美國節肢動物教育課程的特點與啟示
——以《和節肢動物一起冒險》為例

康健秋 禹娜

(華東師范大學 教師教育學院，上海 200062)

《和節肢動物一起冒險(Adventures with Arthropods)》(下文簡稱AWA)[1]是美國德克薩斯大學埃爾帕索分校教育學院副教授羅恩·瓦格勒(Ron Wagler)于2017 年出版的節肢動物教育課程指南，旨在讓全美初中生在課堂上輕松飼養、有序探究和切身感受節肢動物世界的奇妙魅力。本研究將首先簡述節肢動物教育(Arthropod Education)的內涵和價值、起源和發展，然后以AWA 為對象分析美國節肢動物教育在課程設計和實施過程中的主要特點，最后針對我國初中節肢動物教育的現存問題提出完善建議。

一、節肢動物教育的內涵和價值

節肢動物教育是使用節肢動物活體或相關材料開展的教育活動。它可以是在學校環境進行的正式教育，也可以是在動物園和博物館等場所進行的非正式教育。近年來，國際教育研究界已普遍認可其為一個獨立的研究領域，主要內容包括:一、開發適配教室環境的節肢動物人工飼養技術；二、設計節肢動物基礎教育課程和教師教育課程；三、量化節肢動物教育課程對師生認知、情感和行為等方面的影響。

作為中學生物學中不可或缺的學習內容，節肢動物對發展生物學核心素養具有重要作用。一方面，它是生物多樣性最豐富的生物類群，占據了75%以上的動物種類，為全球生態系統提供植物授粉、物質降解、水體凈化和調節其他生物種群數量等服務。學生對節肢動物相關概念的深入理解是構建生命觀念的基本組件，學生對節肢動物棲息地破壞和生物多樣性減少問題的持續關注與社會責任的形成息息相關。另一方面，節肢動物的體形普遍較小、繁殖時間較短且飼養成本低廉，因此非常適合在課堂上開展探究性學習活動，有利于學生科學思維養成和科學探究實踐。

二、節肢動物教育的起源和發展

美國等西方國家是節肢動物教育的主要發源地，早在19 世紀70 年代就于小學自然歷史課程中設置了節肢動物的采集活動。20 世紀50 年代末，由于前蘇聯人造衛星發射引發的美國科學教育轉型、學生對待節肢動物的神經質以及國際改善動物福利的呼吁等原因，節肢動物教育的開展場所由戶外轉向室內，教授節肢動物生物學及相關的生態、環境、健康和醫學概念，開展科學探究以及數學、技術、工程和藝術等領域的跨學科學習活動。

如今節肢動物教育已在全美中小學生物學教育中完全普及。2018 年對美國254 名高中生物學教師的調查結果[2]顯示:僅節肢動物門的昆蟲綱動物，就有88%的教師曾在課堂上使用過相關的文本、圖片、音頻和視頻開展演講、討論、探究和講授，涉及的物種數平均超過5 種。一些美國大學也為中小學生物學職前和在職教師提供工作坊、在線學習和專家進課堂等培訓，[3]幫助提升其開展節肢動物教育的能力和意愿。

三、AWA 的作者和內容編排介紹

AWA 的作者瓦格勒教授是節肢動物教育領域最具影響力的研究者之一，曾創立了世界上第一個也是唯一一個節肢動物教育實驗室，致力于研究馬達加斯加豚鼻蠊Gromphadorhina portentosa、秘魯巨人異蟾鞭蛛Heterophrynus batesii和粗糙鼠婦Porcellio scaber等活體動物的飼養技術、課程設計和教育效果。

他在書中傾注了近30 年研究經驗，圍繞自己最熟悉和了解的馬達加斯加豚鼻蠊(下文簡稱MHC)、陸生等足目(下文簡稱TI)和捕鳥蛛三類節肢動物，從動物的獲取和飼育方法、課程支持的學習標準、課前的準備工作、課中的活動環節和課后的測試評價等多個方面清晰而完整地呈現出了美國節肢動物教育課程設計的全貌。

全書共有8 個章節。第1 章概述了節肢動物教育的重要性、生物學教師在節肢動物教學中存在的些許困惑與不足以及保障節肢動物教育活動安全的基本流程與規范。第2、5、7 章分別提供了三類動物活體的獲取途徑和飼育方法。第3、4、6、8 章設計了26 節與美國 《新一代科學教育標準 (Next Generation Science Standards，NGSS)》和《共同核心州立標準(Common Core State Standards，CCSS)》相匹配的節肢動物教育課程。

