高中生物建模教学与生物学科核心素养培养的探讨教学研究课题报告

高中生物建模教学与生物学科核心素养培养的探讨教学研究课题报告目录一、高中生物建模教学与生物学科核心素养培养的探讨教学研究开题报告二、高中生物建模教学与生物学科核心素养培养的探讨教学研究中期报告三、高中生物建模教学与生物学科核心素养培养的探讨教学研究结题报告四、高中生物建模教学与生物学科核心素养培养的探讨教学研究论文高中生物建模教学与生物学科核心素养培养的探讨教学研究开题报告一、课题背景与意义

在新一轮基础教育课程改革深入推进的背景下，生物学科核心素养的培养已成为高中生物教育的核心目标。《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》明确提出，生物学课程旨在培养学生的生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四大核心素养，这要求教学活动必须从传统的知识传授转向对学生高阶思维能力与实践能力的培育。然而，当前高中生物教学中仍存在诸多困境：教学内容抽象化，学生难以理解微观层面的生命过程；教学方式单一化，学生被动接受知识，缺乏主动建构知识体系的机会；评价维度片面化，过度依赖纸笔测试，难以全面反映学生的科学素养发展水平。这些问题的存在，使得核心素养的培养目标在落地过程中面临现实挑战。

生物建模作为一种将复杂生物学问题转化为可视化、可分析模型的教学方法，为破解上述困境提供了有效路径。模型是连接生物学概念与实际现象的桥梁，通过构建模型，学生能够将抽象的生命观念具象化，将零散的生物学知识系统化，在“假设—验证—修正”的过程中深化科学思维，提升探究能力。例如，在“细胞呼吸”教学中，学生通过构建化学反应模型，不仅能直观理解物质与能量的转化过程，还能在模型迭代中培养批判性思维；在“生态系统稳定性”探究中，通过构建概念模型，学生能够系统分析各组分间的相互作用，形成整体性认知。这种以建模为载体的教学活动，天然契合核心素养的培养要求，使学生在主动建构知识的同时，实现思维品质与科学精神的同步提升。

从教育理论层面看，建构主义学习理论强调学习是学习者主动建构意义的过程，而建模教学正是这一理论的具体实践——学生作为学习的主体，通过搜集资料、设计方案、构建模型、交流反思，自主完成对生物学知识的深度加工。从学科发展角度看，生物学本身就是一门以模型研究为核心的学科，从DNA双螺旋结构模型的提出到现代生物进化理论的形成，模型的构建始终推动着生物学的发展。在高中阶段开展建模教学，不仅能帮助学生理解学科本质，更能为其未来学习与研究奠定思维基础。从现实需求角度看，面对“科技强国”“创新驱动发展”的国家战略，培养学生的模型建构能力与科学创新能力已成为教育的紧迫任务，而高中生物建模教学正是回应这一需求的重要举措。

因此，本研究聚焦高中生物建模教学与核心素养培养的内在关联，探索建模教学在提升学生生物学核心素养中的作用机制与实践路径，不仅能为一线教师提供可操作的教学策略，丰富生物学科核心素养培养的理论体系，更能为高中生物课程改革的深化提供实践参考，推动生物学教育从“知识本位”向“素养本位”的真正转型。

二、研究内容与目标

本研究围绕“高中生物建模教学对生物学科核心素养的培养”这一核心主题，重点解决建模教学的内涵界定、实施路径、效果评价及与核心素养的契合机制等问题。研究内容具体包括以下四个维度：

其一，生物建模教学的理论基础与内涵界定。系统梳理建模教学的相关理论，包括建构主义学习理论、认知负荷理论、情境学习理论等，明确生物建模教学的概念内涵、特征要素与基本原则。结合高中生物学科特点，区分物理模型、概念模型、数学模型等不同类型建模活动在核心素养培养中的侧重点，构建“问题驱动—模型构建—交流评价—反思优化”的建模教学一般流程，为实践研究提供理论支撑。

其二，高中生物建模教学的现状调查与分析。通过问卷调查、课堂观察、深度访谈等方法，全面了解当前高中生物建模教学的实施现状。调查对象包括一线生物教师与学生，重点关注教师对建模教学的认知程度、实施频率、面临的困难，以及学生对建模活动的参与度、兴趣水平、能力自评等。通过对调查数据的统计分析，揭示建模教学在实施过程中的主要问题，如教师建模教学能力不足、学生模型建构基础薄弱、教学资源支持欠缺等，为后续教学模式的优化提供现实依据。

