生物教学中的建模及其应用
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数学建模在生物教学中的运用数学是研究现实世界数量关系和空间形式的科学,数学建模是运用数学的语言和方法,通过抽象、简化建立模型并解决实际问题的一种强有力的手段。
数学模型是实际事物的一种数学简化,建立数学模型的过程,是把错综复杂的实际问题简化为合理数学结构的过程。
在生物教学中进行数学建模,可以使教学变得更为有效。
1化枯燥为生动,激发学生学习兴趣植物分类属于生物学中非常枯燥的内容。
例如榆,叶序周(从起点叶到终点叶之间的螺旋线绕茎周数,称为叶序周)为1,有2叶;桑,叶序周为1,有3叶;桃,叶序周为2,有5叶;梨,叶序周为3,有8叶;杏,叶序周为5,有13叶;松,叶序周为8,有21叶。
从表面上来看,叶序周和叶数就是一组枯燥乏味的数字,但若能从数字中找一找其中的规律,会惊奇地发现:植物的叶序周和叶数居然可以用数学中的斐波那契数列来描述(斐波那契数列指的是这样一个数列:1、1、2、3、5、8、13、21、……这个数列从第三项开始,每一项都等于前两项之和)。
植物的花瓣、萼片、果实的数目也都非常吻合于斐波那契数列。
再来观察向日葵的花盘,会发现其种子排列组成了两组镶嵌在一起的螺旋线,一组是顺时针方向,一组是逆时针方向。
两组螺旋线的数目,不同品种的向日葵会有所不同,但一般螺旋线的数目是34和55,55和89或89和144,每组数字都是斐波那契数列中相邻的两个数。
植物似乎对斐波那契数着了迷,为什么植物如此偏爱斐波那契数呢?原来斐波那契数列中相邻的两个数之比恰好是黄金比例,即0.618。
在植物中,像牡丹、月季、荷花、菊花等观赏性花卉含苞欲放时花蕾呈现的椭圆形,其长短轴之比接近于黄金分割。
研究表明这种比例对植物的通风和采光效果最佳。
由一组枯燥的数字联系到斐波那契数列再联系到黄金分割,枯燥的内容顿时变得非常有趣,很有吸引力。
学生学习生物学的好奇心被激发了,学生探索的欲望变得越来越强烈,学生的学习兴趣也变得越来越浓厚。
当置身于探索生命现象、建构模型的过程中时,学生学会了观察和统计、归纳与演绎、假设与近似的方法,并主动地去思索,在不知不觉中领略生物学的真谛。
建模教学在高中生物课堂教学中的应用策略分析摘要:《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。
基于此,本篇文章对建模教学在高中生物课堂教学中的应用策略进行研究,以供参考。
关键词:建模教学;高中生物;课堂教学;应用策略引言核心素养是指学生在学习过程中所获得的满足自身终生发展所需的必备品格和关键能力,对学生的长远发展有很重要的意义。
在高中生物教学过程中,教师可以采取建模教学的手段,提高学生参与生物学习的积极性,引导学生在建模当中体会生物知识的价值和内涵,丰富学生的高中生物学习经历,从而使学生的生物核心素养得到有效的发展。
以下是笔者对此的一些具体看法。
一、生物模型学界一般认为模型是出于某一目的,对原型的本质特征进行概括性的、简化性的描述。
[北京师范大学生命科学学院刘恩山教授研究团队认为:模型是具体的实物、观点、概念、事件、过程与系统等的表征。
这一观点具体、形象、“接地气”,有助于中学生认识模型、主动参与建模活动。
修订生物模型相关内容,基于学生学习生物学的视角,重新界定物理模型、数学模型、概念模型等生物模型类型及其功能,彰显模型在现代生物学研究及中学生物学课程学习中的重要用。
二、高中生物模型建构教学存在的问题首先,学生在学习的过程中缺乏模型建构的意识,难以运用自身的知识基础建构基于自身认知的生物知识体系,学生在学习过程中缺乏学习体验,也难以对模型建构教学方法产生兴趣,因此课堂参与程度不高,没有认识到模型建构教学带给自身的积极意义。
