谭永平:这样开发生物学数字化教学资源才算对路

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楼主 2019-04-05 06:38:20
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数老师说

当前,新一轮高中课程改革正在推进中,发展学生核心素养是本轮高中课程改革的关键词。如何发展学生的生物学学科核心素养是中学生物教育界关注的热点。教学与数字化融合是当前的国际潮流,也是国内的发展趋势。如何让数字化教学助推核心素养发展,这是一个值得深入研究的问题。

建立生命观念是发展生物学学科核心素养的教学难点



《普通高中课程标准生物学(2017年版)》(以下简称课程标准)已颁布,该标准提出生物学学科核心素养包括4个方面——生命观念、科学思维、科学探究、社会责任。


广大一线教师经过上一轮课程改革的洗礼,在科学探究教学方面已经有了很多的思考和行动,对于社会责任的内涵能准确理解,在教学实践中也能很好地把握。课程标准也第一次对科学思维的培养明确而系统地提出了要求。这项任务有一定的挑战性,但是由于科学思维的内涵、外延比较清晰,可借鉴的科学教育、科学哲学等方面的文献也比较多,困难尚可克服。相对来说,“生命观念”是最具有挑战性的内容。


在课程标准中,对相关概念的阐述:“生命观念是指对观察的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象,是人们经过实证后的观点,是能够理解或解释生物学相关事件和现象的意识、观念和思想方法⋯⋯如结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等”。


生命观念的内涵较抽象,而在课程标准中对其外延又是举例式阐述,这使得一些教师难以把握边界。不少教师对生命观念的理解局限于课程标准所举的几个“观”,有的则随意扩大,认为具体生物学概念也是生命观念。此外,生命观念具有综合性、深刻性——它是在理解概念的基础上进一步抽象而成,比一般的概念更为宏大、上位,更接近于以往所说的生物学思想。


生命观的建立要以思考为途径,却不像科学思维那样有清晰的思维途径;要以概念为基础,通过具体的概念教学来实现,但又难以在某一节课的概念教学中完成某一生命观念的构建。这是学科核心素养落实的难点所在。


笔者曾结合生物学哲学研究并参照主要国家生物学课程的概念体系,从建立生命观念的充分性、必要性及生物学特征等角度深入分析后认为:高中生物课程教学需要落实的生命观念包括系统观、进化观、生态观三大观念


系统观——生命是系统,是“活”系统,统领结构、功能等概念;进化观——从时间维度看生命,追溯生命的源头与历史,解答生命为什么是这样;生态观——从空间维度看生命,生命在哪里,它与环境的相互关系。


结构与功能、物质与能量观念,则属于系统观念的一部分。对于高中学生来说,要形成基本的生命观和生物学基本观点,需要以细胞、新陈代谢、稳态与调节、生态系统、遗传与变异、进化等概念为基础。因此,建立生命观念是贯穿整个高中生物课程的任务。教师需要在高中生物课程教学全程渗透,进而帮助学生建立相对完整的生命观念,并在关键点上予以凸显和提炼。

使用数字资源可有效促进生命观念建立


为引领学生建立生命观念,教师在教学中需要注意概念的交融、思想观念的贯穿,特别要注意思想观念的联系与融通。依托线性叙述的纸质教材及静态的图片、抽象的语言文字,采用传统教学方式也可以完成上述任务,但是挑战很大。开发更加适应教学需求的数字资源,或者以生命观念为线索整合运用已有的数字资源,都是大有可为的,可以在促进生命观念建立方面走得更远。


“数字资源”就是被数字化了的资源或以数字形态存在的资源。数字资源通常是指将文字、声音、图像等信息,以数字的形式存储在光、电、磁、网等介质上,以电信号、光信号等形式加以传播,并通过智能终端再现的一种新型信息资源。


数字教学资源是指以国家课程标准为指导,以学科课程教学为核心,以现代信息技术为支撑,以数字形态为存在方式,以网络终端为运行载体,能够改善学与教的内容、结构、形式、环境、方法与效果的各种信息、材料、工具与技术。简而言之,数字教学资源包括教学PPT、视频(动画)、微信等各种以数字形式存在的教学资源。