其三，基于核心素养的高中生物建模教学模式构建。针对现状调查中发现的问题，结合生物学核心素养的培养要求，设计一套可操作、可推广的建模教学模式。该模式将核心素养目标分解为具体的建模活动任务，例如在“生命观念”培养中，通过构建细胞亚显微结构模型强化结构与功能观；在“科学思维”培养中，通过建立血糖调节模型训练逻辑推理与模型分析能力；在“科学探究”培养中，通过设计“种群数量变化”实验模型提升探究方案设计与实施能力；在“社会责任”培养中，通过构建“环境保护与可持续发展”概念模型引导学生形成生态意识。同时，配套开发建模教学案例库，涵盖分子与细胞、遗传与进化、稳态与调节、生物与环境等必修模块，为教师实施建模教学提供资源支持。

其四，建模教学对学生核心素养培养的效果验证。采用准实验研究法，选取某高中两个平行班级作为实验班与对照班，在实验班实施本研究构建的建模教学模式，对照班采用传统教学方法。通过前后测对比分析，评估建模教学对学生核心素养发展的影响，具体包括：通过生物学核心素养测试卷测评学生的知识掌握与能力提升情况；通过学生建模作品分析其模型建构能力的发展水平；通过学习反思日志与访谈了解学生对建模活动的态度变化与思维发展过程。结合量化数据与质性材料，综合验证建模教学对核心素养培养的有效性，并总结影响效果的关键因素。

本研究的总体目标是：构建一套科学、系统、可操作的高中生物建模教学模式，开发系列化建模教学资源，实证该模式对学生生物学科核心素养的积极影响，为高中生物教师开展建模教学提供实践范例，为生物学核心素养培养的理论研究提供实证支持，最终推动高中生物教学质量与学生素养的协同提升。具体目标包括：形成1份高中生物建模教学现状调查报告，构建1套基于核心素养的建模教学模式，开发10-15个覆盖必修模块的建模教学案例，发表1-2篇相关研究论文，并为教育行政部门推进课程改革提供参考建议。

三、研究方法与步骤

本研究采用理论研究与实践研究相结合、量化分析与质性分析相补充的混合研究方法，确保研究过程的科学性与研究结果的可信度。具体研究方法如下：

文献研究法是本研究的基础方法。通过中国知网、WebofScience、ERIC等数据库，系统收集国内外关于生物建模教学、学科核心素养培养的相关研究文献，梳理建模教学的理论基础、实践模式与评价方法，明确核心素养与建模教学的内在逻辑关联。同时，分析国内外高中生物建模教学的优秀案例，提炼可借鉴的经验与做法，为本研究的设计提供理论支撑与实践参考。

问卷调查法与访谈法用于现状调查环节。自行编制《高中生物建模教学实施现状调查问卷》（教师版与学生版），问卷内容涵盖教师对建模教学的认知、实施情况、困难需求，以及学生对建模活动的参与度、兴趣、能力自评等维度。选取某市3所不同层次高中的50名生物教师与300名学生作为调查对象，采用线上与线下相结合的方式发放问卷，运用SPSS26.0软件对数据进行描述性统计与差异性分析，揭示建模教学的现状特征。访谈法则选取10名一线教师与20名学生进行半结构化访谈，深入了解建模教学实施中的具体问题与深层原因，补充量化数据的不足。

行动研究法是教学模式构建与验证的核心方法。研究者与一线教师组成研究共同体，选取某高中高一年级两个班级作为实验对象，开展为期一学期的教学实践。行动研究遵循“计划—实施—观察—反思”的循环流程：在计划阶段，基于现状调查结果与核心素养目标，设计建模教学方案与教学案例；在实施阶段，按照“问题情境引入—模型构建指导—交流展示评价—反思优化改进”的流程开展教学活动，并收集教学视频、学生作品、课堂观察记录等过程性资料；在观察阶段，通过课堂记录与学生反馈，记录教学过程中的成功经验与存在问题；在反思阶段，组织研究团队对教学实践进行总结，调整优化教学方案，进入下一轮循环，逐步完善建模教学模式。

准实验研究法用于验证建模教学的效果。选取某高中高一年级两个平行班级，随机分为实验班（采用本研究构建的建模教学模式）与对照班（采用传统教学方法）。实验周期为一学期，前测阶段，两组学生均接受生物学核心素养测试卷与建模能力前测，确保基线水平无显著差异；干预阶段，实验班实施建模教学，对照班按原教学计划授课；后测阶段，两组学生同时接受核心素养测试卷、建模能力测试与学习态度问卷。通过独立样本t检验比较两组学生在后测成绩上的差异，分析建模教学对学生核心素养的影响效果。

案例分析法用于深入剖析建模教学的实施过程。选取实验班中的典型建模教学案例（如“DNA分子结构模型构建”“生态系统能量流动模型分析”等），从教学目标、教学过程、学生表现、教学效果等方面进行系统分析，提炼建模教学在不同模块、不同素养目标下的实施策略，为研究结论提供具体例证。

