生物跨学科教学案例
前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇生物跨学科教学案例范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。
生物跨学科教学案例范文第1篇
一、对学科整合的认识
二十年前发达国家发起了新课程改革运动，其中一个课改方向正是学科整合开发综合课程内容，开展相关的教学法探索。在我国近十年的新课改内容中创设综合性课程乃一大亮点。综合性课程可以理解为课程整合的具体体现。该类课程的优点是改变目前科目设置过多和缺乏整合的现状，体现课程结构的均衡性、综合性和选择性；可以促进学生头脑中对不同领域学科内容知识的迁移，有利于建构完整的知识结构，促进学生个性与全面性发展，且内容往往与社会问题联系，学生学习动机很强。小学各科教材内容分自然、社会、艺术三大学科领域。就学科整合而言可以理解为将这三大不同领域的具体课程内容和不同教学方法进行分析，以最基本的课程内容结构为起点，找出不同学科的共性和联系点，创设综合课程。笔者着重围绕美术和科学两学科的教学内容、教学方法、教学工作实践体会进行分析，认为两学科整合存在可行性。
二、美术与科学学科整合的可行性
1.分析美术课标与科学课标
分析义务教育阶段美术与科学两学科课程标准及教学内容领域、教法，可以找出联系的共性之处有：（1）小学阶段美术与科学两学科课程同属于启蒙课程。启蒙课程是要通过一定内容与形式的课堂教学实现启蒙教育目的，即提供由基本概念、技能建构的教材内容结构，通过教学引导小学生形成基础性学习方法、思考与解决问题的能力和一生所需的最基本的知识素养。（2）两学科都以布卢姆知识与概念、过程与方法、情感态度价值观三纬度为目标设置原则。（3）两学科都是重在学习者的活动参与，让他们在参与中体验和感知，在广泛的文化情境中通过教学使其对世界多元文化树立尊重意识，认识人类社会的丰富性，树立热爱大自然环境资源、热爱生活的情感。（4）两学科课标中对情感态度与价值观目标的教学意义表述都包含两个层面内容。一是人与自然和谐相处的意识培养，二是引导学生意识到人类与自然和谐发展的重要性和当今人类社会对自然环境破坏的严峻问题。此类内容往往是小学科学教材内容中分量较重的部分，而在美术教材内容课题编写中似乎体现得不充分。因此，以课标理念为指导联系学生生活经验创设综合课题有一定的实践意义。
2.美术与科学学科教材内容的联系性
海淀区小学科学课使用的教材为教科版，在四至六年级共使用八册教材，内容为生命世界、物质世界、地球与宇宙三大领域。纵览海淀区小学使用的人美全国版共十二册美术教材，会发现以植物、动物、山水环境等物质世界的写生、创作表现为内容的课题几乎各册皆有。两学科教材内容编排都关注地球上的动植物、天气、岩石等生物与非生物构成的自然环境资源。当然两学科探索的视角领域不同：在相近的自然领域课程中，美术课教学重在引导学生通过观察和想象，以画笔和其他媒材表现客观对象的视觉特征和对象在内心中的感受，从而认识人类生活的地球环境资源；而科学课教学重在通过现象的理解和问题的提出，进行猜想、观察与实验验证，得出结论，通过科学探究过程培养学生研究问题、解决问题的意识与方法，目的还是认识人类生活的环境资源世界。学科整合的前提是不同领域的学习内容要有共同或紧密联系之处，通过整合创设出综合课程，避免学习者面对过多科目内容，而是通过学习综合课获得跨学科的共性内容，促进头脑中知识结构的迁移，有助于减轻学习负担。通过学习内容分析，就自然资源世界领域而言，创设美术与科学综合性课程内容具有可行性。
3.对两学科课堂教学内容与方法整合的思考
近几年来，笔者跨校分别听了美术与科学两学科以动植物、非生命自然物质世界领域为内容的公开教学研究课，感受颇多。分析教学案例体现的问题可归纳为：(1)画科学简图和美术课的观察写生绘画方法的异同点及相互迁移关系。(2)两学科在动植物相近的课题内容领域是否能整合为综合课？反思上述问题笔者认为：(1)科学简图力求以线条和简单色彩准确表现观察对象（如某类动植物生长）外在特征，特点是表现以线条为主，要求准确具体，不掺杂个人主观想象编造，这是和美术写生内容与方法的区别。但除此之外，科学简图与美术写生画有许多共性和联系，即都需要细致观察发现对象特征，努力表现特征，只是美术绘画允许并鼓励表现者以想象、添加方式描绘对象，可以有主观发挥，但绘画写生作品仍要注重表现对象特征的真实表现，不提倡过多变化。可见，绘画写生练习方法的掌握是科学简图绘制能力的基础，许多生物研究者也都是通过写生绘画练习奠定了扎实的野外科研绘制科学简图的能力。二者紧密联系，有必要进行相互渗透性教学。(2)就美术、科学两学科内容的衔接而言，教师可以在自然环境（如动植物、气候、岩石等领域）中创设综合课内容，教学目标要体现自然物质的知识性常识、观察认识其特征的绘图表现方法掌握、探究思维意识培养、野外收集资料方法介绍等方面。这样，学生在学习时需要面对真实对象，甚至走到自然中去体验，其效果不言而喻。
三、两学科整合的实践探索案例
下面结合笔者个人教学整合的创设实践经验谈谈美术课与科学课整合性教学的思路。2009年笔者开设了美术科学环保综合课，通过讲授知识和辅导学生进行绘画创作参赛两个阶段教学活动，取得了一定教学效果。
1.创设环保综合课背景
2009年，联合国环境规划署和罗红环保基金共同主办了“生物多样性，与自然相连”为主题的海淀区美术教师培训活动，旨在通过我区美术教师在学校创设相关课程，介绍环保知识，辅导学生参加环保内容的绘画创作，促进小学生树立保护生物多样性、爱护自然环境的意识。这次环保主题教师培训与教学活动项目为美术与科学学科开展综合课题教学提供了难得的课程整合教学实践机会。
2.环保综合课教学实施过程
