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为提升科学教师的科学素养和实验技能,2015年至今,海淀区教师进修师训部充分利用中科院优质培训资源,成功举办了五期骨干教师科学素养提升高级研修。研修采用浸润式,科学骨干教师走进中科院实验室,走近科学家身边,提高实验技能,提升科学素养,感受科学精神和科学品质,并通过后续持续跟进、迁移应用,改进行为。借鉴科学骨干教师浸润式研修,2019年暑假,经过充分论证,又与苏州大学联合举办了首期语文骨干教师人文素养提升高级研修。“浸润式研修”使500多名骨干教师受益,为海淀区骨干教师专业发展注入新的动力,成为了骨干教师休假新模式。


2019年7月16日至20日,海淀区中学生物骨干教师、教研员一行40余人,走进中国科学院西双版纳热带植物园,开启了为期五天的科学素养提升 “浸润式研修”。本次研修通过实地考察、专题讲座、课题研究等多个模块,达到拓展学科视野、体验科学研究、理解学科本质的目标。骨干教师在专家的带领下实地考察了热带雨林,观察和认识生物的多样性和复杂性,体会自然的博大;聆听了专家的精彩讲座,了解生物学科前沿,拓展了学科视野;在导师的指导下开展科研课题研究,体会科学研究过程与方法,在动手实践中强化了对生物学科本质的理解。同时,在与生物学家近距离接触中,老师们被科研工作者求实探索、一丝不苟的科学精神所感动和感染。五天的浸润式研修,在生物骨干教师心中播撒了科学教育的种子,期待这些种子在骨干教师的教育中开花结果。

一、开班仪式,拉开研修帷幕

开班仪式上,西双版纳热带植物园的负责人赵洪波致辞,热烈欢迎海淀区的生物学科骨干老师来到美丽的西双版纳,并介绍了中科院热带植物研究基本情况。随后,海淀区教师进修赵杰志副校长详细解读了研修方案,本期研修设置通过在浸润研修中设置专题研修任务,促进生物骨干教师科学素养和学科育人能力的提升。他希望老师们在研修中拓宽视野,实现自己的专业再发展。班主任王秀英老师重点强调了研修的要求和期待,她期望每位老师都能学有所获。


图1 赵杰志副校长解读研修方案


图2 王秀英强调研修要求

为了增进相互的了解,中科院的老师让大家给自己取个“自然名”(即用一种生物给自己命名),并且互相自我介绍,不仅活跃了气氛,也传递了自然界的各个物种互相平等的理念,传递着生命观念和社会责任。

二、研修活动精彩回顾

(一)实地考察热带雨林,体验生物多样性

1.热带雨林生物多样性考察

生物课经常讲到热带雨林生态系统,这次骨干教师终于有机会亲身到热带雨林生态系统里,体验它的物种多样性极度丰富的特点。郁郁葱葱中,老师们看到了植物的分层现象:高大的乔木、中间层的灌丛、低矮的草本层和潮湿的地被层(图3)。植物物种有13000多种,也看到了棕榈科(图4)、玉兰科(图5)、玉蕊科、五加科等多种科的植物,了解了各科植物分类特征,惊叹于版纳植物园如此丰富的植物多样性。多样的植物中,老师们也发现了很多动物,比如鳞翅目昆虫的幼虫—毛毛虫(图6)、软体动物—大蜗牛(图7)等,还有各种各样的真菌—蘑菇(图8)、木耳等,让骨干教师真实感受到了热带雨林生态系统的物种多样性。

老师们还看到了热带雨林的几大奇观。其一是绞杀现象(图9),由于风等外力将植物种子移动到另一棵树身边,发芽的新植物便用自己的茎缠绕对方,直至对方死去。滴水叶尖(图10)是另一大奇观,是对热带地区常年多雨的环境的适应。叶片上的雨水可以迅速排开,避免影响光合作用。还有独木成林(图11),一棵树的气生根向下生长,扎根于土壤中,形成支柱根,最后形成一小片森林。这些现象,都是不同的植物经过漫长的演化过程形成的,是植物对环境的一种适应,这些都是老师们过程中的第一手宝贵资料。


