基于生物模型建構的項目式大單元教學實踐研究

翁燕霞

摘? 要：探究病毒如何快速增殖是當前人們關注的社會熱點。文章倡導“五育并舉”，以學生為中心，圍繞新冠病毒增殖與變異的現象設計學習活動，融合跨學科知識，并通過確定項目主題、自主組建學習小組、建立模型主題、制訂解決實施方案、建立評價標準、撰寫研究報告、展示與分享成果、推廣應用等環節，設計了建構基因指導蛋白質合成基本過程和新冠病毒侵染肺部細胞的物理模型項目式大單元教學實踐探究。該探究選擇了經濟、環保易得的材料，注重學生學習的整體性和自主性，讓學生在動手實踐的過程中學會運用生物學的科學思維思考、審視現實世界，解決實際問題，實現真實學習和深度學習;同時促進構建師生多元的學習共同體，教學相長，面向未來建構教與學的新樣態。

關鍵詞：項目式學習;大單元教學;建模方案

《2021年政府工作報告》指出，構建德智體美勞“五育并舉”的教育體系是發展更公平更高質量教育的重要內容。為應對“五育并舉”背景下高中生物學課程改革帶來的新挑戰。

本研究努力探索了適應跨學科綜合育人模式下的大單元教學新路徑，開展基于項目式活動建構生物模型的教學實踐，以問題為載體，將知識學習穿插于問題的解決中，通過把抽象的生物學知識轉化為易理解的模型，使學生直觀了解病毒增殖的機制，體驗基因指導蛋白質合成的基本過程和新冠病毒侵染肺部細胞的過程，感受基因表達的精妙，從而掌握科學探究的方法;既注重學生對生物學知識的內化和學科思維品質的培養，又尊重個體差異，設計不同層次的建模內容，活動趣味性強，學生能在實踐中研究、在研究中進行合作，為生物項目式課程改革提供了參考。

一、項目式學習模式概述

項目式學習是學習者關注某個真實問題，確定項目主題，通過團隊協作收集資料、獲取信息、開展探究活動的過程。教育者通過設計方案、建立評價標準，反饋、修訂和完善方案，引導學習者分享他們研究過程的問題、方法和結果，這樣學習者能夠高效、便利、迅速整合生物學學科與跨學科的內容，運用信息技術的力量進行探究，從而獲得知識和技能，發展核心素養。

二、基于生物模型建構的項目式大單元教學的實踐路徑

（一）選擇項目主題，確定建模目標

探究病毒如何快速變異、增殖是當前人們關注的社會熱點。建構生物模型直觀體現病毒的侵染和增殖過程，能夠幫助學生正確認識和辨析病毒防治的相關問題，值得高中生探尋。學生通過互聯網、圖書館和學校的各科教師，獲取和搜集基因表達的相關信息資料，并整理、分析，選擇以“建構病毒侵染細胞過程模型”為主題。教師基于學生的發展需求和課標要求確定目標：目標1是比較病毒和細胞的異同，認識生命現象的多樣性和統一性，提升學生的批判性思維;目標2是理解基因表達中滲透的生命信息觀，融合跨學科知識，厘清病毒及細胞的建模關系，體驗模型與建模的科學方法;目標3是關注生活，解決問題，提高學生觀察分析、動手實踐和團隊合作的能力，認同生物的科學美，感悟勞育和生態教育的重要性，增強社會責任感。

（二）凸顯“五育并舉”，設計項目內容

1. 項目設計流程

觀察現象—發現問題—提出問題—分析問題—確定主題—制訂解決方案—實施方案—建立評價標準—修正方案—撰寫研究報告—分享成果—推廣應用。

2. 項目方案的制訂與實施

分析項目問題：以何種方法體現病毒、宿主細胞的特征和病毒增殖？如何進行材料的選擇和任務分工？在此過程中，指導教師提供專業與學術的支持。

制訂解決方案：根據相似、簡易、實用的原則，樹立生態文明、綠色發展的理念，選擇環保、易得、顏色鮮明的材料（紙盒、廢棄魚缸、塑料泡沫、紙黏土、棉線、吸管、電線、廢棄口罩的鋼絲，紙片等）;結合問卷調查數據分析結果，設計建模方案，根據成員的特長安排任務（建立微信群，用于成員間的交流，收集和整理資料，編寫建模日志，撰寫并分享作品的收獲）。

