以迭代建模构建高质量复习课的思考与实践

 

林金昌
福建师范大学附属中学

摘要：针对高三复习课知识再现化、思维浅表化的问题，以“减数分裂”为例，提出以迭代建模策略，通过卡牌模拟、教具演示与真实图像辨析，引导学生经历“构建—检验—修正—应用”的科学探究过程，在动态修正模型中深化概念理解、重构认知结构，提升科学思维与实证能力，为素养导向的高质量复习提供可借鉴的实践路径。

《普通高中生物学课程标准(2017年版2025年修订)》明确提出，教学应强化基于事实和证据的模型建构、演绎推理等科学方法训练，助力学生形成生命观念并解决实际问题。模型建构不仅是学习内容，更是重要的科学思维方式。然而，传统的高三复习课普遍存在将知识视为静态、确定内容的倾向，教学多停留于教师讲授、学生听记的层面，模型往往仅作为展示工具，缺乏对概念本质属性的深度挖掘与思维过程的显性呈现^[2]。这种“知识再现”式的复习难以支撑学生高阶思维的发展，亦无法有效回应新高考对科学素养的考查要求。

将“迭代”思想融入模型建构，为破解上述困境提供了新的思路。迭代建模强调知识的动态性与可修正性，视模型为思维载体与探究媒介。学生在教师引导下，主动构建一个初始的、可能不完善甚至错误的解释模型;进而通过获取新信息、分析新证据，对初始模型进行检验、质疑、讨论与修正;经过多次“构建—检验—修正”的循环，使模型逐步逼近科学共识与客观真实。这一过程不仅还原了科学知识的生成逻辑，更能有效促进学生像科学家一样思考与解决问题，实现从“知识再现”到“思维发展”的教学转向，这正是高质量复习课应有的样态。

1 迭代建模的内涵特征及其在高三复习中的适用性

迭代建模并非简单的模型重复操作，其核心在于通过认知冲突驱动模型的持续优化。适用于迭代建模的高三生物学复习内容，通常具备以下特征:其一，是学生易产生深层迷思的核心概念，如“能量可循环”或“基因直接决定性状”，这些前概念构成了模型迭代的起点;其二，内容本身包含理想理论模型与复杂现实情境之间的张力，例如种群增长的J型曲线与真实生态数据间的差距，为模型修正提供了丰富的空间;其三，能够被设计成引发强烈认知冲突的学习任务，通过反例、异常数据或真实证据，促使学生主动质疑并修正原有模型;其四，适合利用可视化工具，如卡牌、磁贴、图像等进行外显化建模，使抽象的思维过程变得可观测、可交流、可评价。

“减数分裂”作为贯穿遗传、变异与进化三大模块的核心概念，高度契合上述特征。其过程高度抽象、逻辑严密，涉及染色体行为、遗传规律和进化意义等多层次理解。学生常囿于机械记忆分裂各期的染色体形态变化，对“染色体如何实现规律性减半”这一核心机制缺乏深度理解，容易形成“随机减半”等直觉性错误模型。因此，“减数分裂”成为应用迭代建模理念开展深度复习的理想载体。

2 “减数分裂”复习中三阶迭代建模的实践路径

笔者围绕“减数分裂如何实现染色体规律性减半”这一核心问题，开展三阶迭代建模活动，旨在推动学生思维从“感知随机”到“理解规律”再到“内化真实”的跃迁(表1)。

表1“减数分裂”迭代建模的阶段设计、核心任务与思维进阶目标

2.1 初建感知性模型，暴露直觉缺陷

学生的前概念常认为“减数分裂就是染色体数目随机减少一半”。为暴露这一直觉模型的缺陷，我们设计了卡牌模拟活动。使用扑克牌代表染色体，模拟一个2n=8的二倍体生物:红桃1—4代表母本染色体，黑桃1—4代表父本染色体。学生小组将8张牌洗匀后随机抽取4张，模拟配子形成，并重复20次。随后，引导学生定义“完整的染色体组”，即包含花色不限的1、2、3、4号染色体各一条，并统计成功获得完整染色体组的概率。纯粹随机分配下，获得完整染色体组的概率极低。

教师随即抛出关键问题:“这样的配子能发育成健康的后代吗?”这一认知冲突迫使学生反思:若要保证遗传信息的完整性，减半绝非随机，而必须遵循某种规律。由此“同源染色体”“染色体组”概念在认知需求中被自然引出。教师进一步拓展蜜蜂孤雌生殖、卵子直接发育成雄蜂的实例，强化染色体组与细胞全能性的关联。

本阶段在此真实问题的驱动下，“同源染色体”与“染色体组”等核心概念不再是抽象定义，而成为解决遗传稳定性的必要工具，实现了从“数量减半”到“成套减半”的认知转折。

2.2 重建规律性模型，理解内在逻辑

认识到“随机不可行”后，学生自然寻求一种能“保证获得完整染色体组”的机制。此时，引导他们将卡牌按同源关系配对，红桃1与黑桃1，红桃2与黑桃2……，再从每一对中随机抽取一张进入子细胞。结果每个子细胞都必然包含1—4号染色体，即一个完整的染色体组。学生由此自主归纳出核心机制:同源染色体联会配对后分离至不同子细胞。

