数学模型建构在高中生物课堂教学中的创新尝试

□甘肃省天水市第九中学 韩红霞

一、模型构建简述

模型是为了实现某种教学目标，在假设条件中，用物质或者思维展现出客体的本质，像客体的结构、功能、过程等。比如，在《组成细胞的分子》的知识讲授中，模型的定义是这样描述的：“模型是为了实现教学目标对认识对象所做的描述，描述可以是定性的，也可以是定量的，能够通过实物或者形象化的手段，借助抽象的形式表达出认识对象。”模型一共分为三种：数学模型、概念模型、物理模型，接下来着重对数学模型进行分析，数学模型不是体现对象的全部特点，而是展现出对象的本质，揭示对象的特点、形态和本质。

二、数学模型在高中生物课堂中的运用

（一）调动学生学习的积极性

与初中生物相比，高中生物是艰涩难懂的，包含着很多抽象的知识，需要学生反复学习，才能对知识产生深刻的理解。以往的教学方法是枯燥单一的，不能调动学生学习的积极性，也不能突破重难点知识的学习，这就给学生学习生物知识带来了很大的困难。教师可以让学生借助学习的生物知识构建模型，将抽象的知识具象化，加深学生对数学知识的理解，活跃课堂气氛，激发学生的好奇心和求知欲。

（二）加深学生对生物知识的理解

高中生物是理论与实践相结合的课程，生物学定义是指生物课程中学生需要学习的基础知识，是理性思维判断和逻辑推理的根据，是对生物学课程中涉及的内容的概括，生物中的每个字都是非常重要的，学生需要牢记这些知识。但是，生物知识是比较抽象的，学生如果没有掌握学习方法，单靠死记硬背是很难理解这些知识的，这给学生后面的学习带来了困境。因此，学生如果能将重要的关键词、文字等联系起来，对这些知识进行梳理，这样学生学习生物知识也会比较容易，也能让事物的本质更加清晰。在实际的生物知识讲授过程中，教师可以帮助学生构建光合作用、体温调节的图解，将模型与生物知识联系起来，加深学生对生物定义的理解。在语言的概括中，教师运用数学模型也能提升学生的阅读理解素养。

（三）提高教学效果

以往的教学方法是比较枯燥单一的，不能满足学生的学习需求。教师在讲授生物知识时可以通过构建数学模型，按照课本将抽象的知识简单化，方便学生学习知识，提高学生学习的有效性。生物课程中的规律需要通过模型进行研究，比如，在“种群的数量变化”的知识讲授中，在研究细菌的变化过程时，教师可以让学生根据细菌的分裂情况绘制种群数量随时间变化的表格，然后在表格中描述出数据，用比较平滑的曲线进行连接，最终得到“J”型曲线。数学方程式能表现出细菌的增长情况，曲线图能直观地展现出细菌的增长趋势。教师可以让学生学会运用曲线概括生物学现象。生物现象是比较奇妙且抽象的，数学曲线是比较简单且直观的，生物问题是比较复杂的，学生很难把握生物问题，而数学模型能帮助学生进行探索，总结出生物学规律。学生在解决生物学问题时能感悟出数学模型的作用，从而对生物知识有强烈的求知欲。在教师的帮助下，学生体验科学过程，更好地学习生物知识，提升思维推理素养。

（四）借助数学模型梳理生物知识点

在生物知识的讲授中，教师可以借助数学模型梳理课本中的知识，优化生物教学过程，这样学生在自主学习时也会更加理性，形成完整的知识结构，突破所有重难点知识的学习。比如，在讲授《细胞的分化》的知识时，教师如果孤立地讲授每个时期细胞的特点，再让学生死记硬背，学生最终只会形成不连贯的静态图像，学习的知识是比较松散的，也不能将知识联系起来。教师在讲授这部分的知识时，需要着重讲解染色体、染色质、染色单体等几部分的知识，引导学生构建细胞分类的数学模型，为学生学习生物知识提供方向，加深学生对细胞的分化的定义及定义间的关联的理解。教师可以借助定义构建数学模型，让学生轻松学习知识，形成完整的知识结构，在绘制减数分裂过程中的染色体的变化，构建关于染色体的数学模型；让学生在构建数学模型时，能突破重难点知识的学习，加强对染色体变化规律的理解，为学生更高层次的学习打好基础，丰富学生的认知。

（五）帮助学生形成科学思维

在生物课程中运用不同的表达方式，能让学生全方位、多角度地理解知识。教师将数学模型应用到生物课程中，能弥补以往教学过程中的不足，提高学生学习的有效性，调动学生学习的积极性，引导学生形成科学思维。数学模型要求学生学会观察、设计、考核、建立，这样才能加深学生对生物知识的理解，促进学生深入思考知识。在构建模型的过程中，学生的自主学习、学以致用、逻辑推理、观察延伸、知识补充素养都能得以提升。

三、结语

目前，核心素养正在影响教师的教学方法，模型构建是一种科学有效的教学方法，能锻炼学生动手操作素养，巩固学生所学的指示，促使学生独立思考，在高中生物课堂中是非常重要的。但是，构建模型提高教学效果并不是短时间就能做到的，需要随着时代不断完善。