生物學教學中"建模"的嘗試

薛虓嵩

（青島第三十七中學 山東青島 266022）

生物學教學中"建模"的嘗試

薛虓嵩

（青島第三十七中學 山東青島 266022）

一提到“模型”，我們馬上會想到各種各樣的實物或模具，入“人體結構模型”、“心臟結構模型”等等，還有孩子制作的“輪船模型”、“機器人模型”等。但實際上“模型”的含義除了指實物模型外，還包括另一類。

百度百科對“模型”做了以下解釋：“模型是所研究的系統、過程、事物或概念的一種表達形式；也可指根據實驗、圖樣放大或縮小而制作的樣品，一般用于展覽、實驗或鑄造機器零件等用的模子。”

從這里可以看出，“模型”除了實物樣品之外，還可以是某些特定的“表達形式”，而這一類型的模型在科學研究中的應用十分廣泛。物理、化學、生物等自然科學領域通過構建模型和進一步的應用模型，可以對很多現象的發展趨勢及結果進行準確的預測。

百度百科對“建模”的解釋是“建模就是建立模型，就是為了理解事物而對事物做出的一種抽象，是對事物的一種無歧義的書面描述。”

這就是說，對于研究對象進行的“樣品化”的加工制作以及用適宜的方式進行描述，其實都是建模的過程。

生物學作為理科學科，在培養學生科學素養、提升學生邏輯思維能力、教會學生認識世界的方法和技能等多方面發揮著重要作用，其中有很多內容可以采用“建模”的思路完成教學任務，潛移默化的引導學生初步具備“建模”的意識和能力。

人教版生物教材（八上）的第五單元第三章《動物在生物圈中的作用》一節，共有三個話題：一、在維持生態平衡中的重要作用；二、促進生態系統的物質循環；三、幫助植物傳粉、傳播種子。在第一個話題的教學過程中，教師特別設計了采用建模的方式完成教學任務，現在將教學過程呈現給同行們。

一、設問啟思

在引入此部分學習內容時，我首先呈現了一條典型食物鏈：“草→兔→狼”，然后讓學生分組討論“在自然生態系統中，各種動物的數量為什么不能無限增長？”

二、分析討論

學生們圍繞問題分組討論，之后從食物、天敵、生存空間等方面做了闡述，說明動物的數量受這些因素的限制，不可能無限增長。此時學生對這個問題的分析還比較表淺，接下來教師引導學生采用直觀的方式對食物鏈中三種生物的數量進行了進一步分析。

三、構建模型

（1）從實例入手具體分析

教師在黑板上縱向寫好三種生物，并設置情境：“在草原上，當雨量充沛、氣候適宜時，草會生長的十分繁茂，未來一段時間，這些生物的數量會怎樣變化呢？”要求學生用箭頭表示出三種生物數量的變化趨勢，經過師生的共同努力，黑板上呈現出的板書是這樣的：

然后我在黑板上畫上坐標系，并請學生說明橫坐標和縱坐標分別表示什么，于是板書就成了這樣：

（2）由具體問題抽象形成模型

從這個具體實例中，學生就能夠總結出自然生態系統中各種生物數量變化的趨勢。此時我又通過多媒體呈現一個坐標系，請學生預測生態系統中生物數量隨時間延續發生變化的趨勢，用手指表示一下。學生們都可以準確的進行推測，在面前畫出“波浪線”。我在屏幕上同步呈現了曲線。

（3）進一步說明模型的內涵

至此，學生已經充分理解了生態系統中各種生物數量的變化趨勢，教師在此呈現了“生態平衡”的概念，可謂水到渠成。

實際上，這個模型正是生態平衡現象中“各種生物的種類、各種生物的數量和所占比例維持在相對穩定狀態”的規律性的、抽象的“書面描述”。

四、應用模型

模型的構建，一個重要的作用在于利用模型模擬或預測某一進程。在學生們已經充分理解了生態系統中生物的數量消長變化與時間的關系后，我又設置了一個新的問題情境：“如果人類將草原生態系統中的狼全部獵殺，會出現怎樣的后果呢？”

我在黑板上的坐標圖中畫了一條虛線，表示人類開始大量獵殺狼的時間點，請學生推測未來一段時間兔和草的數量變化情況。

學生們馬上就能作出合理的預測：兔的數量會在狼被獵殺后迅速增加，草因兔的取食而迅速減少，之后兔的數量也大量減少。我又請學生們結合坐標圖表示三條曲線的走向，他們能夠做出非常合理的描述，結合學生們的描述，我完成了板書：

（說明：圖中曲線只表示變化趨勢，不表示真實情況下的數量關系。）

我繼續追問：“草原生態系統最終會怎樣？”“退化成沙漠！”孩子們可以不假思索的答出。

教學進程推進到此，我們已經利用建模的方式探討了自然生態系統中生物數量隨時間延續的變化趨勢，生態平衡的概念，生態系統具有一定的自動調節能力以及人類的活動可能對生態平衡造成的影響。

接下來，我又讓學生們閱讀了課本61頁“資料分析”中的第二個資料：

呼倫貝爾草原是我國最大的牧業基地。過去那里有許多狼，經常襲擊家畜，對牧業的發展構成嚴重威脅。為了保護人畜的安全，當地牧民曾組織過大規模的獵捕狼的活動.但隨后野兔以驚人的速度發展起來。野兔和牛羊爭食牧草，加速了草場的退化。

通過閱讀，學生們意識到自己的預測是合理的，在歷史上真的發生過這樣的事情，而且他們一定已經感受到了建模的意義。

然后我又簡單說明了這種利用數學方式建模的好處，對學習方法進行了指導。

反思整個教學內容的設計和實施，教學過程自然流暢，不落痕跡，巧妙的利用了建模的思路，引導學生從具體情況入手，有效構建了生態平衡概念的模型，并應用此模型對現實情況進行了準確的推測，充分體現了課堂的生成性。

利用建模的方式進行課堂教學，有以下優點：

（1）使學生體驗、掌握了一種重要的科學方法。

建模在自然科學研究中是一種非常重要的方法，通過課堂教學，引導學生初步了解模型的種類，體驗建模的過程，嘗試應用模型解決問題，最終使學生具備建模的意識和能力，掌握建模的方法，對于提升學生的科學素養，提高學習能力有重要意義。

（2）有利于學生理性思維的發展。

初中學生在學習生物學知識時，仍然有偏重于機械記憶、死記硬背的現象，不能有效的建立生物學科的思維方式。通過體驗建模的過程，利用模型解決問題，可以使學生的思維方式發生變化，更好的理解知識、應用知識。

（3）能夠體現學科綜合。

模型的構建需要很多學科的知識和技能，實物模型需要孩子們正確選材，合理制作各種結構；數學模型需要孩子們靈活運用數學知識；其他的書面模型還需要孩子們選擇最有效的方式，盡可能全面、準確的呈現信息等等，這個過程本身就是學科綜合的過程，對于提升學生的綜合能力大有助益。