高中生物學(xué)教學(xué)中PBL教學(xué)模式與建模教學(xué)法的融合應(yīng)用

摘 "要：文章研究了高中生物學(xué)教學(xué)中問題導(dǎo)向?qū)W習(xí)（problem-based learning，PBL）教學(xué)模式與建模教學(xué)法的融合應(yīng)用。PBL教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生主導(dǎo)，通過小組討論解決問題，而建模教學(xué)關(guān)注模型構(gòu)建與應(yīng)用。二者結(jié)合，能為學(xué)生提供學(xué)習(xí)框架，促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立建模，提升學(xué)生的科學(xué)思維能力。文章通過實(shí)例展示了PBL教學(xué)模式在構(gòu)建物理、概念和數(shù)學(xué)模型中的應(yīng)用，幫助學(xué)生掌握知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：PBL教學(xué)模式，建模教學(xué)，科學(xué)思維

中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-0769（2025）01-0116-03

根據(jù)《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年第1版，2020年修訂）的規(guī)定，需要高度重視培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。模型與建模能力是《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中“科學(xué)思維”要求的能力之一。本研究將問題導(dǎo)向?qū)W習(xí)（problem-based learning，PBL）教學(xué)模式應(yīng)用于建模教學(xué)中，以問題為導(dǎo)向，通過實(shí)際問題的回答構(gòu)建相應(yīng)的模型。

1 "PBL教學(xué)模式

1.1 PBL教學(xué)模式的概念

劉夢(mèng)蓮[1]認(rèn)為PBL教學(xué)模式是一種將學(xué)生的學(xué)習(xí)置于有意義的、實(shí)際背景的問題情境中，通過溝通、交流和團(tuán)隊(duì)合作解決實(shí)際問題，從而學(xué)習(xí)問題背后的科學(xué)知識(shí)，促進(jìn)合作學(xué)習(xí)和自主探究技能、高效解決問題能力和批判性思維發(fā)展的教學(xué)方式。PBL強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主導(dǎo)，通過自我輔導(dǎo)學(xué)習(xí)和小組討論來(lái)解決問題，教師則作為引導(dǎo)者。與傳統(tǒng)的以教師為中心的教學(xué)模式不同，PBL教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動(dòng)參與和自主學(xué)習(xí)，通過解決實(shí)際問題促進(jìn)知識(shí)的掌握和技能的發(fā)展[2]。學(xué)生通過自主探索，合作討論，實(shí)際操作等可培養(yǎng)創(chuàng)新精神，團(tuán)隊(duì)協(xié)作技能，解決問題意識(shí)，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。PBL教育模式是一種以問題為基礎(chǔ)的教育方法，旨在調(diào)動(dòng)學(xué)生參與、探索的興趣，并在此過程中培養(yǎng)其獨(dú)立思考、批判思維的能力，從而促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

1.2 PBL教學(xué)模式的特點(diǎn)

1.2.1 以問題為核心

以問題為中心的課堂教學(xué)，貫穿于學(xué)生的每一個(gè)課程環(huán)節(jié)。在學(xué)生進(jìn)行思考、分析和解決問題的過程中，將已有的知識(shí)進(jìn)行整合，并構(gòu)建出全新的知識(shí)體系。問題是學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)力，可以激勵(lì)學(xué)生積極地進(jìn)行分析問題與解決問題，并且在這個(gè)過程中，還可以促進(jìn)學(xué)生的自學(xué)和科學(xué)探索能力。PBL教學(xué)模式注重的是學(xué)生在解題中對(duì)知識(shí)構(gòu)建和能力的提升。

1.2.2 學(xué)生發(fā)揮主體地位

學(xué)生會(huì)積極地對(duì)問題進(jìn)行思考和研究，在小組內(nèi)進(jìn)行討論，并最終解決問題。PBL教學(xué)模式充分發(fā)揮了學(xué)生的主體作用，使其從被動(dòng)接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)。教師是教學(xué)工作的指導(dǎo)者與鼓勵(lì)者，要?jiǎng)?chuàng)造一種生動(dòng)活潑的課堂氛圍，適時(shí)地給予學(xué)生激勵(lì)。

