省课题|初中生物 “问题 - 建模” 教学模式研究!

分享山东省教育教学研究课题论证活页：“问题 - 建模” 课堂教学模式在初中生物学大概念教学中的建构与实践研究，聚焦生物抽象概念教学痛点，构建教学明线 + 思维暗线双轨模式，配套完整版、轻量化两套落地方案，含情境案例、建模任务单、过程性评价工具，适合生物教师课题申报参考。

“问题 - 建模” 课堂教学模式在初中生物学大概念教学中

的建构与实践研究

选题说明

本课题立足核心素养导向下义务教育生物学课程改革背景，聚焦初中生物学抽象大概念教学的现实痛点。遗传、进化等概念逻辑复杂、抽象程度高，传统讲授式教学容易让学生停留在浅层记忆，难以亲历科学概念生成的完整过程，制约学生科学思维、态度责任等核心素养的落地发展。

本研究的核心概念包含“问题 - 建模” 课堂教学模式、认知冲突、具身建模、模型转化、科学思维。该模式内在结构分为双线：教学明线由设境生疑、建模探析、转化明理、迁移拓知四个环节组成；思维暗线依次为认知冲突、模型思维、概念建构、素养迁移，双线同步推进。

课题旨在构建一套可落地、可推广的初中生物学大概念教学范式，引导学生依托具象建模活动完成经验到抽象概念的跃迁，同步实现知识建构、思维培育与素养提升。

选题依据

（一）国内外相关研究的学术史梳理及研究进展

国外研究以建构主义学习理论、模型认知理论（MBL，Model-Based Learning）为基础，将科学建模视作培育核心素养的重要路径，倡导学生在真实问题情境中完成 “提出问题 — 搭建模型 — 检验修正 — 迁移应用” 的完整探究流程；具身认知相关研究，也证实动手操作能够有效降低抽象概念的理解门槛。国外在模型驱动探究、具身认知助力概念学习方面积累了丰富成果，但现有成果大多面向高等教育与宏观科学教育，缺少对标我国《义务教育生物学课程标准（2022 年版）》大概念框架、适配初中生物课堂的本土化实践方案。

国内相关研究主要分为三条主线：一是初中生物学课堂教学模式研究，围绕情境教学、探究式教学、项目化学习，聚焦学生科学思维培育；二是模型认知与科学建模教学研究，探索利用模型表征、模型建构破解抽象概念教学难题；三是 “问题 - 建模” 教学研究，依托真实情境制造认知冲突，引导学生开展具身建模，借助模型转化推动思维由具象走向抽象。

但当前多数成果局限于单课时课例展示，偏向经验总结，缺少多校、多课型的系统性实证；对于四环节教学模式和大概念教学之间的内在关联，阐释仍不够充分。

（二）相对于已有研究的独到学术价值和应用价值

学术价值层面：相较于省内同类课题，本研究跳出单环节、单课例碎片化研究思路，填补初中生物学 “问题 - 建模” 双轨模式、面向大概念教学的区域性系统化实证空白，完善核心素养导向下初中生物科学思维培育的本土理论体系。

研究选取山东省多所初中开展分层行动研究，融合课例编码、师生访谈、建模作品质性分析、前后测问卷等多源证据，采用三角验证法提升研究结论可靠性。

应用价值层面：一是范式闭环价值，打通设境生疑 — 建模探析 — 转化明理 — 迁移拓知完整教学链条，兼顾知识建构、科学思维、态度责任多维素养目标；二是地域适配价值，立足山东初中生物教学实情，开发完整版（配套学具）、轻量化（纸笔 + 简易材料）两套实施方案，适配不同学校硬件条件与课时安排；三是工具产出价值，配套开发认知冲突情境案例库、具身建模任务单、模型转化表征支架、科学思维过程性评价工具，一线生物教师可直接借鉴复用。

研究内容

（一）主要研究目标

理论目标：厘清 “问题 - 建模” 模式教学明线四环节与思维暗线四进阶的耦合联动机制，阐释该模式推动初中生物学大概念深度建构的内在逻辑，丰富核心素养导向下初中生物学科学思维培育相关理论。

