生物學項目化學習中學生模型建構能力的多元培育路徑*

徐 婷

義務教育階段生物學課程要培養的核心素養包括生命觀念、科學思維、探究實踐及態度責任，它們相互聯系交融、相輔相成。其中，科學思維是形成生命觀念的重要途徑，是科學探究的重要組成部分，并為學生形成社會責任意識奠定了基礎。［1］模型建構作為發展科學思維的重要方法之一，其不僅是一種思維方式，也是重要的科學研究方法。但在實際教學中，由于課時緊、耗時多、重視度不夠等原因，建模教學往往被播放動畫、視頻或觀察現成的模型取代，這就導致教師不厭其煩地重復講、手把手教，學生卻難以理解模型中滲透的生物學概念與思想。因此，在初中生物學課程教學中，教師應積極探索以核心素養、學科大概念為基礎，以項目化學習為載體的模型建構活動，引導學生在問題驅動、自主探究、成果展示的學習活動中，解決實際問題，提升學科素養。

一、在單元教學的項目化學習中學生模型建構能力的培育路徑

《義務教育課程方案（2022 年版）》中提出，要探索大單元教學，積極開展主題化、項目式學習等綜合性教學活動。大單元教學以學科核心概念為中心，結合學生實際學情，對教學內容進行整合與重組，引導學生在單元學習活動中構建概念體系。項目化學習與大單元教學有著極高的契合度，能夠相互補充、相互促進。指向建模能力培育的單元視野下的項目化學習是指教師根據學科大概念確定單元教學主題，并通過驅動性問題引領、項目設計與實施等環節，引導學生在真實情境中進行模型建構、模型應用、模型評價與修正，從而解決實際問題、理解學科本質、形成概念體系、提升核心素養。［2］下面，筆者以“生物體的結構層次”學習主題為例，闡述在單元教學的項目化學習中如何培育學生建模能力。

1.選定項目主題，設置驅動性問題

“生物體的結構層次”是《義務教育生物學課程標準（2022 年版）》（以下簡稱“新課標”）中的學習主題（一），其中包含1個大概念和2個重要概念。單元視野下的項目化學習以大概念為抓手，梳理概念體系，設計結構化教學內容。針對本主題的大概念“生物體具有一定的結構層次，能夠完成各項生命活動”，可以設置驅動性問題“形態不同、生活環境各異的生物體，卻有著相似的生命活動特征，那么生物體之間有沒有結構及功能上的共同特征？”此外，針對2 個重要概念也可分別設置相應子問題，通過問題引領學生在項目學習中開展持續性思考與實踐外，也統領單元整體教學的方向。

2.重構教學單元，明確項目任務

圍繞項目化主題“生物體的結構層次”及學科大概念，結合教材具體內容，可將本主題教學內容重構為兩個教學單元。

單元一：植物體是統一整體，通過對植物結構層次的學習，以模型的形式構建植物體結構層次；單元二：單細胞動物及人體的結構層次，通過對植物和人體、單細胞動物結構層異同的比較與分析，加深對核心概念的理解。

下面筆者以“植物體是統一整體”單元教學為例，闡述項目化學習中學生建模能力培育的主要策略。

結合教材內容，本單元選取典型植物番茄為研究對象。筆者首先從宏觀角度引導學生認識番茄植株的主要器官及功能；再以“果實”這一器官為例，進一步觀察、比較構成果實的多種組織細胞；最后，通過探究番茄植株的分生組織，推理、闡明受精卵經過分裂和分化形成植物體的各種組織，功能不同的組織形成器官，器官之間相互協調合作，表現出生命現象。在本單元的項目化建?；顒又校瑢W生通過多種形式的模型構建（見表1），能夠形成學科大概念以及結構與功能相適應的生命觀念。

表1 單元教學中項目化建模學習活動設計

3.開展項目學習，重視交流評價

模型建構是項目化學習開展的一種重要實踐活動形式。學生以模型形式呈現的項目產品，既反映了其對項目主題大概念的理解，也是其科學思維及探究實踐過程的物化體現。因此，在項目學習推進過程中，教師要重視學生階段性成果的交流共享，探索多元的、持續性的評價。例如，可以從科學性、美觀性、創造性、表達交流等角度評估學生的學習成果；從學生自評、互評、教師評價等方面，全面客觀地進行評價，發揮好評價的導向性和激勵性功能。

二、在跨學科實踐的項目化學習中學生模型建構能力的培育路徑

新課標將“生物學與社會·跨學科實踐”設為學習主題之一，明確指出教師要充分發揮學科綜合育人功能，開展跨學科教學活動，培養學生適應未來社會發展的跨學科視野及知識遷移能力?？鐚W科實踐與項目化學習具有高度的契合性，在跨學科實踐中，學生在教師指導下，基于實際問題和真實任務，以小組合作學習的方式，綜合運用科學、技術、工程學和數學等學科的概念、方法和思想解決實際問題，實現創意物化。此外，模型制作類跨學科實踐活動作為新課標提出的主要活動之一，涉及了“結構與功能”“尺度、比例和數量”“系統與模型”等跨學科概念。學生通過該主題的實踐學習，要能夠設計并制作模型，從而提升探究實踐素養。下面，筆者以“眼與視覺”主題為例，闡述在跨學科實踐的項目化學習中培育學生建模能力的策略。［3］

