生物學(xué)項(xiàng)目化學(xué)習(xí)中學(xué)生模型建構(gòu)能力的多元培育路徑

【摘 要】在初中生物教學(xué)中教師可以采用單元教學(xué)及跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)等形式，引導(dǎo)學(xué)生在項(xiàng)目化學(xué)習(xí)中提高建模能力、構(gòu)建概念體系、形成生命觀念，在解決真實(shí)問題并完成項(xiàng)目產(chǎn)品中，呈現(xiàn)對(duì)知識(shí)、概念的深度理解和創(chuàng)造性運(yùn)用，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)及關(guān)鍵能力。

【關(guān)鍵詞】初中生物學(xué)；項(xiàng)目化學(xué)習(xí)；模型建構(gòu)；培育路徑；實(shí)踐價(jià)值

【中圖分類號(hào)】G633.91 ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ?【文章編號(hào)】1005-6009（2023）29-0014-04

【作者簡(jiǎn)介】徐婷，南京師范大學(xué)附屬中學(xué)新城初級(jí)中學(xué)怡康街分校（南京，210019）副校長(zhǎng)，一級(jí)教師。

義務(wù)教育階段生物學(xué)課程要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐及態(tài)度責(zé)任，它們相互聯(lián)系交融、相輔相成。其中，科學(xué)思維是形成生命觀念的重要途徑，是科學(xué)探究的重要組成部分，并為學(xué)生形成社會(huì)責(zé)任意識(shí)奠定了基礎(chǔ)。［1］模型建構(gòu)作為發(fā)展科學(xué)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(xué)研究方法。但在實(shí)際教學(xué)中，由于課時(shí)緊、耗時(shí)多、重視度不夠等原因，建模教學(xué)往往被播放動(dòng)畫、視頻或觀察現(xiàn)成的模型取代，這就導(dǎo)致教師不厭其煩地重復(fù)講、手把手教，學(xué)生卻難以理解模型中滲透的生物學(xué)概念與思想。因此，在初中生物學(xué)課程教學(xué)中，教師應(yīng)積極探索以核心素養(yǎng)、學(xué)科大概念為基礎(chǔ)，以項(xiàng)目化學(xué)習(xí)為載體的模型建構(gòu)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生在問題驅(qū)動(dòng)、自主探究、成果展示的學(xué)習(xí)活動(dòng)中，解決實(shí)際問題，提升學(xué)科素養(yǎng)。

一、在單元教學(xué)的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)中學(xué)生模型建構(gòu)能力的培育路徑

《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》中提出，要探索大單元教學(xué)，積極開展主題化、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)等綜合性教學(xué)活動(dòng)。大單元教學(xué)以學(xué)科核心概念為中心，結(jié)合學(xué)生實(shí)際學(xué)情，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合與重組，引導(dǎo)學(xué)生在單元學(xué)習(xí)活動(dòng)中構(gòu)建概念體系。項(xiàng)目化學(xué)習(xí)與大單元教學(xué)有著極高的契合度，能夠相互補(bǔ)充、相互促進(jìn)。指向建模能力培育的單元視野下的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是指教師根據(jù)學(xué)科大概念確定單元教學(xué)主題，并通過驅(qū)動(dòng)性問題引領(lǐng)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施等環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)情境中進(jìn)行模型建構(gòu)、模型應(yīng)用、模型評(píng)價(jià)與修正，從而解決實(shí)際問題、理解學(xué)科本質(zhì)、形成概念體系、提升核心素養(yǎng)。［2］下面，筆者以“生物體的結(jié)構(gòu)層次”學(xué)習(xí)主題為例，闡述在單元教學(xué)的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)中如何培育學(xué)生建模能力。