本研究的研究步骤分为三个阶段，具体安排如下：

准备阶段（202X年9月—202X年12月）：完成文献梳理，明确研究问题与理论框架；设计调查问卷与访谈提纲，开展预调查并修订工具；选取实验学校与研究对象，进行前测分析，建立基线数据。

实施阶段（202X年1月—202X年6月）：开展现状调查，收集并分析建模教学实施情况；构建基于核心素养的建模教学模式，开发教学案例；在实验班开展教学实践，进行行动研究循环；收集过程性资料（教学视频、学生作品、反思日志等），定期组织研讨，优化教学方案。

通过以上方法与步骤的系统实施，本研究将实现理论与实践的深度融合，既为高中生物建模教学的开展提供科学依据，也为生物学科核心素养的培育贡献实践智慧。

四、预期成果与创新点

本研究预期将形成一系列兼具理论价值与实践意义的研究成果，为高中生物建模教学与核心素养培养的融合提供系统化支持。在理论层面，预期构建“生物学科核心素养导向的建模教学理论框架”，明确建模教学在生命观念、科学思维、科学探究、社会责任四大素养培养中的作用机制与实施路径，填补当前建模教学与核心素养培养关联性研究的理论空白，推动生物学教育从经验化教学向科学化教学转型。在实践层面，预期开发一套可操作、可推广的“高中生物建模教学模式”，包含教学设计模板、活动流程规范、评价标准等，并形成覆盖必修模块的《高中生物建模教学案例库》（10-15个典型案例），每个案例将结合具体教学内容明确素养目标、建模任务、实施步骤与反思要点，为一线教师提供直接可用的教学资源。此外，预期形成《高中生物建模教学实施现状调查报告》与《建模教学对学生核心素养发展的影响效果分析报告》，揭示当前建模教学的现实困境与优化方向，实证建模教学对核心素养培养的积极效应，为教育行政部门推进课程改革提供数据支撑。

本研究的创新点主要体现在以下四个维度。其一，在理论创新上，突破传统建模教学“重技能轻素养”的局限，构建“素养—建模—教学”三维联动模型，将抽象的核心素养目标转化为具体的建模活动任务，例如通过“DNA复制与转录过程模型”构建强化结构与功能观，通过“种群基因频率变化数学模型”培养逻辑推理与数据分析能力，实现核心素养与建模教学的深度耦合，为生物学核心素养的落地提供新的理论视角。其二，在模式创新上，基于真实情境与问题导向，提出“项目式建模教学模式”，以生物学真实问题（如“校园生态系统稳定性分析”“新冠疫情传播模型模拟”）为驱动，引导学生经历“问题提出—资料搜集—模型设计—构建验证—交流优化”的完整探究过程，打破传统教学中“教师示范、学生模仿”的被动建构模式，激发学生的主动探究意识与创新思维。其三，在评价创新上，建立“多元动态评价体系”，突破纸笔测试的单一评价维度，通过建模作品分析、探究过程记录、小组互评、反思日志等多元方式，全面评估学生的模型建构能力、科学思维发展与社会责任意识，形成“过程性评价+终结性评价”“学生自评+同伴互评+教师点评”相结合的立体化评价机制，为素养导向的教学评价提供实践范例。其四，在理论实践融合创新上，将建构主义学习理论、认知负荷理论与生物学学科特点深度结合，开发“建模教学支架设计策略”，针对不同学情提供差异化的建模支持（如思维导图模板、数据记录表、模型修正指南等），解决建模教学中“学生无从下手”“教师指导缺位”的现实问题，形成具有本土化特色的高中生物建模教学实践路径，为同类研究提供可借鉴的经验。

五、研究进度安排

本研究计划用18个月完成，分为三个阶段，各阶段任务与时间安排如下：

准备阶段（202X年9月—202X年12月）：完成文献系统梳理，明确研究问题与理论框架，撰写《国内外生物建模教学与核心素养培养研究综述》；设计《高中生物建模教学现状调查问卷》（教师版、学生版）与半结构化访谈提纲，开展预调查并修订工具；选取2所高中（1所城市重点高中、1所县域普通高中）作为实验学校，确定研究对象（生物教师20名、学生200名），完成前测数据收集（包括核心素养基线测试、建模能力前测），建立研究数据库。

实施阶段（202X年1月—202X年6月）：开展现状调查，通过问卷调查与深度访谈收集数据，运用SPSS进行统计分析，形成《高中生物建模教学实施现状调查报告》；基于现状调查结果与核心素养目标，构建“项目式建模教学模式”，开发教学设计模板与评价标准；围绕必修模块（分子与细胞、遗传与进化、稳态与调节、生物与环境）设计10-15个建模教学案例，形成《高中生物建模教学案例库（初稿）》；在实验学校开展教学实践，采用行动研究法进行“计划—实施—观察—反思”循环，每周记录教学日志，收集学生建模作品、课堂视频、小组讨论记录等过程性资料；每学期组织2次教学研讨会，邀请一线教师与教研员参与，优化教学模式与案例库。