由于笔者教美术课和科学课，才有机会以美术教师身份参加本次美术学科环保培训教研活动。培训结束后笔者创设了环保相关主题的美术科学综合课：先利用教研获得的生物多样性及地球气候变暖教学课件，结合下载的哥本哈根气候大会信息在各年级开展教学；然后，为学生提供环保画创作参赛机会。
3.环保综合课教学效果
本次环保课教学对实现学生知识、情感态度与价值观目标有意义。教师通过演示生物多样性及地球气候变暖、生物资源遭到破坏的教育课件使学生们产生了对环保问题严峻性的认识和自然环境危机的担忧，创作热情被点燃。在绘画创作阶段学生们展现的创作构思可以从参赛作品中得到体现。在课堂开展环保知识讲座引领学生投入到“生物多样性、与自然相连”为主题的绘画创作形式是比较鲜见的，它是小学美术与科学课整合性教学形式的有益尝试。直观的绘画形式可以向世人表达每一位接受环保教育的小学生内心世界，不同的情感和想法都在画纸上流露出来。讲座课是吸收信息，绘画则是表达个人听讲座后的感受，是个人积极情感态度与价值观形成的再教育，其意义及效果不同于科学课堂上画的记录图。
4.对学生自评的认识
环保课课后，学生进行自评即写收获感想，笔者将学生自评内容归类并制出统计图（见图1），可以看出学生有了对环保问题的新认识，这正是教师注重结合社会问题开设综合性课题教学的效果。
当然，不同学习领域毕竟有应掌握的独立内容，所以各学科仍有独立价值。笔者今后整合性课题的研究思路可以概述为：在对美术、科学课标深入领会的同时，熟悉两学科教材教参内容，在分析学情的前提下针对联系紧密的内容进行整合，创设联系社会和学生生活经验的综合课题；而对于两学科联系性不强的大部分教材内容仍需要分科教学，以确保学生在美术课和科学课学习中获得不同的知识与方法。总之，在进行分科教学的同时，积极开发联系性强的美术科学两学科整合性教学内容，最终促进学生综合素质全面发展。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.全日制义务教育科学（3-6年级）课程标准（实验稿）[S].北京：北京师范大学出版社,2001.
[2]中华人民共和国教育部.全日制义务教育美术课程标准（实验稿）[S].北京：北京师范大学出版社,2001.
[3]韦钰,[加]P•Rowell.探究式科学教育教学指导[M].北京：教育科学出版社,2005.
生物跨学科教学案例范文第2篇
一、“小学科学课程与教学论”课程之不足
（一）教材选择单一
目前为止，“小学科学课程与教学”教材较少，仅有4个版本的教材，其中3种是国内专家编写，1种为国外专家所著。按照国内外先后顺序排，分别有《小学科学教育概论》（陈华彬、梁玲编著2003年编著）、《小学科学课程与教学》（张红霞2004年编写）、《小学科学课程与教学》（刘德华2009年编写）；《新小学科学教育》（宋戈翻译，美国萨玛•沃泽曼编著）等。前三者均从心理学和教育学视觉入手，着重是让学生全面系统掌握学科理论知识，但缺乏将理论转化为实践技能的有效方法，在学习过程中很难体现实践性；后者是一本外国教材，教学案例较多，也注重了教师教法与学生技能的培养，但由于国外教育的价值观和人生观以及小学教育目标与我国小学教育有很大差异性，书中的小学科学教育案例都存在一定的水土不服现象，需要教师和学生的甄别，同时对教材“本土化”，这些都对教学产生了比较多的麻烦，故大多数学校仅将其当成参考资料供补充使用。
（二）学科知识缺乏整合
从小学科学课程的角度看，小学科学课程涵盖了化学、生物、物理和地理等自然学科，需要科学教师掌握自然科学领域的系统知识，了解自然科学的研究方法。作为一名小学科学教师能够融会贯通地将自然科学领域的知识和研究方法介绍给学生。“小学科学课程与教学”的课程体系中，仍然沿袭着根据单一学科知识讲解小学生三维目标培养的模式，未涉及通过自然科学学科间整合、综合课程开发，进一步提高学生对小学科学教学的认识。实践教学中，在课程功能上，对课程本身深度和宽度的挖掘不足，没有发挥好提升课程价值，向课程本体本质追问的作用。从课程与教学论视角看，由于“小学科学课程与教学”仍然处在不断发展阶段，本身还没有建立起公认的科学体系，知识体系化、模块化不足，与其余学科相比课程涵盖了大量琐碎的复杂的理论知识，信息广度过大，不利于学生知识体系的建构。从理论上讲，承担“小学科学课程与教学”教学的教师应该特别注重教学策略，帮助引导学生内化课程知识，但大量承担此学科教学的教师在实践中却延续使用满堂灌的方式教授这一学科的教学内容。许多学生埋怨学习是“上课记笔记、下课背笔记、考试考笔记、考完忘笔记”，让学生不能从本质上认同课程内涵，课堂缺乏教育策略的使用，仅仅停留在平铺直叙地讲授书本知识。教师教学时未考虑课程信息广度大的特点，还是将课程按照常规课程定位，教学中不注意将学科知识和教育教学理论两者相互割裂的体系结合起来，不善于从包摄性、抽象性和普遍性等方面组织教学资源。［2］教师简单粗暴地把异常庞杂、陌生和一定难度的，同时包含国内外同一时期的不同理解和不同历史时期的不同理解的知识“填鸭式”传递给学生，加重了学生理解和内化知识的负担。“小学科学课程与教学”在课程的内涵和外延上均面临着知识整合的挑战，这对教授和学习本课程的教师和学生都提出了更好的要求。
（三）实践活动欠缺
“小学科学课程与教学”是一门实践性很强的课程，它是学生职前教育中加深教育教学理论知识理解和关联学科间知识的必要环节。“小学科学课程与教学”本应结合丰富的实践活动（例如：教师的示范讲授课、参加小学科学教学见习、观摩优质课录像、教学讨论等）来加深相关理论的学习，进一步引导师范生理论联系实际和理论指导实践的教学自觉，让学生进行最基本的教学技能训练和教学反思活动。但许多高校在开设本课程时，机械地将“小学科学课程与教学”理解为一门专门讲授学科教学理论的课程，忽略了课程结构中的实践性，将其当作纯理论课设置，又或以理论课为主、实践课为辅的方式设置，没有将课堂教学的外延和内涵扩展到实际教学去。同时，由于教学资源的欠缺、教师能力的局限和实训场所的限制等客观因素的影响，不论是学校还是授课教师都很少考虑建立起以学生教学实践活动为中心的课程体系，由此导致学生在学习本课程时缺乏必要的实践活动，很少得到升华理论知识、检验理论的机会。