表1 AWA 的課程內容

四、AWA 課程設計和實施特點

(一)課程內容覆蓋生物學學科核心概念

AWA 的課程內容支持NGSS 的所有生物學學科核心概念，涵蓋“LS1 從分子到生物體:結構和過程”“LS2 生態系統:相互作用、能量和動力”“LS3遺傳:性狀的遺傳和變異”和“LS4 生物進化:統一性和多樣性”。這些概念在各課程中的數量分布雖不太均勻，但共同構建起了初中生物學整體知識結構框架。

支持LS1 的課程數最多，節肢動物豐富的物種數量有利于學生理解生物體的特定結構有助于其生存。例如，課程6.1 涉及“LS1.A 結構與功能”，通過比較爬行速度緩慢但可蜷曲身體為球形來防御掠食者的卷甲蟲科鼠婦和無法蜷曲身體但可快速爬行躲避掠食的潮蟲科鼠婦，發現結構決定功能；課程3.8 和3.9 涉及“LS1.B 生物體的生長和發育”，通過觀察成年雄性MHC 使用前胸背板隆起的瘤突攻擊雄性同類的現象，發現爭勝行為利于獲得繁殖后代的機會；課程4.2 涉及“LS1.C 生物體的物質組成和能量流動”，通過記錄MHC 在不同飲食下的體長和體重變化，發現糖、脂肪和蛋白質等營養成分的攝入量與生長速率的關系。

支持LS2 的課程數其次，節肢動物在生態系統中扮演的關鍵角色有利于學生理解競爭、捕食和被捕食、互利共生等相互關系以及生命體和非生命體之間的物質循環和能量流動。例如，課程8.2 涉及“LS2.A 生態系統中的相互依存關系”，通過在線調查捕鳥蛛原始棲息地生活的生產者、分解者、植食者和肉食者，創作包括太陽、人類、捕鳥蛛和其他相關生物的完整食物網海報，認識蛛形綱動物扮演的生態角色；課程6.7 涉及“LS2.B 生態系統的物質循環和能量流動”，通過定期跟蹤飼養箱落葉、樹皮和苔蘚的降解速度，發現鼠婦在有機物循環中的作用。

LS3 和LS4 在AWA 中分別在課程6.6 和課程8.1中得到支持。前者涉及“LS3.A 性狀的遺傳”和“LS3.B 性狀的變異”，借助粗糙鼠婦遺傳多樣性和強大繁殖力的特點，在同一飼養容器中放置相同數目的橙色外骨骼和灰色外骨骼純合基因型的個體，定期拍攝記錄種群中灰色和橙色外骨骼表型個體的數目和比例變化，解釋有性生殖產生的后代具有不同的遺傳信息。后者涉及“LS4.A 共同祖先和多樣性的證據”，讓學生使用水果、糖果和牙簽等材料親手制作捕鳥蛛模型，比較其與蜱、螨、蝎等其他蛛形綱動物在解剖學上的相似性，推斷不同生物體之間的進化關系。

(二)教學活動重視科學探究和工程實踐

在教學活動中，AWA 要求學生不僅能夠像科學家一樣地探究，形成科學思維方式，養成科學探究能力，還要能夠像工程師一樣地設計，開發和測試現實世界的產品和方案。節肢動物的體型、繁殖力和生活史使其非常適合在教室環境下激發學生動手實踐的興趣，從而根據自己的生活和學習經驗提出與自然世界有關的科學探究問題或能夠通過開發對象、工具和系統解決的工程設計問題，并對多個變量之間的定量或定性關系進行假設性的解釋和預測，設計和實施探究時間，采集實證數據并加以分析和總結，最終獲得新的科學知識或解決方案。

與科學探究有關的課程，如課程6.9 利用陶瓷碗、玻璃杯、棉球、膠帶、剪刀和黑色垃圾袋等常見材料設計實驗裝置，營造出8 個具有不同濕度和光照條件的微環境，再放入50 只成年鼠婦，45 分鐘后觀察和統計各環境中的鼠婦數量，重復實驗三次，取實驗數據的平均值繪制頻率柱狀圖，根據變化趨勢和規律得出其濕度和光照偏好。通過類似的研究和設計思路，學生還可以主動提出其他的科學問題并進行探求，例如不同種類或不同生長階段的鼠婦對微環境偏好是否存在差異，進一步提升科學探究能力。