1.選定項(xiàng)目主題，設(shè)置驅(qū)動(dòng)性問題

“生物體的結(jié)構(gòu)層次”是《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）中的學(xué)習(xí)主題（一），其中包含1個(gè)大概念和2個(gè)重要概念。單元視野下的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)以大概念為抓手，梳理概念體系，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化教學(xué)內(nèi)容。針對(duì)本主題的大概念“生物體具有一定的結(jié)構(gòu)層次，能夠完成各項(xiàng)生命活動(dòng)”，可以設(shè)置驅(qū)動(dòng)性問題“形態(tài)不同、生活環(huán)境各異的生物體，卻有著相似的生命活動(dòng)特征，那么生物體之間有沒有結(jié)構(gòu)及功能上的共同特征？”此外，針對(duì)2個(gè)重要概念也可分別設(shè)置相應(yīng)子問題，通過問題引領(lǐng)學(xué)生在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中開展持續(xù)性思考與實(shí)踐外，也統(tǒng)領(lǐng)單元整體教學(xué)的方向。

2.重構(gòu)教學(xué)單元，明確項(xiàng)目任務(wù)

圍繞項(xiàng)目化主題“生物體的結(jié)構(gòu)層次”及學(xué)科大概念，結(jié)合教材具體內(nèi)容，可將本主題教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)為兩個(gè)教學(xué)單元。

單元一：植物體是統(tǒng)一整體，通過對(duì)植物結(jié)構(gòu)層次的學(xué)習(xí)，以模型的形式構(gòu)建植物體結(jié)構(gòu)層次；單元二：?jiǎn)渭?xì)胞動(dòng)物及人體的結(jié)構(gòu)層次，通過對(duì)植物和人體、單細(xì)胞動(dòng)物結(jié)構(gòu)層異同的比較與分析，加深對(duì)核心概念的理解。

下面筆者以“植物體是統(tǒng)一整體”單元教學(xué)為例，闡述項(xiàng)目化學(xué)習(xí)中學(xué)生建模能力培育的主要策略。

結(jié)合教材內(nèi)容，本單元選取典型植物番茄為研究對(duì)象。筆者首先從宏觀角度引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)番茄植株的主要器官及功能；再以“果實(shí)”這一器官為例，進(jìn)一步觀察、比較構(gòu)成果實(shí)的多種組織細(xì)胞；最后，通過探究番茄植株的分生組織，推理、闡明受精卵經(jīng)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(xié)調(diào)合作，表現(xiàn)出生命現(xiàn)象。在本單元的項(xiàng)目化建?；顒?dòng)中，學(xué)生通過多種形式的模型構(gòu)建（見表1），能夠形成學(xué)科大概念以及結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

3.開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)，重視交流評(píng)價(jià)

模型建構(gòu)是項(xiàng)目化學(xué)習(xí)開展的一種重要實(shí)踐活動(dòng)形式。學(xué)生以模型形式呈現(xiàn)的項(xiàng)目產(chǎn)品，既反映了其對(duì)項(xiàng)目主題大概念的理解，也是其科學(xué)思維及探究實(shí)踐過程的物化體現(xiàn)。因此，在項(xiàng)目學(xué)習(xí)推進(jìn)過程中，教師要重視學(xué)生階段性成果的交流共享，探索多元的、持續(xù)性的評(píng)價(jià)。例如，可以從科學(xué)性、美觀性、創(chuàng)造性、表達(dá)交流等角度評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果；從學(xué)生自評(píng)、互評(píng)、教師評(píng)價(jià)等方面，全面客觀地進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)揮好評(píng)價(jià)的導(dǎo)向性和激勵(lì)性功能。

二、在跨學(xué)科實(shí)踐的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)中學(xué)生模型建構(gòu)能力的培育路徑

