生物学项目化学习中学生模型建构能力的多元培育路径*

徐 婷

义务教育阶段生物学课程要培养的核心素养包括生命观念、科学思维、探究实践及态度责任，它们相互联系交融、相辅相成。其中，科学思维是形成生命观念的重要途径，是科学探究的重要组成部分，并为学生形成社会责任意识奠定了基础。［1］模型建构作为发展科学思维的重要方法之一，其不仅是一种思维方式，也是重要的科学研究方法。但在实际教学中，由于课时紧、耗时多、重视度不够等原因，建模教学往往被播放动画、视频或观察现成的模型取代，这就导致教师不厌其烦地重复讲、手把手教，学生却难以理解模型中渗透的生物学概念与思想。因此，在初中生物学课程教学中，教师应积极探索以核心素养、学科大概念为基础，以项目化学习为载体的模型建构活动，引导学生在问题驱动、自主探究、成果展示的学习活动中，解决实际问题，提升学科素养。

一、在单元教学的项目化学习中学生模型建构能力的培育路径

《义务教育课程方案（2022 年版）》中提出，要探索大单元教学，积极开展主题化、项目式学习等综合性教学活动。大单元教学以学科核心概念为中心，结合学生实际学情，对教学内容进行整合与重组，引导学生在单元学习活动中构建概念体系。项目化学习与大单元教学有着极高的契合度，能够相互补充、相互促进。指向建模能力培育的单元视野下的项目化学习是指教师根据学科大概念确定单元教学主题，并通过驱动性问题引领、项目设计与实施等环节，引导学生在真实情境中进行模型建构、模型应用、模型评价与修正，从而解决实际问题、理解学科本质、形成概念体系、提升核心素养。［2］下面，笔者以“生物体的结构层次”学习主题为例，阐述在单元教学的项目化学习中如何培育学生建模能力。

1.选定项目主题，设置驱动性问题

“生物体的结构层次”是《义务教育生物学课程标准（2022 年版）》（以下简称“新课标”）中的学习主题（一），其中包含1个大概念和2个重要概念。单元视野下的项目化学习以大概念为抓手，梳理概念体系，设计结构化教学内容。针对本主题的大概念“生物体具有一定的结构层次，能够完成各项生命活动”，可以设置驱动性问题“形态不同、生活环境各异的生物体，却有着相似的生命活动特征，那么生物体之间有没有结构及功能上的共同特征？”此外，针对2 个重要概念也可分别设置相应子问题，通过问题引领学生在项目学习中开展持续性思考与实践外，也统领单元整体教学的方向。

2.重构教学单元，明确项目任务

围绕项目化主题“生物体的结构层次”及学科大概念，结合教材具体内容，可将本主题教学内容重构为两个教学单元。

单元一：植物体是统一整体，通过对植物结构层次的学习，以模型的形式构建植物体结构层次；单元二：单细胞动物及人体的结构层次，通过对植物和人体、单细胞动物结构层异同的比较与分析，加深对核心概念的理解。

下面笔者以“植物体是统一整体”单元教学为例，阐述项目化学习中学生建模能力培育的主要策略。

结合教材内容，本单元选取典型植物番茄为研究对象。笔者首先从宏观角度引导学生认识番茄植株的主要器官及功能；再以“果实”这一器官为例，进一步观察、比较构成果实的多种组织细胞；最后，通过探究番茄植株的分生组织，推理、阐明受精卵经过分裂和分化形成植物体的各种组织，功能不同的组织形成器官，器官之间相互协调合作，表现出生命现象。在本单元的项目化建模活动中，学生通过多种形式的模型构建（见表1），能够形成学科大概念以及结构与功能相适应的生命观念。

表1 单元教学中项目化建模学习活动设计

3.开展项目学习，重视交流评价

模型建构是项目化学习开展的一种重要实践活动形式。学生以模型形式呈现的项目产品，既反映了其对项目主题大概念的理解，也是其科学思维及探究实践过程的物化体现。因此，在项目学习推进过程中，教师要重视学生阶段性成果的交流共享，探索多元的、持续性的评价。例如，可以从科学性、美观性、创造性、表达交流等角度评估学生的学习成果；从学生自评、互评、教师评价等方面，全面客观地进行评价，发挥好评价的导向性和激励性功能。

二、在跨学科实践的项目化学习中学生模型建构能力的培育路径

新课标将“生物学与社会·跨学科实践”设为学习主题之一，明确指出教师要充分发挥学科综合育人功能，开展跨学科教学活动，培养学生适应未来社会发展的跨学科视野及知识迁移能力。跨学科实践与项目化学习具有高度的契合性，在跨学科实践中，学生在教师指导下，基于实际问题和真实任务，以小组合作学习的方式，综合运用科学、技术、工程学和数学等学科的概念、方法和思想解决实际问题，实现创意物化。此外，模型制作类跨学科实践活动作为新课标提出的主要活动之一，涉及了“结构与功能”“尺度、比例和数量”“系统与模型”等跨学科概念。学生通过该主题的实践学习，要能够设计并制作模型，从而提升探究实践素养。下面，笔者以“眼与视觉”主题为例，阐述在跨学科实践的项目化学习中培育学生建模能力的策略。［3］

