淺析生物數學模型方法在高中生物教學中的應用

李芬霞

摘要：近些年來，我國教育事業不斷發展，學校教育的重心已不再局限于考試成績，而是以培養學生的學科素質和學習能力為主要目標。而高中生物是學生在高中時期積累知識、提高自主探究能力的重要學科之一。模型方法是高中生物中要求學生必須掌握的能力之一，它對于學生在生物的學科素質培養具有重要意義，高中生需要深入理解并熟練掌握。

關鍵詞：高中生物；模型方法；數學模型應用

所謂模型是人們因某些特定目的而對認識對象作出的一種概括性描述。模型方法是一種通過對模型進行研究來提示原型的本質及特征的方法，學生在高中階段的生物學習中，需要通過模型法建立相關模型，進而滲透理論知識。其中應用較為廣泛的是數學模型法。下面圍繞高中生物教學中應用的模型方法進行探討。

1.簡述高中生物教學中應用到的模型方法

生物學科中所應用的模型按照其表現形式，可分為以下幾種：物理模型、概念模型、數學模型。

1.1簡述物理模型

物理模型可分為實物模型和類比模型。物理模型主要應用在某些物質的生態結構知識中，例如人教版教材中DNA的雙螺旋結構等部分的模型制作。首先教師需要指導學生選擇材料代表組成DNA分子的幾種成分（磷酸、脫氧核糖和堿基），并思考幾種成分的連接方式。其次是在DNA分子中每個脫氧核苷酸之間的連接。并探究在模型中如何體現DNA分子的兩條脫氧核苷酸鏈反向平行，以及螺旋特征。在進行建模的過程中，學生需要探索脫氧核苷酸鏈間的連接、排列方式，以及堿基配對方式等，這些對于學生熟練掌握這部分生物知識具有重要意義。同時，在探究過程中教師可幫助學生回顧科學家的探索進程，有益于培養學生的操作能力和生物學科素養。

1.2簡述概念模型

概念模型，也稱結構模型，是指運用文字、圖示、符號等方式來描述生命活動的規律或過程。這種模型方法的優勢在于模式簡單，更加直觀。通過箭頭等符號將關鍵詞連接起來，能夠簡潔明了地表達各種事物間的聯系及其本質特征。例如人體的體溫調節過程或者水鹽平衡調節圖解等。通過建立這樣的概念模型，學生可清楚地觀察到在人體各級系統存在的調節過程中，各類激素起到的作用、激素的產生部分和作用部位，以及正反饋和負反饋調節。比如在水鹽平衡調節中，抗利尿激素由下丘腦分泌，由垂體釋放，作用于腎小管、集合管等部位，用于調節人體的水鹽平衡。教師在進行該類模型的教學時，能夠幫助學生熟悉人體的各種調節過程及各類激素的正確應用，并培養學生的生物思維。

2.簡述高中生物中數學模型的應用

2.1數學模型在高中生物教學中的應用

高中生物中應用的數學模型，是指應用數學形式的語言對各種系統變量間的因果關系進行定量或定性的描述。在進行生物學科的相關研究時，數學模型是發現、解決問題和探索規律的有效途徑。在生物學中存在一些較難區分的概念，或者是一些需要較多文字進行敘述的變化關系，此時生物教師可應用數學等式或者數學圖像進行講解。換言之，高中生物教師可通過較簡單的數學公式及圖像，使學生明確一些較復雜的變化過程或數量關系。比如說在哺乳動物生殖細胞進行減數分裂的過程中，在某個階段會出現四分體，它與染色體及染色單體間的關系一直是困擾高中生的重點問題，用數學模型概括就是：1個四分體=2條配對染色體=4條染色單體=8條脫氧核苷酸鏈。

2.2數學模型在生物實例中的應用

在生長素濃度對于植物生長的影響的圖像中，生長素濃度在一定范圍內可促進植物生長，但若濃度過大，會使促進效果降低甚至抑制植物生長。如通過單純的文字敘述，對學生記憶有一定的難度，也不利于教師講解。若用數學圖像進行描述，可在一定程度上減輕生物教師的上課負擔，而學生能夠較容易地記住該圖像，進而通過語言進行描述。又如在資源和空間有限的自然界中，種群增長的“S”型曲線。圖像中的K值為在環境條件不受破壞的情況下，一定空間中所能維持的種群最大數量，也稱為環境容納量。而當種群數量達到K/2值時，其增長速率最大。通過這樣的數學圖像，我們能夠對種群數量的變化過程有所了解，同時K值和K/2值的應用，在野生生物資源的開發與利用及有害生物的防治等方面具有重要意義。

2.3在高中生物中應用數學模型的步驟

在生物學科中應用數學模型，是為了判斷生命活動規律或者總結生命活動規律。高中生物教師在進行構建數學模型的教學時，首先需要引導學生搜集資料和信息，明確相關生物的活動規律。其次，需要引導學生對確定對象的生存條件進行合理假設。假設條件不同所得到的數學模型也不同。然后讓學生根據所做假設分析所研究對象間的因果關系或數量關系，找到其中包含的內在規律并找到適合的數學關系，構建各個變量間的數學結構。最后可能還需進行模型求解與模型修正等步驟。對細菌增殖或種群數量變化過程均可按上述步驟進行數學模型的構造。在這個過程中，學生能夠深入了解所研究對象的生命活動，并對其活動規律進行總結。故而創建數學模型的過程及結果不僅利于學生對生物學科的學習，還能夠培養學生對生命規律的歸納能力，幫助學生探究生物生存的奧秘。

結束語：

模型方法，尤其是數學模型在生物學科中扮演者相當重要的角色。通過構建數學模型，能夠把一些復雜的知識具象化，在一定程度上降低了學習難度。且構建數學模型能夠培養學生的思維邏輯能力和推理能力，故教師在教學中應注意培養學生構建數學模型并進行分析的能力。

參考文獻：

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