二、“小学科学课程与教学”课程有效教学对策
（一）注重专业研究，整合学科知识
“小学科学课程与教学”教师不仅是课程的教授者也是研究者，他们既是主体也是客体，更是发展课程最积极的参与者。“小学科学课程与教学”系统结构、知识内容和理论支撑等基础性支架都在不断发展前进，需要广大一线教师和研究共同构建、发展和完善理论体系。其重点是“研究小学各科之目的、材料及其处置方法”。［3］需要指出的是，这里的研究特指带有“小学科学课程与教学”特点与专业语言的研究，通过研究，严肃地区分通俗认识的东西，摒弃“民间式”的经验。［4］同时，研究者需要站在认识论和方法论的高度，合理地把它们放到适当位置，从“小学科学课程与教学”内部将其不同侧面、各个功能和机制整合，构建成为具有显著民族、地域特点的统一整体。具体的来说，不论是研究还是教授“小学科学课程与教学论”，均需要做到：1．统一课程与教学的关系。课程与教学是一个整体，这已经是国内外专家达成的共识。但在实际教学过程中，有许多教师为了能够“讲清楚”知识，有意无意的将课程和教学拆解分离，试图分别讲清知识，违背了教育理论发展的规律，导致学生在学习过程中，误导学生建构割裂开的知识建构。要避免这种情况，教师需要谨记：教学是一种课程过程，课程是一种教学事件，［5］在讲解的过程中，应从文化的整体性出发，进行系统化、类型化或模型化的分析，并做出价值辨析、实践建议。［6］不能用文化图景概念统筹课程与教学的内容，不论是讲解哪个部分内容，均需说明它在整体中的地位和所起的作用，阐述它和其它部分的关系，从而达到帮助学生认识课程与教学的整体，构建起统一的课程与教学。2．统一感性经验和抽象理论的关系。虽然“小学科学课程与教学”是一门实践性较强的一门课程，但是它并不只是以单纯的实践性事件累加而成，而是对基于经验事实的自然知识进行真假判断。教学中，教师易直接用自己的直接经验代替科学体系，将科学体系简单地处理成一连串的描述性语言，无法让学生掌握真正的概念、原理和规律，教学效果欠佳。因此，特定的事件应该纳入整体的科学体系内，从实际的问题引申到普遍性的概念、从局部的问题推广到整体性的理论，将总结的东西严密地思辨，形成以感性支撑理性、用抽象统领经验的课堂。3．统一学科知识和教育理论的关系。小学科学本身就是一门综合性课程，而“小学科学课程与教学”是教育人们如何教授此课程的课程，这更需要教师具备高超的智慧和过硬的专业素养。小学科学课程教学，要求教师既有理科学习的严密和实验精神，又要用文科表达的丰富和思维的逻辑；针对课程中反映的概念符号、数量关系及自然知识，宜用抽象了“典型”的问题、故事等经验事实进行真假判断。即将原有知识背景渗透到现实教学，用跨学科的方法帮助学生识记和理解既有的科学结论，并用直观形式、意境与学生的生活感受联系起来，引导学生在自我经历与知识之间建立关联，获得“体验”。做好这三个统一，即可将“小学科学课程与教学”从教学理论和科学学科知识相互交融，给学生系统学习和理论联系实践打下基础。
（二）改革课堂教学，创新实践方式
人要学会一种知识、掌握一种技能，必要的感知是基础。“小学科学课程与教学”应该将教学实践活动纳入到课程体系。学生在大学校园学习，特别缺少的就是对小学科学真实课堂的认识，往往采取的都是“隔空向望”的虚拟想象，当然不能达到预期的教育目标。特别是对于如何进行小学科学教学这类操作性技能，由于其含有隐性的、不可言传的、个性化的内容，是不可能通过老师教会，只能由学生“悟”出来，所以必须由学生自己亲自实践得到相关经验，再内化成为自己的体验，最后不断凝炼升华成为一种教学自觉。为此，应该在课程培养体系中更多的加入实践性课时，适量的充实学生教学实践，利用开放的体系使学生创造性的生长出完善的教师教育技能。在设计课堂时，可以采取以下的几种策略：1．开展微型课堂设计。展开一整堂课对于初学者有极大难度，我们可以要求学生从针对教学一两个知识点进行设计开始，开展启发式、讨论式、发现式的教学过程讨论和教学执行环节研究，指导学生合理设计教学方案、适时把控课堂教学、深刻开展课后反思和充分实施团队备课等方面，模拟教学全部环节，形成微型课堂。通过微型课堂的练习，让学生模拟一堂课的教授，由简及繁、由易及难，学生充分体验后，再一步一步增加知识点，完成一整堂课的教授。2．搭建“小学科学课程与教学”实验平台。整合学校资源，建立课程实验室和网络空间交流平台。课程实验室是一个现实的研究场所，即提供给教师，也为学生开放。一是在课程实验室中提供纸质的课程资料、必要的参考案例、标准化的教室和教室办公室以及微格教学设备，让教师和学生一起开展课程研究，特别激发学生自主实践，将研究的第一手资料收集、围绕知识要点，组织图、文、声、像并有质感的多种内容，设计起可共享的真实案例。同时构建网络平台，最大限度地整合网络资源，通过网络平台（微信、qq群、博客等）开展教学活动，使小学科学课程在教师的课堂讲解后，通过互补和融汇，转换为合符人的记忆网状结构体系，“帮助学生掌握在记忆、思考和课后的书面练习过程中提高感觉和思维能力的规律”；［6］二是引导广大学生参与实验平台教学活动，分享实验资源、讨论实验经验和优化学习方法，营造出线上线下齐头并进的学习氛围，运用网络教学模式使实验平台的智能交互特性得到充分发挥，提高教与学的行动效率。3．建立定点实验学校。实践是知识的基础，一切知识形态都产生于实践。是人类认识的成果和结晶。通过建立定点实验学校在政府、社会、学校、师生之间建立起了提高学习活动效率的主观解释和接纳关系。