PICRAT模型在高中生物学教学中的应用

在信息技术与教育深度融合的背景下，高中生物学教学正经历着教学模式的革新。《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》强调学生核心素养的培养，要求教师在教学中不仅要传授知识，更要引导学生主动探究，发展批判性思维和创新能力。然而，当前高中生物学数字化教学仍存在诸多问题，如技术与教学内容脱节、学生被动接受知识等，这些问题限制了教学效果的提升。笔者以PICRAT模型为理论框架，探索其在“DNA的结构”教学中的应用，旨在建构模型，优化教学设计，实现技术与教学的深度融合，提高教学互动性和学生的参与度，同时为教师提供实践参考，以期推动高中生物学教学模式的创新与发展。

一、PICRAT模型教学价值分析

（一）PICRAT模型

2020年，Kimmons等提出PICRAT模型，指出该模型由PIC和RAT两部分组成，并假设教师必须就课堂上的任何技术使用提出两个基本问题（如图1）。问题一：学生与技术有何关系？PIC（passive、interactive、creative）对应学生技术应用程度的描述维度，包括被动使用、交互使用、主动使用。问题二：教师如何运用技术对教学实践产生影响？RAT（replacement、amplification、transformation）对应在实践中，技术对教学实践的影响，包括替代、增强、变革。

该模型考虑了这两个维度的交叉点，旨在促进围绕在特定课程中最有效地使用技术的讨论，以最大限度地提高学生参与度和学业成就^[1]。

（二）应用价值

笔者以PICRAT模型为理论指导，对“DNA的结构”安排两个课时教学。该模型从技术对“教师的教”和“学生的学”的影响两个维度进行剖析，提供了一种结构化的方法来设计和实施数字化教学。教师应用这种模型，能够更全面地考虑学生的学习需求，满足他们的发展诉求，选择合适的信息技术手段和教学方式，提高教与学的效果。

二、教学案例分析

笔者以人民教育出版社出版的《普通高中教科书生物学必修2遗传与进化》第3章第2节“DNA的结构”为研究对象，计划用两课时完成教学任务。

（一）教学内容与目标

采用线下、线上混合式教学模式实现学生个性化学习，引导学生深度学习，认识DNA的双螺旋结构。教学内容包括重温DNA结构的建构过程，认同物理和化学方法在生物学研究中的重要作用；制作DNA双螺旋结构模型，理解DNA的结构特征，形成结构和功能观，提升学生的信息素养^[2]。

（二）教学流程

1.自主学习与问题聚焦

第1课时的教学活动分五个步骤展开。

第一步，自主学习。教师布置自主学习任务，学生登录洋葱学园平台学习“DNA的结构”微课视频，完成即时生成的检测题；教师后台关注学生的答题情况。（交互性增强）

第二步，文本阅读。教师引导学生阅读教科书，让学生以“学习共同体”为单位阅读资料，完成思考题，并于学习通平台答题。（交互性增强）

第三步，共同探讨。学生借助学习通平台提交“DNA的结构”探讨问题，及时在线交流，教师在后台关注学生探讨过程中未解决的一两个难题。（交互性增强）

第四步，聚焦问题。师生聚焦难点问题，学生运用浏览器搜索，以“学习共同体”为单位进行探讨，梳理“DNA的结构”特点、解决难点问题。（交互性增强）

第五步，课时测验。学生利用学习通平台完成“DNA的结构”第1课时测验题。教师精准掌握学生的学习情况。（交互性增强）

2.深入探究与模型制作

第2课时的教学活动按以下流程展开。

第一步，图片导入。教师展示“五环廊桥”图片，引导学生思考：除这一景观外，国外也有很多建筑作品借鉴了DNA的结构，为什么DNA的结构会被建筑设计师青睐？设疑：稳定性是DNA的结构特性之一，DNA的结构还有哪些特性？让我们一起探讨DNA的结构特性。（被动替代）

第二步，夯实基础。教师展示数据（学生对于“DNA的结构”第1课时在线检测题的作答结果），关注学情，让学生观看教师自制微课视频，完成学案任务一中的填空题，聚焦未掌握的要点。（被动替代）

第三步，制作模型。教师引导学生重温构建层次，提出制作含5个碱基对的“DNA双螺旋结构”片段目标，让学生以“学习共同体”为单位根据学案任务二中的问题串商讨，选择合适的材料、工具制作含5个碱基对的DNA双螺旋结构模型。在制作过程中，有困难的“学习共同体”可申领“制作锦囊”，其间教师巡视指导。（交互性增强）

第四步，展示模型。教师调用易课堂（答题/抢答），“学习共同体”抢2个上台展示名额；教师调用易课堂（互动/拍照上传），8个“学习共同体”借助平板上传作品；师生聚焦2号、3号“学习共同体”的作品，教师开启投票通道，“学习共同体”根据作品第一印象给予支持（初评价）；2号、3号“学习共同体”按照参考模板详细描述作品。（交互性增强）

第五步，评价模型。教师引导“学习共同体”关注评价量表，从四个维度（科学性、美观性、创新性、实用性）进行探讨，科学评价模型；教师调用易课堂（答题/主观评价），其他“学习共同体”公平公正为2号、3号“学习共同体”打分（再评价）；教师调出红包，“学习共同体”根据高分至低分顺序开红包。（交互性增强）

第六步，课后拓展。课堂上没有完成DNA双螺旋结构模型制作任务的“学习共同体”课后继续操作，并将完成的作品上传学习通平台。（交互性增强）

三、教学策略与实施要点

（一）教学设计聚焦

在教学实践中，教师有时会过分依赖技术，而忽略了技术应用的真正目的。PICRAT模型为此提供了一个清晰的二维框架，帮助教师在设计教学时专注于实现教学目标和提升学生的核心素养。

