淺談高中生物教學中的模型建構信息化思維

黃國霞

摘 要：高中生物教學中的模型構建思想，是教學由抽象化向立體化轉變的連接橋梁，對幫助學生建構起系統(tǒng)、立體的生物知識體系有著重要的價值。本文在深入探究高中生物模型教法理論內(nèi)涵的基礎上，采用理論結合案例的方法，著重闡述了數(shù)學模型、概念模型在生物教學中應用的信息化策略，最后，從教師提升自我教學素養(yǎng)，學生強化自我探究能力兩個方面出發(fā)，提出了優(yōu)化生物模型教法的建議。

關鍵詞：高中生物 模型教法 數(shù)學Matlab模型 二維概念模型

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：C 文章編號：1672-1578（2017）04-0130-01

1 高中生物模型教法內(nèi)涵解析

1.1 模型教法的界定

模型教法的概念由來久之，早在1931年國外著名的自然系統(tǒng)學專家Bertalanffy便提出了利用模型和微分方程的方法，去探究自然界物質的內(nèi)在聯(lián)系。在生物學的發(fā)展過程中，模型分析法和教學法的案例也處處可見，例如，DNA雙螺旋結構的呈現(xiàn)，便借助了物理模型的分析法，之后這一模型被廣泛應用在現(xiàn)代生物教學中。由此可見，生物學的發(fā)展和演進離不開模型。而具體到模型教法的概念，可根據(jù)前人的研究總結為：運用數(shù)學、物理或概念思想，將抽象的知識體系轉化為具體的直觀事物，幫助學習者建構知識概念的教學策略。

1.2 高中生物教材中的模型資源

《普通高中生物課程標準（實驗稿）》中，對模型建立、模型教法進行了詳細的解釋，并在教學內(nèi)容的編撰中增加了大量的模型實驗教學內(nèi)容，例如，物理模型教學資源內(nèi)容有：制作真核細胞的三維結構模型、氨基酸結構模型、滲透模型等；數(shù)學模型教學資源內(nèi)容有：影響酶活性因素的曲線圖模型、基因頻率計算模型等；概念模型有：血糖調節(jié)模型、生態(tài)系統(tǒng)結構模型、特異性免疫過程模型等。然而，在傳統(tǒng)教學思維下，大多數(shù)高中生物教師進行模型教學時，往往采用“手動”的方法，例如，數(shù)學模型教學中，要求學生手動繪制曲線圖；而在概念模型教學中，在黑板上用粉筆繪制繁瑣的概念結構圖。整體而言，上述方法直觀性差、效率低下，在信息化教學理念不斷深入的今天，借助一些高端、直觀的信息化軟件，構建全新的生物模型教學情境，無疑是一種全新的嘗試。以下，本文將探究具體的教學過程。

2 高中生物教學中的模型建構信息化思維

2.1 在數(shù)學模型中引入Matlab，提升先進性

Matlab是一款由美國Mathworks公司研發(fā)的商業(yè)數(shù)學軟件，能夠用于精確的數(shù)學建模分析，可視化程度十分高。在高中生物課堂模型教學中，引入該款軟件構建精確、可視的生物數(shù)學模型，對于教學效果的提升以及課堂教學的創(chuàng)新無疑有著促進意義。例如，在“減數(shù)分裂”相關章節(jié)教學時，很多老師都會指導學生建立減數(shù)分裂數(shù)學模型，模型的內(nèi)容主要為減數(shù)分裂各階段中DNA和染色體的變化情況，要求學生將變化情況手繪成曲線進行觀察。該種傳統(tǒng)的數(shù)學建模方式可謂費時費力，且容易出現(xiàn)誤差。而采用Matlab軟件構建減數(shù)分裂數(shù)學模型，整個教學過程可做如下安排：