2 "建模教學(xué)

2.1 模型的概念

錢學(xué)森所認(rèn)知的模型猶如一幅細(xì)致的畫卷，描繪了人們分析問題、探究機(jī)理后，提煉主要因素、舍棄次要因素的過程。朱正威等[3]認(rèn)為，模型是一種人們?yōu)樘囟康膶?duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象進(jìn)行的一種簡(jiǎn)化的概括性描述。在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中，物理建模、數(shù)學(xué)建模和概念建模普遍存在。

2.2 建模的概念

對(duì)于建模的概念，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者也存在各自的看法。Hestenes David等[4]指出，構(gòu)建模型的過程本質(zhì)上是解決問題的過程，將其細(xì)分為描述、形式化、分歧以及效化四個(gè)階段。在我國(guó)，蘇州大學(xué)的王焱[5]主張，從廣義上講，建模就是一種過程，一種思想，一種方法，其最終目的是得到相應(yīng)的模型，從而得到相應(yīng)的解決方案。簡(jiǎn)單地說，建模就是對(duì)某一事物建立模型，并對(duì)其進(jìn)行抽象處理，這也就是建模的過程。

中學(xué)生物學(xué)主要包括構(gòu)建真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型、減數(shù)分裂時(shí)染色體的變化模型、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型、血糖調(diào)節(jié)模型和各種概念模型等。

2.3 建模教學(xué)的特點(diǎn)

施瓦爾茨等[6]也提出了建模的關(guān)鍵環(huán)節(jié)：⑴錨定自然現(xiàn)象；⑵構(gòu)建模型；⑶通過實(shí)證驗(yàn)證模型；⑷評(píng)價(jià)模型；⑸檢驗(yàn)?zāi)Ｐ停虎蕦?duì)模型進(jìn)行修正；⑺使用模型來(lái)預(yù)測(cè)或詮釋。在此基礎(chǔ)上，生物學(xué)教育領(lǐng)域的學(xué)者指出，構(gòu)建模型、評(píng)估模型、調(diào)整模型以及應(yīng)用模型是生物學(xué)教育過程的四個(gè)主要環(huán)節(jié)[7]。

在歸納各類建模理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合生物學(xué)學(xué)科自身的特性，總結(jié)出建模教學(xué)的特點(diǎn)：⑴建模教學(xué)不能一蹴而就，要不斷地評(píng)估、修正、應(yīng)用；⑵建模的過程是關(guān)鍵；⑶針對(duì)真實(shí)問題情景進(jìn)行建模教學(xué)；⑷模型不僅能用于已有的知識(shí)，還能在新的情況下重復(fù)使用。

3 "PBL教學(xué)與建模教學(xué)

PBL教學(xué)與建模教學(xué)都是以學(xué)生為主體的建構(gòu)主義教學(xué)方式，兩者之間具有廣泛的內(nèi)在一致性。PBL教學(xué)是以問題解決為導(dǎo)向開展學(xué)習(xí)活動(dòng)，建模教學(xué)就是在提出問題的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生在頭腦中建立模型，教師指導(dǎo)修正模型，其最終目標(biāo)是解決實(shí)際情景問題。另外，PBL和建模都強(qiáng)調(diào)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，需要學(xué)生以小組協(xié)作的方式來(lái)解決問題或構(gòu)建模型，而教師的作用更多的是推動(dòng)和引導(dǎo)的作用。在建模教學(xué)中運(yùn)用PBL教學(xué)法，可以通過精心設(shè)計(jì)問題，以問題為導(dǎo)向，為學(xué)生搭建一個(gè)堅(jiān)實(shí)的學(xué)習(xí)框架，有效地推動(dòng)學(xué)生獨(dú)立建模的能力。