實施方案：確定建構病毒、細胞、病毒增殖以及基因表達模型—分配任務—繪制模型框架—選材—連接和組裝模型—完成建模。

在方案實施前，小組成員分工，收集各方的意見，規劃活動，將大問題按照不同的角度拆分成容易解決的小問題，并設置相應的任務，同步推進，提升每個學生的參與感。以下是設計和制作模型的任務分解：

首先，選擇主題，設置整體任務：以教材中抽象的實驗過程、難以理解的內容、問題或當前熱門的社會議題為首選主題，確保整體任務明確且具有較強的邏輯性、現實性。

其次，分析原理：根據基因的表達過程，厘清模型各要素之間的邏輯關系，通過模型結構體現相應的功能特點，揭示建模內容所蘊含的科學本質。

再次，構建框架：借助“萬彩動畫大師”等信息技術，科技賦能，搭建基因指導蛋白質合成基本過程和新冠病毒侵染肺部細胞的物理模型框架。

最后，建構模型：為不同水平的學生分配相應的任務，確保每位學生參與其中。學生在經歷針對性的問題解決過程中，獲得不同的體驗，促進了學生的個性化發展;并按照設計的建模框架進行小組分工、合作，完成模型的建構。

3. 建立評價標準，修正方案

針對項目式活動的內容、過程和結果，從科學性、規范性、藝術性、環保性和實用性等方面，分別設置三個指向不同的教學目標評價等級，進行生生互評，師生評價;利用計算機軟件處理數據，統計評選結果，分析、修正模型，對優秀作品給予獎勵，激發學生學習生物學的主動性。

4. 展示與分享成果

留給學生充分的時間，自主表達、思考和探索的空間，評判模型是否科學、規范、簡潔、直觀并兼具美感。對模型部分結構添加必要的文字說明、示例和圖注等，使模型更清晰易懂。

其一，新冠病毒模型：以直徑為20cm的廢棄魚缸為主體，黃色間隔墨綠色的紙黏土捏成的直徑為0.5cm小球串模擬病毒蛋白質外殼，環繞在魚缸周圍。兩股深灰色的棉線模擬病毒的DNA雙螺旋結構，長度為3cm的紅色和綠色紙條模擬病毒的棘突蛋白。作品設計巧妙，創意性強，以不同的材料和顏色區分病毒各部分間的關系，有助于學生理解病毒的結構特點，為后續探究其增殖過程提供了直觀認識。

其二，新冠病毒增殖過程模型：以40cm×40cm的白色紙片為底板，在直徑2cm的棗紅色紙黏土小球上嵌入16根頂端附著有黑色錐形球的牙簽，制成新冠病毒;以紅色紙黏土為肺部細胞的細胞膜，新冠病毒與宿主細胞膜上的糖蛋白相識別，在其入侵處，細胞膜向內凹陷;以黃色紙黏土為細胞質，病毒在其中以自身的玫紅色DNA雙鏈為模板，為細胞提供原料、酶和能量等，合成棗紅色衣殼蛋白和黑色的棘突蛋白，再重新組裝，釋放子代病毒;在建模過程中形成概念，樹立生命是物質、能量和信息的統一體的生命觀念;作品體現了科學知識和科學過程相統一的原則，將抽象復雜的新冠病毒侵染肺部細胞的過程轉變為啟發性、藝術性強的模型，有利于學生正確認識病毒增殖機制，為辨析其防治的相關問題提供了依據。

其三，動物細胞模型：以橙色紙黏土制成直徑為20cm的半圓，其為細胞膜，淺黃色紙黏土填充細胞質，各細胞器分布在上方，藍色的內質網上附著紅色、呈橢圓球形的核糖體，有些核糖體游離分散在細胞質中;兩粒綠色的中心粒垂直排列;直徑為2.5cm的細胞核由黑色的核膜、紫色的染色質和黃色的核仁構成，鞏固學生對細胞核結構特點的知識;由五層體積遞增的紅色囊腔堆疊成高爾基體，注重高爾基體結構的嚴謹性;直徑為0.5cm的灰色溶酶體分布在高爾基體的周圍，體現溶酶體是高爾基體產生的小泡。小組成員通過合作交流完成動物細胞模型建構，從而了解了動物細胞的基本結構和功能，認同各細胞結構的協調配合共同完成細胞的生命活動，培養了小組合作意識以及勞動情懷。