六、研究的可行性分析

本研究的开展具备充分的理论基础、方法保障与实践条件，可行性主要体现在以下四个方面。

从理论基础看，建模教学与核心素养培养的研究已有坚实的理论支撑。建构主义学习理论强调学习者主动建构知识的过程，为建模教学提供了核心理论依据；生物学核心素养的四大维度（生命观念、科学思维、科学探究、社会责任）在《普通高中生物学课程标准》中有明确界定，为研究提供了目标导向；国内外关于建模教学的研究（如美国NGSS标准中的“实践”维度、我国学者对生物建模教学模式的探索）已形成丰富成果，可为本研究提供方法借鉴与经验参考，确保研究方向的科学性与合理性。

从研究方法看，混合研究法的采用能够确保研究的信度与效度。文献研究法为理论框架构建提供支持；问卷调查法与访谈法可全面揭示建模教学的现状；行动研究法使研究者与实践者深度合作，在真实教学情境中优化模式；准实验研究法通过对照实验验证教学效果，量化与质性数据的结合能够多角度、深层次回答研究问题，方法的科学性为研究质量提供了保障。

从实践基础看，研究团队与实验学校具备良好的合作条件。研究者具有5年以上高中生物教学经验，曾参与省级生物课程改革项目，熟悉建模教学实践与核心素养培养要求；合作学校均为市级示范高中，生物教研组具有较强的教研能力，愿意提供实验班级与教学支持；前期已与学校教师开展小范围建模教学尝试，学生参与积极性高，教学效果初步显现，为研究的顺利开展奠定了实践基础。

从资源保障看，研究具备充分的数据获取与成果推广条件。学校配备多媒体教室、生物实验室、数字化教学平台等硬件设施，支持建模教学活动的开展；研究者可通过学校图书馆、中国知网、WebofScience等数据库获取文献资源，确保研究的理论深度；实验学校所在区域教育行政部门支持课程改革研究，研究成果可通过教研活动、教师培训等途径推广，具有较强的实践应用价值。

高中生物建模教学与生物学科核心素养培养的探讨教学研究中期报告一、引言

本课题聚焦高中生物建模教学与生物学科核心素养培养的内在关联，旨在通过系统化的教学实践探索，破解当前生物学教育中知识传授与素养培育脱节的现实困境。在课程改革深入推进的背景下，生物学教育正经历从“知识本位”向“素养本位”的深刻转型，而建模教学作为连接抽象概念与具象实践的桥梁，为这一转型提供了极具潜力的实践路径。我们深知，生物学核心素养的培育绝非简单的知识叠加，而是需要学生在主动建构知识体系的过程中，潜移默化地形成生命观念、科学思维、科学探究与社会责任。建模教学恰恰通过“问题驱动—模型构建—交流评价—反思优化”的闭环设计，让学生在亲历科学探究的过程中实现思维品质与能力的跃升。

课题启动以来，我们始终怀揣着对教育本质的敬畏与对学生成长的关切，深入一线课堂，与师生共同探索建模教学的实施路径。面对教学中存在的模型建构流于形式、素养目标模糊、评价机制单一等问题，我们坚持理论与实践相结合的原则，在动态调整中逐步完善研究框架。中期阶段的研究工作，既是对前期探索的系统梳理，更是对后续深化的方向指引。我们期待通过这份报告，真实呈现研究过程中的困惑与突破，为同行提供可借鉴的实践经验，也为生物学核心素养的落地生根贡献绵薄之力。

二、研究背景与目标

当前高中生物教学正面临核心素养培养目标与教学实践之间的显著张力。《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》明确将生命观念、科学思维、科学探究和社会责任作为核心素养的四大维度，强调教学活动应超越知识记忆，指向学生高阶思维与实践能力的培育。然而，现实课堂中，抽象的生物学概念（如基因表达调控、生态系统稳定性）仍以单向灌输为主，学生被动接受知识，难以形成结构化认知；评价体系过度依赖纸笔测试，导致科学探究与社会责任等素养维度被边缘化。这种“重知识轻素养”的教学惯性，使得核心素养的培养目标在落地过程中遭遇重重阻碍。

生物建模教学为破解这一困境提供了全新视角。模型作为生物学研究的核心工具，其构建过程本质上是学生对生命现象的抽象化、系统化表征。例如，在“细胞呼吸”教学中，学生通过构建化学反应模型，不仅直观理解物质与能量转化路径，更在模型迭代中深化结构与功能观；在“种群数量变化”探究中，数学模型的建立则训练了学生的逻辑推理与数据分析能力。建模教学通过“做中学”的方式，将核心素养的培养目标转化为可操作、可观察的实践活动，使学生在主动建构知识的同时，实现思维品质与科学精神的同步提升。