高中生物建模教学策略一、教学任务及对象1、教学任务本教学任务围绕高中生物建模教学策略展开,旨在引导学生通过构建生物模型,深入理解生物学概念、原理和过程。
在教学过程中,将运用多种建模方法和技巧,如概念图、流程图、数学模型等,帮助学生形成系统、完整的生物知识体系。
同时,培养学生的问题发现、分析解决及团队合作能力,提高生物学科核心素养。
2、教学对象本教学任务针对的高中生物教学对象为具有一定生物基础知识、思维活跃、求知欲强的普通高中学生。
他们在之前的生物学习中,已经掌握了基本的生物概念和实验技能,但在建模方面可能存在一定的困难和挑战。
因此,本教学设计将充分考虑学生的实际需求,采用循序渐进、由浅入深的教学策略,使学生在轻松愉快的学习氛围中掌握生物建模方法。
二、教学目标1、知识与技能(1)理解并掌握生物建模的基本概念、原理和方法,如概念图、流程图、数学模型等;(2)能够运用所学的生物建模方法,针对具体的生物学问题进行模型构建和分析;(3)掌握生物建模过程中的数据收集、处理和分析方法,具备一定的科学探究能力;(4)能够运用生物模型解释生物学现象,提高对生物知识体系的理解和运用能力。
2、过程与方法(1)培养学生主动发现问题、提出问题的能力,激发学生的求知欲和探索精神;(2)通过小组合作、讨论交流等形式,提高学生分析问题、解决问题的能力;(3)引导学生运用比较、分析、综合等思维方法,对生物建模过程进行深入探究;(4)培养学生将理论知识与实际应用相结合的能力,提高学生的实践操作技能。
3、情感,态度与价值观(1)激发学生对生物学科的兴趣,培养良好的学习动机和学习态度;(2)通过生物建模的过程,培养学生勇于探索、严谨求实的科学精神;(3)引导学生认识到生物建模在生物学研究中的重要性,提高学生的学科素养;(4)培养学生团队合作意识,学会尊重他人、倾听他人意见,形成良好的沟通能力;(5)培养学生关注生物科学与社会生活的联系,关注生物伦理问题,形成正确的价值观。
生物学3d模型(一)引言概述:生物学3D模型是利用计算机技术和软件开发的先进工具,能够以三维形式呈现生物学中的各种结构和过程。
这些模型不仅可以直观地展示生物体的解剖结构和功能特征,还可以帮助学生和研究人员更好地理解和研究生物学的重要概念。
本文将探讨生物学3D 模型的应用和优势,并介绍其中五个重要的方面。
正文:1. 生物学3D模型的应用领域- 医学教育:生物学3D模型可以用于医学院校的解剖学教学,帮助学生更好地理解人体内部结构和器官之间的关系。
- 药物研发:生物学3D模型可以用于药物分子的对接研究,帮助研究人员预测和评估药物的相互作用和效果。
- 生态学研究:生物学3D模型可以用于模拟和研究生态系统中不同物种的相互关系和相互作用。
- 进化生物学:生物学3D模型可以用于重建古生物的外貌和行为习性,帮助科学家更好地理解生物进化的过程。
- 分子生物学:生物学3D模型可以用于模拟和研究分子间的相互作用和反应,帮助科学家理解和预测生物分子的结构和功能。
2. 生物学3D模型的优势- 三维可视化:生物学3D模型能够以三维形式呈现生物结构和过程,使得观察者可以更直观地理解和感受生物学中的各种现象和现象。
- 交互性:生物学3D模型可以通过操作和交互来探索和理解生物学中的各种概念和现象,提高学习和研究的参与度和效果。
- 多尺度模拟:生物学3D模型可以模拟和展示从分子到整体的各种生物结构和过程,使观察者可以在不同尺度上观察和研究生物学中的现象。
- 可视化教学工具:生物学3D模型可以作为教学工具,帮助教师更好地向学生传递生物学中的各种概念和知识,提高学习的效果和效率。
- 数据可视化和分析:生物学3D模型可以将复杂的生物数据可视化展示,帮助科学家更好地分析和理解生物学中的数据和模式。