在制定“小学科学课程与教学”课程有效教学对策中，不仅要以合作为目的，关注在各校主体之间组成的伙伴关系，逼近办学条件的可能性边界，培育和建立具有辐射效应定点实验学校，更主要的是通过合作，提高定点实验学校的效率。因此，一是在各校之间形成一对多的树形结构关系，并通过制定一系列制度、规范、原则和运行机制协调各校的实验活动。确保“小学科学课程与教学”课程有效教学整体提高；二而是在学校与实验基地之间，以提高“小学科学课程与教学”课程质量为目标，建立社会分工与合作关系，通过“信任”协调相关部门的专业化与能力；通过“合作”将各校教师人力资源转化成实验创新人力资本，为开放性教学创建条件，为形成“小学科学课程与教学”课程实验活动中心，带动各校“小学科学课程与教学”实验课程的发展奠定基础；三是用多元的实验教学推动师生之间效用最大化，实现“有用知识集合”的扩张和重组，让学生在实验学校和真实环境中获得体验，“增强追求发展的内部动机，为学习来恒久的专注和巨大的能量，达到“流”（flow）的状态”，进一步促进“小学科学课程与教学”实现有效教学目标。
（三）丰富教学策略，重视过程评价
生物跨学科教学案例范文第3篇
[关键词]科学教育；技术前瞻；新技术；根本性转变；研究取向
[中图分类号]G434 [文献标识码]A [文章编号]1672-0008（2013）03-0030-07
科学教育成为学校教育的一门课程，是时展和社会需求的产物。科学技术的迅猛发展以及二战后两大阵营的军备竞赛直接催生了科学教育的再次兴起。同时，科学教育的发展也高度依赖科学技术的发展。可以说，科学技术的进步深刻地影响着科学教育的发展方式。新媒体联盟首次的《2012-2017科学教育技术前瞻》正是以科学技术发展为切入点研究美国科学教育的范例。
一、问题源起
我国针对美国科学教育的研究由来已久。有研究文献可考的记录可以回溯到上世纪80年代初。著名英国史学家王觉非编译的《美国科学家谈美国科学教育》一文，明确阐述了自上世纪中期起美国倡导科学教育的历史背景以及当时美国科学教育的发展状况。“芝加哥大学数学系的艾萨克·沃泽普认为。为了科学界自身的生存，为了国家的生存，我国的高级科研机构。包括全国科学院和各科学家专业协会，应当帮助重建美国的中等教育。”而蔡振生撰写的《美国科学教育新动向》一文。则简要介绍了美国科学教育的早期发展动向。“许多教育家认为，要使普通公民更好地掌握科学，其关键是承认自然科学课是学校的‘基础课’。”以此为基础，美国科学与教育家提出了解决这一问题的一些方法。第一，今天美国中学自然科学课的范围有所扩大。它已不再局限于化学、物理和生物等学科，而且拓展到生态学、海洋生物学、人类学等领域。第二，许多教育家还相信，未来科学教育的大部分任务将由诸如科学博物馆等校外机构来承担，美国教育局也为此发起了儿童电视工作讨论会。为促进初中学生对科学的理解制订电视教学计划。从当时美国科学与教育学家提出的解决方案看，他们已经开始关注科学教育实施方式的多种可能，尤其是借助校外、非正式的学习环境以及当时繁荣的儿童电视等形式为学习者提供掌握默会知识的机会。
由此可见，上世纪80年代初美国科学教育的复兴与科学技术发展直接相关。而与之相似的《K-12科学教育的框架：实践，跨学科概念与核心概念》在2011年7月19日的正式，是对新型国际形势、国家发展战略以及科学技术发展趋势给予及时、有效的回应。
通过检索我国现有的美国科学教育研究文献发现。我国的美国科学教育研究主要集中在：美国科学教育的新动向；《K-12科学教育的框架：实践，跨学科概念与核心概念》报告的出台背景。主要内容及对我国科学教育的启示：美国科学教育发展的实质性变化：美国科学教育高中发展与启示，等等。值得注意的是，上述研究文献都关注到了美国科学教育兴起、转变的重要历史背景——科学技术发展以及科学技术的巨大影响力。然而。由于研究者研究兴趣与取向的不同，应用在美国科学教育中的相关科学技术并没有成为上述研究文献的关注点。同时，我国本身“关于信息技术与科学课程的整合研究，地区差异很大，一些地区由于硬件匮乏，软件缺失，在这方面的研究及应用相对较少。”然而。在信息社会中，“科技塑造了我们的关系，我们的关系也塑造了科技。科技确实以深刻的方式影响了社会和文化。”
在2001年到2010年间，美国通过《变革美国教育：技术推动学习》相继的2010美国国家教育技术计划、《美国的未来。我们的教师——奥巴马政府的教师教育改革、促进计划》、《K-12科学教育的框架：实践，跨学科概念与核心概念》这三个国家层面的教育发展计划认为。无法回避的挑战和机遇是前所未有的，科学技术发展为教育转型带来了绝好良机。故而，研究《2012-2017科学教育技术前瞻》报告，将会为我们研究美国科学教育提供新的研究视角，更重要的是能为我国科学教育实践带来新启示。
二、《2012-2017科学教育技术前瞻》的基本内容
从2003年始，新媒体联盟（NMC）每年都了深刻影响教与学、教育和学习创新的技术报告。随着新技术以人类难以预见的速度发展，教育、教学也由此发生了静悄悄的变化。新媒体联盟的《地平线报告》覆盖了多个教育领域，从高等教育到基础教育，从博物馆教育到科学教育。
从每年的报告主题显示。尤其从2010年起。除了传统总括式和高等教育系列的报告外，还涵盖了基础教育、博物馆系列的《地平线报告》。这表明新媒体联盟已经将研究触角逐渐从传统的学校教育领域伸向非正式教育/学习领域，即关注一切已经或者将会深入运用新技术的教育领域（如图1）。《2012-2017科学教育技术前瞻》是针对科学教育的首份报告，“其报告的目的是要系统地描述在全球范围内，将会对教育产生重大影响的不断出现的新技术。”
（一）本报告的新亮点