在促进生命观念建立的数字化教学中,教师用数字资源创设情景,借助数字资源可以直观地呈现浓缩的时空、放大的微观世界,并突破静态、割裂、线性的瓶颈,充分反映概念之间的网络关系,及时做系统整合,帮助学生提炼、升华生命观念。


因此,数字化教学促进生命观念的建立,在这方面有巨大的发展潜力。教学中,教师可以整合利用已有的各类数字资源,也可以创造性地开发数字资源。对于一线教师来说,一般以应用已有的各种数字资源为主。当前优质数字资源不足,以促进学生建立生命观念为目标的数字资源开发特别值得期待。


开发应用以促进学生建立生命观念为目标的数字教学资源,需要更加有意识地以相关生命观念为线索贯穿资源开发与应用过程。做好资源开发应用工作需要我们关注有关概念学习的内容,用数字手段对思想观念做分层处理:在概念学习的初期,隐含思想观念线索,在概念建立过程中或者概念建立后将思想观念外显;同时提醒学生及时联系之前所学概念,帮助他们提炼思想观念,整合形成概念网络。

促进生命观念建立的数字资源应用与开发举例


做好旨在促进生命观念建立的数字化资源开发应用,需要在理解生命观念内涵、外延的基础上,自觉地将建立生命观念作为资源内容组织的线索。具体如何做,下面举例阐述。


例一:细胞器分工与合作——以系统整体性为组织线索。


由于各种细胞器结构微小,传统教学中教师大都是利用纸质教材,借助亚显微照片和模式图来阐述细胞器结构与功能。这对于帮助学生理解知识是必要的,但尚不充分。因为文字描述过于抽象,而静态的图片难以呈现细胞器在生命活动中的结构变化,更难以直观地呈现细胞器之间的系统联系。


目前,通过各种途径已经可以找到相当多的关于细胞器结构与功能的数字资源,包括细胞器模式图、细胞器亚显微照片及少量细胞器结构与功能的视频资源。虽然优质资源较少,但也基本可以做到用视觉资源结合语言描述来立体地阐述细胞器的结构。


通过播放视频片段来描述细胞器的功能,对于学生理解细胞器的结构和功能也有一定帮助。如何针对这一内容加强促进生命观念建立的数字化教学资源建设,则需要特别关注以下问题。


其一,需要分析在有关细胞器分工与合作的教学中,可以帮助学生建立什么生命观念。


课程标准里所说的“结构与功能观”,显然是需要予以考虑的。不过,如局限于“结构与功能观”,那么对于学生理解细胞的生命活动是不够充分的,也不利于学生深刻理解生命的本质,欣赏生命的神奇与美丽。细胞器通过相互协调配合,构成一个整体,表明系统不是简单叠加,而是大于各部分之和,这就是系统的整体性观念。教师要特别注意在教学中导入这样的思想观念。


其二,需要分析如何将数字资源整合为有效促进生命观念建立的教学资源。


对于细胞器的分工与合作这一概念教学,我们开发应用数字资源应把握以下要点:一方面要直观、显性地呈现细胞的膜系统的关系,特别是内质网、核糖体、高尔基体之间的结构关系。对于这部分内容的教学,在利用已有细胞器结构模式图的基础上,需要特别注意补充生物膜系统之间连接关系的图片或者视频做细节展示(如果能开发出模拟在生物膜系统中“旅游”的动画,动态呈现生物膜系统之间的整体性,教学效果会更好);


另一方面需要特别注意反映细胞器在功能上的分工与合作,其中“合作”是关键。分泌蛋白的合成和运输,是细胞器之间分工合作的典型案例。新版教材在“分子与细胞”章节中较细致介绍了分泌蛋白的合成和运输过程。教材上的相关图文信息相较于前版实验教材已经做了不少改进,为学生理解相关概念、建立生命观念打下了较好的基础。