新課標(biāo)將“生物學(xué)與社會(huì)·跨學(xué)科實(shí)踐”設(shè)為學(xué)習(xí)主題之一，明確指出教師要充分發(fā)揮學(xué)科綜合育人功能，開展跨學(xué)科教學(xué)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)未來社會(huì)發(fā)展的跨學(xué)科視野及知識(shí)遷移能力?？鐚W(xué)科實(shí)踐與項(xiàng)目化學(xué)習(xí)具有高度的契合性，在跨學(xué)科實(shí)踐中，學(xué)生在教師指導(dǎo)下，基于實(shí)際問題和真實(shí)任務(wù)，以小組合作學(xué)習(xí)的方式，綜合運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程學(xué)和數(shù)學(xué)等學(xué)科的概念、方法和思想解決實(shí)際問題，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意物化。此外，模型制作類跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)作為新課標(biāo)提出的主要活動(dòng)之一，涉及了“結(jié)構(gòu)與功能”“尺度、比例和數(shù)量”“系統(tǒng)與模型”等跨學(xué)科概念。學(xué)生通過該主題的實(shí)踐學(xué)習(xí)，要能夠設(shè)計(jì)并制作模型，從而提升探究實(shí)踐素養(yǎng)。下面，筆者以“眼與視覺”主題為例，闡述在跨學(xué)科實(shí)踐的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)中培育學(xué)生建模能力的策略。［3］

1.依標(biāo)扣本，設(shè)計(jì)項(xiàng)目任務(wù)

新課標(biāo)在模型制作類跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)中提供了參考項(xiàng)目：制作可調(diào)節(jié)的眼球成像模型，提出保護(hù)眼健康的方法。在蘇教版生物學(xué)七年級(jí)下冊(cè)“人體感知信息”一章的學(xué)習(xí)中，學(xué)生需要認(rèn)識(shí)眼球的基本結(jié)構(gòu)及功能，理解視覺形成的過程，了解近視、遠(yuǎn)視眼的成因和矯正等知識(shí)，從而形成愛護(hù)眼睛的意識(shí)，養(yǎng)成良好的用眼習(xí)慣。根據(jù)對(duì)新課標(biāo)和教材的分析，筆者設(shè)計(jì)了主題為“眼與視覺”的跨學(xué)科實(shí)踐項(xiàng)目。（見表2）

2.項(xiàng)目實(shí)踐，親歷建模過程

為保證項(xiàng)目活動(dòng)的有效性，教師需要結(jié)合教學(xué)內(nèi)容及課時(shí)安排等情況，規(guī)劃學(xué)生的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)活動(dòng)，根據(jù)需要可延伸至課外。學(xué)生在課前自主學(xué)習(xí)課本相關(guān)內(nèi)容并觀看微課“牛眼的解剖”，制作眼球結(jié)構(gòu)模型；同時(shí)以小組為單位進(jìn)行學(xué)校眼部疾病人數(shù)及原因的調(diào)查。在課堂學(xué)習(xí)階段，學(xué)生進(jìn)行基于模型的跨學(xué)科項(xiàng)目化實(shí)踐學(xué)習(xí)。通過拆裝眼球模型初步構(gòu)建眼球結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上分享、評(píng)價(jià)與修正自制的眼球模型，最終應(yīng)用模型討論、分析眼球結(jié)構(gòu)的主要功能。此外，學(xué)生還可以利用模型探究近視、遠(yuǎn)視的成因及矯正，主要教學(xué)流程如下。（見下頁表3）

學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目化探究實(shí)踐時(shí)，教師應(yīng)及時(shí)提供學(xué)習(xí)資料或相關(guān)技術(shù)指導(dǎo)，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)利用各種資源、多渠道獲取信息并解決問題。在學(xué)習(xí)小組完成項(xiàng)目活動(dòng)后，教師應(yīng)組織各小組用不同形式來展現(xiàn)研究過程及成果（見圖1、2），并采用多元化的評(píng)價(jià)方式。

項(xiàng)目化探究實(shí)踐活動(dòng)還可以延伸到課后，如小組合作拍攝保護(hù)視力宣傳片、設(shè)計(jì)預(yù)防近視的創(chuàng)意產(chǎn)品等。