本文借用《从技术视角看高等教育信息化——历年地平线报告内容分析》一文中的技术分类方法，以时间和功能为维度，对该报告中的12项核心技术进行时间和功能分类（如图2）。由此可见。互联网技术和智能技术是科学教育未来发展的核心技术。从科学教育的本质人手，互联网技术和智能技术为学生提供了解、探索自然和未知事物的条件和工具。与此同时，上述两类技术通过创设虚拟学习环境，为学生提供了一种在真实学习环境中难以实现的学习机会，为试错和探究积累感性经验。此外，移动技术、知识管理＼共享、数据分析＼挖掘技术都带有明确地为个性化学习服务的价值取向。
与以往报告不同的是，在《2012-2017科学教育技术前瞻》报告中，新媒体联盟首次将2012年初的《地平线报告（高等教育系列）》和同年6月的《地平线报告（K-12）》进行了比较。其内容包括核心技术、影响教育领域发展的关键趋势、教育领域将会面对的机遇和挑战。通过比较发现，云计算（cloud Computing）和移动应用软件（Mobile Apps）将会在未来一年内成为教育运用的主流，并且在全球范围内，所有教育领域将兴起一股应用云计算和移动应用软件的浪潮。同时，委员会成员们也一致认为，学习分析（Learning Analytics）作为正在兴起的科学，在未来二至三年内将以独特的方式介入到大、中学的教育中。此外，还有自然用户界面（NaturalUser Interfaces）也得到成员的一致认同。自然用户界面将会在未来的四至五年内运用到教育实践之中。更值得重视的是。“STEM+咨询委员会”的成员还选出集体智慧、大量广泛的在线公开课、社会性网络及可穿戴技术，这四项技术只出现在科学教育的研究报告中（如图2）。在系列地平线报告中，可穿戴技术的上榜尚属首次。这一技术将成为又一新兴研究主题。
（二）技术前瞻（见表1）
科学教育的发展与科学技术息息相关，这种紧密联系不仅意味着科学技术将会带来的全新教学环境和教学手段，而且还意味着通过充分、有效地运用科学技术。通过科学教育以培养科学精神和掌握科学方法。该报告承袭了以往地平线报告的撰写方式，以介绍核心技术的基本内容和功能为始，主要关注在具体教育领域中核心技术的运用前景，最后简要介绍3-4个已经投入教育实践的具体教学案例。本部分将分别以核心技术的定义、功能、影响为视角，对12项核心技术进行简要介绍。
1.互联网技术
（1）云计算（Cloud Computing）。我们生活在无处不在的云计算世界中。目前，业界对云计算的定义尚未形成统一的认识与规范。各研究机构和专家都试图从不同角度对云计算进行定义。第一，笔者采用了美国商务部标准与技术协会（NIST）对云计算所下的定义。“云计算是一种能够无处不在的，便捷的。根据需求定制的网络模式。只需通过最小化的管理措施和与服务供应商的简短交流就能够进入可配置的计算资源共享中心（诸如网络、服务、存储、运用、服务），获取相应服务。”云计算支持合作、文件存储、可视化及获取计算周期。第二，云计算对科学教育具有一定的影响。①基于云的合作工具将促使学生更易于就研究问题组成讨论小组，展开交流和讨论：并且通过使用云计算，支持同地或异地的合作和讨论。②通过网格计算的方式。使基于云的服务器被广泛地组织起来。通过与庞大的数据库相连，研究者的研究能力被大幅度提升。可以说，研究者完全按需求索取服务。显然，在这一情况下。学校资源将根据实际需要不断扩大容量（ca-pacity）和效能（Efficiency）。诚然，依托云计算的不断完善和发展，学生能够完全根据自己的兴趣与需求进行学习探究，充分体现学习个体的差异性。
（2）合作环境（collaborative Environments）。社会个体始终都在一个合作环境中生活和学习，他们之间存在多样的合作关系。网络技术的出现。促使个体间的合作关系和合作环境获得了空前拓展。第一，“合作环境实质就是在线空间，这种空间主要基于云。合作环境试图使身处不同物理空间的参与者更容易进行合作和小组工作。”出于促使学习者身处一个多元视角环境中的目的，使得加入到基于班级为单位的异校、异地、异国合作项目将会变得愈加常态化。可以说，合作环境的最大优势在于人们分享兴趣和想法变得更简单：在合作环境中，能够考察得知想法是如何在过程中形成的。无论合作环境的操作性还是在购买设备的费用方面都具有相当的吸引力。第二，合作环境对科学教育的影响。①由不同性质组成的联合实验团队将会通过合作而受益。在合作环境中，研究者可以轻松分享虚拟实验课本、共同实验方案或开展实验的核心技术。②简单、易操作以及经常性的免费视频会议工具，例如Skype，通过邀请同行或者不同专业的专家参与科学教育主题讨论使得设想变为现实。③基于团队的学习环境将会在科学教育实践中普遍存在。通过合作环境中的各种工具，将促使团队充分实现头脑风暴，共同观察记录，提出解决办法，并为课后陈述答辩准备各种材料。在科学教育中，不断挖掘合作环境下的教育潜力。将会促使建立一种开放、包容的新型师生关系和学习环境。
（3）社会性网络（Social Networking）。社会性网络是社会存在的基础。个体都在社会性网络中确定自身的角色。第一。社会性网络及其功能。概言之，社会性网络就是指在人与人之间建立起来的彼此联系。社会性网络情境中的对话极为简短，受多种媒体形式支持，并且能够直接被多人分享。在这一交流系统中，由于每一个个体都被置于网络的中心，其搜索、运用、理解信息的方式都产生了变化。第二，社会性网络对科学教育的影响。①运用Facebook或是Twitter，教师布置作业与通知的方式更加快捷，同样，学生也能够通过以上社会性网络获得与作业相关的及时反馈。②越来越多的高校借助于社会性网络进行招生。③无论身处何地。社会性网络都会为非正式学习者提供一个便捷的媒体。社会性网络为学生的学习建立起相对稳定的关系网，如何在科学教育中发挥社会性网络的积极作用还有待于进一步研究。
2.移动技术