其四，基因表達模型：將兩條藍色、間距10cm、長度40cm的電線作為DNA雙鏈，便于長期保存和展示;將長度2cm、寬度0.5cm的紅藍紫黃不同顏色的紙片作為堿基，兩個配對的堿基形狀吻合，遵循堿基互補配對的原則。長度30cm的綠色電線粘貼四種堿基形成mRNA，由紙黏土制作成長度3cm、寬度為2cm、高度1.5cm的核糖體與mRNA相結合，并能自由移動。4cm的廢棄口罩鋼絲做成的tRNA上攜帶了用紙黏土做成的直徑為0.3cm的氨基酸小球，多個氨基酸脫水縮合形成多肽鏈，促使學生加深對翻譯過程的理解。以長度50cm、寬度15cm、高度3cm的泡沫塊和三根10cm吸管制成底座，便于穩固和展出。作品以廢物再利用為原則，設計新穎，性能穩定，易于演示，色彩搭配巧妙，能夠提高學生的審美能力，使學生樹立了生命的物質觀與信息觀，養成科學思維的習慣。

5. 模型推廣的應用前景和優化措施

一是舉行生物模型建構評選大賽，由教師和學生代表評選不同獎項的作品，并加以獎勵;作品所展示出的理念和創意，令評委感到驚喜，既有新意，也有亮點;回收查驗作品，作為學校的教學資源，提供給后來者借鑒和使用，傳承了建模精神;也可以收集優秀的模型作品，按照預先設計的細胞計算機模型，通過3D打印技術，將所需物質放置在特定的空間位置，通過層層粘接形成所要求的三維結構體。材料充分利用，無廢棄副產品，成本低，制作成品快。

二是生物模型建構比賽反饋：利用問卷星App進行問卷調查，數據自動統計分析，以便學生通過制作模型掌握與理解遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳的大概念，嘗試解決現實生活中的生物學問題。

三是以活動為載體，借助海報、抖音、快手、美篇和校廣播等多種媒體資源，開展生物建模活動的宣傳報道，引導更多的學生感知生命。

四是作為特色校本教程的素材充實校本資源庫，學生交流、探討建模過程中出現的各種現象，形成自己的觀點并以論文形式展現，體驗生物活動探究的意義。

五是引導學生歸納總結在建構模型過程中出現的問題以及解決方案，豐富本校的命題庫;以生物模型的建構為主題，結合跨學科的理念開發校本課程，為學校的校本課程研究與實踐提供思路與方法。

三、模型活動效果評價

教育者以過程性評價為重要依據，按照項目式學習模式形成學習記錄卡，詳細記錄項目內容、實施日期、小組分工、完成情況等;重新建構原核與真核細胞、流動鑲嵌模型、細胞分裂和分化模型，評價模型教學是否遵循學生的學習和成長規律，及時了解學生對課程的體驗。

建構，改良，精進，一次次失敗，一次次重來，一個個五彩繽紛、交織錯落、結構清晰的模型才建構起來，這不僅是一個模型，更是一份知識的沉淀以及對科學的愛與激情。本次模型建構應用了項目式學習方式，為培養學生的學科思想、創新精神等核心素養提供了融跨學科知識性、實用性為一體的探究情境和創新空間。學生不但收獲了生物知識，而且提升了學習興趣，寓教于樂，融學于趣，科技求真;促進師生為了共同目標的實現，構建合作的多元學習共同體，教學相長，面向未來建構教與學的新樣態。

基于大單元背景下建構病毒侵染細胞和基因表達模型的項目式教學模式，從主題的確立，方案的制訂、實施、評價與修正，成果的展示與推廣應用等方面展開，注重知識的科學性、完整性，有較高的觀賞性和藝術性，促進學生追求科學、求實、向美、創新，發展了學生模型與建模的科學思維，增強了學生動手實踐與分工合作的能力，實現了“五育并舉”。本教學模式可操作性強，為各類學校教師研究與探索新的項目式活動方式、方法和內容提供了借鑒。

* 本文系2022年龍巖市基礎教育教學研究課題“指向科學思維的高中生物單元教學實踐研究”（課題編號：JKYJX22-090）;2023年福建省教育科學規劃課題“五育并舉視域下的高中生社團多樣化建設研究”（課題編號：FJJKZX23-360）研究成果。

參考文獻：

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（責任編輯：張涵淋）