建模教学在高中生物课堂教学中的应用策略分析

摘 要：高中生物的课堂教学中，通过建模教学，不仅可以使教师准确地了解到学生对细微物体、抽象概念、发生过程的具体理解情况，而且还能准确纠正学生在学习时出现的理解偏差，以促使学生更准确地掌握相关知识，了解到生物学的规律。基于此，文章主要对建模教学在高中生物的教学意义进行分析，并提出相应的应用策略，以促使学生实现高效学习。

关键词：高中生物;建模教学;课堂教学;应用;分析

一、 引言

《普通高中生物课程标准》明确指出：学生需领悟到假说演绎、建立模型等方法及其在研究中的运用，领悟到建立模型、系统分析的科学方法及其应用。考试大纲中也对高考考查的能力进行了准确界定，又明确地说明了建立模型、假说演绎、系统分析等相关研究方法的地位。由此可知，建模是当前高中生必须有效掌握的科学方法。在高中生物的课堂教学中，通过建模教学，不仅能够对学生通过现象揭示出本质的洞察力、严密、简约的思维品质进行培养，而且还能使学生自身的科学探究力、生物科学理解力得到有效发展，从而使学生实现高效学习。

二、 建模教学在高中生物教学中的意义及原则

（一）建模教学的意义

1. 激发学生学习的兴趣

学习对象的生动性与课堂氛围的活跃通常是调动学生学习生物知识兴趣与动力的关键要素。建模教学的生物知识表达，不仅可以使教学内容实现直观、生动的表现，而且还能调动学生的感官，以促使学生学习生物知识的积极性与主动性得到有效提高。建模的形式通常是多种多样的，通过建模处理相关生物问题，不仅可以使知识的学习由复杂变简单，而且还能由抽象变形象。

2. 学生自主学习力的强化

新课改下，生物教学要求教师转变传统的教学思路，将学生作为主体，将教师作为主导，注重学生在具体学习时的主动性。通过建模教学，在学生学习自主性提高的同时，促使学生构建科学思维。学生在对相关生物问题进行解决前，教师需引导学生在大脑中构建问题的映射，以实物或者图表的形式对问题进行呈现。学生通过不断的学习后，就可以不使用建模的工具对具体问题进行解决。生物教师则需积极地鼓励学生进行自主思考、自主探究，为学生留足空间与时间，并经过分组教学，强化学生的合作与交流，促进学生从不同的角度进行取长补短与共同进步，从而为学生营造求真务实、独立思考的学习氛围。

（二）建模教学的原则

高中生物的建模必须遵循实用、简单、相似的原则。对于实用原则而言，其主要指模型建构是有操作性的，构建的模型可以运用到具体教学，而不能仅依赖想象进行模型构建。例如，事物模型的构建，其选择材料通常是较为常见的。对于简单原则而言，其主要指化难为易、化繁为简，促使细微、复杂、抽象的对象转变为相对简单的模型开展研究，在高中阶段的学习中，由于学生的学习时间较紧张，若模型的构建较为复杂，就缺乏可行性。对于相似原则而言，其主要指模型的构建和研究对象在本质上是相似的，不能歪曲研究对象。构建模型并非是对研究对象实施整体复制，而需根据研究对象具备的特点、结构，各要素的关联性或者过程等实施抽象，并通过模型进行表示。模型并非需具备研究对象具备的全部特征，但本質上是相同的。因此，在高中生物的建模中，教师需注重实用、简单、相似等原则，确保模型的构建具有可行性与可操作性。

三、 建模教学在高中生物课堂教学中的应用策略

（一）基于实物模型的生物教学

实物模型作为高中生物建模的一种，其主要是通过实物形式对对象的发生过程或者结构特征进行直观表达。实物模型的建构重点主要是让学生把复杂的对象转变成简单实物进行实际对象的认识。首先，生物教师需培养学生运用建模法。建模教学属于较为常见的一种研究方法，其构建模型主要是对研究对象进行模拟，建模的正确性通常需和研究对象实施对比进行验证。例如，克里克与沃森所构建的DNA双螺旋结构模型，其和DNA结晶X射线的衍射图相符，并获得认可。因此，在生物课堂的教学中，需培养学生注重模型法的运用，这不仅有助于学生充分认识到研究对象，而且还能对学生的生物学科素养进行培养。其次，将实物模型作为依托，对学生具备的空间想象力进行培养。生物教材所给的图形通常是平面图，经过抽象研究对象的特征，建构出立体的事物模型。经过对模型进行观察，不仅可以使学生充分理解到研究对象自身的空间结构，而且还能充分认识到生命的复杂。最后，注重学生讨论和课堂上教学进度的关系处理。构建、设计、演示模型，不仅可以使学生在课堂上的参与度以及学习生物知识的积极性得到有效提高，而且还能使学生的思维陷入其中。基于此，生物教师需对每个教学环节都预设相应的时间段，并设计好相关的问题，让学生的思维能够跟得上教师的思维，从而确保生物教学活动的有效开展。例如，对《基因指导蛋白质的合成》开展教学时，基因蛋白质合成通常分成翻译与转录两个过程，翻译属于该节课教学的重难点，通常涉及基因、核糖体、tRNA、蛋白质、mRNA、氨基酸等肉眼不可见、细小的物质;而转录的过程则比较简单，可通过和DNA复制开展类比探究的教学。如果运用讲授法开展教学，学生通常无法有效理解，而通过多媒体播放，学生又会容易忘记，而通过建模的方法，通过模型进行演示，学生则能够亲自参与其中，不仅可以使学生充分了解生物细胞的发生情况，而且还不易忘记。