移动技术主要指移动应用软件（Mobile APPS）。“可以说。软件发展正在经历一场革命。这一革命恰恰与近年来音像业、出版业、零售业发生的变化相一致。”大众市场将让路于有无限机会的移动应用软件市场，而高价大块头的组合软件时代也将被新软件时代所取代。诸如Iphone、三星Galaxy系列、安卓已经重新定义移动计算。第一，移动应用软件是指为了完成手机中某项或某几项特定任务而被开发运行于操作系统之上的应用程序。第二，移动应用软件对科学教育具有一定的影响。移动应用软件在教育方面的影响极为显著。例如当学生身处陌生环境时，通过多种设备，学生能够获得全新环境的信息，并将信息转化为一种有情境的知识，从而建构一种与课堂学习不同的知识体系。①在移动应用软件中，交互性和社会性特征愈加显著，科学家也可以随时分享研究成果，应用软件有可能成为一个无限增长的信息仓库。②移动应用软件为学生提供虚拟学习体验和实践活动的机会。这种体验可以是动物解剖程序，也可以是元素周期表的分子结构3D视图。操作和实现一系列在传统课堂教学中难以实现的学习活动或教学环节都变成了可能。③学生的需求最大限度地在移动应用软件中得以体现，将更加激发学生对科学教育各科目的兴趣。伴随着智能手机的普及。移动应用软件将占有计算机应用程序的半壁江山，无所不包的移动应用软件将为学生带来前所未有的学习体验。并冲击正式的学校教育。教师和教育研究者必须尽快对此做出回应。借助移动应用软件转变学习、教学的理念与方式。
3.智能技术
（1）增强现实（Augmented Reality）技术。这一技术的发展已经将近半个世纪。从最初应用的小玩意转变为蕴含无限潜力的工具。其通过在3D空间中叠加信息层生成感知的新体验。即“混合现实”。当下。增加现实技术正处于空前活跃的发展阶段。其关键的特征就是具备较强地响应用户的输入指令的能力，这也成为促进学习的一个新机遇。这种交互过程对学习和评价具有显著影响力。通过增强现实技术，基于与虚拟事物的交互，学习过程与知识的可视化促使学生养成新的学习理解力。第二，增强现实技术对科学教育的影响。①增强现实技术能够提供情境。在情境空间中，培养学生探索虚拟环境和模拟状态下的真实世界。②教育者通过应用基于真实世界的游戏以及增强的网络数据，获得一种展示计算机科学问联系与衔接的有效方式。③学生进行田野学习时，可以通过运用增强现实设备进行周边环境的地理信息叠加。与此同时，学生还能够获取自动生成的田野观察数据。增强现实技术从学习的视觉感官体验出发。为学习者提供了立体、真实的学习体验。在此基础上，科学教育的学习遵循从具体到抽象、从感性知识到理性知识的学习规律。
（2）物联网（Internet of Things）。物联网是新一代信息技术的重要组成部分。第一，物联网是一种具备网络意识的智能物体的速记方式，即通过信息连接物质世界。智能物体有四个基本特征：一是所占的物理质量和空间都很小，易于附着在任意物件上：二是具备独特的识别码：三是具备存储信息和数据的小容量：四是具备根据需求向外在设备传输信息，实现交流的功能。物联网既丰富了运用TCP/IP作为传输信息方式的概念的内涵，又拓展了其外延。智能物体是TCP/IP的换代产品。它能够获取一系列明确的信息，诸如价格、年龄、温度、颜色、压力或者湿度。而这些信息又能够通过电子需求指令而及时更新、上传。它们是数字化管理物质、生物的理想产物。它们能够监控物质的状态、跟踪其发展轨迹、当监控事物遭到破坏或濒临崩溃时，可进行及时预警。甚至还可以通过描述、防御、辅助、图像等形式进行记录。第二，物联网对科学教育的影响。①将物联网附着于科学样本上，能够识别TCP/IP地址的智能物体随时提醒相关研究者关注、调整样本的质量和功能。②通过药片形状的迷你照相机可用于医学诊断和教学。诸如穿过人体消化道，将拍摄的照片回传到针型病症存储器中。③运用TCP/IP传感器和信息存储，使地理专业和考古专业的学生能够随时在网络上最新研究进展，甚至能够进入一系列人类本身无法进入的遗迹进行探究。物联网将引领学习者进入一个微观、从未涉足的学习环境，促使学生形成一种对常见事物的全新理解，为学生理解事物的发展过程提供新的学习体验。
（3）自然用户界面（Natural User Interfaces）。信息技术的不断发展，将最大限度地接近人类自然学习的习惯和本质——触摸，感知，理解。可以说，人们对于完全借助于自然动作和手势与新一代设备进行交互已经习以为常。自然用户界面即是无需键盘和鼠标，通过最自然的语言和触控的方式与机器进行互动。智能手机、平板电脑、游戏控制台及智能电视的出现，都进一步完善自然用户界面的接触方式，如敲击、重击方式、手臂动作、身体接触、逐渐增加的自然语言，等等。自然用户界面为使用者提供一种只有在真实物质世界中才能感受到的肢体感受。自然用户界面技术的再次兴起是由其能够捕捉、模拟手势、面部表情、语音识别等高度逼真的系统开始的。第二，自然用户界面对科学教育的影响。①自然用户界面具备识别面部细小变化的功能，并改善用户的反馈。在科学教育中应用这一技术，将及时地捕捉到学生在学习和实践过程中的任何细微变化。②自然用户界面促使设备变得更容易使用和进入。交互也变得更依赖直觉，从而激发探索和专注科学教育学习过程。运用自然用户界面使学生摆脱与机器交互的繁琐过程。为学生提供最自然地学习方式，使学生能够最大限度地沉浸于学习过程中，享受学习乐趣。
（4）可穿戴技术（Wearable Technology）。试想。当信息技术能够穿戴于身，随时随地记录我们的所见、所感，学习将由此变得有生命力。可穿戴技术的出现再次突破了学习的传统视域。第一，可穿戴技术指能够将应用设备穿着于身的技术。如珠宝、太阳镜、背包等首饰的形式，或者是具体服装的形式，如鞋子或是夹克。可穿戴技术的优势在于方便地将工具、设备、电力需求与用户日常生活和活动融为一体。Coogle设计的“Project Glass”未来眼镜就是可穿着技术的代表性产物。该项技术依然还不成熟，但是可以想象的是诸如手套一类的配件能够让你获得以往从未有过的直接触碰物体的感受。第二，可穿戴技术对科学教育的影响。①诸如作为自然研究路径的可伸缩屏幕或是新型绝缘体材料都将激发学生对嵌入在其服饰上的设备和所使用的材料产生兴趣。②智能珠宝和其他装饰品将具备提醒穿着者进入危险环境的功能，例如置身于一氧化碳环境中。可穿戴技术为科学教育的跨学科整合提供了一套极具吸引力的设计方案并接受相应的工程挑战。
