WISE課程已經在美國超過10個學區的初高中進行過20多年的測試。已有的研究表明，WISE課程單元可以促進學生對科學課程中高難內容的學習。而且WISE具有后續效應。在使用WISE單元后，學生仍會繼續使用在WISE單元中學到的技能，綜合他們的各種想法，鞏固他們的學習。WISE由美國國家科學基金會資助，任何可以用計算機上網的人都可以免費使用。

WISE將已經成功運行并取得良好效果的案例放入其案例庫中，目前其案例庫共有57個，涉及地球科學、生命科學、物理、化學、生物、科學綜合等學科，其中關于生命科學的案例共有18個，涉及了中學生命科學課程的諸多方面，如光合作用、細胞呼吸、有絲分裂、進化等。

2 “太空移民”案例的介紹

該案例全稱為“Space Colony！-Genetic Diversity and Survival ”，即“太空移民——基因的多樣性和保存”。該案例于2015年11月10日被收入WISE項目庫，適用于9～12年級的學生，在計算機上需要4～5 h學習。通過構建“太空移民”模型，介紹有性生殖和無性生殖在遺傳多樣性上的差異以及遺傳多樣性和自然選擇之間的聯系。此項目包含了進化論、基因、細胞分裂、自然選擇、減數分裂、克隆、生殖方式等多個生命科學概念。

2.1 情境構建

在項目開始，先構建一個情境：在2015年，地球上的人口已達到250億，人們需要移民到新的星球。大型宇宙飛船“U.S.S.Morus”號已經建造完畢，能夠運送250 000移民者去太陽系外的星球定居。情景中提供了3個星球X1、X2、X3可供選擇，分別列出其溫度、輻射量、及重力因素。假設學習者是該飛船上生物工程小組的成員，負責挑選出能夠在不同星球上有最高存活率的移民。其團隊有兩種選擇：① 從基因水平上制造出具有智商高、力量強、體質優的“最佳移民者”，然后通過克隆技術無性繁殖；② 選擇具有不同性狀的移民者通過有性生殖繁衍，因而每一個移民者的基因都是獨一無二的。由學習者做出選擇，并說出理由。

2.2 項目組成部分及內容

此案例包括情景介紹一共有8個單元，每個單元基本由所屬主題版塊的內容簡介、相關內容的文字介紹、圖片及動畫、問題、小測試組成，具體版塊介紹見表1。

3 “太空移民”案例對課堂教學的啟示

WISE教學案例跳出了一般教學設計的形式，將課程內容融合在具體情境中，使用精心設計的教學內容，采取多元化評價。這些可為傳統課堂教學增添一抹亮色。

3.1 利用科幻情節創設情境，激發學習興趣

學生對某件事產生興趣時，就會主動接觸、觀察這件事，積極地從事這項活動，并注意探索其中的奧秘。值得一提的是，在此案例中除了用文字構建情境，還輔助以相關圖片，如超現代化的建筑、宇宙飛船、移民候選星球、科幻小說中關于克隆人的插圖等。整個案例首尾呼應，結束時思索2105年人類的何去何從，從不同星球的不同環境，預測人類可能的進化方向，同時配上了科幻感十足的圖片，余音繞梁引人深思。

3.2 將漫畫、動畫、游戲融入案例幫助學生自主建構知識

在“生命密碼”單元，介紹生命的結構層次時顯示圖1，而在后續關于“DNA”的介紹中，在頁面右上角，又有紅色箭頭指向圖1中的“DNA”層；在虛擬實驗的頁面中，同樣在右上角紅色箭頭指向圖1中的“種群”層，幫助學生形成知識整體框架。從個體到DNA分子的層次（圖2），幫助學生自主構建相關概念及概念間的聯系。在“進化論”單元采用圖3介紹自然選擇，生動形象。學生通過自我建構出的概念進行理解，必然比被灌輸的內容的理解要深刻。整個案例中涉及到所有圖片均注明出處，體現出嚴謹與規范。

利用虛擬實驗——進化實驗室模擬自然選擇（圖4）的過程。藍色生物以昆蟲作為食物，其抓取的手臂長度一致。實驗中設定了基因突變發生的頻率，若抓到了昆蟲即獲得了食物，然后能夠繁殖后代，并將此突變遺傳給后代，沒有抓到昆蟲的藍色生物處于饑餓狀態（藍色生物下方的紅柱的長短代表其饑餓程度）最終死亡，為新產生的藍色生物提供生存空間。經過一定的周期，藍色生物手臂長短的表現型出現差異。

3.3 引導學生運用所學內容分析問題，形成自己的觀念并表達交流

案例的問題設置內容豐富，包括概念辨析、在新情景下對于問題的分析處理、能夠對現象做出理性解釋和討論，并用文字表達。在相應頁面進行基因、等位基因、基因突變等基本概念的辨析。如：

請從以下描述中選出什么是基因？（ ）

A. 基因是DNA分子上的特定片段

B. 基因只有人類才具有

C. 基因決定了蛋白質的合成

D. 由于基因攜帶大量遺傳信息，所以從不發生改變

什么是等位基因？（ ）

A. 等位基因是某基因由于DNA復制形成

B. 等位基因是基因的另一種名稱

C. 當個體改變表現型時等位基因形成

D. 等位基因是某基因由于基因突變而產生”

提供新的情景，讓學生根據所學知識進行判斷。如：

如果在路上遇見一對雙胞胎，性別為一男一女，請問屬于的雙胞胎哪種類型？

在完成虛擬實驗——進化實驗室之后，你認為哪類移民能夠在多變并充滿挑戰的環境中有更高的生存率？并說明理由。

A. 有遺傳多樣性較高的種群

B. 遺傳多樣性較低的種群

C. 二者的生存概率無差異

D. 難以預測

“假設一對夫妻Sue and Marc他們想改造他們的基因以適應去外星球移民，并且希望這種改變能夠遺傳下去，請問他們需要選擇哪種類型的細胞？

A. 神經細胞

B. 生殖細胞（精子或卵細胞）

C. 所有的細胞

D. 體細胞

你認為Sue and Marc能否利用基因突變實現在移民者中出現有利基因的目標？（ ）

A. 可以，基因突變通常可以出現有利變異

B. 不可以，基因突變是隨機的，并且引起的變異無利害之分”

案例中對于生命科學相關的社會責任、育人價值在討論中也有所體現，并給予學生充分的思考空間，除了關于“克隆移民的利于弊”，還有開放性的問題，如“基因突變和基因重組為生物進化提供了原材料，是多方向不可預測的，盡管如此，你認為對于哪些新的性狀可能會為將來的人類造福？”……

“太空移民”只是WISE平臺中眾多案例中的一個，其案例內容多為英語，教師和學生可以申請不同的賬號類型免費登陸學習，在給予課堂教學啟示和思考之余，也希望能夠有更多優秀的中文編寫的適合中學生物教學實施的WISE項目出現。

參考文獻：

吳趙，吳偉.WISE項目中游戲型物理教學案例的分析與啟示[J].物理教師，2016，37（6）：6-9.