高中生物教学中建模思想的实践运用

张立敏

（泉州市培元中学，福建 泉州 362000）

在高中阶段，学生需要掌握成体系化的生物知识以及科学的生物素养，建模思想的出现可以帮助学生探究生物学的核心概念，寻找事物最本质的联系，并利用模型的方法对所得的知识进行整理回顾。生物建模可以运用数形结合的思想，将数学曲线融入到生物概念的展示中，表示生物在不同时期的变化；还可以利用数学中排列和组合的知识分析生物的迁移；利用归纳建立生物现象之间的规律和联系。在进行具体的教学时，教师需要根据实际生物内容选择适当的模型，帮助学生独立寻找生物学学习思路，探究生命的本质。

一、生物教学中建模思想的运用方式

（一）挖掘教材中的建模素材

生物教材中按照性质可以分为生物概念教学和生物实验教学两部分，这两部分中都可以运用建模思想对学生进行教学。首先，生物概念是学生难以理解的生物内容，部分学生在学习时需要通过机械性记忆的方式进行掌握，建模思想的加入，可以运用数学工具将其中的重要名词进行提炼，把生物的概念转化为形象的数学模型和物理模型。通过提问、探究、验证等环节对模型的合理性进行解答，提高学生解决问题的方式和效率，并对学生的分析、推理能力进行综合运用，运用模型来表述教材中的生物学概念。建模不仅需要对模型本身进行探索，还需要学生根据生物概念建立起来的模型推出生物本质的发展规律，将学生的知识进行扩充，促进学生对概念的精细加工。而生物实验教学中建模思想可以帮助学生调动多种感官，例如可以对实验所得数据进行计算；对实验中的变量和定量进行模型控制。既要培养学生对信息的分析处理能力，又要培养学生创新和实践能力。在学习分子与细胞中，教师可以挖掘教材中的细胞特点以及分子结构，蛋白质、糖类以及细胞中其他的含量结构，帮助学生尝试制作真核细胞的三维结构模型，帮助学生对比生物体的元素，建立分子与细胞的核心关系。

（二）重视学生建模意识的培养

建模思想更倡导学生自主学习，因此，教师需要重视对学生建模意识的培养，让学生通过小组合作、独立探索等方式，自主体验生物概念或实验的推理过程，培养学生在学习生命现象时的理性思维。首先，教师可以帮助学生梳理总结脑海中已有的生物学知识，教授学生绘制模型的方法，利用多媒体、教材内容等丰富建模形式，调动学生主动建模的意识。同时利用数学和物理的方法，寻找学生能够利用的特定工具，为学生创造建模的条件，帮助学生展开情境下的生物探究。教师可以在学生主动学习的基础上，与学生进行深入交流，参与到学生探究生物规律的过程中，为其提供具体的建模指导。例如可以通过问题设置、情感调动等带动学生的主观能动性。例如在学习遗传与变异一章时，教师可以通过设置问题“一对健康的夫妇生有一个患病儿童，该妇女与健康男子再婚的孩子生病的几率是？”让学生运用数学中的概率问题，对其进行计算，得出遗传几率。同时，教师需要引导学生根据计算的过程模拟基因变化的模型，提高学生对相关题型的归纳总结。

（三）指导学生完善建模方法

无论是物理模型还是数学模型，其都对学生的逻辑思维能力具有良好的提升作用。因此，教师需要通过实物、图表，辨析等方式引导学生将生物知识直观的转化成模型。同时利用学生的个性习惯完成生物知识的正向迁移，教师在指导学生完善建模方法之前，需要帮助学生选择适合的模型，然后通过对实例的练习，使学生在不改变原有的生物学结构上将生物经验应用到模型中，充实模型内容。另外，可以通过将模型放置在新的生物知识要素中，调整原有的模型结构，将其总结概括，形成新的高级生物模型，实现学生脑海中生物知识的层次性发展。例如在学习细胞呼吸时，教师可以在学生建立的能量模型之上，绘制有氧呼吸的三个阶段模型，让学生探索每个阶段的方程式和酶的作用，使学生对供能和供原料有一个深入了解。

（四）结合生物学史及实验活动

生物学史和物理学历史、数学史有着不可分割的关系，因此，在培养学生建模能力之前，教师需要帮助学生了解生物学历史中与物理、数学有关联的内容，利用科学家对生物本质的研究过程中提出的结论与物理和数学进行整合，将探索的问题进行抽象化转变，对生物学中反应物体本质的物质、实验的过程以及假想进行论证。教学过程中教师需要对生活中的生物现象进行再加工，再结合具体的实验，弥补实验模型的参照不足，利用模拟模型简化学生在解决实际问题时的难度，帮助学生轻易理解生物知识。教师可以利用数据分析和实验步骤建立抽象型的模型结构，促进学生利用数学的关系图、物理中的物质模型选择解题思路。例如教师可以把达尔文的进化论引入《基因突变与重组》中，让学生用基因突变的概念对其原因进行分析，并搜集达尔文的相关实验资料，探讨基因突变的过程，将其用图表的形式分小组绘制出基因变化的过程，再整合成正确的顺序。

生物学科最重要的是要总结各种生物现象的一般规律，因此，其结合数学和物理工具可以很好的培养学生的理性思维。但由于建模思想需要教师广泛熟知物理和数学知识，因此十分考验教师的教学能力，教师需要再掌握基础知识的基础上运用科学的建模思想，将课堂打造成开放性的探究场所，帮助学生通过模型寻求思路，主动思考生物的价值。