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《生物教學(xué)中建模和其應(yīng)用》由會員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、生物教學(xué)中建模和其應(yīng)用 【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)中具有重要的價值。本文就生物教學(xué)中的建模作了論述。【關(guān)鍵詞】生物教學(xué),建模,價值高中生物學(xué)教科書提供了豐富的模型資源,如客觀實物的相似模型,真實世界的數(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。5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
2、的時候,特別是人的生理現(xiàn)象時,出于對人身健康、安全和倫理道德方面的考慮,不便直接對人體進(jìn)行實驗操作。因此,常常用其他與人相似的哺乳類動物來代替,如狗、貓、鼠等作為人體模型進(jìn)行研究,從而獲得人體生理學(xué)的有關(guān)知識。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)識活動中,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)雜的對象都已經(jīng)有了實物
3、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(植)物有絲分裂模型和減數(shù)分裂中染色體的變化模型等均屬于人工模型。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υ透叨瘸橄蠡乃枷肟腕w或思想事物,它是對研究對象的簡化和純化,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??茖W(xué)研究離不開科學(xué)抽象,簡化了的理想模型作為科學(xué)抽象的結(jié)果,滲透在生物學(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
4、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驗圖解等等。5數(shù)學(xué)模型是能夠表現(xiàn)和描述真實世界某些現(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)動的過程,一個復(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,
5、就能夠獲得客觀事物的有關(guān)結(jié)論,達(dá)到對生命現(xiàn)象進(jìn)行研究的目的。比如描述生物種群增長的費(fèi)爾許斯特—珀爾方程,就能夠比較正確地表示種群增長的規(guī)律;通過描述捕食與被捕食兩個種群相克關(guān)系的洛特卡—沃爾泰拉方程,從理論上說明,農(nóng)藥的濫用,在毒殺害蟲的同時也殺死了害蟲的天敵,從而常常導(dǎo)致害蟲更加猖獗地發(fā)生等。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
6、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)。生命現(xiàn)象常常以大量、重復(fù)的形式出現(xiàn),又受到多種外界環(huán)境和內(nèi)在因素的隨機(jī)干擾。因此概率論和統(tǒng)計學(xué)是研究生物學(xué)經(jīng)常使用的方法。生物統(tǒng)計學(xué)是生物數(shù)學(xué)發(fā)展最早的一個分支,各種統(tǒng)計分析方法已經(jīng)成為生物學(xué)研究工作和生產(chǎn)實踐的常規(guī)手段。隨著科技的進(jìn)步,計算機(jī)技術(shù)介入模型的建構(gòu),實現(xiàn)了模型由“靜態(tài)”向“動態(tài)”的轉(zhuǎn)變。例如利用多媒體演示有絲分裂、減數(shù)5分裂和受精作用的過程,利用計算機(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,更真實地反
7、映原型客體的本質(zhì)屬性。計算機(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,越來越受到廣大師生的青睞。制作一個微生物學(xué)多媒體課件首先要選好課題,因為并非所有的教學(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。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,這樣制作的課件才會有的放矢。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
8、發(fā)揮的作用是其他手段所達(dá)不到的,并對突破教學(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,若采用三維動畫制作,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,并有一種真實感,便于學(xué)生理解和記憶,既有助于突破教