生物教學(xué)中的建模及其應(yīng)用

1、<p>　　生物教學(xué)中的建模及其應(yīng)用</p><p>　　【摘要】模型是一種直觀而方便的教學(xué)器具，在生物學(xué)教學(xué)中不可或缺。如何有效運(yùn)用這一資源，開展模型教學(xué)，以增進(jìn)學(xué)生對(duì)學(xué)科內(nèi)容的理解，進(jìn)一步培養(yǎng)他們建模、運(yùn)模的能力，在生物學(xué)習(xí)中具有重要的價(jià)值。本文就生物教學(xué)中的建模作了論述。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】生物教學(xué)，建模，價(jià)值 </p><p>　　高

2、中生物學(xué)教科書提供了豐富的模型資源，如客觀實(shí)物的相似模型，真實(shí)世界的數(shù)學(xué)抽象模型，思想觀點(diǎn)的文字理論模型，以及客觀現(xiàn)實(shí)的形象顯示模型等等。其中最常見的是物質(zhì)模型和思維模型。 </p><p>　　物質(zhì)模型包括天然模型和人工模型。天然模型如在研究人體的時(shí)候，特別是人的生理現(xiàn)象時(shí)，出于對(duì)人身健康、安全和倫理道德方面的考慮，不便直接對(duì)人體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。因此，常常用其他與人相似的哺乳類動(dòng)物來代替，如狗、貓、鼠等作為人體模

3、型進(jìn)行研究，從而獲得人體生理學(xué)的有關(guān)知識(shí)。如利用線蟲進(jìn)行細(xì)胞凋亡的研究，利用海兔進(jìn)行學(xué)習(xí)記憶的研究；利用果蠅進(jìn)行發(fā)育調(diào)控的研究等，這里線蟲、海兔和果蠅即是一些天然模型。人工模型即人為制造的科學(xué)模型。在科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)中，為了更好地研究微觀世界和宏觀世界，采用制造人工的實(shí)物模型進(jìn)行模擬研究。類似人體的器官、血液循環(huán)等復(fù)雜的對(duì)象都已經(jīng)有了實(shí)物模型。高中生物學(xué)中的細(xì)胞模型、細(xì)胞器模型、生物大分子模型、生物膜模型、動(dòng)（植）物有絲分裂模型和減數(shù)分裂中

4、染色體的變化模型等均屬于人工模型。 </p><p>　　思維模型包括理想模型、數(shù)學(xué)模型和理論模型。理想模型是人們?yōu)榱吮阌谘芯慷⒌膶?duì)原型高度抽象化的思想客體或思想事物，它是對(duì)研究對(duì)象的簡(jiǎn)化和純化，突出反映了顯示原型的主要特征和聯(lián)系。它的建立得益于邏輯方法和非邏輯方法的綜合運(yùn)用，是創(chuàng)造思維的結(jié)果。 </p><p>　　科學(xué)研究離不開科學(xué)抽象，簡(jiǎn)化了的理想模型作為科學(xué)抽象的結(jié)果，滲透在生

5、物學(xué)科中。如大腸桿菌的結(jié)構(gòu)模式圖，各類細(xì)胞器、細(xì)胞結(jié)構(gòu)的模式圖，各類分子（氨基酸、多肽、核苷酸、核酸等）的模式圖，生物膜系統(tǒng)圖解、酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能的圖解，自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散和主動(dòng)運(yùn)輸示意圖，光合作用、有氧呼吸過程圖解，有絲分裂模式圖解，顯性和隱性基因的字母化，哺乳動(dòng)物（精子）卵細(xì)胞的形成圖解，DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的示意圖，噬菌體侵染大腸桿菌的實(shí)驗(yàn)圖解等等。 </p><p>　　數(shù)學(xué)模型是能夠表現(xiàn)和描述真實(shí)

6、世界某些現(xiàn)象、特征和狀況的數(shù)學(xué)系統(tǒng)。數(shù)學(xué)模型能定量地描述生物物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的過程，一個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)問題借助數(shù)學(xué)模型能轉(zhuǎn)變成一個(gè)數(shù)學(xué)問題，通過數(shù)學(xué)模型的邏輯推理、求解和運(yùn)算，就能夠獲得客觀事物的有關(guān)結(jié)論，達(dá)到對(duì)生命現(xiàn)象進(jìn)行研究的目的。比如描述生物種群增長(zhǎng)的費(fèi)爾許斯特—珀?duì)柗匠?，就能夠比較正確地表示種群增長(zhǎng)的規(guī)律；通過描述捕食與被捕食兩個(gè)種群相克關(guān)系的洛特卡—沃爾泰拉方程，從理論上說明，農(nóng)藥的濫用，在毒殺害蟲的同時(shí)也殺死了害蟲的天敵，從而常常導(dǎo)致