目前,通过网络等途径可以找到相当数量的相关图片、微课、视频等资源。不过,这些数字资源基本上是“图片”,即便是微课、视频等,也不过是将图片糅合在一起而已。有少量制作简朴的动画描述相关过程,但精品甚少。当然,整合利用好这些图片并调动学生的想象力和思考力,也可以让学生基本认识生命系统,感悟系统整体性的生命观念。


我们更期待,借新教材使用的机会,开发优质的数字资源,以动画呈现核糖体合成蛋白质——初始阶段游离在细胞基质中,后期核糖体与内质网结合,蛋白质则在内质网上的核糖体中继续合成、加工;再从内质网“出芽”到高尔基体,经高尔基体进一步修饰后,形成囊泡;囊泡经与细胞膜融合,将蛋白质分泌到细胞外,并表示出整个合成和分泌过程需要的能量来自线粒体。这样呈现细胞器之间的分工与合作,将是令人难忘的。


其三,需要关注所学概念与其他概念的关联。因为生命观念往往贯通许多概念,需要从众多的概念中提炼并加以升华。


例二:群落结构、群落演替——促进生态观、进化观的建立与交融。



由于一般的群落往往尺度宏大,结构复杂,学生观察群落中的结构关系时,并非一眼即可把握。群落的演替进程缓慢,需要十多年甚至上百年的时间才能看到全程,而借助观察处于演替不同阶段的群落来完成拼图,又需要一定的理论指导。因此,学生对群落结构、群落演替可能是熟知而非深知。在实际教学中,组织全班学生到野外观察几乎不可能。因此,传统教学中,一般也只是借助纸质教材或其他的静态图文描述与介绍。这对于学生理解群落的结构和群落的演替是必要的,但可能是不充分的。


关于群落的结构,目前已有的数字资源,多数是图片,包括模式图和照片。分析可知,这些图片或过于刻板,或过于宏观,而能形象地反映种间关系、以系统视角体现群落中不同物种相互作用、反映群落结构具有适应性的资源,则较为稀缺甚至阙如。


整合应用已有图片资源,需要补充表现群落结构整体性、群落结构与功能关系的资源,从而让学生在理解群落结构的基础上,对群落(系统)的整体性有更深的认识。如果教师能用数字资源将静态图片转变为能反映动态过程的影像,轻松地呈现以千米计的群落大空间尺度,突出展现群落中特定物种之间的关系,将漫长的过程浓缩为简短的动画,将百年尺度浓缩为分秒瞬间,那么,群落的结构与功能、群落结构的系统整体性可以得到很好的体现,这样的数字资源开发值得期待。 


数字化模拟群落演替重点是体现群落的发展与变化,并反映群落发展与环境的关系及群落的适应性。


当前,理想的数字资源十分稀少。值得期待的数字资源是:采用模拟实验的形式,给定群落演替起始条件,系统就可以自动模拟群落演替过程;给定群落演替过程中的干扰因素,如果人为施加干扰,群落演替就会受影响。实验能直观地反映各种因素对生态系统稳定性的影响,也有助于学生建立社会责任意识。这样的模拟实验,比那些用动画模拟实验室即可完成的实验,要有价值得多。


关于与其他概念的关系,在群落结构、群落演替的概念教学时,我们要注意与种群、生态系统建立联系,反映不同层次生命系统的关系、局部与整体的关系,让学生进一步建立系统观。


同时,通过分析种群与环境的关系、群落与环境的关系,分析生物对环境的适应,让学生建立生态观、进化观。


再者,要注意与物种形成的概念建立联系,将群落概念与物种概念建立关联,体现适应性与进化、进化与多样性的关系,融通进化观、生态观。


(作者系人民教育出版社生物编辑室主任、编审,中国教育学会生物学教学专业委员会常务副秘书长) 



~ END ~


文章来源:《中小学数字化教学》2018年第2期

责任编辑:祝元志

微信编辑:李中华



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