以“DNA的结构”为例，在第1课时中，教学的重点在于深入探讨DNA的结构。笔者利用洋葱学园和学习通等平台，引导学生预习，并在“学习共同体”内部进行讨论，引出他们暂时无法解决的问题。随后，师生共同探讨这些问题，实现了所谓的“后教”。这样，学生对DNA结构的理解就不再局限于教科书上的描述，而是在探究学习的过程中，形成了具有活力的认识。

在第2课时中，针对教学难点——理解DNA的结构特性，笔者以“学习共同体”为基础组织教学，开展“制作DNA双螺旋结构模型”和“展示DNA双螺旋结构模型”两个核心活动（如图2和图3），借助图片、视频等多媒体材料，以及交互式电子白板等信息化工具，引导学生动手实践。这不仅加深了学生对DNA结构的理解，而且促使他们总结和归纳出“DNA的结构”特性，最终形成了结构与功能的观念，进一步理解了为什么DNA是绝大多数生物的遗传物质。

（二）技术使用定位

PICRAT模型是一种“以学生为中心”的、由教学法所驱动的技术整合模型，它是易于为教师理解和使用的模型，能够帮助教师准确定位教学过程中技术的层次。例如，在“DNA的结构”第1课时“自主学习”环节，笔者布置自主学习任务，学生通过洋葱学园平台学习“DNA的结构”微课视频，完成即时检测题。笔者通过后台关注学生的答题情况。该活动实现学生个性化学习，笔者及时关注学生的错题，归纳学生暂未掌握的要点，在PICRAT模型中为交互性增强（IA）。“DNA的结构”第2课时“夯实基础”环节，笔者根据学生第1课时测验情况，播放自制微课视频，学生完成学案任务一填空题，聚焦未掌握的要点。该活动帮助学生回顾DNA的结构要点，在PICRAT模型中为被动替代（PR）。

（三）“双主”课堂实现

PICRAT模型能够帮助教师深度思考技术的运用是否改变“学生的学”“教师的教”，教师根据教学内容与教学目标、学生学习基础与学习特点等精心设计教学活动，合理地选用教学媒介，构建“学生为主体”“教师为主导”的“双主”课堂。例如，在“DNA的结构”第1课时“共同探讨”环节，一开始并未选用学习通平台进行活动设计，笔者组织学生阅读文本、讨论后，没有为学生提供交流的平台，该活动停留在PICRAT模型交互性替代（IR）。目前的设计则运用学习通平台提供了提问环节，学生通过“学习共同体”探讨、提问等活动增强交互。笔者借助学习通平台使教学活动的设计定位为PICRAT模型交互性增强（IA），让学生充分交流，提出他们想要解决的问题（如图4）。“DNA的结构”第2课时评价DNA双螺旋结构模型环节，笔者将学生借助希沃反馈器的一次评价转换为借助希沃易课堂的多次评价（如图5），促使学生感受科学评价的重要性。笔者将活动设计定位于PICRAT模型交互性增强（IA）。

四、教学建议

PICRAT模型本质上是一种辅助教师进行规划教学流程、选择合适教学手段的工具。它能够协助教师为学生设计更好的学习活动、提供合适的学习支架。笔者根据模型的应用提出以下建议。

第一，把握好技术与教学的关系。教师在运用PICRAT模型时，应充分考虑技术与自身、学生之间的关系。具体来说，教师应根据学生的实际需求，选择恰当的教学方法和手段，而不是盲目追求PICRAT模型中的创意性变革（CT）。

第二，考虑学情，做好线上活动设计。教师在设计教学活动时，特别是线上活动，要充分考虑学情。在这个过程中，运用技术手段促进“学习共同体”的协作显得尤为重要。如何让学生在线上环境中实现有效互动、提高学习效果，是教师在运用PICRAT模型时需要关注的问题。教师可以尝试利用在线协作工具、讨论区等手段，激发学生的参与热情，促进他们之间的交流与互动。

第三，关注个性化需求，实施差异化教学。教师在教学过程中，应注重反思与调整。教师需要时刻关注学生的学习进度，对照PICRAT模型的两个维度，审视自己的教学设计是否合理、教学方法是否有效。在此基础上，教师要勇于调整教学策略，使之更符合学生的学习需求。教师在运用PICRAT模型时，还要关注学生的个性化需求。教师应根据学生的特点，提供差异化教学资源和支持，以满足他们在学习过程中的个性化需求。此外，教师还可以借助PICRAT模型，分析学生的学习数据，为学生提供精准化的教学指导和干预。

总之，PICRAT模型在高中生物学数字化教学中具有重要的实践价值。它不仅能够帮助教师更好地整合技术与教学，而且能够促进学生的主动学习和深度理解。在未来的教学实践中，我们期待更多的教师能够利用PICRAT模型，探索出更多适合学生学习的教学方法和策略，共同推动高中生物学教学的发展。

注：本文系湖南省教育科学“十四五”规划课题“数据驱动的高中生物精准教学课例设计研究”（编号：XJK23CJC028）的研究成果。

参考文献

[1]焦建利.PICRAT：一种技术整合模型[EB/OL].（2023-01-24）[2024-11-15].https：//mp.weixin.qq.com/s/Vp_QXQdbXdWJX6P7q_c-SA.

[2]伍芳丽，喻建军，娄珀瑜.信息技术与“教—学—评”一体化深度融合的教学实践：以“有机合成”为例[J].化学教育（中英文），2022（7）：38-46.

（作者系湖南省湘潭电机子弟中学教师，湘潭市学科融合创新名师工作室导师）

责任编辑：祝元志