实证目标：面向山东省多所初中开展分层调研，诊断抽象概念教学表层化、问题创设不当、建模活动缺失、模型转化断裂、评价方式单一五大现实问题，厘清不同学校硬件、课时、师资带来的差异化约束条件。

实践目标：搭建 “问题 - 建模” 大概念教学完整实施路径；开发认知冲突情境案例库、具身建模任务单、模型转化表征支架；研制科学思维过程性评价工具，形成完整版、轻量化两套落地实施方案。

长效目标：搭建教师建模教学设计研修机制，打磨适配山东省初中生物课堂、可复制推广的 “问题 - 建模” 大概念教学实践范式。

（二）研究重点与难点

研究重点

（1）解析 “问题 - 建模” 模式教学明线与思维暗线耦合联动机理，明确四个教学环节分别承载认知冲突、模型思维、概念建构、素养迁移四阶思维发展的对应关系；

（2）开展山东省初中生物学课堂现状实证调研，识别五大现实教学矛盾，区分不同学校硬件、课时、师资的差异化约束；

（3）完成四环节教学路径设计：设境生疑，依托真实情境制造认知冲突；建模探析，组织学生开展具身建模操作；转化明理，引导学生完成规范符号表征；迁移拓知，实现跨情境迁移应用。

研究难点

（1）双轨融合落地难点：避免教学明线、思维暗线简单拼接，实现各环节深度联动，保证建模不只是动手活动，真正服务于科学思维发展；

（2）认知冲突的适度创设难点：平衡学生生活经验与学科内在矛盾，冲突强度要适配学情，冲突过强易打击学生信心，冲突偏弱无法激发探究动力，需要针对不同概念设计差异化情境；

（3）具身操作与概念理解的平衡难点：规避建模活动流于形式、热闹化的问题，推动学生从 “动手操作” 走向 “动脑思考”，顺利完成从具象体验到抽象符号的概念建构。

（三）整体框架

本课题研究设置五大模块，遵循现状诊断→理论建构→路径开发→实践验证→成果转化的逻辑链条，层层递进：

模块一：现状调研与问题诊断模块

梳理建模教学、大概念教学相关国内外文献；面向山东省不同办学条件的初中，对生物教师、学生开展问卷、访谈与课堂观察。诊断初中生物大概念教学现存痛点：概念教学浅层化、问题情境质量不足、建模形式单一、具象到抽象转化困难、素养评价单一，梳理不同学校资源差异带来的实施限制，形成现状调研报告。

模块二：理论模型建构模块

以建构主义、模型认知、具身认知理论为根基，借鉴已有 “问题 - 建模” 课堂教学成果，界定核心概念。构建教学明线（设境生疑 — 建模探析 — 转化明理 — 迁移拓知）与思维暗线（认知冲突 — 模型思维 — 概念建构 — 素养迁移）双轨耦合理论模型，阐释双线联动内在机制，划分完整版、轻量化两套方案适用边界，搭建课题理论支撑体系。

模块三：教学路径与工具开发模块

依托理论模型搭建完整教学实施路径，围绕四大教学环节研发配套资源包：认知冲突情境案例库、具身建模任务单、模型转化表征支架；构建以科学思维为核心的过程性评价指标与评价工具；同步开发教师研修方案、集体备课保障机制，为课堂落地提供可操作工具。

模块四：多校试点实践与实证检验模块

选取山东省不同类型初中，开展为期一学年行动研究，划分实验组、对照组，落地 “问题 - 建模” 大概念教学方案。收集课堂实录、学生建模作品、前后测问卷、师生访谈等多源数据，使用三角验证法，检验该模式对学生科学思维、概念理解能力的提升效果；结合试点反馈持续优化教学路径、案例与评价工具。

模块五：成果凝练与区域推广转化模块

汇总试点数据，提炼可复制教学范式，撰写结题总报告、教研论文，汇编课例集、教学资源包；形成面向山东初中生物教学的实操指南。依托区域教研平台，开设公开课、专题教研培训，持续推广成果，搭建成果迭代机制，推动理论成果落地一线课堂。

（四）研究计划及可行性

三年周期研究实施计划

第 1–12 个月（第一年度，理论建模与现状调研）：梳理建模教学、模型认知、大概念教学中外文献；面向山东初中师生开展问卷访谈调研；完成现实矛盾诊断；搭建双轨耦合理论模型，产出 1 篇教研核心期刊阶段性论文。