3. 生物学3D模型的制作方法- 实体模型制作:生物学3D模型可以通过扫描和建模的方法,制作出真实且精确的生物结构模型。
- 计算模拟和渲染:生物学3D模型可以通过数值计算和渲染的方法,模拟和呈现生物结构和过程的动态变化。
高中生物课堂中合理运用生物建模的探究
生物建模是指通过模拟和模拟实验,对生物现象和生物过程进行定量分析和探究的方法。
在高中生物课堂中,合理运用生物建模可以帮助学生更好地理解生物知识,提高学生的学习效果和兴趣。
下面将从实例分析和课堂教学两个方面介绍如何合理运用生物建模进行探究。
实例分析
高中生物课堂中,可以通过实例分析来引入生物建模的概念和方法。
讲解光合作用的过程时,可以利用生物建模的方法,通过建立一个光合作用模型来模拟和分析光合作用的过程。
学生可以通过观察和实验来收集数据,然后使用模型进行数据分析和推理,从而深入了解光合作用的原理和机制。
课堂教学
在生物建模的过程中,学生还可以进行思维导图、图表、模拟实验等活动,以帮助他们整理和分析生物知识,提高他们的学习兴趣和主动性。
教师可以引导学生提出问题、设计实验、收集数据、分析结果等,培养他们的科学思维和实践能力。
探索篇•方法展示當中生炀课壹中合理应用生场建模的教学策略郭锋(甘肃省白银市靖远县第四中学,甘肃白银)摘要:在高中生物教学过程中,生物建模主要是学生与教师亲自动手操作的过程,不仅可以加深学生对高中生物知识的理解,还能培养自身的创新能力。
通过对生物教材中某一板块知识进行模型构建,可以将高中生物较为抽象的知识点变得形象化、简单化,便于学生学习与掌握,有利于学生对知识的掌握,有利于培养学生的创新能力。
因此,在高中生物课堂中合理应用生物建模的教学方式,对学生探索精神的培养具有积极意义。
关键词:高中生物;生物建模;合理高中生物知识较为抽象,学生学习难度较大。
因此,笔者认为,在高中生物课堂教学过程中,教师应构建多样化的教学模型,将抽象的高中生物知识点形象化、简单化,这样有利于激发学生学习生物的兴趣,帮助学生更好地吸收高中生物知识。
一、高中生物课堂中合理应用生物建模的教学意义在高中生物教学过程中,合理利用生物建模的方式,有助于学生更好地掌握生物知识。
首先,教师可以通过对生物教材中某一板块知识进行模型构建,从而将高中生物较为抽象的知识点变得形象化、简单化,便于学生学习与掌握。
例如,在高中生物“细胞的多样性和统一性”一课教学中,教师主要的教学内容是细胞的多样性和统一性变化问题,但是如果教师只是单纯讲解细胞的形态、大小、种类结构,学生理解起来较为困难。
因此,教师可以根据细胞的多种形态进行模型的构建,使高中生物课堂学习内容变得简单明了,这样有利于学生对知识的掌握。
其次,有利于培养学生的创新能力。
生物建模主要是学生与教师亲自动手操作的过程,而且学生在实际构建生物模型时,不仅可以加深学生对高中生物知识的理解,还能培养自身的创新能力。
因此在高中生物课堂中合理应用生物建模的教学方式,对学生探索精神的培养具有积极意义。
二、高中生物课堂中合理应用生物建模的教学策略1.利用物理模型物理模型可以将较为抽象化的高中生物教学知识点简单、具体化,不仅有利于激发学生生物学习兴趣,加深高中生物课堂印象,还能增强学生对高中生物知识点的掌握。
刍议高中生物教学中建模思想的应用策略高中生物教学是培养学生科学素养和实践能力的重要阶段,在这个阶段,教师如何有效地引导学生掌握生物知识并运用建模思想进行学习和探究,成为了当前教育领域亟待解决的问题。
本文将就高中生物教学中建模思想的应用策略进行探讨,旨在为提高生物教学的质量和水平提供一些新思路和新方法。
一、建模思想在高中生物教学中的重要性建模思想是指把研究对象抽象化,建立与之相对应的模型,以模拟研究对象的规律性、特征和规律性的认识方式。
在高中生物教学中,建模思想具有以下重要作用:1. 提高学生科学素养。
