1. 引言
职业教育是国民教育体系和人力资源开发的重要组成部分。发展职业教育，已经成为世界各国应对经济、社会、人口、环境、就业等方面挑战，实现可持续发展的重要战略选择[1]。如何发展职业教育，怎样培养职业专项人才，国家、学校都在不同层面摸索前行[2]。高本贯通生物基础文化课，旨在将高中生物课程与职业专业生物课程有机结合，构建更为全面、实用的教育体系。传统的生物学教育主要侧重于理论知识的传授，而高本贯通生物课程则致力于实现职业教育从“层次”到“类型”的转变，使学生不仅具备扎实的理论基础，还能够熟练运用这些知识解决实际问题[3] [4]。
在高本贯通生物基础文化课程阶段，模型构建是一种重要的教学方法。通过将生物学知识转化为具体的项目，学生能够更深入地理解和应用这些知识。这种项目式教学能够激发学生的学习兴趣和动机，同时培养其创新思维和实践能力。贯通项目基础文化课程教育阶段由于教学内容知识点零散、抽象概念多，项目化教学示例很少[5]。正因为如此，更应该把零散的知识点、抽象的概念具体化、可视化，通过量化得分，对学生实验操作和职业素养的规范进行评估[6]。本文概括了物理模型构建在贯通生物基础文化课程教学中的应用及构建流程，并以“DNA双螺旋结构模型”为示例，展示物理模型项目式教学的应用和评价，以便为教育工作者提供教学参考。
2. 模型构建在课程教学中的作用
模型是事物本质特征的表征。在贯通项目生物基础文化课程教育阶段，模型构建共分为3种，概念模型、物理模型、数学模型。其中概念模型是生物学领域常用于建构概念的教学手段，主要内容包括“细胞器之间的分工合作”，“基因突变”，“神经系系统的分级调节”等。物理模型主要有“生物膜结构模型”、“真核细胞的三维结构模型”、“DNA双螺旋结构模型”和“减数分裂中染色体变化的模型”等(如图1所示)。数学模型又分为三类：数学公式、曲线、数字模型。生物学是自然学科，具有复杂性和不确定性，因此生物领域的数学模型通常都是理想条件下的。通过模型构建项目化教学，学生运用科学思维，将理论知识与实际操作相结合，激发学生的学习兴趣，提升动手实践能力，同时也有助于培养学生的团队合作意识。利用模型构建将抽象的生物概念具体化，结构可视化，有利于学生直观地感受并理解生命观念，结构和功能之间的关系，进一步拓展生物学的认知。
Figure 1. Teaching content for model building in the integrated biology project
图1. 贯通项目生物课程模型构建的教学内容
3. 物理模型目化教学的基本流程
模型构建项目化教学，通过任务驱动引导学生层层拨开抽象的生物学概念，帮助学生梳理生物结构和功能之间的关系，并提供有效的框架，巩固强化生物概念[7]。物理模型的项目化流程主要分为以下4个步骤制作方案、实施过程、检查交付、评估验证(如图2所示)。教师会根据量化指标对学生的项目实施过程和结果及时做出跟踪评价。
Figure 2. The basic process of model building
图2. 模型构建的基本流程
3.1. 制作方案
(1) 阅读情境描述，画出关键词，明确任务要求；(引导学生扮演职场角色，明确任务要求)
(2) 分析材料的特性，制作工具材料清单；(确定所需材料)
(3) 确定模型的特征和基本结构；(确定模型的结构特征)
(4) 据情境描述，设计模型草图；(对模型成品有预期)
(5) 制定一份完整的模型设计和制作方案。(确保项目有序、高质量完成)
Table 1. Basic structural and functional characteristics of different models
表1. 不同模型的基本结构功能特征
模型 |
序号 |
基本结构 |
特征 |
功能 |
备注 |
*** |
1 |
|
|
|
|
…… |
|
|
|
|
3.2. 实施
(1) 准备制作材料，并为制作准备；
(2) 根据方案和草图的设计，开始模型制作；
(3) 结束任务，提交模型结果，并跟考官沟通展示。
3.3. 检查交付
(1) 完成模型制作报告书(见表1)，对模型进行核对和复盘，检查改进，准备提交；
(2) 提交模型作品，并与考官沟通展示；
(3) 结束任务，做好复位。
3.4. 模型评估与验证
在模型构建完成后，教师需要对模型进行评估和验证，比较模型预测结果与实际数据之间的差异。同时，要求对学生的模型构建过程进行评价。
4. 物理模型构建项目教学示例——DNA双螺旋模型
4.1. DNA双螺旋模型建构项目主体内容分析