本课题的研究目标紧扣核心素养培养的关键环节，具体聚焦三个层面：其一，厘清生物建模教学与核心素养的内在逻辑关联，构建“素养—建模—教学”三维联动模型，明确不同类型建模活动（物理模型、概念模型、数学模型）在生命观念、科学思维等素养培养中的差异化作用机制；其二，开发一套可操作、可推广的高中生物建模教学模式，包括教学设计模板、活动流程规范、评价标准及配套案例库，为一线教师提供直接可用的实践工具；其三，实证建模教学对学生核心素养发展的积极影响，通过量化与质性相结合的方法，揭示建模教学在提升学生模型建构能力、科学探究意识及社会责任感方面的具体效应，为课程改革提供实证支撑。

三、研究内容与方法

本课题的研究内容以“建模教学如何有效培育核心素养”为核心，展开多维度探索。在理论层面，系统梳理建构主义学习理论、认知负荷理论与生物学核心素养的契合点，明确建模教学的概念内涵、特征要素及实施原则。通过分析国内外优秀建模教学案例，提炼不同学段、不同模块建模活动的共性规律，构建“问题情境—模型构建—交流评价—反思优化”的通用教学框架，为实践研究提供理论支撑。

在实践层面，重点开展三项工作：一是现状调查，通过分层抽样选取3所不同层次高中的50名生物教师与300名学生，采用问卷调查与深度访谈相结合的方式，全面掌握建模教学的实施现状、教师认知水平、学生参与度及主要困境，形成《高中生物建模教学实施现状调查报告》；二是模式构建，基于现状调查结果与核心素养目标，设计“项目式建模教学模式”，以生物学真实问题（如“校园生态系统稳定性分析”“新冠疫情传播模型模拟”）为驱动，开发覆盖必修模块的10-15个建模教学案例，每个案例明确素养目标、建模任务、实施步骤与反思要点；三是效果验证，选取2个平行班级开展准实验研究，实验班采用建模教学模式，对照班采用传统教学，通过核心素养测试卷、建模能力测评、学习反思日志等工具，对比分析两组学生在素养发展上的差异。

研究方法采用混合研究范式，确保科学性与实践性的统一。文献研究法奠定理论基础，系统梳理国内外建模教学与核心素养培养的研究成果；问卷调查法与访谈法揭示教学现状，收集量化数据与质性材料；行动研究法则贯穿实践全过程，研究者与一线教师组成研究共同体，通过“计划—实施—观察—反思”的循环迭代，持续优化教学模式；准实验研究法验证教学效果，通过前后测对比分析建模教学的实际效能；案例法则深入剖析典型课例，提炼建模教学在不同素养培养中的实施策略。各方法相互补充，形成“理论—实践—验证”的闭环研究路径，确保研究成果既有理论深度，又有实践温度。

四、研究进展与成果

研究启动至今，我们始终扎根教学实践，在动态调整中稳步推进各项任务。目前已完成文献综述的系统性梳理，形成《国内外生物建模教学与核心素养培养研究综述》，明确建模教学在素养培育中的独特价值，为后续实践奠定理论基础。在现状调查环节，通过分层抽样完成3所高中50名教师与300名学生的问卷调查，结合20名师生的深度访谈，形成《高中生物建模教学实施现状调查报告》。数据显示，85%的教师认可建模教学对素养培养的促进作用，但仅32%能系统实施；学生层面，68%表示对建模活动感兴趣，但面临“不知如何下手”“缺乏建模思维”等实际困难，为教学模式优化提供了精准靶向。

在教学模式构建方面，我们创新提出“项目式建模教学模式”，以真实生物学问题为驱动，开发覆盖必修模块的12个典型案例。例如在“生态系统能量流动”教学中，学生通过构建校园池塘生态系统能量流动模型，不仅深化了物质循环与能量守恒的生命观念，更在数据收集与模型修正中锤炼科学探究能力。配套开发的《高中生物建模教学案例库（初稿）》已包含分子与细胞、遗传与进化等模块的完整教学设计，涵盖素养目标分解、建模任务单、评价量表等实用工具，并在两所实验学校开展三轮行动研究。课堂观察显示，实验班学生模型建构能力较对照班提升显著，小组合作中涌现出“基因表达调控流程图”“血糖调节动态模型”等创新作品，印证了建模教学对高阶思维培养的实效性。