1.依标扣本，设计项目任务

新课标在模型制作类跨学科实践活动中提供了参考项目：制作可调节的眼球成像模型，提出保护眼健康的方法。在苏教版生物学七年级下册“人体感知信息”一章的学习中，学生需要认识眼球的基本结构及功能，理解视觉形成的过程，了解近视、远视眼的成因和矫正等知识，从而形成爱护眼睛的意识，养成良好的用眼习惯。根据对新课标和教材的分析，笔者设计了主题为“眼与视觉”的跨学科实践项目。（见表2）

表2 “眼与视觉”主题项目化学习任务

2.项目实践，亲历建模过程

为保证项目活动的有效性，教师需要结合教学内容及课时安排等情况，规划学生的项目化学习活动，根据需要可延伸至课外。学生在课前自主学习课本相关内容并观看微课“牛眼的解剖”，制作眼球结构模型；同时以小组为单位进行学校眼部疾病人数及原因的调查。在课堂学习阶段，学生进行基于模型的跨学科项目化实践学习。通过拆装眼球模型初步构建眼球结构，并在此基础上分享、评价与修正自制的眼球模型，最终应用模型讨论、分析眼球结构的主要功能。此外，学生还可以利用模型探究近视、远视的成因及矫正，主要教学流程如下。（见下页表3）

表3 模型探究近视、远视的成因及矫正

学生进行项目化探究实践时，教师应及时提供学习资料或相关技术指导，帮助学生学会利用各种资源、多渠道获取信息并解决问题。在学习小组完成项目活动后，教师应组织各小组用不同形式来展现研究过程及成果（见图1、2），并采用多元化的评价方式。

图1 眼球结构模型

图2 可调节眼球“晶状体”模型

项目化探究实践活动还可以延伸到课后，如小组合作拍摄保护视力宣传片、设计预防近视的创意产品等。

3.应用模型，实现学科融通

虽然眼睛是学生较为熟悉的器官，但是对于晶状体成像方式、晶状体凸度变化对视力的影响这些抽象的知识，学生还是较难理解。为了引导学生构建视觉形成，近视、远视成因及矫正等概念，笔者在教学中结合了初中物理教学中“探究凸透镜成像的规律”实验，在课上运用模型开展了跨学科项目化学习。（见图3）

图3 可调节眼球成像模型

（1）利用模型探究视觉的形成及调节

学生首先思考模型中的凸透镜和光屏，相当于眼球中的什么结构，然后分别将“F”光源放置于起点、近点、远点，尝试调节模拟晶状体的水透镜（注射器注水，凸度变大；注射器抽水，凸度变小），直到找到清晰物像。学生观察清晰物像的特点，并记录下此时水透镜注水和抽水的情况。

学生利用类比思维，将眼球结构与模型进行关联，同时在应用模型的过程中认识到眼球成像是先在视网膜先呈现倒立的物像，再经过大脑处理后成为正立的像的。其次，学生会在比较数据时发现，在远、近不同点，物像清晰时水透镜注水情况并不相同。通过小组内的进一步探究，学生可推测出是凸透镜的凸度影响了看清物体的距离。这就是正常人眼的晶状体在睫状肌的调节下改变凸度大小，使人能看清楚远近物体的原理。

（2）利用模型探究近视的成因及矫正

①提出问题：近视是什么原因造成的，如何矫正？

②作出假设：近视是由于晶状体凸度变大造成的，可以用凹透镜矫正。

③设计并实施实验：看一看（向水透镜中注水，观察物像变化）、找一找（移动光屏，找到此时清晰物像的位置）、探一探（有哪些办法可以使得光屏上重新呈现清晰的物像）。

学生在模型建构的学习活动中要经历以下探究实践过程：

模型准备——通过观察、分析模型，建立模型与眼球的关系，并探索视觉形成的过程及特点；收集相关数据，构建“人看远近不同物体与晶状体凸度变化关系”的数学模型。

模型假设——通过理性分析，结合模型提出假设：“晶状体凸度变大会引起近视”。

模型建构——利用模型构建近视形成的原因，并尝试构建近视眼矫正的模型。

模型检验与应用——通过远视眼的形成与矫正的类比探究，检验构建的模型；并进一步讨论模型在研究其他眼部疾病中的使用。

通过项目化学习的模式，在教学实践中贯穿新课标理念并积极探索学科概念、跨学科概念的整合，对学生模型建构关键能力的培育具有重要意义，也充分契合了初中生物学课堂教学改革和发展的新要求和新趋势。