建模教學在高中生物課堂教學中的應用策略分析

摘 要：高中生物的課堂教學中，通過建模教學，不僅可以使教師準確地了解到學生對細微物體、抽象概念、發(fā)生過程的具體理解情況，而且還能準確糾正學生在學習時出現(xiàn)的理解偏差，以促使學生更準確地掌握相關知識，了解到生物學的規(guī)律。基于此，文章主要對建模教學在高中生物的教學意義進行分析，并提出相應的應用策略，以促使學生實現(xiàn)高效學習。

關鍵詞：高中生物;建模教學;課堂教學;應用;分析

一、 引言

《普通高中生物課程標準》明確指出：學生需領悟到假說演繹、建立模型等方法及其在研究中的運用，領悟到建立模型、系統(tǒng)分析的科學方法及其應用。考試大綱中也對高考考查的能力進行了準確界定，又明確地說明了建立模型、假說演繹、系統(tǒng)分析等相關研究方法的地位。由此可知，建模是當前高中生必須有效掌握的科學方法。在高中生物的課堂教學中，通過建模教學，不僅能夠對學生通過現(xiàn)象揭示出本質的洞察力、嚴密、簡約的思維品質進行培養(yǎng)，而且還能使學生自身的科學探究力、生物科學理解力得到有效發(fā)展，從而使學生實現(xiàn)高效學習。

二、 建模教學在高中生物教學中的意義及原則

（一）建模教學的意義

1. 激發(fā)學生學習的興趣

學習對象的生動性與課堂氛圍的活躍通常是調動學生學習生物知識興趣與動力的關鍵要素。建模教學的生物知識表達，不僅可以使教學內容實現(xiàn)直觀、生動的表現(xiàn)，而且還能調動學生的感官，以促使學生學習生物知識的積極性與主動性得到有效提高。建模的形式通常是多種多樣的，通過建模處理相關生物問題，不僅可以使知識的學習由復雜變簡單，而且還能由抽象變形象。

2. 學生自主學習力的強化

新課改下，生物教學要求教師轉變傳統(tǒng)的教學思路，將學生作為主體，將教師作為主導，注重學生在具體學習時的主動性。通過建模教學，在學生學習自主性提高的同時，促使學生構建科學思維。學生在對相關生物問題進行解決前，教師需引導學生在大腦中構建問題的映射，以實物或者圖表的形式對問題進行呈現(xiàn)。學生通過不斷的學習后，就可以不使用建模的工具對具體問題進行解決。生物教師則需積極地鼓勵學生進行自主思考、自主探究，為學生留足空間與時間，并經過分組教學，強化學生的合作與交流，促進學生從不同的角度進行取長補短與共同進步，從而為學生營造求真務實、獨立思考的學習氛圍。

（二）建模教學的原則

高中生物的建模必須遵循實用、簡單、相似的原則。對于實用原則而言，其主要指模型建構是有操作性的，構建的模型可以運用到具體教學，而不能僅依賴想象進行模型構建。例如，事物模型的構建，其選擇材料通常是較為常見的。對于簡單原則而言，其主要指化難為易、化繁為簡，促使細微、復雜、抽象的對象轉變?yōu)橄鄬唵蔚哪Ｐ烷_展研究，在高中階段的學習中，由于學生的學習時間較緊張，若模型的構建較為復雜，就缺乏可行性。對于相似原則而言，其主要指模型的構建和研究對象在本質上是相似的，不能歪曲研究對象。構建模型并非是對研究對象實施整體復制，而需根據(jù)研究對象具備的特點、結構，各要素的關聯(lián)性或者過程等實施抽象，并通過模型進行表示。模型并非需具備研究對象具備的全部特征，但本質上是相同的。因此，在高中生物的建模中，教師需注重實用、簡單、相似等原則，確保模型的構建具有可行性與可操作性。

三、 建模教學在高中生物課堂教學中的應用策略

（一）基于實物模型的生物教學

實物模型作為高中生物建模的一種，其主要是通過實物形式對對象的發(fā)生過程或者結構特征進行直觀表達。實物模型的建構重點主要是讓學生把復雜的對象轉變成簡單實物進行實際對象的認識。首先，生物教師需培養(yǎng)學生運用建模法。建模教學屬于較為常見的一種研究方法，其構建模型主要是對研究對象進行模擬，建模的正確性通常需和研究對象實施對比進行驗證。例如，克里克與沃森所構建的DNA雙螺旋結構模型，其和DNA結晶X射線的衍射圖相符，并獲得認可。因此，在生物課堂的教學中，需培養(yǎng)學生注重模型法的運用，這不僅有助于學生充分認識到研究對象，而且還能對學生的生物學科素養(yǎng)進行培養(yǎng)。其次，將實物模型作為依托，對學生具備的空間想象力進行培養(yǎng)。生物教材所給的圖形通常是平面圖，經過抽象研究對象的特征，建構出立體的事物模型。經過對模型進行觀察，不僅可以使學生充分理解到研究對象自身的空間結構，而且還能充分認識到生命的復雜。最后，注重學生討論和課堂上教學進度的關系處理。構建、設計、演示模型，不僅可以使學生在課堂上的參與度以及學習生物知識的積極性得到有效提高，而且還能使學生的思維陷入其中。基于此，生物教師需對每個教學環(huán)節(jié)都預設相應的時間段，并設計好相關的問題，讓學生的思維能夠跟得上教師的思維，從而確保生物教學活動的有效開展。例如，對《基因指導蛋白質的合成》開展教學時，基因蛋白質合成通常分成翻譯與轉錄兩個過程，翻譯屬于該節(jié)課教學的重難點，通常涉及基因、核糖體、tRNA、蛋白質、mRNA、氨基酸等肉眼不可見、細小的物質;而轉錄的過程則比較簡單，可通過和DNA復制開展類比探究的教學。如果運用講授法開展教學，學生通常無法有效理解，而通過多媒體播放，學生又會容易忘記，而通過建模的方法，通過模型進行演示，學生則能夠親自參與其中，不僅可以使學生充分了解生物細胞的發(fā)生情況，而且還不易忘記。