基因的本质包括“DNA是主要的遗传物质”、“DNA的结构”、“DNA的复制”、“基因通常是有遗传效应的DNA片段”四部分内容，其中“DNA结构”起到承上启下的作用[3]，为解释基因的本质奠定了夯实的基础。DNA双螺旋模型建构项目实施过程中，首先学生通过情境描述，确定自己的角色和任务要点。此后，通过文献查阅和文本资料、小组讨论等探讨DNA结构的主要特征，并设计模型草图、确认模型的材料清单，最后完成模型的制作、验收、交付、评价和反思。教师在项目实施过程中仅负责引导和评价，全程以学生为主体，培养学生分析问题和解决问题的能力，提高学生的科学思维和科学探究能力，训练小组合作的能力。项目实施过程中，学生的表现评价主要分为专业能力和非专业能力两部分，细分为5个一级指标、25个二级指标[6]-[8]。
4.2. DNA双螺旋模型建构的教学目标
(1) 通过实验和模型构建的方式，让学生更加直观地理解了DNA分子的结构和特点，掌握构建DNA双螺旋模型的方法，促使学生理解模型构建的一般过程(生命观念)。
(2) 以情境描述的方式将学生带入项目情境，总结归纳角色和任务要点；分析材料特性和DNA结构特征，讨论确定材料清单；依据DNA结构特征设计DNA结构草图;探究构建DNA结构模型，完成模型制作报告书(科学思维、科学探究)。
(3) 建构模型的过程，认同科学思维、务实求真科学精神的重要性，培养学生敢于探索、尊重事实的科学思维(科学思维)。
(4) 通过小组分工合作，共同设计并制作模型，培养团结协作的价值取向，增强合作意识，提升团结协作的能力[9] [10]，同时，认同材料环保安全的重要性(社会责任)。
4.3. DNA双螺旋模型建构项目任务及教学流程
在DNA双螺旋模型构建的过程中，将项目拆分为四个任务，分别是制定方案和实施、检查、交付以及评估与验证，具体的活动安排见表2，最终完成DNA模型的构建，巩固DNA模型，理解结构特征，并提升团队合作意识。
Table 2. Project tasks and teaching process
表2. 项目任务及教学流程
|
项目任务 |
学生活动 |
教师支持 |
设计意图 |
任务一：制定方案 |
问题1：明确任务
要求 |
阅读情境描述，划出关键词，确定任务要求 |
提供情境，引导学生明确任务 |
提升学生分析和归纳的能力 |
问题2：分析材料和工具特征 |
阅读文本资料分析材料的特性，制作工具材料
清单 |
提供DNA结构的
文本资料 |
培养学生良好的实验
操作习惯 |
问题3：明确DNA双螺旋模型的结构 |
阅读情境描述和文本资料，写出DNA双螺旋模型的结构特征 |
提供文本资料 |
通过对DNA双螺旋结构的探讨研究，深刻理解结构和功能观的意义 |
问题4：设计模型
草图 |
设计DNA模型草图 |
引导、评价打分 |
讨论设计模型草图，标注重点，培养学生的科学
思维 |
问题5：制定一份完整的DNA模型设计和制作方案 |
根据情境描述和考题资料，学生制定一份完整的模型设计和制作方案。交代清楚从准备到模型交付的具体过程及关键的时间节点 |
引导、解惑和规划
整体时间 |
锻炼学生完成项目的整体认知和团结协作的意识，培养团结协作的集体主义精神 |
任务二：实施 |
准备制作材料 |
明确模型所用仪器、材料和工具等 |
引导和评价 |
为制作做准备 |
开始DNA双螺旋模型制作 |
根据方案和草图的设计，开始模型制作 |
观察和评价 |
提升学生思考和
动手能力 |
模型展示 |
提交模型结果，并跟考官沟通展示 |
评价 |
培养学生的逻辑思维，提升学生表达沟通的能力 |
任务三：检查交付 |
完成DNA模型制作报告书 |
完成DNA模型制作项目的报告书 |
评价 |
训练学生分析问题、
归纳、总结的能力，反思
总结不足 |
提交DNA模型作品 |
沟通展示DNA模型作品 |
评价 |
培养学生的逻辑思维，提升学生表达沟通的能力 |
复位 |
结束任务，做好复位 |
检查、评价 |
养成良好的实验习惯 |
任务四：评估与验证 |
多元评价 |
学生互评 |
教师评价 |
反思、学习、改进 |
4.4. DNA双螺旋模型建构项目学生成果
(1) 一张图阐明DNA的结构特征(图3)
Figure 3. Characteristics of DNA structure
图3. DNA的结构特征
(2) DNA结构模型的作品展示
学生经过45 min课堂设计和DNA模型的制作，90%都可以完成作品的展示和交付。学生制作的模型是具有科学性、观赏性和可行性的，如图4(C)所示，学生用彩色卡纸和订书钉，分别代表了磷酸、脱氧核糖和四种碱基，订书钉的个数代表了碱基之间氢键的个数，并能呈现双螺旋结构，构思巧妙、简洁，用材环保，具有创造性[7]。但是，在这一环节，也发现了学生的易错点，具体内容如下：
