高中生物教學中建模思想的實踐運用

張立敏

（泉州市培元中學，福建 泉州 362000）

在高中階段，學生需要掌握成體系化的生物知識以及科學的生物素養(yǎng)，建模思想的出現(xiàn)可以幫助學生探究生物學的核心概念，尋找事物最本質(zhì)的聯(lián)系，并利用模型的方法對所得的知識進行整理回顧。生物建模可以運用數(shù)形結(jié)合的思想，將數(shù)學曲線融入到生物概念的展示中，表示生物在不同時期的變化；還可以利用數(shù)學中排列和組合的知識分析生物的遷移；利用歸納建立生物現(xiàn)象之間的規(guī)律和聯(lián)系。在進行具體的教學時，教師需要根據(jù)實際生物內(nèi)容選擇適當?shù)哪Ｐ停瑤椭鷮W生獨立尋找生物學學習思路，探究生命的本質(zhì)。

一、生物教學中建模思想的運用方式

（一）挖掘教材中的建模素材

生物教材中按照性質(zhì)可以分為生物概念教學和生物實驗教學兩部分，這兩部分中都可以運用建模思想對學生進行教學。首先，生物概念是學生難以理解的生物內(nèi)容，部分學生在學習時需要通過機械性記憶的方式進行掌握，建模思想的加入，可以運用數(shù)學工具將其中的重要名詞進行提煉，把生物的概念轉(zhuǎn)化為形象的數(shù)學模型和物理模型。通過提問、探究、驗證等環(huán)節(jié)對模型的合理性進行解答，提高學生解決問題的方式和效率，并對學生的分析、推理能力進行綜合運用，運用模型來表述教材中的生物學概念。建模不僅需要對模型本身進行探索，還需要學生根據(jù)生物概念建立起來的模型推出生物本質(zhì)的發(fā)展規(guī)律，將學生的知識進行擴充，促進學生對概念的精細加工。而生物實驗教學中建模思想可以幫助學生調(diào)動多種感官，例如可以對實驗所得數(shù)據(jù)進行計算；對實驗中的變量和定量進行模型控制。既要培養(yǎng)學生對信息的分析處理能力，又要培養(yǎng)學生創(chuàng)新和實踐能力。在學習分子與細胞中，教師可以挖掘教材中的細胞特點以及分子結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)、糖類以及細胞中其他的含量結(jié)構(gòu)，幫助學生嘗試制作真核細胞的三維結(jié)構(gòu)模型，幫助學生對比生物體的元素，建立分子與細胞的核心關系。

（二）重視學生建模意識的培養(yǎng)

建模思想更倡導學生自主學習，因此，教師需要重視對學生建模意識的培養(yǎng)，讓學生通過小組合作、獨立探索等方式，自主體驗生物概念或?qū)嶒灥耐评磉^程，培養(yǎng)學生在學習生命現(xiàn)象時的理性思維。首先，教師可以幫助學生梳理總結(jié)腦海中已有的生物學知識，教授學生繪制模型的方法，利用多媒體、教材內(nèi)容等豐富建模形式，調(diào)動學生主動建模的意識。同時利用數(shù)學和物理的方法，尋找學生能夠利用的特定工具，為學生創(chuàng)造建模的條件，幫助學生展開情境下的生物探究。教師可以在學生主動學習的基礎上，與學生進行深入交流，參與到學生探究生物規(guī)律的過程中，為其提供具體的建模指導。例如可以通過問題設置、情感調(diào)動等帶動學生的主觀能動性。例如在學習遺傳與變異一章時，教師可以通過設置問題“一對健康的夫婦生有一個患病兒童，該婦女與健康男子再婚的孩子生病的幾率是？”讓學生運用數(shù)學中的概率問題，對其進行計算，得出遺傳幾率。同時，教師需要引導學生根據(jù)計算的過程模擬基因變化的模型，提高學生對相關題型的歸納總結(jié)。

（三）指導學生完善建模方法

無論是物理模型還是數(shù)學模型，其都對學生的邏輯思維能力具有良好的提升作用。因此，教師需要通過實物、圖表，辨析等方式引導學生將生物知識直觀的轉(zhuǎn)化成模型。同時利用學生的個性習慣完成生物知識的正向遷移，教師在指導學生完善建模方法之前，需要幫助學生選擇適合的模型，然后通過對實例的練習，使學生在不改變原有的生物學結(jié)構(gòu)上將生物經(jīng)驗應用到模型中，充實模型內(nèi)容。另外，可以通過將模型放置在新的生物知識要素中，調(diào)整原有的模型結(jié)構(gòu)，將其總結(jié)概括，形成新的高級生物模型，實現(xiàn)學生腦海中生物知識的層次性發(fā)展。例如在學習細胞呼吸時，教師可以在學生建立的能量模型之上，繪制有氧呼吸的三個階段模型，讓學生探索每個階段的方程式和酶的作用，使學生對供能和供原料有一個深入了解。

（四）結(jié)合生物學史及實驗活動

生物學史和物理學歷史、數(shù)學史有著不可分割的關系，因此，在培養(yǎng)學生建模能力之前，教師需要幫助學生了解生物學歷史中與物理、數(shù)學有關聯(lián)的內(nèi)容，利用科學家對生物本質(zhì)的研究過程中提出的結(jié)論與物理和數(shù)學進行整合，將探索的問題進行抽象化轉(zhuǎn)變，對生物學中反應物體本質(zhì)的物質(zhì)、實驗的過程以及假想進行論證。教學過程中教師需要對生活中的生物現(xiàn)象進行再加工，再結(jié)合具體的實驗，彌補實驗模型的參照不足，利用模擬模型簡化學生在解決實際問題時的難度，幫助學生輕易理解生物知識。教師可以利用數(shù)據(jù)分析和實驗步驟建立抽象型的模型結(jié)構(gòu)，促進學生利用數(shù)學的關系圖、物理中的物質(zhì)模型選擇解題思路。例如教師可以把達爾文的進化論引入《基因突變與重組》中，讓學生用基因突變的概念對其原因進行分析，并搜集達爾文的相關實驗資料，探討基因突變的過程，將其用圖表的形式分小組繪制出基因變化的過程，再整合成正確的順序。

生物學科最重要的是要總結(jié)各種生物現(xiàn)象的一般規(guī)律，因此，其結(jié)合數(shù)學和物理工具可以很好的培養(yǎng)學生的理性思維。但由于建模思想需要教師廣泛熟知物理和數(shù)學知識，因此十分考驗教師的教學能力，教師需要再掌握基礎知識的基礎上運用科學的建模思想，將課堂打造成開放性的探究場所，幫助學生通過模型尋求思路，主動思考生物的價值。