高中生物建模培养

浅谈高中生物建模的培养策略

模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述。《普通高中生物课程标准》明确要求：了解建立模型等科学方法及其在科学研究中的作用，培养学生的建模思维和建模能力，领悟、建立数学模型等科学方法及其在科学研究中的应用，培养学生的建模思维和建模能力，获得生物学的基本事实、概念、原理、规律和模型等方面的基础知识。

由此可见，建模能力在高中生物课程标准中被提到较高的高度，模型建构被认为是学生将来从事科学研究的必备能力。如何落实新课程标准中模型建构能力的培养？

1、建构模型的一般程序

（1）掌握原理。掌握模型所代表的知识、过程、规律、机理等，弄清模型的构成要素或包含内容之间的逻辑关系。

（2）明确类型。明确所构建的模型属于哪种类型，知道该种模型的特点及表现形式。

（3）构建草图（框架）。选择适当的图形、文字、符号勾勒出草图，或用适当的搭建框架。基于模型的通适性、典型性，所以在构建时只需要考虑大多数情况即可，一般不考虑极少数情况或特例。

（4）修饰完善。对照原理查验所构建的草图（框架），确保其科学性；然后进一步修饰完善模型，力求规范、简洁、直观、有美感；最后构建出正式的模型。

（5）补充诠释。对一些模型要添加必要的文字说明、示例、图注等，使模型更科学、更清楚、更规范。

2、模型建构能力的培养策略

（1）结合建模专题，训练思维模型建构的能力。高中生物学科以描述性的语言为主，学生不善于运用思维模型建构来解决生物学上的问题，这就要教师在平时的课堂教学中给予提炼总结，并进行思维模型建构。教师应研究在各个教学章节中可引入哪些模型问题，如讲减数分裂时，mi中期的同源染色体在细胞中央的不同排列方式，在细胞两极出现不同的染色体组合，最终形成几种不同基因组成的配子？结合排列与组合知识，可解决这个疑难问题。同样遗传信息的传递与表达过程中，也涉及到碱基的排列与密码子的组合方式。

此外，还可以选择适当的模型建构专题，如“代数法模型建构”、“图解法模型建构”、“直（曲）线拟合法模型建构”，通过讨论、分析和研究，熟悉并理解思维模型建构的一些重要思想，掌握模型建构的基本方法。同时注意与其他学科的呼应，也是培养学生模型建构方法的一个不可忽视的途径。通过教师潜移默化地渗透模型建构意识，学生可以从各类模型建构问题中逐步领悟到思维模型建构的广泛应用，提高他们运用知识进行模型建构的能力。

（2）注重建模方法的指导，帮助学生疏通思路。教师的任务不应是替学生找出各部分知识的现成结构，而是及时组织、引导学生对前面所学知识、规律、方法进行归纳整理，让学生通过自己的理

解和加工建构可用的思维模型。以“生物与环境”为例说明：①以生态系统为核心，将生态因素、种群和生物群落、生态系统结构“分割”成三个知识块，有序布局；②连接三大知识块相互联系的知识线，自然形成一个生物与环境的知识网；③纵观全局，再现整体。即通过三大知识块概念之间内在联系构成生物与环境的知识网络。把这张图有序地储存在头脑中，便形成了生物与环境关系的思维模型。思考问题时，将问题纳入网络便可迅速检索出所需的知识线、点，做到触类旁通，考虑问题就会融会贯通，全面周到。

（3）完善学生的知识结构，养成建模的习惯。教师的任务不应是替学生找出各部分知识的现成结构，而是及时组织学生对所学的知识进行归纳整理，让学生通过自己的理解和加工构建出一个个可用的思维结构图。只有建立系统完整的思维框架体系，对学习的课程进行有效地资源整合，才会使整个教学过程和流程设计更加系统、科学有效。利用思维建模进行课程的教学设计，会促成师生形成整体的观念和在头脑中创造全景图，进一步加强对所学和所教内容的整体把握，而且可以根据教学过程和需要的实际情况做出具体的合理的调整。画一幅思维模型好比经历一次头脑风暴，当一个人把自己的想法顺利写出时，想法会变得更加清晰，头脑也会接受新想法。这些新的想法可能与已有的想法有联系，而且会引发新的意念。学会制作思维模型，又强化而形成习惯，学生就能自觉地运用，从而取得最大的学习效率。在适应了思维模型教学的一段时间后，学生学习效果将大大优于传统教学。如光合作用实验的常用方法可

构成思维模型。思考问题时，将问题纳入思维模型便可迅速检索出所需要的知识线，做到触类旁通，考虑问题就会全面周到。从而使学生能够从整体上掌握了基本知识结构和各个知识间的关系，在头脑中形成了清晰的概念网络。通过思维建模能够极大地提高学生理解能力和记忆能力，学生不再被动地去死记知识，而是积极地对关键字进行加工、分析和整理，开发了学生的空间智能，使其主体的积极性得到充分发挥，从而培养和发展其创新思维能力。

（4）通过模拟实验，培养学生建模思维。在高中生物教学过程中，教师应充分利用模拟实验和构建模型的内容培养学生的建模思维。如在“制作dna双螺旋结构模型”这一实验中，教材中介绍的实验材料是硬塑方框、粗铁丝和细铁丝，此外，用球形塑料片代表磷酸，用双层五边形塑料片代表脱氧核糖，用4种不同颜色的长方形塑料片代表4种不同的碱基。利用课本材料制作dna分子结构模型的实验，教师还可以让学生自己选择材料制作模型，通过交流讨论，最后展示自己的作品。通过自己动手构建模型，不仅可以加深对dna分子的化学组成、化学结构和空间结构的认识和理解，同时可以粗略地？煳虻浇na分子双螺旋结构模型理论、原则和方法等方面的知识。再如“细胞增殖”教学过程中，学生学习了植物细胞有丝分裂动态模型后，可利用多媒体出示动植物细胞亚显微结构的模型，回忆它们结构上的差异。然后引导学生根据植物细胞有丝分裂过程模型推测出动物细胞有丝分裂过程模型。在细胞分裂过程中染色体和dna都发生了规律性的变化，要求学生用坐标曲线图表示

出染色体和dna的数学变化，建立有丝分裂过程的数学模型。教师利用生物模型方法进行教学，让学生置身于探索科学现象、发现科学规律的活动中，在建立模型的过程中，学会观察的方法、归纳与演绎的方法，提高了建模能力。

课程实施是新一轮课程改革能否取得成功的关键，教师作为新课程的实施者，应该转变观念，重视模型思维和建构模型能力的培养，创造性地使用教材，设计适合学生自主建构模型的教学过程，引导学生主动思考、探索，让学生在模型建构的过程中学习、发展。