第 13–24 个月（第二年度，路径工具开发与多校试点）：开发认知冲突情境案例库、具身建模任务单、模型转化表征支架；研制科学思维过程性评价工具；开展多校分层行动研究，采集多源数据迭代教学方案；产出 2 篇生物学教育 / 高教类核心期刊论文、中期试点实验报告。

第 25–36 个月（第三年度，成果凝练与区域转化）：完善教师研修、评价工具配套保障制度；撰写 2 万字结题总报告；编制实操指南；面向山东省初中生物教研群体开展成果宣讲，整理全套案例库、任务单、评价工具，完成结题材料。

研究可行性分析

（1）调研试点可行：依托山东省初中生物教研共同体，对接省内多所初中，顺利开展问卷访谈、并行行动研究试点；

（2）理论实践可行：已有成熟的 “问题 - 建模” 模式研究作为基础，建构主义、模型认知、具身认知理论体系完善；轻量化方案仅依靠纸笔、简易材料，无需昂贵学具硬件；

（3）样本适配可行：设置完整版、轻量化两套方案，充分适配山东初中在课时、资源、师资方面的现实差异。

创新之处

（一）学术观点创新

将 “问题 - 建模” 模式和大概念教学深度对接，提出核心概念深度建构机制：抽象大概念需要经由认知冲突、具身建模、符号转化、迁移验证完整路径完成内化，破解概念教学表层化难题；

提出具身操作与概念理解平衡观点：明确建模操作是发展科学思维的支架，而不是教学目标本身，重在引导学生实现从 “动手做” 到 “动脑思” 的思维跃迁，避免建模活动形式化；

确立科学思维过程性评价导向，以建模作品、符号表征、迁移任务作为核心证据，让模型思维、科学推理这类内隐素养变得可观测，转变只看重知识记忆的单一评价方式。

（二）研究方法创新

采用山东省内分层行动研究法，按照硬件、课时条件划分不同学校，设置对照组、实验组，研究结论贴合山东省域教学实际；

融合课堂课例编码、师生问卷、学生建模作品质性分析的多源证据三角验证法，不只依靠问卷数据，同步对课堂实录、学生建模表征作品质性研判，多维检验科学思维发展成效；

理论模型 — 课堂实践双向迭代研究法：以双轨耦合模型指导教学设计、案例开发，再根据试点课堂反馈反向优化情境案例、任务单、评价指标。

（三）实践路径创新

搭建 “问题 - 建模” 四环节闭环实施流程，覆盖问题驱动 — 模型探究 — 规律提炼 — 应用创新完整链条，同步兼顾知识建构与科学思维培育；

搭建认知冲突情境案例库，针对遗传、进化、生态等不同大概念类型，开发贴近学生生活、蕴含学科内在矛盾的差异化情境；

设计具身建模任务单、模型转化表征支架，规范 “操作 — 记录 — 表征 — 反思” 完整流程，打通建模操作和概念建构之间的衔接路径。

预期成果

（一）成果形式

综合理论成果：学术专著《“问题 - 建模” 课堂教学模式在初中生物学大概念教学中的建构与实践研究》（约 18 万字）；2 万字结题总报告；报送山东省教科院教改建议稿 1 份。

学术论文成果：在生物学教学、教育类核心期刊刊发论文 3 篇，分别围绕双轨耦合理论模型、认知冲突与具身建模设计、多校实证下科学思维培育效果展开。

教改实践成果：《初中生物学 “问题 - 建模” 大概念教学实操指南》；认知冲突情境案例库；具身建模操作任务单；模型转化表征支架；科学思维过程性评价工具包；完整版、轻量化两套试点实施方案；多校试点课例集。

（二）宣传转化路径

教研转化：联合山东省初中生物教研共同体，开展专题教研培训、公开课巡讲，推广全套教改方案；

政策转化：形成资政简报报送山东省教科院，为省内初中生物学大概念教学改革提供实证参考；

试点复制：选取省内两类初中扩大试点规模，打造 “问题 - 建模” 教学改革样板学校；

学术交流：在全国生物学教学、教育科学年会汇报研究成果，和省内同方向课题团队开展研讨交流。