2. “乌兰魅影”--夜间植物园考察活动

对于生活在大城市里与“光污染”为伴的老师们,这次夜间考察活动印象深刻,在南方澄净的夜空下,大家看到了北斗七星!还见到了久违的萤火虫,在路边的小径上看过去,树林里、灌丛里,此起彼伏、一闪一闪的就是萤火虫大军!萤火虫对生活环境要求极高,这里萤火虫非常多,说明生态环境非常好。借助手电筒,老师们还看到了草里遍地的“宝石”—狼蛛眼睛的反光,这在白天可是看不到的呢!走在寂静的版纳植物园中,可以听到多种虫鸣声,还有各种叫不出名字的鸟鸣声,像是一首美妙的虫鸟乐曲,越发感受到夜的宁静。这对于生活在北方的老师来说,是一种非常奇妙的体验。听讲解员老师说,曾经版纳的萤火虫比原来少了很多,采取了一定的保护措施后,萤火虫数量又逐渐增多了,这也提示我们不要盲目追求经济利益,要在保护环境的同时,争取经济利益的最大化,实现经济的可持续发展。植物园的夜间考察活动,让老师们对于环境保护的口号有了更鲜活的认识,体会到中用实例给学生讲解环境保护的必要性和迫切性。

(二)聆听精彩专家讲座, 拓展学科视野

Richard T.Corlett教授为老师们做了《全球气侯变化背景下的生物多样性保护》的研究报告。报告主要围绕三个问题:1.气候正在发生着什么样的变化以及为什么会发生这样的变化?2.气候变化对现在和未来可能造成的影响?3.针对气候变化我们能做些什么?教授指出化石燃料的燃烧、林地的丧失等因素导致了全球的迅速升温,温度的上升,除了造成冰山融化、海平面上升外,对世界,尤其是东亚和东南亚的农业、动植物分布等也将产生不利影响。应对气候变化,需要强有力的国际合作,需要更新发展观念,需要开发清洁能源。中国应对气候变化的努力值得其他国家借鉴!老师们觉得全球气候变化涉及到国家的发展权和发展潜力,应当引导学生们关注气候变化,关心国家的长远发展。


图12图13  Richard T.Corlett教授讲座

陈占起博士用幽默风趣的语言为骨干教师作了《蜘蛛泌乳发现及研究》的报告,首先带领老师们全方位了解了蜘蛛的特点与习性,接着重点介绍了他的研究发现——蜘蛛哺乳行为,这是人类首次发现非哺乳动物的哺乳行为,说明哺乳并非哺乳动物的专利。陈老师结合自己的研究过程,即基于野外自然观察提出生态学研究问题,研究过程中基于行为学证据的收集并结合物质成分分析,再重回野外研究,让老师们对生态学研究过程也有了更加全面的认识。


图14图15 陈占起博士讲座

进化树是初中生物课中的内容,用来表示物种之间的进化关系。姚昕老师为老师们介绍“基因测序仪”,从一代到三代,仪器体积不断缩小,但是测序效率越来越高。这个技术的广泛使用,催生出了诸多的研究成果,比如蔷薇科演化关系、蛙的演化关系,还有智人两次走出非洲,这些如果仅凭化石证据是很难确定的,但是测序很好地帮助人类了解过去。通过生命之树的构建,我们能够看出演化不是单向的,且是连续进行的,“自然选择”表现出“适者生存”。

讲座之后老师们一起参加了生命演进的游戏和“生命之树”海报展。姚昕博士指导骨干教师分组体验绘制生命之树的过程,并提供了在中学中运用的思路。


图16 姚昕博士做《生命之树》专题讲座


图17 老师们与专家在热烈的交流互动

(三)实践体验课题研究,把握学科本质

在实践研修中,老师们不但学习了如何像科学家一样思考,还积极体验了像科学家一样工作。研修第四天,骨干教师分成4组跟随不同的导师开始课题研究。

1.谁拖了蒸腾作用的后腿

这组老师实地考察橡胶园,用自制的探针,对6棵树的蒸腾作用进行监测,通过大数据的统计,得到一片林的蒸腾作用对环境的影响。过程中老师们体验到动手能力对科学研究的重要性,在数据的分析过程中体会了学科之间交叉的必要性。

