数学模型在生物教学中的应用(1)
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生物教学中的实物模型
科学探究能力是学生的一项重要技能,需要在平时学习中不断地培养,不断地强化。实物模型教学是生物学教学的一项重要手段,对于培养学生的科学探究能力具有重要的意义。在一般意义下,实物模型是指模仿实物或设计中的构造物的形状制成的雏形。模型是抓住了原型的本质特征,对原型进行抽象,把复杂的原型客体加以简化和纯化,并对抽象的假设或命题进行逻辑转换,以构建一个能反映原型本质的模型。
模型可使抽象的研究对象直观化、简约化、具体化,利于引导学生进行探究和学习。
实物模型按照其来源不同一般分为自然模型和人造模型两类。自然模型,在研究人体的时候,特别是人的生理现象时,出于对人身健康、安全和伦理道德方面的考虑,不便直接对人体进行实验操作。因此,科学家常常用其他与人相似的哺乳类动物来代替,如狗、猫、鼠等作为人体模型进行研究,从而获得人体生理学的有关知识。如利用线虫进行细胞凋亡的研究,利用果蝇进行遗传和变异的研究等,这里线虫、果蝇即是一些自然模型。人造模型,即人为制造的科学模型。在科学认识活动中,为了更好地研究微观世界和宏观世界,采用制造实物模型进行模拟研究。高中生物学中的细胞模型、细胞器模型、生物大分子模型、生物膜模型等均属于人工模型。
随着科学技术的进步,人们将研究的对象看成是一个系统,从整体的行为上对它进行研究,对于所研究的系统可以通过类比、抽象等手段建立起各种模型,称为建模。模型的建立要根据研究的任务、目的抽象出被研究对象的本质特征,舍去许多次要的细节和非本质的属性,把要研究的现象、问题从纷繁复杂的关系中明确、清晰地显示出来,并制订出解决问题的程序,从而充分地发挥思维的能动作用,达到认识原型的目的。在建立模型的过程中,老师提供一定的指导,给学生提供充足的用具和材料,由学生采用合作学习的方式动手动脑建构模型,并带着问题来探究有关教学内容。这样的教学方式,不仅把探究活动落到了实处,让学生领悟建构模型的方法,而且也有利于学生合作意识和创新精神的培养。下面以“制作植物真核细胞模型”为例来演示模型的制作过程。“真核细胞模型”属于实物模型,是对原型的模仿和抽象。
第25卷第1期 2008年1月 江苏教育学院学报(自然科学版) Journal of Jiangsu Institute of Education(Natural Sciences) Vo1.25 No.1 Jan.,2008
谈模型建构在中学生物教学中的应用
陆美红
(江苏省拼茶高级中学,江苏如东226406)
摘 要 本文探讨在高中生物教学中涉及到的几种模型及这儿种模型建构的有关内容,以及在模型建构教学中有关 的注意事项,模型建构在培养学生各种能力,提高学生生物学素养方面的作用. 关键词模型;建构;应用;实例
模型建构是自然科学研究中的一种常用的方法.当研究对象难以直接操作或研究时,可以考虑模型建构的方法.该方法用
模型来模拟研究对象,被模拟的对象称做原型.模型舍去了原型的一些次要的细节、非本质的联系,以简化和理想化的形式去再
现原型的各种复杂结构、功能和联系,是连接理论和应用的桥梁.那么什么是模型呢? 模型是人们为了某种特定的目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述,这种描述可以是定性的,也可以是定量
的;有的借助于具体的实物或其他形象化的手段,有的则通过抽象的形式来表达.高中生物教材中涉及到模型有物理模型、概念
模型、数学模型等.
本文就高中生物教材中涉及到的几种常见模型的建构谈一些认识.
1 模型的种类及应用实例
1.1物理模型 以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征,这种模型就是物理模型.在高中生物教学中,有许多原物无法找到或没有
必要找到,而是以一定形态的分子模拟物对生物原型形象、简约地表现出来,如沃森和克里克制作的著名的DNA双螺旋结构模
型,它形象而概括地反映了所有DNA分子结构的共同特征;再如建构减数分裂过程中染色体变化和非同源染色体的自由组合
的模型,能够形象地展示减数分裂过程中染色体的数目和主要行为的变化,有利学生理解减数分裂的相关知识.