與工程實踐有關的課程，如課程4.1 利用日常生活常見的塑料盒、塑料瓶、雞蛋盒、卷紙芯和舊T 恤等材料以及膠帶、皮筋和剪刀等工具，設計模塊組件并拼裝成有趣好玩且富有創意的MHC 飼養裝置。裝置中的大塑料盒為“居室”、塑料瓶身為“過道”、塑料瓶蓋為“食盆”、小塑料盒和T 恤布條為“飲水器”，雞蛋盒和卷紙芯為“沙發”。它們既能滿足MHC 的生活所需，又能觀察MHC 的社群行為。在這類工程實踐中，學生可以盡情地參與設計和建造，能夠限制他們的只有其想象力的邊界以及教室有限的空間。

(三)互動體驗強調環境友好和安全規范

AWA 所用的活體節肢動物都是人工飼育的個體。它們有充足的市場供應，普通消費者可以在花鳥市場或電商平臺以較低的價格購買到雌雄種蟲，也有成熟的飼育方法，只需簡單的飼育容器、適宜溫度和濕度以及充足的食物與水分即可滿足其各生長階段的環境和營養需求。以MHC 為例，成蟲單價不足2 美元，在獲得10 到20 只個體后，以底部鋪設椰土的不透明儲物箱為飼育容器，放置躲避、食盆和水盆，控制溫度在22℃到32℃，安排學生輪流定期更換水源、蔬果和寵物糧，就能在短時間內迅速繁殖出大量個體，供應探究實驗或觀察活動。此舉雖然減少了可以在課堂上使用的節肢動物物種數量，但在很大程度上避免了野外采集帶來的種群滅絕加速和生態系統失衡。

采用人工飼育個體還可以避免蟲體攜帶存有威脅健康的細菌、病毒和寄生蟲等病原體或引發過敏的鱗毛等附屬物和毒液等分泌物。再配套上相應的安全注意事項以及符合美國《安全與學?？茖W指導(Safety and School Science Instruction)》和《科學教育者對實驗室安全的責任(Liability of Science Educators for Laboratory Safety)》等標準的操作流程，師生的人身安全得到了充分保障。一般來說，教師在課前應充分評估課程的安全性，采購符合國家安全標準的防護設備，清潔和消毒實驗設備，并咨詢校醫院和學生家長以確保課程使用的個體、食物和墊材等材料不會引發學生過敏；在課中應親自演示加熱墊、打孔釘等儀器的正確使用方法，并說明接觸活體和拆裝裝置等過程的安全注意事項，例如穿戴防護服和手套等防護設備、在活動前后清潔雙手、禁止食用任何實驗材料。對于有毒性或攻擊性的物種，如捕鳥蛛有一定攻擊性，螯肢末端有毒腺，且能摩擦腹部釋放蜇毛，則建議由教師親自負責照料，對飼養箱上鎖后再供學生觀察。

(四)課程評價兼備多元形式和多重維度

由于節肢動物教育課程通常以小組為形式進行探究，且時間跨度較長，個別課程需持續1 個學期或學年，AWA 采用了形成性評價和總結性評價相結合的方式，綜合評價每名小組成員的學習表現。形成性評價在數據收集環節進行，根據學生數據記錄表的完整性和科學性、在小組中承擔的工作量以及與成員的合作程度、對科學本質和核心概念的理解程度，劃分五個水平?？偨Y性評價在學期末開展，根據學生的研究成果在科學知識、組織結構、語言表達、完成度和創新性，劃分三個水平。

AWA 的常規任務流程包括:一、小組成員各自搜集資料、整理數據和分析總結，撰寫實驗報告；二、各組基于報告內容進行班級演講，匯報和展示其研究發現；三、各組使用卡紙、畫筆、剪刀和膠水制作宣傳海報，在學校宣傳欄或科技節中分享。此外，AWA 還設計了其他應用和傳播新知的學習任務。例如，創作與節肢動物有關的卡通漫畫、短篇小說和飼養繁殖手冊，甚至是開發符合初中生探究能力和概念結構的生物學課程。又如，制作教室節肢動物網站，定期嵌入照片、視頻、報告和錄像等內容，或是在飼養容器內部安裝相機實時直播，鏈接網站到社交媒體，讓社會公眾了解節肢動物相關的科學內容。

