浅析生物数学模型方法在高中生物教学中的应用

李芬霞

摘要：近些年来，我国教育事业不断发展，学校教育的重心已不再局限于考试成绩，而是以培养学生的学科素质和学习能力为主要目标。而高中生物是学生在高中时期积累知识、提高自主探究能力的重要学科之一。模型方法是高中生物中要求学生必须掌握的能力之一，它对于学生在生物的学科素质培养具有重要意义，高中生需要深入理解并熟练掌握。

关键词：高中生物；模型方法；数学模型应用

所谓模型是人们因某些特定目的而对认识对象作出的一种概括性描述。模型方法是一种通过对模型进行研究来提示原型的本质及特征的方法，学生在高中阶段的生物学习中，需要通过模型法建立相关模型，进而渗透理论知识。其中应用较为广泛的是数学模型法。下面围绕高中生物教学中应用的模型方法进行探讨。

1.简述高中生物教学中应用到的模型方法

生物学科中所应用的模型按照其表现形式，可分为以下几种：物理模型、概念模型、数学模型。

1.1简述物理模型

物理模型可分为实物模型和类比模型。物理模型主要应用在某些物质的生态结构知识中，例如人教版教材中DNA的双螺旋结构等部分的模型制作。首先教师需要指导学生选择材料代表组成DNA分子的几种成分（磷酸、脱氧核糖和碱基），并思考几种成分的连接方式。其次是在DNA分子中每个脱氧核苷酸之间的连接。并探究在模型中如何体现DNA分子的两条脱氧核苷酸链反向平行，以及螺旋特征。在进行建模的过程中，学生需要探索脱氧核苷酸链间的连接、排列方式，以及碱基配对方式等，这些对于学生熟练掌握这部分生物知识具有重要意义。同时，在探究过程中教师可帮助学生回顾科学家的探索进程，有益于培养学生的操作能力和生物学科素养。

1.2简述概念模型

概念模型，也称结构模型，是指运用文字、图示、符号等方式来描述生命活动的规律或过程。这种模型方法的优势在于模式简单，更加直观。通过箭头等符号将关键词连接起来，能够简洁明了地表达各种事物间的联系及其本质特征。例如人体的体温调节过程或者水盐平衡调节图解等。通过建立这样的概念模型，学生可清楚地观察到在人体各级系统存在的调节过程中，各类激素起到的作用、激素的产生部分和作用部位，以及正反馈和负反馈调节。比如在水盐平衡调节中，抗利尿激素由下丘脑分泌，由垂体释放，作用于肾小管、集合管等部位，用于调节人体的水盐平衡。教师在进行该类模型的教学时，能够帮助学生熟悉人体的各种调节过程及各类激素的正确应用，并培养学生的生物思维。

2.简述高中生物中数学模型的应用

2.1数学模型在高中生物教学中的应用

高中生物中应用的数学模型，是指应用数学形式的语言对各种系统变量间的因果关系进行定量或定性的描述。在进行生物学科的相关研究时，数学模型是发现、解决问题和探索规律的有效途径。在生物学中存在一些较难区分的概念，或者是一些需要较多文字进行叙述的变化关系，此时生物教师可应用数学等式或者数学图像进行讲解。换言之，高中生物教师可通过较简单的数学公式及图像，使学生明确一些较复杂的变化过程或数量关系。比如说在哺乳动物生殖细胞进行减数分裂的过程中，在某个阶段会出现四分体，它与染色体及染色单体间的关系一直是困扰高中生的重点问题，用数学模型概括就是：1个四分体=2条配对染色体=4条染色单体=8条脱氧核苷酸链。

2.2数学模型在生物实例中的应用

在生长素浓度对于植物生长的影响的图像中，生长素浓度在一定范围内可促进植物生长，但若浓度过大，会使促进效果降低甚至抑制植物生长。如通过单纯的文字叙述，对学生记忆有一定的难度，也不利于教师讲解。若用数学图像进行描述，可在一定程度上减轻生物教师的上课负担，而学生能够较容易地记住该图像，进而通过语言进行描述。又如在资源和空间有限的自然界中，种群增长的“S”型曲线。图像中的K值为在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中所能维持的种群最大数量，也称为环境容纳量。而当种群数量达到K/2值时，其增长速率最大。通过这样的数学图像，我们能够对种群数量的变化过程有所了解，同时K值和K/2值的应用，在野生生物资源的开发与利用及有害生物的防治等方面具有重要意义。

2.3在高中生物中应用数学模型的步骤

在生物学科中应用数学模型，是为了判断生命活动规律或者总结生命活动规律。高中生物教师在进行构建数学模型的教学时，首先需要引導学生搜集资料和信息，明确相关生物的活动规律。其次，需要引导学生对确定对象的生存条件进行合理假设。假设条件不同所得到的数学模型也不同。然后让学生根据所做假设分析所研究对象间的因果关系或数量关系，找到其中包含的内在规律并找到适合的数学关系，构建各个变量间的数学结构。最后可能还需进行模型求解与模型修正等步骤。对细菌增殖或种群数量变化过程均可按上述步骤进行数学模型的构造。在这个过程中，学生能够深入了解所研究对象的生命活动，并对其活动规律进行总结。故而创建数学模型的过程及结果不仅利于学生对生物学科的学习，还能够培养学生对生命规律的归纳能力，帮助学生探究生物生存的奥秘。

结束语：

模型方法，尤其是数学模型在生物学科中扮演者相当重要的角色。通过构建数学模型，能够把一些复杂的知识具象化，在一定程度上降低了学习难度。且构建数学模型能够培养学生的思维逻辑能力和推理能力，故教师在教学中应注意培养学生构建数学模型并进行分析的能力。

参考文献：

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