4.知识管理＼共享
（1）个性化学习环境（Personal Learning Environments）。个性化学习环境（PLEs）的定义是不断变化的。围绕支持个体正式或非正式学习所收集的个体工具和资源的讨论是近期主要议题之一。第一，个性化学习环境实质上是一个相对松散的概念，用于描述支持学习者主导和基于团队学习的工具总称。在关注个体的学习目标与需求方面，个性化学习环境具有很强的适应性和个性化的定制性。近两年，个性化学习环境的概念基础发生了明显转变。如智能手机、平板电脑，应用程序都正在取代基于搜索引擎实现的个性化学习环境。与此同时，一种相对集中、基于服务的学习解决方案正在向分布式、便携式方向转变。甚至基于个人喜好而收集在平板电脑系统中的应用程序，已经能够极为方便地支持个体的社会、专业、学习活动。换言之，当一切学习所需的工具和技术唾手可得时，学习才变得更具有吸引力。“虽然。个性化学习环境的概念还没有最终确定，但显而易见的是，一个个性化学习环境已经不单纯是技术本身，而是一种新的范式和过程。一种彻底的个性化设计，充分尊重人与人之间的个体差异。”第二，个性化学习环境对科学教育的影响。①移动应用软件中“我的图书馆”，将使诸如研究摘要、顶级研究论文及其他研究资源都能够轻松获得。②与学生通过课业学习取得进步相似的是，每一个体的个性化学习环境也将经历由新手型应用程序向专家型应用程序的转变。③个性化学习环境为学生提供收集资源、特殊分类以及工具的框架。诚然，借助分布式、便携式技术的平台。个性化的学习环境正在逐步形成。深入了解个性化学习环境的特征，将更加有效地掌握学生的学习兴趣、学习习惯和学习方式。
（2）集体智慧（collective Intelligence）。个体所拥有的智慧始终有限，个体通过网络技术能够获得无限量的集体智慧。第一，所谓集体智慧是指嵌入在社会或是大型群组中的知识。具体而言，就是由多人汇集并记录而成的知识形式。这类知识的存储分为两类，一类是显性知识，另一类是默会知识。显性知识的存储通过成千上万作者的贡献不断完善：而默会知识则是通过捕捉不计其数的鼠标点击量和个体运用网络做决定时发现新知识的痕迹逐渐累积的。第二，集体智慧对科学教育的影响。①集体智慧嵌入在科学研究网络中。②专业性网络为科学教育相关专业及时更新研究内容和主题提供渠道。对于科学教育工作者而言，分享众多科学家的研究成果，引领学生进入一个充满怀疑和探究的科学世界是开展科学教育的目的，集体智慧则为学生提供了怀疑和探究的平台。
5.数据分析＼挖掘技术——学习分析（Learnin～Analytics）
数据分析技术的不断发展促使教师和学生能够更清楚地了解学习的过程。教育技术研究者一直在寻求解释、分析学习过程的信息技术。第一，学习分析是对学生在学习表现中生成的大规模数据进行收集、编码、解释，从而用于评价学业进程，预期未来发展可能，并对潜在的问题进行标注，并予以重视。主要是从学生的具体学习活动中，包括完成作业情况，考试到在线社交互动，课外活动、网络讨论发帖等一系列默会知识的学习过程中获取研究数据。学习分析的目标就是要促使每一个教师和学校能够根据学生的学习能力，量体裁衣，定制教育机会。学习分析将充分发挥数据挖掘、解释及建模方面的潜力，从而改善对教与学的理解。更有效地实现因材施教。当然。目前的学习分析技术尚处于研究初期。但是。值得注意的是，通过挖掘和调查分析学生在科学研究学习活动中的大量学习数据，学习分析将有可能借此重新界定我们所熟知的学习的概念。第二。学习分析对科学教育的影响。①在科学教育的学科评价方面。真实评价的需求不断增长，而学习技术可以协助教师通过多维度的评价指标掌握学生的概念学习情况。②教师还能够尽早地捕捉学生的学习不适应症状，进行学习预警和干预，从而及时调整教育和学习方案。可以说，在未来二至三年内，学习分析将成为教师有效教学的关键技术，富有个性地定制教学方案。
6.数字化内容开发/出版——大量广泛的在线公开课（Mas—sive Open Online Courses）
大量广泛的在线公开课（MOOCs）作为一个新名词于2008年由Stephen Downes和George Siemens提出，其含义是指学习者可以在世界任意地点获取在线课程。此种形式的课程既可吸引初学者也可吸引专业学习者。其中。教师和学生的角色定位被有意识地模糊。每一个在线公开课的基础是课程内容的多样性和大容量性。而课程内容的独特之处在于其“再融合”的设计思想，在一个完整的课程内容中呈现出材料相互关联的结构。课程内容母版的一个关键所在是所有课程资源以及课程本身必须是开放且免费的。另一个关键因素是大量广泛的在线公开课结构极为简化的。其简化的目的是能够使学习者基于其获取具体知识抑或特殊技能的需求设计他们自己的学习路径。大量广泛的在线公开课具有使参与者自由控制学习方式、学习地点、学习内容的显著特色。第二，大量广泛的在线公开课对科学教育的影响。①此类型课程为学生提供无需选课或是进入某一具体学习机构进行学习的机会。②每个学习者都是教育资源的贡献者，甚至成为教学团队的一员。显然，大量而广泛的在线公开课体现出一种教育资源平等开放的趋势，更重要的是。大量广泛的在线公开课也代表一种新型的教育、学习形式。