通过建模思想的引导,学生能够主动进行问题提出、模型构建、验证修正等过程,培养学生的科学思维和动手能力,提高其对生物学科的兴趣和理解。
2. 培养学生的实践能力。
建模思想强调实践与应用,能够促使学生积极参与课堂活动,锻炼学生分析问题、解决问题的能力,培养学生的动手实践能力和独立思考能力。
3. 帮助学生理解生物知识。
通过建模思想,学生可以将抽象的生物知识具体化,形象化,更容易理解和记忆,提高学习效果。
建模思想在高中生物教学中具有非常重要的作用,是培养创新精神、实践能力和科学素养的有效手段。
1. 打破传统模式,引入案例教学。
传统的生物教学往往以课本知识为主,缺乏生动形象的教学手段。
教师可以通过引入生物学领域的实际案例,引发学生的兴趣,激发他们对生物知识的学习热情,并在案例中引导学生建立相关的模型。
2. 进行开放性实验设计。
生物实验是生物教学中不可或缺的一部分,通过设计开放性实验,让学生自由地选择实验方向、设计实验步骤、解读实验结果,激发学生的好奇心和探究欲望,培养学生的实践能力和动手操作能力,促进建模思想的形成和应用。
3. 引导学生进行课外实践探究。
学校可以组织学生到社区、实验室等地进行实地考察和实践活动,通过亲身经历,感受科学,培养学生的动手能力和创新意识,促进建模思想的形成和应用。
4. 制定综合性课程设计。
生物教学中的建模及其应用
生物教学中的建模及其应用
【摘要】模型是一种直观而方便的教学器具,在生物学教学中不可或缺。
如何有效运用这一资源,开展模型教学,以增进学生对学科内容的理解,进一步培养他们建模、运模的能力,在生物学习中具有重要的价值。
本文就生物教学中的建模作了论述。
【关键词】生物教学,建模,价值
高中生物学教科书提供了丰富的模型资源,如客观实物的相似模型,真实世界的数学抽象模型,思想观点的文字理论模型,以及客观现实的形象显示模型等等。
其中最常见的是物质模型和思维模型。
物质模型包括天然模型和人工模型。
天然模型如在研究人体的时候,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,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,利用海兔进行学习记忆的研究;利用果蝇进行发育调控的研究等,这里线虫、海兔和果蝇即是一些天然模型。
人工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,采用制造人工的实物模型进行模拟研究。
类似人体的器官、血液循环等复杂的对象都已经有了实物模型。
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、动(植)物有丝分裂模型和减数分裂中染色体的变化模型等均属于人工模型。
思维模型包括理想模型、数学模型和理论模型。
理想模型是人们为了便于研究而建立的对原型高度抽象化的思想客体或思想事物,它是对研究对象的简化和纯化,突出反映了显示原型的主要特征和联系。
它的建立得益于逻辑方法和非逻辑方法的综合运用,是创造思维的结果。
科学研究离不开科学抽象,简化了的理想模型作为科学抽象的结果,渗透在生物学科中。
如大肠杆菌的结构模式图,各类细胞器、细
胞结构的模式图,各类分子(氨基酸、多肽、核苷酸、核酸等)的模式图,生物膜系统图解、酶降低化学反应活化能的图解,自由扩散、协助扩散和主动运输示意图,光合作用、有氧呼吸过程图解,有丝分裂模式图解,显性和隐性基因的字母化,哺乳动物(精子)卵细胞的形成图解,DNA复制、转录和翻译的示意图,噬菌体侵染大肠杆菌的实验图解等等。
数学模型是能够表现和描述真实世界某些现象、特征和状况的数学系统。
