淺談高中生物教學(xué)中的模型建構(gòu)信息化思維

黃國(guó)霞

摘 要：高中生物教學(xué)中的模型構(gòu)建思想，是教學(xué)由抽象化向立體化轉(zhuǎn)變的連接橋梁，對(duì)幫助學(xué)生建構(gòu)起系統(tǒng)、立體的生物知識(shí)體系有著重要的價(jià)值。本文在深入探究高中生物模型教法理論內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，采用理論結(jié)合案例的方法，著重闡述了數(shù)學(xué)模型、概念模型在生物教學(xué)中應(yīng)用的信息化策略，最后，從教師提升自我教學(xué)素養(yǎng)，學(xué)生強(qiáng)化自我探究能力兩個(gè)方面出發(fā)，提出了優(yōu)化生物模型教法的建議。

關(guān)鍵詞：高中生物 模型教法 數(shù)學(xué)Matlab模型 二維概念模型

中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C 文章編號(hào)：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(lái)久之，早在1931年國(guó)外著名的自然系統(tǒng)學(xué)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(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系。在生物學(xué)的發(fā)展過(guò)程中，模型分析法和教學(xué)法的案例也處處可見(jiàn)，例如，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)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(yīng)用在現(xiàn)代生物教學(xué)中。由此可見(jiàn)，生物學(xué)的發(fā)展和演進(jìn)離不開(kāi)模型。而具體到模型教法的概念，可根據(jù)前人的研究總結(jié)為：運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理或概念思想，將抽象的知識(shí)體系轉(zhuǎn)化為具體的直觀事物，幫助學(xué)習(xí)者建構(gòu)知識(shí)概念的教學(xué)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(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）》中，對(duì)模型建立、模型教法進(jìn)行了詳細(xì)的解釋，并在教學(xué)內(nèi)容的編撰中增加了大量的模型實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，例如，物理模型教學(xué)資源內(nèi)容有：制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型、氨基酸結(jié)構(gòu)模型、滲透模型等；數(shù)學(xué)模型教學(xué)資源內(nèi)容有：影響酶活性因素的曲線圖模型、基因頻率計(jì)算模型等；概念模型有：血糖調(diào)節(jié)模型、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型、特異性免疫過(guò)程模型等。然而，在傳統(tǒng)教學(xué)思維下，大多數(shù)高中生物教師進(jìn)行模型教學(xué)時(shí)，往往采用“手動(dòng)”的方法，例如，數(shù)學(xué)模型教學(xué)中，要求學(xué)生手動(dòng)繪制曲線圖；而在概念模型教學(xué)中，在黑板上用粉筆繪制繁瑣的概念結(jié)構(gòu)圖。整體而言，上述方法直觀性差、效率低下，在信息化教學(xué)理念不斷深入的今天，借助一些高端、直觀的信息化軟件，構(gòu)建全新的生物模型教學(xué)情境，無(wú)疑是一種全新的嘗試。以下，本文將探究具體的教學(xué)過(guò)程。

