基于微世界的生物科学论文范文

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一、行为参与——利用微世促进学生探究技能发展

微世界为学生提供了“做”中学的环境，学生可操纵模拟环境中的对象，构建自己的实验体验，参与测试实验系统的行为。微世界一般的活动结构包括了创设有趣的情境、探究、解释、应用、评价等内容，最主要的活动部分是通过操作进行互动探究的活动。互动性是微世界的特点之一，通过人机交互、生生交互让孩子掌握观察、设计实验、实验操作、收集数据等探究技能。以“光合作用”概念为例，由于光合作用发生的过程，是一个微观、复杂的过程，肉眼很难观察到光合作用吸收二氧化碳释放出氧气，因此可以用光合作用的微世界进行教学，整个教学流程及学生学习行为参与过程（如图2所示）。光合作用微世界目的是让学生通过利用传感器进行光合作用的模拟实验，建构关于绿色植物通过光合作用制作有机物，吸收二氧化碳释放出氧气的概念，并在建构概念的过程中掌握对照实验设计与实施的探究技能。光合作用微世界的活动内容结构如下表1所示。又如美国科罗拉多大学(UniversityofColorado.)开发的交互仿真虚拟实验微世界(phet.colorado.edu/zh_TW/)，网站里很多生物、物理、地理等学科领域的微世界资源。其设计理念是通过互动探究的实验，让学生掌握探究的技能并深刻理解概念或现象。例如支撑自然选择的概念认知，微世界创设了一个草原情境，通过一些按钮操作能够选择和控制草原上的动物、植物的种类、环境类型以及兔子的性状等，然后学生可以通过图表看到动植物数量的变化，从而了解自然选择的过程。再如生态平衡的微世界，通过学生动手参与探究活动，控制草原上动植物的数量，发现生物之间的密切关系，在多次尝试设置不同生物数量的活动中建立起能够维持生态平衡的数量关系，从而理解保持动植物数量一定是维持生态平衡的关键。总而言之，微世界为学生提供了体验式的学习环境，让学生在“做”中学，掌握解决问题的探究技能，促进学生有效的学习。

二、思维参与——利用微世界促进学生高阶思维的发展

学生参与探究的过程，也是思维活动的过程。课程改革非常强调学生高阶思维的发展，这也是课堂教学的重要方面。根据布卢姆的目标分类学，高阶思维是在目标分类学高层次的认知过程，如分析、评价、创造属于较高水平层次的能力。根据斯滕伯格的思维理论，思维有分析性思维、创造性思维和使用性思维。微世界的探索活动需要学生高阶思维的参与，如作出假设、推理结论、分析数据、生成新问题、解决复杂问题等思维能力，因此微世界在一定程度上成为促进学生高阶思维发展的有效途径。例如光合作用微世界的思维参与过程如下(如图4)：1.促进学生探究推理能力的发展运用适当的技术可以来支持学生学习，微世界提供的活动，凸显在能够培养学生的探究推理能力。微世界提供的探究环境一步步引导学生深入思考，帮助学生将思维集中关注高层次的认知过程，脱离低层次的计算，可以帮助学生建模并可视化思维过程。微世界的实验操作是理想化的，减少了很多的其他因素对学生的干扰，让学生的思考更加集中和深入。同时实验的操作过程可以重复和再现，学生在有层次的整个实验过程中、实验后的数据和图表中、评价中运用推理能力帮助建构概念。例如在微世界中的反馈和评估项目，设置不同层次的练习，从这些练习中可以培养和检测学生的探究推理能力。如下面的题目（如图4），学生在探究光合作用后，让学生分析哪种情况下水草的寿命最长。该题，需要学生运用推理分析能力及光合作用的概念解决问题。答案是D的水草，因为光合作用需要光、二氧化碳和在叶绿素下进行，然后光合作用释放出氧气。而在A、B项中缺乏光照，C缺乏二氧化碳。通过整个微世界的各个活动能够有效提升学生的探究推理能力。2.促进学生分析科学数据能力的发展微世界的实验数据常以图表的形式出现，图表能够直观展现变量与变量之间的关系，一个变量变化另一个变量发生的相应变化的情况。通过识别图表和分析数据培养学生的分析性思维能力。实验中收集资料，有利于学生养成严谨的科学态度和良好习惯。实验后需要对这资料数据信息进行分析和说明，在微世界中，会通过各种数据表整理数据，用图表来解释事物整体格局、发展趋势并通过证据建构和解释概念。例如在生态平衡的微世界里，通过草原上植物、兔子和狼的数量变化的图表，让学生分析一段时间内动植物之间的关系，及要维持生态平衡的条件（如表2、图6）。还通过数据可以让学生对未来草原上植物、兔子和狼的数量变化进行推测（如表2的数据），可以看出狼灭绝了，兔子数量增加，草不断减少；进而理解如果持续下去那么草会被兔子吃完，而兔子因缺乏食物而无法繁衍下去，最终导致生态失衡。图表还是培养学生预测、假设等创新思维能力的重要工具。学生可以通过它来研究分析对象的发展趋势并作出预测。从图表中观察到植物、兔子、狼在这30.8年间的数量变化，可以帮助学生推测分析时间与动植物数量变化的趋势，根据动植物之间数量变化的关系，预测这个生态系统是否能够持久达到生态平衡的状态。

