生物學(xué)教學(xué)中"建模"的嘗試

薛虓嵩

（青島第三十七中學(xué) 山東青島 266022）

生物學(xué)教學(xué)中"建模"的嘗試

薛虓嵩

（青島第三十七中學(xué) 山東青島 266022）

一提到“模型”，我們馬上會(huì)想到各種各樣的實(shí)物或模具，入“人體結(jié)構(gòu)模型”、“心臟結(jié)構(gòu)模型”等等，還有孩子制作的“輪船模型”、“機(jī)器人模型”等。但實(shí)際上“模型”的含義除了指實(shí)物模型外，還包括另一類(lèi)。

百度百科對(duì)“模型”做了以下解釋?zhuān)骸澳Ｐ褪撬芯康南到y(tǒng)、過(guò)程、事物或概念的一種表達(dá)形式；也可指根據(jù)實(shí)驗(yàn)、圖樣放大或縮小而制作的樣品，一般用于展覽、實(shí)驗(yàn)或鑄造機(jī)器零件等用的模子?！?/p>

從這里可以看出，“模型”除了實(shí)物樣品之外，還可以是某些特定的“表達(dá)形式”，而這一類(lèi)型的模型在科學(xué)研究中的應(yīng)用十分廣泛。物理、化學(xué)、生物等自然科學(xué)領(lǐng)域通過(guò)構(gòu)建模型和進(jìn)一步的應(yīng)用模型，可以對(duì)很多現(xiàn)象的發(fā)展趨勢(shì)及結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。

百度百科對(duì)“建模”的解釋是“建模就是建立模型，就是為了理解事物而對(duì)事物做出的一種抽象，是對(duì)事物的一種無(wú)歧義的書(shū)面描述。”

這就是說(shuō)，對(duì)于研究對(duì)象進(jìn)行的“樣品化”的加工制作以及用適宜的方式進(jìn)行描述，其實(shí)都是建模的過(guò)程。

生物學(xué)作為理科學(xué)科，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、提升學(xué)生邏輯思維能力、教會(huì)學(xué)生認(rèn)識(shí)世界的方法和技能等多方面發(fā)揮著重要作用，其中有很多內(nèi)容可以采用“建?！钡乃悸吠瓿山虒W(xué)任務(wù)，潛移默化的引導(dǎo)學(xué)生初步具備“建?！钡囊庾R(shí)和能力。

人教版生物教材（八上）的第五單元第三章《動(dòng)物在生物圈中的作用》一節(jié)，共有三個(gè)話題：一、在維持生態(tài)平衡中的重要作用；二、促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)；三、幫助植物傳粉、傳播種子。在第一個(gè)話題的教學(xué)過(guò)程中，教師特別設(shè)計(jì)了采用建模的方式完成教學(xué)任務(wù)，現(xiàn)在將教學(xué)過(guò)程呈現(xiàn)給同行們。

一、設(shè)問(wèn)啟思

在引入此部分學(xué)習(xí)內(nèi)容時(shí)，我首先呈現(xiàn)了一條典型食物鏈：“草→兔→狼”，然后讓學(xué)生分組討論“在自然生態(tài)系統(tǒng)中，各種動(dòng)物的數(shù)量為什么不能無(wú)限增長(zhǎng)？”

二、分析討論

學(xué)生們圍繞問(wèn)題分組討論，之后從食物、天敵、生存空間等方面做了闡述，說(shuō)明動(dòng)物的數(shù)量受這些因素的限制，不可能無(wú)限增長(zhǎng)。此時(shí)學(xué)生對(duì)這個(gè)問(wèn)題的分析還比較表淺，接下來(lái)教師引導(dǎo)學(xué)生采用直觀的方式對(duì)食物鏈中三種生物的數(shù)量進(jìn)行了進(jìn)一步分析。

三、構(gòu)建模型

（1）從實(shí)例入手具體分析

教師在黑板上縱向?qū)懞萌N生物，并設(shè)置情境：“在草原上，當(dāng)雨量充沛、氣候適宜時(shí)，草會(huì)生長(zhǎng)的十分繁茂，未來(lái)一段時(shí)間，這些生物的數(shù)量會(huì)怎樣變化呢？”要求學(xué)生用箭頭表示出三種生物數(shù)量的變化趨勢(shì)，經(jīng)過(guò)師生的共同努力，黑板上呈現(xiàn)出的板書(shū)是這樣的：

然后我在黑板上畫(huà)上坐標(biāo)系，并請(qǐng)學(xué)生說(shuō)明橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別表示什么，于是板書(shū)就成了這樣：

（2）由具體問(wèn)題抽象形成模型

從這個(gè)具體實(shí)例中，學(xué)生就能夠總結(jié)出自然生態(tài)系統(tǒng)中各種生物數(shù)量變化的趨勢(shì)。此時(shí)我又通過(guò)多媒體呈現(xiàn)一個(gè)坐標(biāo)系，請(qǐng)學(xué)生預(yù)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)中生物數(shù)量隨時(shí)間延續(xù)發(fā)生變化的趨勢(shì)，用手指表示一下。學(xué)生們都可以準(zhǔn)確的進(jìn)行推測(cè)，在面前畫(huà)出“波浪線”。我在屏幕上同步呈現(xiàn)了曲線。

（3）進(jìn)一步說(shuō)明模型的內(nèi)涵

至此，學(xué)生已經(jīng)充分理解了生態(tài)系統(tǒng)中各種生物數(shù)量的變化趨勢(shì)，教師在此呈現(xiàn)了“生態(tài)平衡”的概念，可謂水到渠成。