教师专业成长同样取得突破性进展。研究团队与实验学校教师组成教研共同体，开展12次专题研讨，形成《建模教学实施指南》，提炼出“情境创设—问题拆解—支架搭建—迭代优化”四步教学法。参与教师反馈，该模式有效破解了“建模活动碎片化”“素养目标虚化”等痛点，其中3名教师基于研究成果在市级教学竞赛中获奖，带动区域教研氛围的革新。同时，初步建立的“多元动态评价体系”通过建模作品分析、探究过程档案袋、反思日志等工具，实现了对科学思维与社会责任等隐性素养的可视化评估，为素养导向的教学评价提供了实践样本。

五、存在问题与展望

尽管研究取得阶段性进展，但实践中仍面临多重挑战。学生建模能力差异显著成为首要瓶颈，约40%的学生在数据建模、逻辑推理等环节表现薄弱，尤其县域普通高中学生因资源限制更难获得建模训练机会。教师层面，建模教学对跨学科知识整合能力要求较高，部分教师反映“生物建模与数学、信息技术融合不足”，亟需专业培训支持。此外，现有评价体系虽尝试突破纸笔测试局限，但学生社会责任等素养的评估仍缺乏标准化工具，质性分析易受主观因素干扰。

针对上述问题，后续研究将重点突破三大方向：一是开发分层建模支架，针对不同能力水平学生设计阶梯式任务单，如为建模基础薄弱者提供“模板填空式”引导，为能力突出者开放“自主命题式”探究；二是强化跨学科协同，联合数学、信息技术教师组建教研团队，开发“生物-数学建模融合课程”，如通过建立种群数量变化的微分方程模型，强化学科思维迁移；三是深化评价工具创新，引入人工智能辅助分析技术，通过学生建模过程数据挖掘，实现科学思维发展轨迹的动态追踪，提升评价客观性。

六、结语

回望中期历程，我们深刻体会到建模教学不仅是教学方法革新，更是教育理念的重塑。当学生亲手构建DNA双螺旋模型时闪烁的求知目光，当他们在小组辩论中为模型修正据理力争的执着，无不印证着建模教学对生命觉醒的唤醒力量。这些鲜活的教学瞬间，正是核心素养从抽象概念走向具象实践的生动注脚。

研究之路道阻且长，但种子已破土而出。我们坚信，随着“项目式建模教学模式”的持续迭代与评价体系的日臻完善，建模教学终将成为连接生物学知识与学生生命体验的桥梁，让核心素养在真实探究中生根发芽。未来，我们将继续以教育者的热忱与学者的严谨，深耕这片充满希望的田野，为生物学教育从“知识传递”走向“生命启迪”贡献绵薄之力。

高中生物建模教学与生物学科核心素养培养的探讨教学研究结题报告一、引言

本课题历经三年深耕细作，终至结题之际。我们始终怀揣着对生物学教育本质的敬畏之心，在建模教学与核心素养培养的交汇点上，探寻着知识传授与生命启迪的平衡之道。当学生亲手构建DNA双螺旋模型时眼中闪烁的求知光芒，当他们在生态建模辩论中为数据真实性据理力争的执着，无不印证着建模教学对生命觉醒的唤醒力量。这些鲜活的教学瞬间，正是核心素养从抽象概念走向具象实践的生动注脚。

回望研究历程，我们见证了建模教学如何从理论构想破土而出，在真实课堂中生根发芽。从最初的概念界定到模式构建，从现状调查到效果验证，每一步都凝聚着教育者的热忱与学者的严谨。如今，当“项目式建模教学模式”在多所高中落地开花，当《高中生物建模教学案例库》成为教师案头常备的实践指南，我们深切感受到：建模教学不仅是方法革新，更是教育理念的重塑——它让生物学知识不再是冰冷的符号，而是成为学生理解生命、敬畏生命的思维工具。

本报告旨在系统梳理研究全貌，既呈现实证数据支撑的理性成果，也记录教育实践中的感性温度。我们期待通过这份结题报告，为同行提供可复制的实践路径，更为生物学教育从“知识传递”走向“生命启迪”贡献绵薄之力。

二、理论基础与研究背景

建构主义学习理论为本研究奠定了坚实的哲学根基。皮亚杰的“认知建构”与维果茨基的“社会互动”理论揭示了学习本质上是学生主动建构意义的过程，而建模教学正是这一理论在生物学课堂的完美呈现——学生通过搜集资料、设计方案、构建模型、交流反思，将抽象的生命概念转化为可触摸的思维载体。这种“做中学”的范式，天然契合生物学核心素养“生命观念、科学思维、科学探究、社会责任”的培育要求，使素养目标在真实探究中自然生长。

研究背景直指当前生物学教育的深层矛盾。《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》虽已明确素养导向，但现实课堂仍困于“重知识轻素养”的惯性。教师面对“基因表达调控”“生态系统稳定性”等抽象概念时，常陷入“讲不清、学不懂”的困境；学生被动接受碎片化知识，难以形成结构化认知；评价体系过度依赖纸笔测试，导致科学探究与社会责任等素养维度被边缘化。这种“知行割裂”的教学现状，亟需能打通抽象概念与具象实践的桥梁，而生物建模恰是破解此困局的密钥。

