淺析生物數(shù)學(xué)模型方法在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用

李芬霞

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

關(guān)鍵詞：高中生物；模型方法；數(shù)學(xué)模型應(yīng)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(zhì)及特征的方法，學(xué)生在高中階段的生物學(xué)習(xí)中，需要通過模型法建立相關(guān)模型，進而滲透理論知識。其中應(yīng)用較為廣泛的是數(shù)學(xué)模型法。下面圍繞高中生物教學(xué)中應(yīng)用的模型方法進行探討。

1.簡述高中生物教學(xué)中應(yīng)用到的模型方法

生物學(xué)科中所應(yīng)用的模型按照其表現(xiàn)形式，可分為以下幾種：物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)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(yīng)用在某些物質(zhì)的生態(tài)結(jié)構(gòu)知識中，例如人教版教材中DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)等部分的模型制作。首先教師需要指導(dǎo)學(xué)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(xiàn)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(xué)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(xué)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(xué)生回顧科學(xué)家的探索進程，有益于培養(yǎng)學(xué)生的操作能力和生物學(xué)科素養(yǎng)。

1.2簡述概念模型

概念模型，也稱結(jié)構(gòu)模型，是指運用文字、圖示、符號等方式來描述生命活動的規(guī)律或過程。這種模型方法的優(yōu)勢在于模式簡單，更加直觀。通過箭頭等符號將關(guān)鍵詞連接起來，能夠簡潔明了地表達各種事物間的聯(lián)系及其本質(zhì)特征。例如人體的體溫調(diào)節(jié)過程或者水鹽平衡調(diào)節(jié)圖解等。通過建立這樣的概念模型，學(xué)生可清楚地觀察到在人體各級系統(tǒng)存在的調(diào)節(jié)過程中，各類激素起到的作用、激素的產(chǎn)生部分和作用部位，以及正反饋和負反饋調(diào)節(jié)。比如在水鹽平衡調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)人體的水鹽平衡。教師在進行該類模型的教學(xué)時，能夠幫助學(xué)生熟悉人體的各種調(diào)節(jié)過程及各類激素的正確應(yīng)用，并培養(yǎng)學(xué)生的生物思維。

2.簡述高中生物中數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用

2.1數(shù)學(xué)模型在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用

高中生物中應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型，是指應(yīng)用數(shù)學(xué)形式的語言對各種系統(tǒng)變量間的因果關(guān)系進行定量或定性的描述。在進行生物學(xué)科的相關(guān)研究時，數(shù)學(xué)模型是發(fā)現(xiàn)、解決問題和探索規(guī)律的有效途徑。在生物學(xué)中存在一些較難區(qū)分的概念，或者是一些需要較多文字進行敘述的變化關(guān)系，此時生物教師可應(yīng)用數(shù)學(xué)等式或者數(shù)學(xué)圖像進行講解。換言之，高中生物教師可通過較簡單的數(shù)學(xué)公式及圖像，使學(xué)生明確一些較復(fù)雜的變化過程或數(shù)量關(guān)系。比如說在哺乳動物生殖細胞進行減數(shù)分裂的過程中，在某個階段會出現(xiàn)四分體，它與染色體及染色單體間的關(guān)系一直是困擾高中生的重點問題，用數(shù)學(xué)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(shù)學(xué)模型在生物實例中的應(yīng)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(nèi)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(xué)生記憶有一定的難度，也不利于教師講解。若用數(shù)學(xué)圖像進行描述，可在一定程度上減輕生物教師的上課負擔(dān)，而學(xué)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(huán)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(shù)量，也稱為環(huán)境容納量。而當種群數(shù)量達到K/2值時，其增長速率最大。通過這樣的數(shù)學(xué)圖像，我們能夠?qū)ΨN群數(shù)量的變化過程有所了解，同時K值和K/2值的應(yīng)用，在野生生物資源的開發(fā)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(yīng)用數(shù)學(xué)模型的步驟

在生物學(xué)科中應(yīng)用數(shù)學(xué)模型，是為了判斷生命活動規(guī)律或者總結(jié)生命活動規(guī)律。高中生物教師在進行構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的教學(xué)時，首先需要引導(dǎo)學(xué)生搜集資料和信息，明確相關(guān)生物的活動規(guī)律。其次，需要引導(dǎo)學(xué)生對確定對象的生存條件進行合理假設(shè)。假設(shè)條件不同所得到的數(shù)學(xué)模型也不同。然后讓學(xué)生根據(jù)所做假設(shè)分析所研究對象間的因果關(guān)系或數(shù)量關(guān)系，找到其中包含的內(nèi)在規(guī)律并找到適合的數(shù)學(xué)關(guān)系，構(gòu)建各個變量間的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。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(shù)量變化過程均可按上述步驟進行數(shù)學(xué)模型的構(gòu)造。在這個過程中，學(xué)生能夠深入了解所研究對象的生命活動，并對其活動規(guī)律進行總結(jié)。故而創(chuàng)建數(shù)學(xué)模型的過程及結(jié)果不僅利于學(xué)生對生物學(xué)科的學(xué)習(xí)，還能夠培養(yǎng)學(xué)生對生命規(guī)律的歸納能力，幫助學(xué)生探究生物生存的奧秘。

結(jié)束語：

模型方法，尤其是數(shù)學(xué)模型在生物學(xué)科中扮演者相當重要的角色。通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，能夠把一些復(fù)雜的知識具象化，在一定程度上降低了學(xué)習(xí)難度。且構(gòu)建數(shù)學(xué)模型能夠培養(yǎng)學(xué)生的思維邏輯能力和推理能力，故教師在教學(xué)中應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建數(shù)學(xué)模型并進行分析的能力。

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