（二）基于概念模型的生物教學

概念模型主要是通過流程圖對研究對象具體機理、生命活動的規(guī)律實施闡述，或者經過其他的手段，對某概念、事實進行認識。概念模型的構建教學通常更注重學生通過相關手段對某個概念進行認識。首先，需注重對學生關注細節(jié)問題的好習慣以及以實驗現(xiàn)象對生物問題進行分析的能力進行培養(yǎng)。例如，對《酵母菌細胞呼吸的方式探究》進行教學時，對細胞呼吸概念模型進行建構時，錐形瓶中除了裝有酵母菌之外，還裝了什么？部分學生認為該瓶子里裝了酵母菌的培養(yǎng)液，卻不了解酵母菌的培養(yǎng)液具體配制，同時，生物教材當中的無氧條件控制能夠怎樣進行改善？這些提問通常是考試當中較為常見的知識點，若學生在實驗中不仔細，就會導致失分。又比如，在實驗中沒有看到重鉻酸鉀的溶液顏色變化，需注重對以下幾點分析：無氧條件的嚴格控制;酸性環(huán)境的創(chuàng)造等。其次，注重對學生科學思維力的培養(yǎng)。建模教學中，生物教師需注重對學生的思維能力進行培養(yǎng)，以促使學生形成科學思維。例如，對《光合作用的探究歷程》開展教學時，部分教師認為該部分內容學生已經在初中學習過，且高考考查的內容主要是光合作用的影響因素、作用及其應用，因此，在課堂的教學時，就會一帶而過。但是，在生物教材中，已經出了較為經典的幾個關于光合作用的探究歷程的實驗，并提出出現(xiàn)什么問題，面對這些問題，科學家應該怎樣解決，通過對該部分內容的有效學習，這通常對學生形成科學思維，并充分了解與掌握相關生物概念有著重要影響。

（三）基于數(shù)學模型的生物教學

數(shù)學模型，主要指通過字母、數(shù)字或其他的數(shù)學符號構建起的曲線圖、方程式等。構建數(shù)學模型的重點就是對生命現(xiàn)象實施量化，通過數(shù)量關系對生命現(xiàn)象實施描述。高中生物的具體教學中，數(shù)學模型的建構所涉及的計算，不僅是高考必考點，而且還是生物學難點。因此，在對該問題進行解決時，生物教師需注重數(shù)學模型的構建。首先，關注建模教學的引導，培養(yǎng)學生形成良好的模型構建習慣。在具體教學時，生物教師需引導學生充分掌握建模的方法，以促使學生通過建模法，對實際問題進行解決。生物教材中的數(shù)學模型構建通常包括pH值、溫度對酶活性的影響曲線圖以及種群數(shù)量產生的變化“J”型、“S”型的曲線圖屬于經過生物實驗獲得相關數(shù)據(jù)，描點作圖，以獲得曲線圖;不同因素對于呼吸作用而影響的曲線圖與細胞的有絲分裂中染色體、DNA的數(shù)目變化的曲線圖，對有絲分裂、呼吸作用過程的數(shù)據(jù)進行分析，并進行描點作圖，獲得曲線圖;對于自由組合的定律9∶3∶3∶1數(shù)學模型而言，其主要是通過對子代形成的配子種類進行分析，配子通過自由組合獲得子二代，并按照基因型推算獲得不同的表現(xiàn)型比例9∶3∶3∶1。因此，在生物課堂的具體教學中，教師可通過問題情境的創(chuàng)設，讓學生以小組實驗的形式獲得相關數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)的聯(lián)系通過曲線圖或者數(shù)學公式進行表示。生物教師還需從整體上對學生思維進行把握，積極引導學生數(shù)學模型的構建方法，并通過建模對練習、考試當中的難點試題進行解決。其次，教師需在問題的解決中，注重學生模型構建的鞏固。例如，自由組合的定律9∶3∶3∶1數(shù)學模型，教師可以在教學結束后，經過相應練習題，對9∶3∶3∶1的不同變式進行了解，從而實現(xiàn)課堂建模的鞏固。

四、 結語

綜上所述，高中生物的建模教學中，教師需注重思維情境的創(chuàng)設，以此使學生獲得足夠感性認識的前提下，以分析概括出理性、抽象的模型。在模型建構中，教師需注重學生的邏輯思維、科學探究、創(chuàng)新思維、發(fā)散思維、信息搜集與處理、新知識獲取等能力的培養(yǎng)，以促使學生的充分掌握相關生物知識的同時，實現(xiàn)分析與解決相關問題的能力提高，從而使學生實現(xiàn)全面發(fā)展。

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作者簡介：

姚篤信，甘肅省白銀市，會寧四中。