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浅谈高中生物教学中的模型建构信息化思维

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黄国霞

摘要：高中生物教学中的模型构建思想，是教学由抽象化向立体化转变的连接桥梁，对帮助学生建构起系统、立体的生物知识体系有着重要的价值。本文在深入探究高中生物模型教法理论内涵的基础上，采用理论结合案例的方法，着重阐述了数学模型、概念模型在生物教学中应用的信息化策略，最后，从教师提升自我教学素养，学生强化自我探究能力两个方面出发，提出了优化生物模型教法的建议。

关键词：高中生物模型教法数学Matlab模型二维概念模型

：G633.91：C：1672-1578（2017）04-0130-01

1高中生物模型教法内涵解析

1.1模型教法的界定

模型教法的概念由来久之，早在1931年国外著名的自然系统学专家Bertalanffy便提出了利用模型和微分方程的方法，去探究自然界物质的内在联系。在生物学的发展过程中，模型分析法和教学法的案例也处处可见，例如，DNA双螺旋结构的呈现，便借助了物理模型的分析法，之后这一模型被广泛应用在现代生物教学中。由此可见，生物学的发展和演进离不开模型。而具体到模型教法的概念，可根据前人的研究总结为：运用数学、物理或概念思想，将抽象的知识体系转化为具体的直观事物，帮助学习者建构知识概念的教学策略。

1.2高中生物教材中的模型资源

《普通高中生物课程标准（实验稿）》中，对模型建立、模型教法进行了详细的解释，并在教学内容的编撰中增加了大量的模型实验教学内容，例如，物理模型教学资源内容有：制作真核细胞的三维结构模型、氨基酸结构模型、渗透模型等；数学模型教学资源内容有：影响酶活性因素的曲线图模型、基因频率计算模型等；概念模型有：血糖调节模型、生态系统结构模型、特异性免疫过程模型等。然而，在传统教学思维下，大多数高中生物教师进行模型教学时，往往采用“手动”的方法，例如，数学模型教学中，要求学生手动绘制曲线图；而在概念模型教学中，在黑板上用粉笔绘制繁琐的概念结构图。整体而言，上述方法直观性差、效率低下，在信息化教学理念不断深入的今天，借助一些高端、直观的信息化软件，构建全新的生物模型教学情境，无疑是一种全新的尝试。以下，本文将探究具体的教学过程。

2高中生物教学中的模型建构信息化思维

2.1在数学模型中引入Matlab，提升先进性

Matlab是一款由美国Mathworks公司研发的商业数学软件，能够用于精确的数学建模分析，可视化程度十分高。在高中生物课堂模型教学中，引入该款软件构建精确、可视的生物数学模型，对于教学效果的提升以及课堂教学的创新无疑有着促进意义。例如，在“減数分裂”相关章节教学时，很多老师都会指导学生建立减数分裂数学模型，模型的内容主要为减数分裂各阶段中DNA和染色体的变化情况，要求学生将变化情况手绘成曲线进行观察。该种传统的数学建模方式可谓费时费力，且容易出现误差。而采用Matlab软件构建减数分裂数学模型，整个教学过程可做如下安排：

（1）课前，教师根据减数分裂各阶段中DNA和染色体变化的情况，编订数学公式，并将公式导入Matlab软件中，生成函数运算式；（2）课中教学时，教师利用多媒体设备为全班学生展示Matlab界面，并输入DNA和染色体变化的数据，利用Matlab中的曲线自动生成功能，一个直观的能够反映减数分裂DNA和染色体变化特征的数学曲线便能立即生成；（3）教师引导学生走上讲台，自主尝试改变Matlab程序数据，调整模型曲线增长率、倾斜角等参数，体会生物动态变化的学习魅力，在此基础上教会同学运用Matlab构建生物数学模型的技能。在之后的教学中，让同学们根据所学，利用Matlab建立其他生物数学模型，举一反三。在上述教学过程中，利用Matlab软件，教师能够大大提升生物数学模型构建的效率，且能够培养学生的信息化建模技能，相较于传统的手动建模，Matlab数学模型的精确度更高，教学的先进性也更为优越。

2.2在概念模型中融入Inspiration，提升直观性

生物模型构建的优势之一，便是能够为学习者提供更为直观的学习体验，前苏联著名教育家苏霍姆林斯基曾经说过：“为学生提供直观的教学感受，乃是激发他们学习动力的重要途径。”在高中生物模型构建教学中，很多教师会尝试采用概念模型为学生阐述一些深奥难懂的理论概念，但在具体的操作时，往往采用手绘概念框架图，或用PPT呈现概念流程图等形式，相较于传统的说教式概念教学，该种方式确实有一定的先进性和直观性，但实质仍然是将文字性的概念内容转化成图表性的概念内容，直观性仍十分有限，在引导学生有效建构知识体系，提升发散性思维等方面的效果并不佳。

而引入Inspiration，构建一种动态信息化的生物概念模型，则能够起到更为优越的效果。Inspiration是美国Inspirat