■顾琦

图为无锡市第一中学学生在跨学科理科融合课上设计模型

学生的科学思维能力是基础教育科学类学科的培养重点，模型认知和建构则是科学思维培养中的重要内容，也是开展学习活动时学生应形成的关键能力。近年来，无锡市第一中学探索开展“大模型教学”，梳理普通高中物理、化学和生物3个学科的相关模型，在学科内、学科间建立模型的纵向、横向联结，通过对具体模型的认识、理解、建构、解释、评价和修正，引导学生逐步掌握借助模型进行学习和研究的方法。在认知、运用具体模型的过程中，学生完成知识的自觉迁移和进阶，实现证据推理、创新思维等科学思维的深度发展。

搭建研究平台，提升教师研修能力

我校以“1+5+N”的教师发展链型影响模式组建项目教师团队，即以理化生各学科1位核心成员为引领，带动5名左右本学科中青年教师开展项目研究和实施，通过公开课示范、成果分享、交流讲座等方式扩大团队影响，进而带动理化生全体学科组教师共同参与研究与实施。

在此基础上，我校着力建设集“教、学、研、训”于一体的前瞻性教学改革项目研究中心。该中心包括学生活动室、教师研修室和模型研究室。学生活动室主要用于开展模型教学课堂实践活动。教师研修室主要用于开展教研沙龙、团队会议及专家讲座。模型研究室则主要用于教师备课、实验操作及模型研发，以及学生开展课外模型研究活动，包含3个功能板块：数字传感器板块（理化生数字实验室）、三维可视化板块（通过VR等虚拟现实技术实现复杂和微观结构与系统的可视化）、作品展示板块（放置大模型教学实施所用的教具、学生在研究性学习活动及特色课程中制作的手工模型）。

依托平台，项目组在模型制作、搭建与应用方面为学生开发丰富的实践活动和研究性学习课程。例如，结合教学内容和学科特点，物理学科开展“平衡模型制作”“电磁模型小制作”“传感器小制作”，化学学科开展“球棍分子模型制作”和“分子模型搭建”，生物学科开展“细胞模型制作”“DNA模型制作”等。许多学生触摸到实物模型，亲身体会观念模型实物化的过程，对模型的作用有了更深刻的认识。

落实国家课程，深入推动模型教学

国家课程是学校最重要的课程内容，也是“大模型教学”重要的实践领域。

项目组在学科内部沿着“纵向”维度，深入开展模型教学的系统梳理与研究。依据2022年版高中物化生课程标准，按“实物模型”“观念模型”和“数学模型”3类，对现行理化生三科17本高中人教版教材中的模型教学资源进行分类，共梳理模型教学内容225节，包括实物模型28个、观念模型100个、数学模型106个。围绕模型清单，开展课堂教学实践研究课65节。通过课例分析，“实物模型”的课堂教学突出将“宏观”特征与“微观”特性相互联系的学习方式，即强调“宏微”结合与证据推理的科学思维方式；“观念模型”和“数学模型”的课堂教学同样关注证据推理，前者侧重于已有理论的分析延伸或者新理论的突破，后者侧重于寻找关键因素、设计实验、确定量化关系的实证思维。据此，项目组论证模型教学与科学思维发展之间的紧密关联，明确建模学习的4个环节：建构模型、评价模型、修正模型和应用模型。同时，项目组结合教学实际，确定基于模型建构的创新性教学模式：以建构模型、应用模型为主，糅合评价模型和修正模型，通过阶段性任务驱动让学生在实验探究或理论分析中进行学习。

在跨学科领域，项目组从“横向”维度出发，深入挖掘课程潜力。参考《义务教育科学课程标准（2022年版）》的大概念，结合高中阶段主要涉及的理化生模型，对可能实施的模型教学进行整理，初步形成可实施跨学科模型教学的实践清单。同时，摸索出跨学科模型教学两条途径：一是围绕“大概念”，自上而下寻找有共性的学科交叉点；二是从各学科出发，依据梳理分类的模型教学内容自下而上寻找具有共性的模型。

在跨学科教学实践过程中，项目组逐渐探索出较为理想的融合模式，即理化生学科理论整合、理化生实验方案整合、理论探究与实验探究整合的融合课范式。例如，项目组开发实践的理科融合课《“人工肾”探秘——渗透和反渗透原理的应用》，围绕“人工肾”的设计开展活动：运用生物学渗透原理初步设计“人工肾”模型，从大概念能量角度，通过物理、化学、生物以及跨学科综合探究实验，开展对渗透与反渗透的原理深究，并运用反渗透原理优化改良“人工肾”模型设计。

开发特色课程，强化模型应用能力

学校特色课程作为国家课程的补充与拓展，凭借其高度的开放性为大模型教学实践提供了广阔的空间。历经数轮实践与迭代，大模型项目团队开发并实施“理化生大模型研究”“碳的多模型研究”“物理实践研究”“有趣的物理世界”等一系列学校特色选修课程。

“理化生大模型研究”课程汇聚了大模型教学骨干团队的智慧与力量，围绕建模与跨学科主题组织教学内容，旨在将学科知识与科技生活应用相联系，强化学生模型应用与建构能力，使学生能从多学科视角认识现象、发现规律、理解应用。例如“药物设计初探”一课，学生围绕“如何设计药物以确保其顺利抵达肠道并发挥效用，同时避免在口腔、食道及胃部被消化液分解”问题展开讨论设计，并以小组为单位对多酶片和消化酶胶囊进行化学验证实验。

“碳的多模型探索”课程由大模型教学核心成员开发，骨干成员共同参与实施。该课程以“碳”为媒介，从碳的结构、形态与功能特性，到碳基生命，再到碳循环、碳足迹等3个层面组织课程内容，从多个视角建立与碳相关的观念模型与数学模型。将“同一模型在不同学科间的应用”与“不同学科角度建立的不同模型”交叉呈现，让学生体会到模型应用的重要性和灵活性。

“物理实践探究”课程由物理组大模型教学骨干教师开发实施。该课程以“落体运动研究”“绳子最大拉力的测定”“电池的电量显示”“物体的稳度研究”为4大主题，从模型理解、模型修正、模型应用及模型建构等维度开展项目式模型教学，帮助学生深入理解模型、修正模型、应用模型和尝试建构模型。

（作者系无锡市第一中学物理学科组长、高级教师，无锡市学科带头人；本文系省基础教育前瞻性教学改革实验项目“大模型教学：深度发展科学思维的高中理科实践研究”的阶段性成果）