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浅谈高中生物教学中的模型建构信息化思维
摘 要：高中生物教学中的模型构建思想，是教学由抽象化向立体化转变的连接桥梁，对帮助学生建构起系统、立体的生物知识体系有着重要的价值。本文在深入探究高中生物模型教法理论内涵的基础上，采用理论结合案例的方法，着重阐述了数学模型、概念模型在生物教学中应用的信息化策略，最后，从教师提升自我教学素养，学生强化自我探究能力两个方面出发，提出了优化生物模型教法的建议。
关键词：高中生物 模型教法 数学Matlab模型 二维概念模型
中图分类号：G633.91 文献标识码：C 文章编号：1672-1578（2017）04-0130-01高中生物模型教法内涵解析
1.1 模型教法的界定
模型教法的概念由来久之，早在1931年国外著名的自然系统学专家Bertalanffy便提出了利用模型和微分方程的方法，去探究自然界物质的内在联系。在生物学的发展过程中，模型分析法和教学法的案例也处处可见，例如，DNA双螺旋结构的呈现，便借助了物理模型的分析法，之后这一模型被广泛应用在现代生物教学中。由此可见，生物学的发展和演进离不开模型。而具体到模型教法的概念，可根据前人的研究总结为：运用数学、物理或概念思想，将抽象的知识体系转化为具体的直观事物，帮助学习者建构知识概念的教学策略。
1.2 高中生物教材中的模型资源
《普通高中生物课程标准（实验稿）》中，对模型建立、模型教法进行了详细的解释，并在教学内容的编撰中增加了大量的模型实验教学内容，例如，物理模型教学资源内容有：制作真核细胞的三维结构模型、氨基酸结构模型、渗透模型等；数学模型教学资源内容有：影响酶活性因素的曲线图模型、基因频率计算模型等；概念模型有：血糖调节模型、生态系统结构模型、特异性免疫过程模型等。然而，在传统教学思维下，大多数高中生物教师进行模型教学时，往往采用“手动”的方法，例如，数学模型教学中，要求学生手动绘制曲线图；而在概念模型教学中，在黑板上用粉笔绘制繁琐的概念结构图。整体而言，上述方法直观性差、效率低下，在信息化教学理念不断深入的今天，借助一些高端、直观的信息化软件，构建全新的生物模型教学情境，无疑是一种全新的尝试。以下，本文将探究具体的教学过程。高中生物教学中的模型建构信息化思维
2.1 在数学模型中引入Matlab，提升先进性
Matlab是一款由美国Mathworks公司研发的商业数学软件，能够用于精确的数学建模分析，可视化程度十分高。在高中生物课堂模型教学中，引入该款软件构建精确、可视的生物数学模型，对于教学效果的提升以及课堂教学的创新无疑有着促进意义。例如，在“?p数分裂”相关章节教学时，很多老师都会指导学生建立减数分裂数学模型，模型的内容主要为减数分裂各阶段中DNA和染色体的变化情况，要求学生将变化情况手绘成曲线进行观察。该种传统的数学建模方式可谓费时费力，且容易出现误差。而采用Matlab软件构建减数分裂数学模型，整个教学过程可做如下安排：
（1）课前，教师根据减数分裂各阶段中DNA和染色体变化的情况，编订数学公式，并将公式导入Matlab软件中，生成函数运算式；（2）课中教学时，教师利用多媒体设备为全班学生展示Matlab界面，并输入DNA和染色体变化的数据，利用Matlab中的曲线自动生成功能，一个直观的能够反映减数分裂DNA和染色体变化特征的数学曲线便能立即生成；（3）教师引导学生走上讲台，自主尝试改变Matlab程序数据，调整模型曲线增长率、倾斜角等参数，体会生物动态变化的学习魅力，在此基础上教会同学运用Matlab构建生物数学模型的技能。在之后的教学中，让同学们根据所学，利用Matlab建立其他生物数学模型，举一反三。在上述教学过程中，利用Matlab软件，教师能够大大提升生物数学模型构建的效率，且能够培养学生的信息化建模技能，相较于传统的手动建模，Matlab数学模型的精确度更高，教学的先进性也更为优越。
2.2 在概念模型中融入Inspiration，提升直观性
生物模型构建的优势之一，便是能够为学习者提供更为直观的学习体验，前苏联著名教育家苏霍姆林斯基曾经说过：“为学生提供直观的教学感受，乃是激发他们学习动力的重要途径。”在高中生物模型构建教学中，很多教师会尝试采用概念模型为学生阐述一些深奥难懂的理论概念，但在具体的操作时，往往采用手绘概念框架图，或用PPT呈现概念流程图等形式，相较于传统的说教式概念教学，该种方式确实有一定的先进性和直观性，但实质仍然是将文字性的概念内容转化成图表性的概念内容，直观性仍十分有限，在引导学生有效建构知识体系，提升发散性思维等方面的效果并不佳。
而引入Inspiration，构建一种动态信息化的生物概念模型，则能够起到更为优越的效果。Inspiration是美国Inspiration公司开发的一种专用概念图软件，可以将生物学中的理论概念进行剖析，对每一个细小的概念点进行建模重构，生成直观、二维的概念图形，且各个节点的知识都是在模仿人脑记忆规律的基础上进行构建的，十分有助于学习者记忆所学知识。例如，在“光合作用”教学中，教师便可利用Inspiration构建“光反应阶段”、“碳反应阶段”、“影响光合作用因素”三个主要教学内容的概念模型，在每个内容中，可通过Inspiration软件中的概念分支，插入一些更为细致的概念内容，如：水的光解过程、电子的传递和能量转化、卡尔文实验等。在Inspiration软件中，上述所有内容都可以图片、视频等方式融入概念模型中，学生只要用鼠标点击相关的知识节点，便可直观地体验学习内容，效果十分完美。结语
生物模型虽小，但内涵智慧却大！科学、有效的建模方式对于教学效果的提升意义非凡，当然整个教学中，对教师和学生的要求也相应较高，例如，教师必须不断提升自我的模型教学技能，学习更多的信息化建模软件，并有效运用到课堂中；而在建模学习中，学生也必须积极主动地参与其中，多思考、多动手，不断强化自我的模型学习和探究能力，如此一来，在教学相长的氛围中优化生物模型教学的效果。
参考文献：
[1] 李希明.建构生物模型突破教学难点[J].中学生物教学，2011，（7）.[2] 陈自高，梁芳.论建构主义学习理论与数学建模教学[J]数学教学与研究，2011，（33）.
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