生物学学科特性更赋予建模教学天然合法性。从孟德尔的豌豆杂交实验到沃森-克里克的DNA双螺旋模型，从哈代-温伯格平衡到生态位理论，生物学史本身就是一部模型构建史。模型不仅是认知工具，更是学科思维的核心载体。高中阶段开展建模教学，既是对学科本质的回归，更是对学生科学思维基因的唤醒。当学生用数学模型分析种群数量变化，用概念模型梳理物质循环路径，他们不仅在掌握知识，更在习得生物学家的思考方式。

三、研究内容与方法

本研究以“建模教学如何有效培育核心素养”为核心命题，构建了“理论—实践—验证”三位一体的研究框架。在理论层面，系统梳理建模教学与核心素养的内在逻辑，提出“素养—建模—教学”三维联动模型，明确物理模型、概念模型、数学模型在不同素养维度中的差异化作用机制。例如，物理模型（如细胞亚显微结构模型）强化结构与功能观，数学模型（如血糖调节动态模型）训练逻辑推理能力，概念模型（如食物网能量流动图）培养系统思维，为实践设计提供精准导航。

实践层面聚焦三大核心任务：一是现状诊断，通过分层抽样完成5所高中100名教师与600名学生的问卷调查，结合30名师生的深度访谈，绘制出建模教学实施现状图谱；二是模式构建，基于“真实问题驱动”原则，开发覆盖必修模块的15个建模教学案例，形成“情境创设—问题拆解—支架搭建—迭代优化”四步教学法；三是效果验证，选取4个平行班级开展为期一学期的准实验研究，实验班采用建模教学模式，对照班采用传统教学，通过核心素养测试卷、建模能力测评、学习反思日志等多维工具进行追踪评估。

研究方法采用混合研究范式，确保科学性与人文性的统一。文献研究法奠定理论基础，系统梳理国内外建模教学研究脉络；问卷调查法与访谈法揭示教学现状，捕捉师生真实困惑；行动研究法则贯穿实践全过程，研究者与一线教师组成教研共同体，在“计划—实施—观察—反思”的循环迭代中持续优化教学模式；准实验研究法通过前后测对比分析，实证建模教学的实际效能；案例法则深入剖析典型课例，提炼建模教学在不同素养培养中的实施策略。各方法相互印证，形成“数据有支撑、实践有温度、结论有深度”的研究闭环。

四、研究结果与分析

经过三年系统研究，建模教学对生物学科核心素养的培育效应得到多维度验证。准实验数据显示，实验班学生在核心素养后测平均分较对照班提升18.7%（t=4.32，p<0.01），其中科学探究能力提升最为显著（增幅23.5%）。学生建模作品分析表明，85%的实验班学生能独立构建跨模块概念模型（如将基因表达与细胞代谢整合），而对照班该比例仅为42%。质性资料进一步揭示，建模教学重构了课堂生态：在“校园生态系统能量流动”项目中，学生自发设计包含生产者、消费者、分解者的动态模型，通过数学公式量化能量传递效率，其作品在省级科技竞赛中获奖，印证了科学思维与社会责任的协同发展。

教师层面，《建模教学实施指南》在5所试点学校的应用效果显著。参与教师反馈，四步教学法使课堂讨论参与度提升至92%，学生提出的模型修正建议较传统课堂增加3.2倍。典型案例分析发现，当教师采用“支架式建模”策略（如为基因突变建模提供碱基替换数据表），学生模型构建准确率从61%提升至89%。跨学科协同成果同样突出，数学教师协助开发“种群数量变化微分方程”教学模块，使生物建模与数学思维实现深度融合，相关案例被纳入省级教研资源库。

评价体系创新取得突破性进展。建立的“多元动态评价体系”通过建模过程档案袋追踪学生思维发展轨迹，发现实验班学生在模型迭代次数（平均4.2次/人）与反思深度（批判性分析占比67%）上显著优于对照班。人工智能辅助分析工具的应用，使科学思维评估的客观性提升40%，尤其有效捕捉了学生在“血糖调节模型”构建中体现的逻辑推理能力变化曲线。这些实证数据共同印证：建模教学通过具象化抽象概念、结构化碎片知识、可视化思维过程，为核心素养培养提供了可操作、可观测的实践路径。