（二）基于概念模型的生物教学

概念模型主要是通过流程图对研究对象具体机理、生命活动的规律实施阐述，或者经过其他的手段，对某概念、事实进行认识。概念模型的构建教学通常更注重学生通过相关手段对某个概念进行认识。首先，需注重对学生关注细节问题的好习惯以及以实验现象对生物问题进行分析的能力进行培养。例如，对《酵母菌细胞呼吸的方式探究》进行教学时，对细胞呼吸概念模型进行建构时，锥形瓶中除了装有酵母菌之外，还装了什么？部分学生认为该瓶子里装了酵母菌的培养液，却不了解酵母菌的培养液具体配制，同时，生物教材当中的无氧条件控制能够怎样进行改善？这些提问通常是考试当中较为常见的知识点，若学生在实验中不仔细，就会导致失分。又比如，在实验中没有看到重铬酸钾的溶液颜色变化，需注重对以下几点分析：无氧条件的严格控制;酸性环境的创造等。其次，注重对学生科学思维力的培养。建模教学中，生物教师需注重对学生的思维能力进行培养，以促使学生形成科学思维。例如，对《光合作用的探究历程》开展教学时，部分教师认为该部分内容学生已经在初中学习过，且高考考查的内容主要是光合作用的影响因素、作用及其应用，因此，在课堂的教学时，就会一带而过。但是，在生物教材中，已经出了较为经典的几个关于光合作用的探究历程的实验，并提出出现什么问题，面对这些问题，科学家应该怎样解决，通过对该部分内容的有效学习，这通常对学生形成科学思维，并充分了解与掌握相关生物概念有着重要影响。

（三）基于数学模型的生物教学

数学模型，主要指通过字母、数字或其他的数学符号构建起的曲线图、方程式等。构建数学模型的重点就是对生命现象实施量化，通过数量关系对生命现象实施描述。高中生物的具体教学中，数学模型的建构所涉及的计算，不仅是高考必考点，而且还是生物学难点。因此，在对该问题进行解决时，生物教师需注重数学模型的构建。首先，关注建模教学的引导，培养学生形成良好的模型构建习惯。在具体教学时，生物教师需引导学生充分掌握建模的方法，以促使学生通过建模法，对实际问题进行解决。生物教材中的数学模型构建通常包括pH值、温度对酶活性的影响曲线图以及种群数量产生的变化“J”型、“S”型的曲线图属于经过生物实验获得相关数据，描点作图，以获得曲线图;不同因素对于呼吸作用而影响的曲线图与细胞的有丝分裂中染色体、DNA的数目变化的曲线图，对有丝分裂、呼吸作用过程的数据进行分析，并进行描点作图，获得曲线图;对于自由组合的定律9∶3∶3∶1数学模型而言，其主要是通过对子代形成的配子种类进行分析，配子通过自由组合获得子二代，并按照基因型推算获得不同的表现型比例9∶3∶3∶1。因此，在生物课堂的具体教学中，教师可通过问题情境的创设，让学生以小组实验的形式获得相关数据，并将数据的联系通过曲线图或者数学公式进行表示。生物教师还需从整体上对学生思维进行把握，积极引导学生数学模型的构建方法，并通过建模对练习、考试当中的难点试题进行解决。其次，教师需在问题的解决中，注重学生模型构建的巩固。例如，自由组合的定律9∶3∶3∶1数学模型，教师可以在教学结束后，经过相应练习题，对9∶3∶3∶1的不同变式进行了解，从而实现课堂建模的巩固。

四、 结语

综上所述，高中生物的建模教学中，教师需注重思维情境的创设，以此使学生获得足够感性认识的前提下，以分析概括出理性、抽象的模型。在模型建构中，教师需注重学生的逻辑思维、科学探究、创新思维、发散思维、信息搜集与处理、新知识获取等能力的培养，以促使学生的充分掌握相关生物知识的同时，实现分析与解决相关问题的能力提高，从而使学生实现全面发展。

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作者简介：

姚笃信，甘肃省白银市，会宁四中。