（1）課前，教師根據(jù)減數(shù)分裂各階段中DNA和染色體變化的情況，編訂數(shù)學公式，并將公式導入Matlab軟件中，生成函數(shù)運算式；（2）課中教學時，教師利用多媒體設備為全班學生展示Matlab界面，并輸入DNA和染色體變化的數(shù)據(jù)，利用Matlab中的曲線自動生成功能，一個直觀的能夠反映減數(shù)分裂DNA和染色體變化特征的數(shù)學曲線便能立即生成；（3）教師引導學生走上講臺，自主嘗試改變Matlab程序數(shù)據(jù)，調整模型曲線增長率、傾斜角等參數(shù)，體會生物動態(tài)變化的學習魅力，在此基礎上教會同學運用Matlab構建生物數(shù)學模型的技能。在之后的教學中，讓同學們根據(jù)所學，利用Matlab建立其他生物數(shù)學模型，舉一反三。在上述教學過程中，利用Matlab軟件，教師能夠大大提升生物數(shù)學模型構建的效率，且能夠培養(yǎng)學生的信息化建模技能，相較于傳統(tǒng)的手動建模，Matlab數(shù)學模型的精確度更高，教學的先進性也更為優(yōu)越。

2.2 在概念模型中融入Inspiration，提升直觀性

生物模型構建的優(yōu)勢之一，便是能夠為學習者提供更為直觀的學習體驗，前蘇聯(lián)著名教育家蘇霍姆林斯基曾經(jīng)說過：“為學生提供直觀的教學感受，乃是激發(fā)他們學習動力的重要途徑?！痹诟咧猩锬Ｐ蜆嫿ń虒W中，很多教師會嘗試采用概念模型為學生闡述一些深奧難懂的理論概念，但在具體的操作時，往往采用手繪概念框架圖，或用PPT呈現(xiàn)概念流程圖等形式，相較于傳統(tǒng)的說教式概念教學，該種方式確實有一定的先進性和直觀性，但實質仍然是將文字性的概念內(nèi)容轉化成圖表性的概念內(nèi)容，直觀性仍十分有限，在引導學生有效建構知識體系，提升發(fā)散性思維等方面的效果并不佳。

而引入Inspiration，構建一種動態(tài)信息化的生物概念模型，則能夠起到更為優(yōu)越的效果。Inspiration是美國Inspiration公司開發(fā)的一種專用概念圖軟件，可以將生物學中的理論概念進行剖析，對每一個細小的概念點進行建模重構，生成直觀、二維的概念圖形，且各個節(jié)點的知識都是在模仿人腦記憶規(guī)律的基礎上進行構建的，十分有助于學習者記憶所學知識。例如，在“光合作用”教學中，教師便可利用Inspiration構建“光反應階段”、“碳反應階段”、“影響光合作用因素”三個主要教學內(nèi)容的概念模型，在每個內(nèi)容中，可通過Inspiration軟件中的概念分支，插入一些更為細致的概念內(nèi)容，如：水的光解過程、電子的傳遞和能量轉化、卡爾文實驗等。在Inspiration軟件中，上述所有內(nèi)容都可以圖片、視頻等方式融入概念模型中，學生只要用鼠標點擊相關的知識節(jié)點，便可直觀地體驗學習內(nèi)容，效果十分完美。

3 結語

生物模型雖小，但內(nèi)涵智慧卻大！科學、有效的建模方式對于教學效果的提升意義非凡，當然整個教學中，對教師和學生的要求也相應較高，例如，教師必須不斷提升自我的模型教學技能，學習更多的信息化建模軟件，并有效運用到課堂中；而在建模學習中，學生也必須積極主動地參與其中，多思考、多動手，不斷強化自我的模型學習和探究能力，如此一來，在教學相長的氛圍中優(yōu)化生物模型教學的效果。

參考文獻：

[1] 李希明.建構生物模型突破教學難點[J].中學生物教學，2011，（7）.

[2] 陳自高，梁芳.論建構主義學習理論與數(shù)學建模教學[J]數(shù)學教學與研究，2011，（33）.