1.依標扣本，設計項目任務

新課標在模型制作類跨學科實踐活動中提供了參考項目：制作可調節的眼球成像模型，提出保護眼健康的方法。在蘇教版生物學七年級下冊“人體感知信息”一章的學習中，學生需要認識眼球的基本結構及功能，理解視覺形成的過程，了解近視、遠視眼的成因和矯正等知識，從而形成愛護眼睛的意識，養成良好的用眼習慣。根據對新課標和教材的分析，筆者設計了主題為“眼與視覺”的跨學科實踐項目。（見表2）

表2 “眼與視覺”主題項目化學習任務

2.項目實踐，親歷建模過程

為保證項目活動的有效性，教師需要結合教學內容及課時安排等情況，規劃學生的項目化學習活動，根據需要可延伸至課外。學生在課前自主學習課本相關內容并觀看微課“牛眼的解剖”，制作眼球結構模型；同時以小組為單位進行學校眼部疾病人數及原因的調查。在課堂學習階段，學生進行基于模型的跨學科項目化實踐學習。通過拆裝眼球模型初步構建眼球結構，并在此基礎上分享、評價與修正自制的眼球模型，最終應用模型討論、分析眼球結構的主要功能。此外，學生還可以利用模型探究近視、遠視的成因及矯正，主要教學流程如下。（見下頁表3）

表3 模型探究近視、遠視的成因及矯正

學生進行項目化探究實踐時，教師應及時提供學習資料或相關技術指導，幫助學生學會利用各種資源、多渠道獲取信息并解決問題。在學習小組完成項目活動后，教師應組織各小組用不同形式來展現研究過程及成果（見圖1、2），并采用多元化的評價方式。

圖1 眼球結構模型

圖2 可調節眼球“晶狀體”模型

項目化探究實踐活動還可以延伸到課后，如小組合作拍攝保護視力宣傳片、設計預防近視的創意產品等。

3.應用模型，實現學科融通

雖然眼睛是學生較為熟悉的器官，但是對于晶狀體成像方式、晶狀體凸度變化對視力的影響這些抽象的知識，學生還是較難理解。為了引導學生構建視覺形成，近視、遠視成因及矯正等概念，筆者在教學中結合了初中物理教學中“探究凸透鏡成像的規律”實驗，在課上運用模型開展了跨學科項目化學習。（見圖3）

圖3 可調節眼球成像模型

（1）利用模型探究視覺的形成及調節

學生首先思考模型中的凸透鏡和光屏，相當于眼球中的什么結構，然后分別將“F”光源放置于起點、近點、遠點，嘗試調節模擬晶狀體的水透鏡（注射器注水，凸度變大；注射器抽水，凸度變小），直到找到清晰物像。學生觀察清晰物像的特點，并記錄下此時水透鏡注水和抽水的情況。

學生利用類比思維，將眼球結構與模型進行關聯，同時在應用模型的過程中認識到眼球成像是先在視網膜先呈現倒立的物像，再經過大腦處理后成為正立的像的。其次，學生會在比較數據時發現，在遠、近不同點，物像清晰時水透鏡注水情況并不相同。通過小組內的進一步探究，學生可推測出是凸透鏡的凸度影響了看清物體的距離。這就是正常人眼的晶狀體在睫狀肌的調節下改變凸度大小，使人能看清楚遠近物體的原理。

（2）利用模型探究近視的成因及矯正

①提出問題：近視是什么原因造成的，如何矯正？

②作出假設：近視是由于晶狀體凸度變大造成的，可以用凹透鏡矯正。

③設計并實施實驗：看一看（向水透鏡中注水，觀察物像變化）、找一找（移動光屏，找到此時清晰物像的位置）、探一探（有哪些辦法可以使得光屏上重新呈現清晰的物像）。

學生在模型建構的學習活動中要經歷以下探究實踐過程：

模型準備——通過觀察、分析模型，建立模型與眼球的關系，并探索視覺形成的過程及特點；收集相關數據，構建“人看遠近不同物體與晶狀體凸度變化關系”的數學模型。

模型假設——通過理性分析，結合模型提出假設：“晶狀體凸度變大會引起近視”。

模型建構——利用模型構建近視形成的原因，并嘗試構建近視眼矯正的模型。

模型檢驗與應用——通過遠視眼的形成與矯正的類比探究，檢驗構建的模型；并進一步討論模型在研究其他眼部疾病中的使用。

通過項目化學習的模式，在教學實踐中貫穿新課標理念并積極探索學科概念、跨學科概念的整合，對學生模型建構關鍵能力的培育具有重要意義，也充分契合了初中生物學課堂教學改革和發展的新要求和新趨勢。