五、對我國初中節肢動物教育的啟示

(一)增設節肢動物主題校本課程和研學旅行

我國初中生物學課程設置有非常豐富的節肢動物內容。以2012 年人教版的四冊教科書為例，有8 單元、19 章、26 節在正文和15 個欄目的92 處出現了標本員、昆蟲學家、林業工人、養蝎專業戶等節肢動物有關職業，以及4 綱、16 目、39 科、40 屬、40 種節肢動物，包括軟甲綱的鼠婦，唇形綱的少棘蜈蚣，蛛形綱的斜紋貓蛛、蝎、蜱、螨，昆蟲綱的枯葉蛺蝶、菜粉蝶、蝙蝠蛾、家蠶、火蟻、赤眼蜂等。但是直接指向“探究實踐”核心素養的實踐活動數量卻相當有限，僅有“調查校園、公園或農田的生物種類”“探究光照條件對鼠婦和黃粉蟲分布的影響”以及“探究螞蟻的行為”三項探究和調查活動。因此，有必要在綜合課程、校本課程和研學旅行中增設節肢動物分類學、行為學、生態學和多樣性保護等主題的實踐活動，利用校內外場館資源，融合各學科知識方法，讓學生在探索生命奧秘的過程中，產生對節肢動物的好奇，加深相關生物學概念理解，鍛煉科學思維與實踐能力，認識人類與節肢動物關系。

(二)采用螺旋型探究模式和多樣化評價方式

我國現有的節肢動物教育課程在探究模式上按照“提出問題”“作出假設”“制定計劃”“實施計劃”“得出結論”以及“表達和交流”六個環節開展。在實際教學活動中，通常先由教師提出科學問題，再由學生完成“食譜式”的探究步驟。這種方法可以幫助學生了解探究的一般過程，以及對照、重復和單一變量等實驗原則，但同時也限制了學生的創造力和主體性。事實上，“表達和交流”環節并不是探究結束的標志，而是探究新問題的起點。因此，教師應將探究模式由直線型轉為螺旋型，讓學生思考更多的探究問題。以“探究光照條件對鼠婦分布的影響”為例，可以拓展出“感染彩虹病毒的藍色鼠婦對光照的偏好是否相同?”“鼠婦成蟲和若蟲對光照的偏好是否相同?”“粗糙鼠婦和普通卷甲蟲對光照的偏好是否相同?”“除了光照，鼠婦還偏好什么樣的溫度、濕度和食物?”等問題。另外，教師還應在研究報告的基礎上設置班級匯報、海報展示和網站制作等學習任務，并制定相應的形式性評價和總結性評價量表，讓學生實時了解和改進自己的學習表現。

(三)規范課堂活體動物獲取來源和操作標準

我國初中課堂使用的節肢動物的活體材料大多取自于戶外采集，這種獲取方式存在相當大的弊端:一是對生態系統的破壞性，過度采集會影響到本土節肢動物的種群數量和棲息環境，尤其是“三有”和國家重點保護野生動物；二是對師生安全的威脅性，采集過程中可能會被蜱螨、蜈蚣、蝎子、獵蝽和蜂類等節肢動物叮咬或蜇刺，或接觸斑蛾、芫菁、擬天牛和毒隱翅蟲的體液或毒蛾、刺蛾和枯葉蛾的毛刺引發紅腫、發癢和水泡等臨床表現的過敏性皮炎；三是對所獲個體的隨機性，既難以在短時間內獲得特定生長階段的大量目標物種，也難以在種級、屬級，甚至科級和目級的分類單元進行鑒定，從而影響課堂活動的可行性和科學性。因此，需要規范課堂活體節肢動物的獲取來源和操作標準，選擇經過我國司法及有關部門許可具備人工繁育資質的實體店或互聯網商家提供的活體動物，并制定配套的飼育管理和安全防護操作標準。

(四)參與本土或國際節肢動物公民科學項目

我國初中生物學教師普遍欠缺節肢動物教育的學科教學知識。其一，許多教師對節肢動物專業知識的認知水平停留于表層，以昆蟲的變態發育為例，多數人只將昆蟲原變態、不完全變態和完全變態的各個階段歸因于遺傳現象，而非從昆蟲與其他生物和環境相適應的角度進行思考和解釋。[4]其二，許多教師對在課堂環境獲取、飼育、觀察和探究節肢動物活體的教學方法存在困惑和偏見，既缺乏節肢動物教育課程的設計和教學能力，也缺乏開展節肢動物教育的效能感和責任感。根據我國現有國情，很難在中學生物學教師教育中進行單個動物類群的培訓工作，也鮮有教育研究者和實踐者開發適應我國課堂環境且符合我國課程標準的本土節肢動物教育課程。為此，學?？上颉吧虾＠ハx家譜調查”和“菜粉蝶項目(Pieris Project)”等國內外節肢動物公民科學項目的組織者進行聯系和合作，借助其專家指導、調查指南和數據平臺等資源，讓每一位學生都有機會參與調查，幫助科學家監測其物種、數量、位置、生境和時間等分布數據，成長為研究和保護本土節肢動物的公民科學家。