三、情感参与——利用微世界激发学生的探究兴趣

培养学生对学科的兴趣是义务教育阶段科学教育的核心目标。为提高学生的情境兴趣和探究欲望，微世界会设计成游戏的模式，并在设计学习任务上体现多样性、新奇性、活泼性和挑战性。学生如果能够顺利完成一个挑战，掌握一个技能、创造一个作品，就能够给学生带来较大的成就感，从而激发学生的学习兴趣。例如在生态平衡的微世界，其任务的设计是有挑战性的，即让学生设置植物、兔子和狼的数量，看能否使生物能够保持平衡更加长久（如图7）。在界面中有评价如“游戏结束，你的分数是34分……，你能做什么去消除这种不稳定呢这些有挑战性的任务都能够激发学生不断探索。又如在探究人的膳食平衡概念时，有一个饮食与运动的微世界（如图8），设计了人的肥胖程度与食物、运动关系的有趣任务。如果你挑选的食物含卡路里过高，而且运动量过少，就会很快肥胖起来（如图8左边的人形象发生变化），直观有趣地展现饮食平衡与适量运动对健康的重要性，会让学生对膳食平衡、运动有更深刻的理解。兴趣是最好的老师，当学生喜欢开展各项生物探究活动时，他们将对生物学科投入更多的精力和时间，形成对生物学的高度热情，或为将来会成为生物方面的专家、一生从事生物研究工作打下基础。

综上所述，微世界能够有效促进科学探究，促进学生的有意义学习，为建构复杂（或抽象）概念提供了很好的技术支架。在利用微世界的过程中，学生的探究技能和高阶思维能力能够得到一定程度的提高，特别是在数据分析能力、探究推理能力方面，同时也能够更好的激发学生对探究生物学的兴趣。另外基于网络的微世界，可以重复学习和使用，学生还可以利用课前或课后进行探究学习，促进学生的人机交互学习、学生间的合作学习。需要注意的是无论是哪种微世界，在进行教学时要恰当运用好微世界，则需教师课前要做好研究，了解微世界的教学活动的结构，自己动手操作微世界，了解它的主要目的、功能、操作的关键以及在课堂中恰当选择时机去应用。当然，微世界不是万能的，它只是作为众多教学工具的一种，是技术在教学中的一种应用，是帮助建构复杂（或抽象）概念的一种有效的工具。教学中没有最好的教学方法，只有更好的教学方法。微世界只是为教师的生物教学提供了多一种的选择，只有运用恰当才能有效促进学生的学习。

作者：郑雪萍容梅单位：广东省广州市天河区教育局教研室