摘 "要：文章研究了高中生物學教學中問題導向?qū)W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(diào)學生主導，通過小組討論解決問題，而建模教學關(guān)注模型構(gòu)建與應用。二者結(jié)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(gòu)建物理、概念和數(shù)學模型中的應用，幫助學生掌握知識，培養(yǎng)學生科學思維的發(fā)展。

關(guān)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(jù)《普通高中生物學課程標準》（2017年第1版，2020年修訂）的規(guī)定，需要高度重視培養(yǎng)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?qū)W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(gòu)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(fā)展的教學方式。PBL強調(diào)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(tǒng)的以教師為中心的教學模式不同，PBL教學模式強調(diào)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(fā)展[2]。學生通過自主探索，合作討論，實際操作等可培養(yǎng)創(chuàng)新精神，團隊協(xié)作技能，解決問題意識，從而調(diào)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(chǔ)的教育方法，旨在調(diào)動學生參與、探索的興趣，并在此過程中培養(yǎng)其獨立思考、批判思維的能力，從而促進學生的全面發(fā)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(huán)節(jié)。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(gòu)建出全新的知識體系。問題是學生學習的內(nèi)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(gòu)建和能力的提升。

1.2.2 學生發(fā)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(nèi)進行討論，并最終解決問題。PBL教學模式充分發(fā)揮了學生的主體作用，使其從被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W習。教師是教學工作的指導者與鼓勵者，要創(chuàng)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?yōu)樘囟康膶φJ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(shù)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(nèi)外的學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(gòu)建真核細胞的三維結(jié)構(gòu)模型、減數(shù)分裂時染色體的變化模型、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 建模教學的特點

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(chǔ)上，生物學教育領(lǐng)域的學者指出，構(gòu)建模型、評估模型、調(diào)整模型以及應用模型是生物學教育過程的四個主要環(huán)節(jié)[7]。

在歸納各類建模理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合生物學學科自身的特性，總結(jié)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(guān)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(gòu)主義教學方式，兩者之間具有廣泛的內(nèi)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(chǔ)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(diào)了學生的自主學習能力，需要學生以小組協(xié)作的方式來解決問題或構(gòu)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(shè)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(shè)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(xiàn)原型的特性與功能，具有對物體形象化的優(yōu)勢。例如，對“有絲分裂模型”的建構(gòu)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(jié)構(gòu)可以由哪些物質(zhì)來表示？（3）染色質(zhì)和染色體是怎么相互轉(zhuǎn)換的？

概念模型建立在對事實進行分析的基礎(chǔ)上，經(jīng)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(yōu)勢在于將知識或理論與概念間的聯(lián)系以簡潔的方式表達出來。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(guān)系是什么？

數(shù)學模型是根據(jù)實驗結(jié)果，以科學實驗為依據(jù)建立的模型。利用表格、曲線、公式等數(shù)學方式來表達生物現(xiàn)象，其優(yōu)勢在于將事物的發(fā)展和演變通過數(shù)學方式呈現(xiàn)，這種方式對鍛煉學生的科學思維具有顯著作用。如，在構(gòu)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(jīng)過1～6代后會有多少個個體？（2）細菌數(shù)目和繁殖代數(shù)有何關(guān)系？請根據(jù)所給的數(shù)據(jù)，寫出每一代的細菌數(shù)量。（3）以繁殖代數(shù)和細菌數(shù)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(jié)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(jié)構(gòu)，其中包括學生自主構(gòu)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(shè)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(shè)計[J]．現(xiàn)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(gòu)與建模教學的理論分析[J]．化學教育（中英文），2017，38（13）：6.