① 忽略连接碱基的氢键。A与T之间2个氢键，G与C之间3个氢键相连。如图4(B)所示，并没有表现出氢键。
② 忽略连接核苷酸的磷酸二酯键。如图4(A)所示，虽然标明了氢键，但是忽略了核苷酸之间磷酸二酯键，并没有形成2条DNA链。
③ 多数没有呈现双螺旋结构。多数同学很好地设计了DNA的平面结构，没有充分考虑到DNA的立体结构该如何做。因此当DNA的平面结构完成后，如图4(B)所示，模型已经固化，很难折叠成正确的立体双螺旋结构。
Figure 4. Exhibition of selected student works
图4. 学生部分作品的展示
(3) DNA结构模型制作过程的评价
本项目共设置了五个维度评价学生模型制作过程。包括DNA的结构特征、方案制定、模型制作过程、合作学习和模型展示，部分同学的模型制作过程评价结果如图5所示。
Figure 5. Evaluations by students and teachers on the model-making process of selected students
图5. 学生和教师对部分学生模型制作过程的评价
① 考察学生是否准确理解DNA的结构特征，如双螺旋结构、碱基对的配对规则等。学生是否能在模型中准确地反映这些结构特征，如螺旋的形状、碱基对的排列等。
② 方案制定考察学生的思考和创造能力。学生是否能提出合理的方案，如选择合适的材料和工具、确定模型的比例和尺寸等。他们是否能考虑到制作过程中可能遇到的问题，并提出解决方案。
③ 模型制作过程，可以考察学生的操作技能和耐心程度。学生是否能按照方案进行模型的组装和制作，是否能熟练使用所需的工具，如剪刀、胶水等。他们是否能认真对待每个细节，确保模型的准确性和可视化效果。
④ 合作学习方面的考评，评价学生模型制作过程时，可以考察学生是否能积极参与团队合作，与组员协商和分工合作。他们是否能相互学习和帮助，共同解决遇到的问题。
⑤ 模型展示考察学生的表达能力和理解程度。即学生是否能清晰地介绍模型的结构和特点，是否能回答观众提出的问题，是否能将模型与DNA的结构和功能联系起来，展示出对DNA的深入理解，体现了他们的专业知识和职业素养。
总之，评价学生模型制作过程时应综合考虑DNA的结构特征、方案制定、模型制作、合作学习和模型展示等多个方面，以全面评估学生的模型制作能力和对DNA的理解程度，多数学生评价结果和教师评价结果整体一致。
5. 模型构建项目教学反思及改进建议
模型构建在生物教学中的作用是显而易见的，它能够提高生物现象的可视化效果，激发学生的学习兴趣和动手实践能力，培养学生的团队合作和沟通能力。为了最大化地发挥模型构建的作用，需要不断优化方案，营造良好的教学环境和条件，帮助学生更好地运用模型构建的方法，提高生物教学的效果，完善学生的学习体验。此外，模型构建的技巧应考虑可行性、简化性、注重模型修正与融合提高模型的准确性和适应性[8] [11]。
本项目以模型构建为情境，将文献查阅、资料整合与学生实践操作相结合，多维度的训练和展示，旨在全方位地培养学生的文献检索、合作探究、归纳总结能力以及高阶的思维能力。可以在以下几个方面进行优化：
(1) 给予学生足够的自主性和创造空间，让他们可以根据个人兴趣和想法构建模型，激发他们的创造力和独立思考能力。
(2) 配备专业的教师团队，提供指导和辅导，加强学生对模型构建的理论基础和技术要求的理解。
(3) 配套教学资源，例如教材、视频、实验等，方便学生进行模型构建之前的预习和学习。
综上所述，项目式教学实践考察了学生的团队合作能力、创新能力、沟通能力和专业知识能力，是学生核心素养的综合呈现，随着教育改革的不断深入和职业教育的不断发展，项目化教学将会成为职业教育的重要教学模式之一，它将会在职业教育中发挥越来越重要的作用[10]。项目化教学中加入量化的评价指标，可以规范学生的操作、正确培养学生的科学思维、科学探究。因此，需进一步深化理论和实践研究，探索适合职业院校贯通项目基础文化课程教育阶段的项目化教学模式和实践应用，丰富项目化教学的实践经验，为职业教育的发展做出更大的贡献。
基金项目
1) 北京市职业技术教育学会“十四五”规划2023~2024年教育科学研究立项课题《高端技术技能人才贯通培养项目公共基础课课程思政建设研究》(ZJXH2023015)。
2) 北京农业职业学院2022年教学改革研究项目《贯通项目基础文化课程核心素养研究项目的成果》(202255)。