實(shí)際上，這個(gè)模型正是生態(tài)平衡現(xiàn)象中“各種生物的種類(lèi)、各種生物的數(shù)量和所占比例維持在相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)”的規(guī)律性的、抽象的“書(shū)面描述”。

四、應(yīng)用模型

模型的構(gòu)建，一個(gè)重要的作用在于利用模型模擬或預(yù)測(cè)某一進(jìn)程。在學(xué)生們已經(jīng)充分理解了生態(tài)系統(tǒng)中生物的數(shù)量消長(zhǎng)變化與時(shí)間的關(guān)系后，我又設(shè)置了一個(gè)新的問(wèn)題情境：“如果人類(lèi)將草原生態(tài)系統(tǒng)中的狼全部獵殺，會(huì)出現(xiàn)怎樣的后果呢？”

我在黑板上的坐標(biāo)圖中畫(huà)了一條虛線，表示人類(lèi)開(kāi)始大量獵殺狼的時(shí)間點(diǎn)，請(qǐng)學(xué)生推測(cè)未來(lái)一段時(shí)間兔和草的數(shù)量變化情況。

學(xué)生們馬上就能作出合理的預(yù)測(cè)：兔的數(shù)量會(huì)在狼被獵殺后迅速增加，草因兔的取食而迅速減少，之后兔的數(shù)量也大量減少。我又請(qǐng)學(xué)生們結(jié)合坐標(biāo)圖表示三條曲線的走向，他們能夠做出非常合理的描述，結(jié)合學(xué)生們的描述，我完成了板書(shū)：

（說(shuō)明：圖中曲線只表示變化趨勢(shì)，不表示真實(shí)情況下的數(shù)量關(guān)系。）

我繼續(xù)追問(wèn)：“草原生態(tài)系統(tǒng)最終會(huì)怎樣？”“退化成沙漠！”孩子們可以不假思索的答出。

教學(xué)進(jìn)程推進(jìn)到此，我們已經(jīng)利用建模的方式探討了自然生態(tài)系統(tǒng)中生物數(shù)量隨時(shí)間延續(xù)的變化趨勢(shì)，生態(tài)平衡的概念，生態(tài)系統(tǒng)具有一定的自動(dòng)調(diào)節(jié)能力以及人類(lèi)的活動(dòng)可能對(duì)生態(tài)平衡造成的影響。

接下來(lái)，我又讓學(xué)生們閱讀了課本61頁(yè)“資料分析”中的第二個(gè)資料：

呼倫貝爾草原是我國(guó)最大的牧業(yè)基地。過(guò)去那里有許多狼，經(jīng)常襲擊家畜，對(duì)牧業(yè)的發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為了保護(hù)人畜的安全，當(dāng)?shù)啬撩裨M織過(guò)大規(guī)模的獵捕狼的活動(dòng).但隨后野兔以驚人的速度發(fā)展起來(lái)。野兔和牛羊爭(zhēng)食牧草，加速了草場(chǎng)的退化。

通過(guò)閱讀，學(xué)生們意識(shí)到自己的預(yù)測(cè)是合理的，在歷史上真的發(fā)生過(guò)這樣的事情，而且他們一定已經(jīng)感受到了建模的意義。

然后我又簡(jiǎn)單說(shuō)明了這種利用數(shù)學(xué)方式建模的好處，對(duì)學(xué)習(xí)方法進(jìn)行了指導(dǎo)。

反思整個(gè)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)和實(shí)施，教學(xué)過(guò)程自然流暢，不落痕跡，巧妙的利用了建模的思路，引導(dǎo)學(xué)生從具體情況入手，有效構(gòu)建了生態(tài)平衡概念的模型，并應(yīng)用此模型對(duì)現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行了準(zhǔn)確的推測(cè)，充分體現(xiàn)了課堂的生成性。

利用建模的方式進(jìn)行課堂教學(xué)，有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）使學(xué)生體驗(yàn)、掌握了一種重要的科學(xué)方法。

建模在自然科學(xué)研究中是一種非常重要的方法，通過(guò)課堂教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生初步了解模型的種類(lèi)，體驗(yàn)建模的過(guò)程，嘗試應(yīng)用模型解決問(wèn)題，最終使學(xué)生具備建模的意識(shí)和能力，掌握建模的方法，對(duì)于提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，提高學(xué)習(xí)能力有重要意義。

（2）有利于學(xué)生理性思維的發(fā)展。

初中學(xué)生在學(xué)習(xí)生物學(xué)知識(shí)時(shí)，仍然有偏重于機(jī)械記憶、死記硬背的現(xiàn)象，不能有效的建立生物學(xué)科的思維方式。通過(guò)體驗(yàn)建模的過(guò)程，利用模型解決問(wèn)題，可以使學(xué)生的思維方式發(fā)生變化，更好的理解知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)。

（3）能夠體現(xiàn)學(xué)科綜合。

模型的構(gòu)建需要很多學(xué)科的知識(shí)和技能，實(shí)物模型需要孩子們正確選材，合理制作各種結(jié)構(gòu)；數(shù)學(xué)模型需要孩子們靈活運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)；其他的書(shū)面模型還需要孩子們選擇最有效的方式，盡可能全面、準(zhǔn)確的呈現(xiàn)信息等等，這個(gè)過(guò)程本身就是學(xué)科綜合的過(guò)程，對(duì)于提升學(xué)生的綜合能力大有助益。