五、结论与建议

研究证实，建模教学是培育生物学科核心素养的有效载体。其价值不仅在于提升学生模型建构技能，更在于通过真实问题驱动的探究过程，实现生命观念的内化、科学思维的淬炼、探究能力的生长与社会责任的唤醒。当学生将“基因表达调控”转化为动态流程图，将“生态系统稳定性”转化为数学模型，他们掌握的不仅是知识，更是生物学家的思维方式。这种从“知”到“思”再到“行”的跃迁，正是素养培育的本质所在。

基于研究成果，提出三点核心建议：其一，开发分层建模支架体系，针对县域薄弱校学生设计“模板填空式”任务单，为优质校提供“自主命题式”开放课题，破解能力差异导致的实施困境；其二，建立跨学科教研共同体，将数学建模、信息技术深度融入生物教学，开发《生物-数学建模融合课程指南》，推动学科思维迁移；其三，推广“过程性+终结性”双轨评价机制，在省级学业水平测试中增设建模实践模块，使核心素养评价真正落地。

六、结语

站在结题的回望点，那些建模课堂上跃动的思维火花依然清晰可辨。当学生用彩泥捏出细胞器模型时眼中的专注，当他们在模型辩论中为数据真实性据理力争的执着，无不诉说着教育最本真的模样——让知识成为理解生命的钥匙，让探究成为成长必经的旅程。

建模教学的研究虽告一段落，但素养培育的探索永无止境。我们期待这份报告能成为一粒种子，在更多教育者的沃土中生根发芽，让生物学课堂真正成为唤醒生命意识的殿堂，让核心素养在真实探究中绽放出生命应有的光芒。

高中生物建模教学与生物学科核心素养培养的探讨教学研究论文一、背景与意义

在新一轮基础教育课程改革浪潮中，生物学科核心素养的培养已成为高中生物教育的核心命题。《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》明确将生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四大素养列为育人目标，这要求教学活动必须超越传统知识传授，转向对学生高阶思维能力与实践能力的深度培育。然而，现实课堂中抽象的生物学概念（如基因表达调控、生态系统稳定性）仍以单向灌输为主，学生被动接受碎片化知识，难以形成结构化认知；评价体系过度依赖纸笔测试，导致科学探究与社会责任等素养维度被边缘化。这种“知行割裂”的教学困境，亟需能打通抽象概念与具象实践的桥梁，而生物建模教学恰是破解此困局的密钥。

生物建模作为连接生物学理论与现实现象的桥梁，其核心价值在于将抽象的生命观念转化为可触摸的思维载体。从孟德尔的豌豆杂交实验到沃森-克里克的DNA双螺旋模型，从哈代-温伯格平衡到生态位理论，生物学史本身就是一部模型构建史。模型不仅是认知工具，更是学科思维的核心载体。高中阶段开展建模教学，既是对学科本质的回归，更是对学生科学思维基因的唤醒。当学生用数学模型分析种群数量变化，用概念模型梳理物质循环路径，他们不仅在掌握知识，更在习得生物学家的思考方式。这种“做中学”的范式，天然契合核心素养培育要求，使素养目标在真实探究中自然生长。

建模教学的意义远不止于方法革新，它更是一场教育理念的重塑。当学生亲手构建DNA双螺旋模型时眼中闪烁的求知光芒，当他们在生态建模辩论中为数据真实性据理力争的执着，无不印证着建模教学对生命觉醒的唤醒力量。这些鲜活的教学瞬间，正是核心素养从抽象概念走向具象实践的生动注脚。在“科技强国”“创新驱动发展”的国家战略背景下，培养学生的模型建构能力与科学创新能力已成为教育的紧迫任务，而高中生物建模教学正是回应这一需求的重要实践路径，推动生物学教育从“知识传递”走向“生命启迪”。

二、研究方法

本研究采用混合研究范式，构建“理论—实践—验证”三位一体的研究框架，确保科学性与人文性的统一。文献研究法奠定理论基础，系统梳理国内外建模教学与核心素养培养的研究脉络，明确建构主义学习理论与生物学学科特性的契合点，为研究设计提供理论支撑。问卷调查法与访谈法揭示教学现状，通过分层抽样完成5所高中100名教师与600名学生的问卷调查，结合30名师生的深度访谈，绘制出建模教学实施现状图谱，捕捉师生真实困惑。

行动研究法贯穿实践全过程，研究者与一线教师组成教研共同体，在真实课堂中开展“计划—实施—观察—反思”的循环迭代。基于“真实问题驱动”原则，开发覆盖必修模块的15个建模教学案例，形成“情境创设—问题拆解—支架搭建—迭代优化”四步教学法，持续优化教学模式。准实验研究法则通过前后测对比分析，实证建模教学的实际效能。选取4个平行班级开展为期一学期的对照实验，实验班采用建模教学模式，对照班采用传统教学，通过核心素养测试卷、建模能力测评、学习反思日志等多维工具进行追踪评估，量化分析建模教学对素养发展的促进效应。

案例法则深入剖析典