为进一步深化理解，教师使用带有等位基因标记(如A/a,B/b)的磁贴染色体教具，动态演示上述过程(图1)。当同源染色体分离时，其上的等位基因(如A和a)随之分离;当非同源染色体自由组合时，其上的非等位基因(如A和b,a和B)也实现自由组合。直观地将染色体行为与孟德尔分离定律和自由组合定律的细胞学基础相联结。

图1未复制状态下同源染色体配对分离的简化模型，每对同源染色体由不同颜色表示

最后教师总结:以人类(2n=46)为例，一个个体可能产生的配子类型就有2²³种，精子卵细胞随机结合得到的受精卵就有2⁴⁶种。学生深刻体会到，减数分裂通过规律性机制，为遗传多样性创造了巨量可能，为自然选择提供了丰富的原材料。

本阶段学生不仅理解了减数分裂的规律性，更建立起“染色体行为到基因分离与组合再到遗传多样性和生物进化”的宏大逻辑链条，实现了知识的横向贯通与意义建构。

2.3 确证真实性模型，拥抱生物学真实

前两阶段构建的是一个“染色体不复制、细胞分裂一次”的简化理想模型。为推动模型向生物学真实迭代，我们引入了关键的实证证据。教师向学生展示韭菜花粉母细胞减数分裂的连续真实显微图像[3](图2)。学生观察到，染色体先进行复制，形成姐妹染色单体，然后经历两次连续的细胞分裂。这一真实过程与之前的简化模型矛盾，从而引出“染色体复制一次，细胞连续分裂两次”的真实机制。

图2韭菜花粉母细胞减数分裂图像

接着，教师提问:还有没有增加多样性的机制?引导学生聚焦“同源染色体非姐妹染色单体互换”并使用可拆分的染色体磁贴教具直观模拟互换的过程(图3)。

图3复制状态下同源染色体联会、非姐妹染色单体互换简化模型

然后，教师展示光学显微镜下拍摄到的染色体交叉照片及其示意图，让学生将模型操作与真实证据相对应。

最后通过观看减数分裂实拍视频，师生共同总结:减数分裂通过“同源染色体分离”“非同源染色体自由组合”和“同源染色体的非姐妹染色单体互换”三大机制，在确保染色体数目稳定传递的前提下，最大限度地创造了遗传多样性，为有性生殖和生物进化奠定了基石。

本阶段学生在认知以及科学事实前后对比冲突中不断深化对科学本质的探索和理解，他们不仅掌握了知识，更亲历了科学知识如何在证据面前被不断检验与修正的本质过程，其认知模型完成了从“逻辑自洽的理想简化版”到“符合实证的生物学真实版”的迭代跃迁。

3 教学反思与展望

教学的本质在于学生主动参与讨论、建构、修改、评价等教学过程，揭示思维逻辑和知识规律。以迭代建模为核心的复习课，成功地将课堂从“知识重现场”转型为“思维锻造场”。学生在活动中主动辨析了“同源染色体”与“姐妹染色单体”、“分离”与“自由组合”等易混概念，深化了对减数分裂本质的理解，并将其置于“遗传信息传递与表达”的宏观生命观念框架中。更重要的是，学生的批判性思维、演绎推理及实证意识得到了有效激活，能够自主提出如“若先分裂再复制会如何”等富有洞见的问题并进行论证。

当然，高三复习时间紧、任务重，完整的迭代建模过程可能耗时较多，需进一步优化实施策略。例如，可通过“前置学习单”确保学生完成初步的知识梳理，使宝贵的课堂时间集中于解决核心认知冲突与模型修正，实现“精准迭代”。同时，还需提升建模工具与评价机制的适配性，如借助“建模思维记录单”等工具记录学生的思维轨迹，使建模过程可追溯、可评价。

展望未来，迭代建模的应用前景广阔:一方面，可与信息技术深度融合，利用虚拟仿真软件或生物信息学数据库，支持学生调用海量真实数据来验证和优化自己的模型;另一方面，可设计跨章节、跨学科的长周期建模任务，如“遗传信息传递与表达”的大概念模型，以培养学生的系统思维。更进一步，可将迭代建模与社会性科学议题相结合，引导学生在诸如“基因编辑婴儿”等真实、复杂的伦理与科学议题中进行建模、论证与决策，实现科学素养与社会责任的有机统一。

总之，以迭代建模构建高质量复习课，不仅是对传统复习模式的超越，更是对生物学教育本质的回归———即引导学生像科学家一样，在证据与逻辑的指引下，不断探索、修正并逼近对生命世界的真实理解。

来源：林金昌.以迭代建模构建高质量复习课的思考与实践[J].生物学教学,2026,51(8):27-29.