下面舉例針對(duì)三種模型而設(shè)置不同的問題，以問題為導(dǎo)向，進(jìn)而幫助學(xué)生建模。

物理模型是以實(shí)物或圖像的方式再現(xiàn)原型的特性與功能，具有對(duì)物體形象化的優(yōu)勢(shì)。例如，對(duì)“有絲分裂模型”的建構(gòu)可以用以下問題導(dǎo)入：（1）有絲分裂的每一個(gè)階段都有哪些特征？（2）染色體、紡錘體等的結(jié)構(gòu)可以由哪些物質(zhì)來(lái)表示？（3）染色質(zhì)和染色體是怎么相互轉(zhuǎn)換的？

概念模型建立在對(duì)事實(shí)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，經(jīng)過對(duì)其分類與集成，搞清楚各個(gè)層次概念的含義與外延，通過集合、思維導(dǎo)圖、流程圖或概念圖等方法，可以將信息進(jìn)行可視化展示。其優(yōu)勢(shì)在于將知識(shí)或理論與概念間的聯(lián)系以簡(jiǎn)潔的方式表達(dá)出來(lái)。如構(gòu)建光合作用模型，我們可以通過以下問題構(gòu)建：（1）光合可以分為哪些階段？（2）光反應(yīng)過程如何進(jìn)行？（3）暗反應(yīng)過程如何進(jìn)行？（4）光反應(yīng)和暗反應(yīng)的關(guān)系是什么？

數(shù)學(xué)模型是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以科學(xué)實(shí)驗(yàn)為依據(jù)建立的模型。利用表格、曲線、公式等數(shù)學(xué)方式來(lái)表達(dá)生物現(xiàn)象，其優(yōu)勢(shì)在于將事物的發(fā)展和演變通過數(shù)學(xué)方式呈現(xiàn)，這種方式對(duì)鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維具有顯著作用。如，在構(gòu)建種群“J”型生長(zhǎng)曲線模型時(shí)，我們可以通過以下幾個(gè)問題解決：（1）一株細(xì)菌經(jīng)過1～6代后會(huì)有多少個(gè)個(gè)體？（2）細(xì)菌數(shù)目和繁殖代數(shù)有何關(guān)系？請(qǐng)根據(jù)所給的數(shù)據(jù)，寫出每一代的細(xì)菌數(shù)量。（3）以繁殖代數(shù)和細(xì)菌數(shù)作為橫、縱坐標(biāo)，畫出細(xì)菌生長(zhǎng)曲線，這條生長(zhǎng)曲線的特征是什么？這條曲線反映出細(xì)菌怎樣的繁殖趨勢(shì)？

4 "結(jié)語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)不同模型提出的不同問題，教師以問題為導(dǎo)向，層層深入，指導(dǎo)學(xué)生完成模型的結(jié)構(gòu)，其中包括學(xué)生自主構(gòu)建模型，教師指導(dǎo)修改。通過PBL教學(xué)模型與建模教學(xué)的融合應(yīng)用，可以讓他們更好地掌握生物學(xué)知識(shí)，讓學(xué)生親自動(dòng)手設(shè)計(jì)，鍛煉他們的科學(xué)思維能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉夢(mèng)蓮．基于問題式學(xué)習(xí)（PBL）的設(shè)計(jì)[J]．現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2003，15（1）：39-43，64.

[2] BARROWS H S．A taxonomy of problem-based learning methods[J]．Medical Education，1986，20（6）：481-486.

[3] 朱正威．生物必修（必修1）[M]．北京：人民教育出版社，2019.

[4] HESTENES D．Modeling software for learning and doing physics[M]//Thinking Physics for Teaching．Boston，MA：Springer US，1995：25-65.

[5] 王焱．高中生物理建模能力的評(píng)價(jià)研究[D]．蘇州：蘇州大學(xué)，2018.

[6] SCHWARZ C V，WHITE B Y．Metamodeling knowledge： Developing students' understanding of scientific modeling[J]．Cognition and Instruction，2005，23（2）：165-205.

[7] 張晉，畢華林．模型建構(gòu)與建模教學(xué)的理論分析[J]．化學(xué)教育（中英文），2017，38（13）：6.