下面以DNA双螺旋结构模型的建构简单介绍物理模型制作的一般步骤:
【高中生物】模型构建在高中生物教学中的应用
高中生物知识中包含的概念、规律特别多,大部分的知识原形是肉眼不能看到、目前无法完成或者是操作过程耗时特别长,所以应用模型构建教学方式,有利于学生对相应概念、规律的探索研究,帮助其构建一个完整的知识系统,提升学生的学习效果。无论是从新的教学理念或者是从提升教学效果来看,模型构建都是
高中生物
实施有效教学的重要手段。因此,在高中生物教学中有效应用模型构建进行全面研究,可促进高中生物教学的良性发展。
一、 数学模型的应用
数学模型就是运用数理逻辑方法和数学语言构建的科学或工程模型。在生物教学中应用数学模型就是将生物知识用数学方式进行表达,其中包括图、表、公式等,这样可以将所要教授的知识形象地表现出来,让学生更好地掌握知识的重点与本质。例如,对植物激素浓度与植物生长之间的关系进行讲解时,就可以构建数学模型,将两者的关系清晰明了地表现出来(如图1)。当然,除此之外光合作用过程中二氧化碳以及氧气含量的变化;染色单体、染色体、dna三者之间的关系等知识都可通过构建数学模型来进行更为明确的讲解。所以教师需要训练学生制作图表的方法,提升其对相应数据进行处理的能力,使学生能够通过数学模型理解知识的本质,有效提升学生的观察理解能力。
二、 物理模型的应用
物理模型是指以实物或图画形式直观表达需认识对象的特征的模型。在生物教学过程中,对物理模型的应用通常是实体模型,以对相应知识进行直观表达,可以将抽象的生物知识形象地展现出来,有助于学生对所学知识的理解与掌握,激发学生的学习兴趣。例如,对细胞与分子进行讲解时,可以直接构建细胞分子模型,这样学生就可以直观地对相应知识进行分析理解,以对细胞结构进行明确掌握。此外,对原生质层进行讲解时,学生对抽象的定义很难得到深刻理解,但是有了细胞结构实体模型(如图2),就可以轻松掌握这一知识点。可是有时知识点对应的实体模型不易制作,如果课上制作会对课程进度造成影响。所以教师可以组织课外兴趣活动,让学生制作喜欢的物理模型,这样不仅培养了学生的动脑、动手能力,而且有助于学生对相应知识的掌握,提升教学效果。而物理模型中除了实体模型,还有示意图模型,这对于较为复杂的知识学习而言具有很大作用。教师对知识进行简单介绍,让学生自由讨论,对制作模型的方法进行探讨,将抽象的文化知识形象化、实体化,这样不仅可以培养学生的思维能力,而且可以使学生对所学知识拥有深刻印象,从而提升教学效果。
浅谈数学模型在高中生物新课程教学中的应用
【摘 要】数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式,是联系实际问题与数学的桥梁,具有解释、判断、预测等重要功能。笔者就生物新课程教学中引入数学模型的意义、常用的数学模型种类及应用数学模型应注意的问题进行了深入探讨。
【关键词】生物;数学模型;种类;价值;应用
生命科学是自然科学中的一个重要的分支。高中生物新课程要求学生具备一定的科学素养和创新能力,因此在教学中,教师应注重思维方式的培养。充分运用数学模型解决生物学问题,提高学生的逻辑思维能力,拓展学生思维空间,培养学生创造性地解决问题的能力。
1、生物新课程引入数学模型的意义
1.1数学模型是指用字母、数字和其他数学符号构成的等式或不等式,或用图表、图像、框图、数理逻辑等来描述系统的特征及其内部联系或与外界联系的模型。它是真实系统的一种抽象。是联系实际问题与数学的桥梁,具有解释、判断、预测等重要功能。在科学研究中,数学模型是发现问题和探索新规律的有效途径之一。生物课程中应用数学模型,有利于培养学生透过现象揭示本质的洞察能力。同时,通过生物科学与数学知识的整合,有利于培养学生简约、严密的思维品质。
1.2数学方法的介入,使我们对自然规律有了更多的认识,数学模型在生物学中越来越表现出强大的生命力,它通过建立可以表述
生命系统发展状况等的数学系统,对生命现象进行量化,以数学关系描述生命现象,再运用逻辑推理、求解和运算等方法达到对生命现象进行研究的目的。
1.3数学模型的运用能很好地帮助学生解决一些生物学实际问题,深入理解生物学上的基本概念,提高逻辑思维能力和学习兴趣。
2、几种常见数学模型在生物新课程教学中的应用
2.1集合图形
首先,集合思想多运用于解决遗传问题的分类处理,例如某个体有两种基因型,可以分成两种情况分别处理然后再叠加;再如计算后代两种遗传病的患病概率时也可以用集合思想加以解决。