3.應(yīng)用模型，實(shí)現(xiàn)學(xué)科融通

雖然眼睛是學(xué)生較為熟悉的器官，但是對(duì)于晶狀體成像方式、晶狀體凸度變化對(duì)視力的影響這些抽象的知識(shí)，學(xué)生還是較難理解。為了引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建視覺形成，近視、遠(yuǎn)視成因及矯正等概念，筆者在教學(xué)中結(jié)合了初中物理教學(xué)中“探究凸透鏡成像的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)，在課上運(yùn)用模型開展了跨學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)。（見圖3）

（1）利用模型探究視覺的形成及調(diào)節(jié)

學(xué)生首先思考模型中的凸透鏡和光屏，相當(dāng)于眼球中的什么結(jié)構(gòu)，然后分別將“F”光源放置于起點(diǎn)、近點(diǎn)、遠(yuǎn)點(diǎn)，嘗試調(diào)節(jié)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?。?，直到找到清晰物像。學(xué)生觀察清晰物像的特點(diǎn)，并記錄下此時(shí)水透鏡注水和抽水的情況。

學(xué)生利用類比思維，將眼球結(jié)構(gòu)與模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，同時(shí)在應(yīng)用模型的過程中認(rèn)識(shí)到眼球成像是先在視網(wǎng)膜先呈現(xiàn)倒立的物像，再經(jīng)過大腦處理后成為正立的像的。其次，學(xué)生會(huì)在比較數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在遠(yuǎn)、近不同點(diǎn)，物像清晰時(shí)水透鏡注水情況并不相同。通過小組內(nèi)的進(jìn)一步探究，學(xué)生可推測(cè)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(diào)節(jié)下改變凸度大小，使人能看清楚遠(yuǎn)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(shè)：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(shè)計(jì)并實(shí)施實(shí)驗(yàn)：看一看（向水透鏡中注水，觀察物像變化）、找一找（移動(dòng)光屏，找到此時(shí)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(xiàn)清晰的物像）。

學(xué)生在模型建構(gòu)的學(xué)習(xí)活動(dòng)中要經(jīng)歷以下探究實(shí)踐過程：

模型準(zhǔn)備——通過觀察、分析模型，建立模型與眼球的關(guān)系，并探索視覺形成的過程及特點(diǎn)；收集相關(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)建“人看遠(yuǎn)近不同物體與晶狀體凸度變化關(guān)系”的數(shù)學(xué)模型。

模型假設(shè)——通過理性分析，結(jié)合模型提出假設(shè)：“晶狀體凸度變大會(huì)引起近視”。

模型建構(gòu)——利用模型構(gòu)建近視形成的原因，并嘗試構(gòu)建近視眼矯正的模型。

模型檢驗(yàn)與應(yīng)用——通過遠(yuǎn)視眼的形成與矯正的類比探究，檢驗(yàn)構(gòu)建的模型；并進(jìn)一步討論模型在研究其他眼部疾病中的使用。

通過項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的模式，在教學(xué)實(shí)踐中貫穿新課標(biāo)理念并積極探索學(xué)科概念、跨學(xué)科概念的整合，對(duì)學(xué)生模型建構(gòu)關(guān)鍵能力的培育具有重要意義，也充分契合了初中生物學(xué)課堂教學(xué)改革和發(fā)展的新要求和新趨勢(shì)。

【參考文獻(xiàn)】

［1］ 中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）［S］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2022：5.

［2］ 鄭林明.初中科學(xué)課程項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的實(shí)踐與反思——以“多層次探索太陽系”為例［J］.江蘇教育，2022（67）：56-58.

［3］ 謝雪錦.高中生物實(shí)驗(yàn)與STEM教育的融合——以“探究生長(zhǎng)素類似物促進(jìn)插條生根的最適濃度”為例［J］.中學(xué)生物學(xué)，2019.35（1）：42-44.