2.哪些因素影响了榕树雌雄果的命运

这组骨干教师通过实地考察理解了榕树雌雄果与榕小蜂协同进化的微妙关系,体会自然界植物与动物的相互依存。这对于生物教师原创试题和都有很大帮助。





图18-21 老师们分组实践研修

3.利用氢氧稳定同位素探究植物的水文生态位

这组老师们完成了取样、检测样品、整理和分析数据等利用氢氧稳定同位素探究植物的水文生态位研究的全过程。老师们感受到了科研工作的艰苦,从而更加钦佩科研工作者一丝不苟的科学态度。

4.热带植物与昆虫间的关系

老师们通过粘虫板捕获的昆虫与花的形状、颜色、气味的关系进行研究,发现访花昆虫与植物有相互依存关系和协同进化的特点。体会到保护生物多样性的重要性。通过对土壤成份进行仔细分析统计,了解土壤成份对植物生长的影响,体验学科交叉的乐趣。


图22-25 四位学识渊博的指导教师

研修最后一天进行了课题研究成果分享,每个组都介绍了自己组的研究内容和体会,并接受其他组的提问和质疑,使大家体验了一个规范的科研课题答辩的过程,脑洞大开的同时,加深了对学科本质的理解,提升了科学素养。


图26-29 各组代表分享研修成果



图30图31 老师们在游戏中感受科学的魅力


图32 老师们在植物园合影

三、研修感悟

首都师范大学附属第二中学杨颖:此次的高质量研修活动,以浸润式学习的方式,丰富的学习内容和紧凑合理的安排让参加培训的老师们有前所未有的收获。丰富生动的学习游戏,深刻而又有趣的专家讲座,严谨、科学的课题研究体验,在不知不觉中解开了许多中曾经有的疑惑,带来了对新的方式的思考。同时对于科学工作者有了进一步的认识,他们的睿智、谦虚、一丝不苟和不怕吃苦的精神深深地打动了我,成为了我在未来中的灯塔,也让我立志要守好第一线,为祖国培养更多的高精尖人才奉献自己的一份微薄的力量。

北京交通大学附属中学王雯涛:为期五天的西双版纳植物园研修活动给我们带来的是前所未有的震撼和收获。“了解研究生态+理论学习+探究实践+成果汇报”精心巧妙的安排让我们切身感受到了科学教育的魅力,也在每一位教师心里种下了科学教育的种子!海淀教师进修和中科院的专家团队给我们上了一堂堪称完美的科学教育课!我相信每一位学员心中的种子都会发芽,老师们一定会把科学教育的种子播种在自己的课堂上,播种在孩子们的心中。期待下一次更精彩的研修活动!

海淀区教师进修教研员柳忠烈:西双版纳特殊地理位置和植物科学研究的专业性,以及这里的环境、植被条件、生物多样性丰富度等陌生程度高,都给学员带来了更深刻的体会和收获。其次,在进修师训部和中科院相关单位的精心设计下,研修活动主题聚焦,即生物多样性及其价值的认识和发现。在“科学探究”单元中,和来自喀麦隆的本利老师一起,利用一整天亲身参与探究“热带植物与昆虫间的关系”这一问题,无论是本利老师对我们的研究工作的设计和思考,带我们一起查阅资料、讨论研究结果,还是到晚上1点多还在讨论数据如何处理和呈现,汇报稿应该如何改进,以及答辩过程中对问题的一一耐心解答等等,让我对科研工作者精益求精、认真求实、严谨细致的科研作风有了深刻的认识,具有洗涤灵魂的作用。通过研修,我对热带雨林生态系统的复杂性、稳定性及其巨大的生态价值,对生物多样性带给我们的美丽及其生态功能有了更深的认识。研修活动虽短,但贵在真实的大自然中,真实接触科研,真实地将学习收获转化为教育资源,这对每个学员来讲就是最难得和有价值的。