7、害蟲更加猖獗地發(fā)生等。 </p><p>　　還有一類更一般的方程類型，稱為反應(yīng)擴(kuò)散方程的數(shù)學(xué)模型在生物學(xué)中也廣為應(yīng)用，它與生理學(xué)、生態(tài)學(xué)、群體遺傳學(xué)、醫(yī)學(xué)中的流行病學(xué)和藥理學(xué)等研究有比較密切的關(guān)系。20世紀(jì)60年代，普里戈任提出著名的耗散結(jié)構(gòu)理論，以新的觀點(diǎn)解釋生命的現(xiàn)象和生物進(jìn)化原理，其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)亦與反應(yīng)擴(kuò)散方程有關(guān)。 </p><p>　　生命現(xiàn)象常常以大量、重復(fù)的形式出現(xiàn)，又受到多種

8、外界環(huán)境和內(nèi)在因素的隨機(jī)干擾。因此概率論和統(tǒng)計(jì)學(xué)是研究生物學(xué)經(jīng)常使用的方法。生物統(tǒng)計(jì)學(xué)是生物數(shù)學(xué)發(fā)展最早的一個(gè)分支，各種統(tǒng)計(jì)分析方法已經(jīng)成為生物學(xué)研究工作和生產(chǎn)實(shí)踐的常規(guī)手段。 </p><p>　　隨著科技的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)介入模型的建構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了模型由“靜態(tài)”向“動(dòng)態(tài)”的轉(zhuǎn)變。例如利用多媒體演示有絲分裂、減數(shù)分裂和受精作用的過程，利用計(jì)算機(jī)演示生物的進(jìn)化、生命的起源等等。從而使模型更逼近原型客體，更真實(shí)地反映原

9、型客體的本質(zhì)屬性。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)作為一種先進(jìn)的教學(xué)手段，以其直觀性、靈活性、立體化的優(yōu)勢(shì)，越來越受到廣大師生的青睞。制作一個(gè)微生物學(xué)多媒體課件首先要選好課題，因?yàn)椴⒎撬械慕虒W(xué)內(nèi)容都適合或都需要運(yùn)用多媒體技術(shù)。課題若選擇不當(dāng)，就會(huì)出現(xiàn)喧賓奪主、畫蛇添足的現(xiàn)象。多媒體課件題材的選取，要從教學(xué)實(shí)際出發(fā)，結(jié)合學(xué)科特點(diǎn)，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容來把握使用原則。 </p><p>　　首先要確保所選課題是當(dāng)前教學(xué)或?qū)W生學(xué)習(xí)所急需的，這

10、樣制作的課件才會(huì)有的放矢。要做到這一點(diǎn)，必須熟悉教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)媒體，了解學(xué)生心理。使你所制作的課件在教學(xué)中發(fā)揮的作用是其他手段所達(dá)不到的，并對(duì)突破教學(xué)中的難點(diǎn)、重點(diǎn)有明顯的作用。例如微生物學(xué)是一門形態(tài)學(xué)課，細(xì)菌、病毒、真菌等的形態(tài)及感染后的病癥都可以用電鏡及數(shù)碼相片來展示，因此，在微生物教學(xué)中運(yùn)用多媒體教學(xué)可起到如虎添翼的作用。如G+菌G-菌的細(xì)胞壁細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)組成，利用掛圖講解，缺乏立體感，也不夠直觀，在光學(xué)顯微鏡下也看不到其內(nèi)部構(gòu)造

11、，若采用三維動(dòng)畫制作，剖析其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，演示細(xì)胞膜物質(zhì)交換過程，則可大大地提高教學(xué)的直觀性，并有一種真實(shí)感，便于學(xué)生理解和記憶，既有助于突破教學(xué)難點(diǎn)，又不斷激發(fā)學(xué)生的興趣，從而實(shí)現(xiàn)常規(guī)教學(xué)無法達(dá)到的效果。 </p><p>　　其次，課件所展示的內(nèi)容，是教師教學(xué)思想的具體體現(xiàn)。因而在選題時(shí)一定要符合教育規(guī)律，體現(xiàn)現(xiàn)代先進(jìn)的教育思想。首先，選題必須符合現(xiàn)行教學(xué)大綱和教材，決不能另搞一套或利用別人的課件生搬硬套。同時(shí)，

12、選題的確定必須以先進(jìn)的教育理論作指導(dǎo)，以學(xué)生為教學(xué)活動(dòng)的主體，要符合認(rèn)知心理學(xué)的原理。要在基于現(xiàn)行教材、準(zhǔn)確反映教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大其知識(shí)面，將最新的科學(xué)研究成果在課件中反映出來，從而把最新的信息傳遞給學(xué)生。世界是不斷發(fā)展變化的，微生物也在不斷的變化，有的物種發(fā)生變異或消失了，新的微生物也在不斷的產(chǎn)生，因此，我們的課件也需要不斷的更新，這樣的課件才有生命力。另外，要體現(xiàn)計(jì)算機(jī)交互性的優(yōu)勢(shì)，突破傳統(tǒng)教學(xué)模式的束縛，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)