2 高中生物教學(xué)中的模型建構(gòu)信息化思維

2.1 在數(shù)學(xué)模型中引入Matlab，提升先進(jìn)性

Matlab是一款由美國(guó)Mathworks公司研發(fā)的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，能夠用于精確的數(shù)學(xué)建模分析，可視化程度十分高。在高中生物課堂模型教學(xué)中，引入該款軟件構(gòu)建精確、可視的生物數(shù)學(xué)模型，對(duì)于教學(xué)效果的提升以及課堂教學(xué)的創(chuàng)新無(wú)疑有著促進(jìn)意義。例如，在“減數(shù)分裂”相關(guān)章節(jié)教學(xué)時(shí)，很多老師都會(huì)指導(dǎo)學(xué)生建立減數(shù)分裂數(shù)學(xué)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(xué)生將變化情況手繪成曲線進(jìn)行觀察。該種傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模方式可謂費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且容易出現(xiàn)誤差。而采用Matlab軟件構(gòu)建減數(shù)分裂數(shù)學(xué)模型，整個(gè)教學(xué)過(guò)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(xué)公式，并將公式導(dǎo)入Matlab軟件中，生成函數(shù)運(yùn)算式；（2）課中教學(xué)時(shí)，教師利用多媒體設(shè)備為全班學(xué)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(dòng)生成功能，一個(gè)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(xué)曲線便能立即生成；（3）教師引導(dǎo)學(xué)生走上講臺(tái)，自主嘗試改變Matlab程序數(shù)據(jù)，調(diào)整模型曲線增長(zhǎng)率、傾斜角等參數(shù)，體會(huì)生物動(dòng)態(tài)變化的學(xué)習(xí)魅力，在此基礎(chǔ)上教會(huì)同學(xué)運(yùn)用Matlab構(gòu)建生物數(shù)學(xué)模型的技能。在之后的教學(xué)中，讓同學(xué)們根據(jù)所學(xué)，利用Matlab建立其他生物數(shù)學(xué)模型，舉一反三。在上述教學(xué)過(guò)程中，利用Matlab軟件，教師能夠大大提升生物數(shù)學(xué)模型構(gòu)建的效率，且能夠培養(yǎng)學(xué)生的信息化建模技能，相較于傳統(tǒng)的手動(dòng)建模，Matlab數(shù)學(xué)模型的精確度更高，教學(xué)的先進(jìn)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(gòu)建的優(yōu)勢(shì)之一，便是能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者提供更為直觀的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，前蘇聯(lián)著名教育家蘇霍姆林斯基曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“為學(xué)生提供直觀的教學(xué)感受，乃是激發(fā)他們學(xué)習(xí)動(dòng)力的重要途徑?！痹诟咧猩锬Ｐ蜆?gòu)建教學(xué)中，很多教師會(huì)嘗試采用概念模型為學(xué)生闡述一些深?yuàn)W難懂的理論概念，但在具體的操作時(shí)，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(shuō)教式概念教學(xué)，該種方式確實(shí)有一定的先進(jìn)性和直觀性，但實(shí)質(zhì)仍然是將文字性的概念內(nèi)容轉(zhuǎn)化成圖表性的概念內(nèi)容，直觀性仍十分有限，在引導(dǎo)學(xué)生有效建構(gòu)知識(shí)體系，提升發(fā)散性思維等方面的效果并不佳。

而引入Inspiration，構(gòu)建一種動(dòng)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(guó)Inspiration公司開(kāi)發(fā)的一種專用概念圖軟件，可以將生物學(xué)中的理論概念進(jìn)行剖析，對(duì)每一個(gè)細(xì)小的概念點(diǎn)進(jìn)行建模重構(gòu)，生成直觀、二維的概念圖形，且各個(gè)節(jié)點(diǎn)的知識(shí)都是在模仿人腦記憶規(guī)律的基礎(chǔ)上進(jìn)行構(gòu)建的，十分有助于學(xué)習(xí)者記憶所學(xué)知識(shí)。例如，在“光合作用”教學(xué)中，教師便可利用Inspiration構(gòu)建“光反應(yīng)階段”、“碳反應(yīng)階段”、“影響光合作用因素”三個(gè)主要教學(xué)內(nèi)容的概念模型，在每個(gè)內(nèi)容中，可通過(guò)Inspiration軟件中的概念分支，插入一些更為細(xì)致的概念內(nèi)容，如：水的光解過(guò)程、電子的傳遞和能量轉(zhuǎn)化、卡爾文實(shí)驗(yàn)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(xué)生只要用鼠標(biāo)點(diǎn)擊相關(guān)的知識(shí)節(jié)點(diǎn)，便可直觀地體驗(yàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，效果十分完美。

3 結(jié)語(yǔ)

生物模型雖小，但內(nèi)涵智慧卻大！科學(xué)、有效的建模方式對(duì)于教學(xué)效果的提升意義非凡，當(dāng)然整個(gè)教學(xué)中，對(duì)教師和學(xué)生的要求也相應(yīng)較高，例如，教師必須不斷提升自我的模型教學(xué)技能，學(xué)習(xí)更多的信息化建模軟件，并有效運(yùn)用到課堂中；而在建模學(xué)習(xí)中，學(xué)生也必須積極主動(dòng)地參與其中，多思考、多動(dòng)手，不斷強(qiáng)化自我的模型學(xué)習(xí)和探究能力，如此一來(lái)，在教學(xué)相長(zhǎng)的氛圍中優(yōu)化生物模型教學(xué)的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李希明.建構(gòu)生物模型突破教學(xué)難點(diǎn)[J].中學(xué)生物教學(xué)，2011，（7）.

[2] 陳自高，梁芳.論建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論與數(shù)學(xué)建模教學(xué)[J]數(shù)學(xué)教學(xué)與研究，2011，（33）.