高中生物學教學中PBL教學模式與建模教學法的融合應用

摘 "要：文章研究了高中生物學教學中問題導向學習（problem-based learning，PBL）教學模式與建模教學法的融合應用。PBL教學模式強調學生主導，通過小組討論解決問題，而建模教學關注模型構建與應用。二者結合，能為學生提供學習框架，促進學生獨立建模，提升學生的科學思維能力。文章通過實例展示了PBL教學模式在構建物理、概念和數學模型中的應用，幫助學生掌握知識，培養學生科學思維的發展。

關鍵詞：PBL教學模式，建模教學，科學思維

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：A 文章編號：1001-0769（2025）01-0116-03

根據《普通高中生物學課程標準》（2017年第1版，2020年修訂）的規定，需要高度重視培養學生的科學思維能力。模型與建模能力是《普通高中生物學課程標準》中“科學思維”要求的能力之一。本研究將問題導向學習（problem-based learning，PBL）教學模式應用于建模教學中，以問題為導向，通過實際問題的回答構建相應的模型。

1 "PBL教學模式

1.1 PBL教學模式的概念

劉夢蓮[1]認為PBL教學模式是一種將學生的學習置于有意義的、實際背景的問題情境中，通過溝通、交流和團隊合作解決實際問題，從而學習問題背后的科學知識，促進合作學習和自主探究技能、高效解決問題能力和批判性思維發展的教學方式。PBL強調以學生為主導，通過自我輔導學習和小組討論來解決問題，教師則作為引導者。與傳統的以教師為中心的教學模式不同，PBL教學模式強調學生的主動參與和自主學習，通過解決實際問題促進知識的掌握和技能的發展[2]。學生通過自主探索，合作討論，實際操作等可培養創新精神，團隊協作技能，解決問題意識，從而調動學生的學習興趣和動力。PBL教育模式是一種以問題為基礎的教育方法，旨在調動學生參與、探索的興趣，并在此過程中培養其獨立思考、批判思維的能力，從而促進學生的全面發展。

1.2 PBL教學模式的特點

1.2.1 以問題為核心

以問題為中心的課堂教學，貫穿于學生的每一個課程環節。在學生進行思考、分析和解決問題的過程中，將已有的知識進行整合，并構建出全新的知識體系。問題是學生學習的內在動力，可以激勵學生積極地進行分析問題與解決問題，并且在這個過程中，還可以促進學生的自學和科學探索能力。PBL教學模式注重的是學生在解題中對知識構建和能力的提升。

1.2.2 學生發揮主體地位

學生會積極地對問題進行思考和研究，在小組內進行討論，并最終解決問題。PBL教學模式充分發揮了學生的主體作用，使其從被動接受轉變為主動學習。教師是教學工作的指導者與鼓勵者，要創造一種生動活潑的課堂氛圍，適時地給予學生激勵。

2 "建模教學

2.1 模型的概念

錢學森所認知的模型猶如一幅細致的畫卷，描繪了人們分析問題、探究機理后，提煉主要因素、舍棄次要因素的過程。朱正威等[3]認為，模型是一種人們為特定目的對認識對象進行的一種簡化的概括性描述。在中學生物學教學中，物理建模、數學建模和概念建模普遍存在。

2.2 建模的概念

對于建模的概念，國內外的學者也存在各自的看法。Hestenes David等[4]指出，構建模型的過程本質上是解決問題的過程，將其細分為描述、形式化、分歧以及效化四個階段。在我國，蘇州大學的王焱[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的模型，從而得到相應的解決方案。簡單地說，建模就是對某一事物建立模型，并對其進行抽象處理，這也就是建模的過程。

中學生物學主要包括構建真核細胞的三維結構模型、減數分裂時染色體的變化模型、DNA雙螺旋結構模型、血糖調節模型和各種概念模型等。

2.3 建模教學的特點

施瓦爾茨等[6]也提出了建模的關鍵環節：⑴錨定自然現象；⑵構建模型；⑶通過實證驗證模型；⑷評價模型；⑸檢驗模型；⑹對模型進行修正；⑺使用模型來預測或詮釋。在此基礎上，生物學教育領域的學者指出，構建模型、評估模型、調整模型以及應用模型是生物學教育過程的四個主要環節[7]。

在歸納各類建模理論的基礎上，結合生物學學科自身的特性，總結出建模教學的特點：⑴建模教學不能一蹴而就，要不斷地評估、修正、應用；⑵建模的過程是關鍵；⑶針對真實問題情景進行建模教學；⑷模型不僅能用于已有的知識，還能在新的情況下重復使用。

3 "PBL教學與建模教學

PBL教學與建模教學都是以學生為主體的建構主義教學方式，兩者之間具有廣泛的內在一致性。PBL教學是以問題解決為導向開展學習活動，建模教學就是在提出問題的基礎上，讓學生在頭腦中建立模型，教師指導修正模型，其最終目標是解決實際情景問題。另外，PBL和建模都強調了學生的自主學習能力，需要學生以小組協作的方式來解決問題或構建模型，而教師的作用更多的是推動和引導的作用。在建模教學中運用PBL教學法，可以通過精心設計問題，以問題為導向，為學生搭建一個堅實的學習框架，有效地推動學生獨立建模的能力。

下面舉例針對三種模型而設置不同的問題，以問題為導向，進而幫助學生建模。

物理模型是以實物或圖像的方式再現原型的特性與功能，具有對物體形象化的優勢。例如，對“有絲分裂模型”的建構可以用以下問題導入：（1）有絲分裂的每一個階段都有哪些特征？（2）染色體、紡錘體等的結構可以由哪些物質來表示？（3）染色質和染色體是怎么相互轉換的？

概念模型建立在對事實進行分析的基礎上，經過對其分類與集成，搞清楚各個層次概念的含義與外延，通過集合、思維導圖、流程圖或概念圖等方法，可以將信息進行可視化展示。其優勢在于將知識或理論與概念間的聯系以簡潔的方式表達出來。如構建光合作用模型，我們可以通過以下問題構建：（1）光合可以分為哪些階段？（2）光反應過程如何進行？（3）暗反應過程如何進行？（4）光反應和暗反應的關系是什么？

數學模型是根據實驗結果，以科學實驗為依據建立的模型。利用表格、曲線、公式等數學方式來表達生物現象，其優勢在于將事物的發展和演變通過數學方式呈現，這種方式對鍛煉學生的科學思維具有顯著作用。如，在構建種群“J”型生長曲線模型時，我們可以通過以下幾個問題解決：（1）一株細菌經過1～6代后會有多少個個體？（2）細菌數目和繁殖代數有何關系？請根據所給的數據，寫出每一代的細菌數量。（3）以繁殖代數和細菌數作為橫、縱坐標，畫出細菌生長曲線，這條生長曲線的特征是什么？這條曲線反映出細菌怎樣的繁殖趨勢？

4 "結語

綜上所述，針對不同模型提出的不同問題，教師以問題為導向，層層深入，指導學生完成模型的結構，其中包括學生自主構建模型，教師指導修改。通過PBL教學模型與建模教學的融合應用，可以讓他們更好地掌握生物學知識，讓學生親自動手設計，鍛煉他們的科學思維能力。

參考文獻

[1] 劉夢蓮．基于問題式學習（PBL）的設計[J]．現代遠程教育研究，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價研究[D]．蘇州：蘇州大學，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．模型建構與建模教學的理論分析[J]．化學教育（中英文），2017，38（13）：6.