通过上述介绍这五年内将在教、学以及创新领域产生深刻影响的12项核心技术后发现，在这12项核心技术之间有一个内在统一的应用旨向和五个方面的长远发展趋势。NMC在研究新技术方面。始终都有一个非常明确的导向。即高度重视已经在日常生活中广泛运用并支持人类日常交流活动日益发展的新技术。这一研究导向值得教育技术研究者效仿和学习。因为在这一导向背后是对作为教育基础和背景的日常生活经验的充分肯定和深刻理解。换言之，12项核心技术来自于具体、有情境的现实社会中。运用这些技术就意味着有条件建立情境化真实感的课程。只有“当学科形式体系被情境化于一个应用情境中时，它们的意义以及学习者与这些意义的关系就被改变了，并且建立这样的意义关系——不是获得死知识——才是教育所应该支持的。”12项核心技术的未来发展恰恰围绕着“教育支持应用情境中不同学习者的学习活动”的应用旨向。其实，当把核心技术按照应用功能进行划分后，它们在科学教育领域的长远发展趋势已经清晰（如图3）。首先，核心技术有效地连通学习的个性化和社会性。其次，核心技术在建立异质学习共同体方面已具备相当成熟的条件。第三，核心技术赋予学习者最大限度的学习自主性，支持学习者获得在强烈学习动机驱动下的参与、试错等学习体验。促使学习从“获得性角色”向“参与性角色”转变。第四，核心技术具备了完全融入学习过程的条件，随时记录、跟踪每一个学习者的学习进程，及时地的教学策略调整，真正做到“因材施教”。第五，核心技术为学习者建构科学知识体系构筑了前所未有的立体学习空间，在构建真实的科学教育情境方面具有巨大的发展前景。
（三）影响科学教育的教、学实践以及其研究的主要趋势
新媒体联盟在选择影响教、学实践以及教与学研究的关键趋势时。其选择的视角是丰富的。具有极有立体感的。所谓立体指将教、学实践以及教与学的研究置于宏观的社会情境中，密切关注社会、经济、技术、文化对教与学带来的深远影响力：而丰富则指其选择背景的多学科介入。使教育真正呈现出“教育既是社会的试验场，也在为社会提供试验场”的功能。不可忽视的是，关键趋势背后是明确的支持学习的旨向。
通过分析发现，在关键趋势之间有内容交叉和重合之处。故而，按其所对应的构成教育活动的基本元素，可以将十大关键趋势从七个方面进行归纳：一是诸如在线学习、混合学习等新的课堂学习模式正在形成，将成为未来课程设计的主流：二是大量而广泛的在线公开课将改变基于学分的教学方式，全球知名大学正在探索这种新的教学方式深入发展的路径：三是教师的专业性和角色受到了挑战。必须重新定位教师专业培养的方向并诠释教师专业培养的内容：四是由移动技术和网络技术所引发的学习方式转变，将根本改变师生关系；五是新技术浸入个体日常生活，重新定义和评价学习；六是新技术的广泛使用，为实现基于挑战和积极的学习活动提供了充分的条件；七是社会媒体正在从交往方式、评价方式、思想呈现方式等方面改变着学习者的习惯。将会在各类教育机构中发挥巨大影响力。
（四）科学教育教师即将面临的挑战
在该报告中，关键趋势与挑战密切相连。关键趋势是指对学生的学习而言，挑战则是教育者必须回应的课题。从培养教师数字素养到形成教师TPAcK（中文可译为“整合技术学科教学法”），从校级网络资源共享到新教师评价考核体系的建立，所有挑战都是围绕如何在充盈的新技术环境中更有效地教的核心主题展开（如图4）。
三、对我国科学教育发展的启示
“科学知识学习得越多，就越背离科学本质和科学精神。用反科学的方式学习科学，在众多的科学学习中迷失了科学。这是对我国中小学科学学习现状的基本写照。”“我国的科学教育，长期以来一直存在着鲜为注意的重大缺陷——这就是只重视科学知识教育而忽视科学方法教育。目前的科学教育完全没有把科学方法置于特别重要的位置，这表现在课程标准、教科书、课堂教学等方面，这就使得我们的学生虽然掌握了某一学科的许多知识，却不懂得该门学科的科学方法及其价值。”
科学教育的本质是什么？科学教育的本质是科学的本质在具体教学实践活动中的体现。因而。循着“科学的本质不在于已经认识的真理而在于探索真理”的要义。科学教育的本质自然就不会是传授不容试错、不容质疑的科学知识。在此背景下，世界上有许多国家或地区提出了科学探究的倡议。虽然我国也积极倡导科学探究，但总体而言，受知识中心论的长期影响，中小学的科学教育课程所进行的科学探究，形式远远大于内容本身。此外，我国无论在科学教育与信息技术的整合研究上，还是在科学教育与信息技术整合的案例研究上都相对薄弱。究其原因。还是普遍没有意识到科学技术与科学教育之间的内在必然联系以及在科学教育中运用科学技术的必然性和重要性。在深入分析该报告后，我们发现新技术的运用是与科学教育的终极目标相一致的。
（一）运用新技术从结构上转变科学教育的课程结构、师生关系结构以及学习评价体系
新技术的发展早已打破了学科分离的格局，科学教育的课程内容发展趋势必然是以解决劣构、复杂的现实问题为导向。借助于新技术进行跨学科方法和内容的重组：转变教师传授知识、学生接受知识的传统师生关系，借助于新技术构建新的师生学习、教育生态系统；转变以知识习得为主的学习评价方式。借助于新技术构建多维度、全过程的学习评价体系。
（二）运用新技术。深入科学教育的每一个学习环节。实现技术运用与科学方法习得同步
在多种新技术支持的学习环境中，运用不同功能的技术。将使学习者的学习体验变得可视，变得形象。换言之。学习者能够清楚地掌控自身学习的整个过程。在此基础上，学习者获得了反思科学方法的路径。通过运用新技术。学习者能够清楚地了解认知事物的全过程：运用新技术，学习者可以进行多次证伪性试验。
（三）运用新技术。尽快转变科学教育教师培养方式
毋庸置疑的是，在学校场域中，教师始终是决定学生成就的关键因素。因此。试图根本改变科学教育的现状，必须转变教师的方式。在新技术的适应性和应用能力方面，学生总强于教师，而新技术也正在促成教育文化逐步从“前喻文化”向“后喻文化”转变。为了真正实现科学教育教师与学生间的有意义对话，科学教育教师的培养方式亟待改进。其改进重点不在于教师的教学方法或是教学策略，而是要转变教师对科学教育的已有观念。