数学模型能定量地描述生物物质运动的过程,一个复杂的生物学问题借助数学模型能转变成一个数学问题,通过数学模型的逻辑推理、求解和运算,就能够获得客观事物的有关结论,达到对生命现象进行研究的目的。
比如描述生物种群增长的费尔许斯特—珀尔方程,就能够比较正确地表示种群增长的规律;通过描述捕食与被捕食两个种群相克关系的洛特卡—沃尔泰拉方程,从理论上说明,农药的滥用,在毒杀害虫的同时也杀死了害虫的天敌,从而常常导致害虫更加猖獗地发生等。
还有一类更一般的方程类型,称为反应扩散方程的数学模型在生物学中也广为应用,它与生理学、生态学、群体遗传学、医学中的流行病学和药理学等研究有比较密切的关系。
20世纪60年代,普里戈任提出著名的耗散结构理论,以新的观点解释生命的现象和生物进化原理,其数学基础亦与反应扩散方程有关。
生命现象常常以大量、重复的形式出现,又受到多种外界环境和内在因素的随机干扰。
因此概率论和统计学是研究生物学经常使用的方法。
生物统计学是生物数学发展最早的一个分支,各种统计分析方法已经成为生物学研究工作和生产实践的常规手段。
随着科技的进步,计算机技术介入模型的建构,实现了模型由“静态”向“动态”的转变。
例如利用多媒体演示有丝分裂、减数分裂和受精作用的过程,利用计算机演示生物的进化、生命的起源等等。
从而使模型更逼近原型客体,更真实地反映原型客体的本质属性。
计算机辅助教学作为一种先进的教学手段,以其直观性、灵活性、立体化的优势,越来越受到广大师生的青睐。
制作一个微生物学多媒体课件首先要选好课题,因为并非所有的教学内容都适合或都需要运用多
媒体技术。
课题若选择不当,就会出现喧宾夺主、画蛇添足的现象。
多媒体课件题材的选取,要从教学实际出发,结合学科特点,根据教学内容来把握使用原则。
首先要确保所选课题是当前教学或学生学习所急需的,这样制作的课件才会有的放矢。
要做到这一点,必须熟悉教学内容以及教学媒体,了解学生心理。
使你所制作的课件在教学中发挥的作用是其他手段所达不到的,并对突破教学中的难点、重点有明显的作用。
例如微生物学是一门形态学课,细菌、病毒、真菌等的形态及感染后的病症都可以用电镜及数码相片来展示,因此,在微生物教学中运用多媒体教学可起到如虎添翼的作用。
如G+菌G-菌的细胞壁细胞膜结构组成,利用挂图讲解,缺乏立体感,也不够直观,在光学显微镜下也看不到其内部构造,若采用三维动画制作,剖析其内部结构,演示细胞膜物质交换过程,则可大大地提高教学的直观性,并有一种真实感,便于学生理解和记忆,既有助于突破教学难点,又不断激发学生的兴趣,从而实现常规教学无法达到的效果。
其次,课件所展示的内容,是教师教学思想的具体体现。
因而在选题时一定要符合教育规律,体现现代先进的教育思想。
首先,选题必须符合现行教学大纲和教材,决不能另搞一套或利用别人的课件生搬硬套。
同时,选题的确定必须以先进的教育理论作指导,以学生为教学活动的主体,要符合认知心理学的原理。
要在基于现行教材、准确反映教材内容的基础上,扩大其知识面,将最新的科学研究成果在课件中反映出来,从而把最新的信息传递给学生。
世界是不断发展变化的,微生物也在不断的变化,有的物种发生变异或消失了,新的微生物也在不断的产生,因此,我们的课件也需要不断的更新,这样的课件才有生命力。
另外,要体现计算机交互性的优势,突破传统教学模式的束缚,充分发挥学生的主观能动性。
教学模型的建立和使用应有创新性,创新表现在多方面,例如概念和理论的创新、创作手法上的创新、技术手段的创新以及教学模式和学习模式的创新。
如在噬菌体一章中,噬菌体的毒性作用及溶原周期可以由静态转为动态,这样噬菌体基因的复制及整合又如何脱离细菌的基因这一系列复杂的过程就能一目了然,现象而生动,便于学生
理解和记忆。
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