关键词：
高中生物学
数学模型
模型建构
模型应用
摘要：
《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》中将传统的三维目标改为了培养学生的核心素养,包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任几部分。其中,科学思维部分包括演绎与推理、模型与建模、创造性思维等。在建构模型的过程中,学生能将所学知识进行整理归纳,根据一定的问题导向,发散思维,建构出能解决问题的模型,提高解决问题的能力,发展科学思维。作为新时代的学生,如果教师在教学时仍采用传统的讲授式,以教师为主体,往往会导致学生被动地接受知识,缺乏独立思考和对知识总结归纳的能力,乃至缺乏独立解决实际问题的思维。建构模型有利于学生思维的培养,特别是建构模型过程中,通过评价、修订相关模型不仅能发展学生的思维逻辑能力,而且能激发学生的学习热情和探索激情,使学生更适应时代的发展。高中生物学教学中将模型分为物理模型、概念模型和数学模型三类。笔者在研究中发现,当前关于概念模型建构的研究较多,物理模型的应用也较为成熟,但对于数学模型的研究特别是数学模型在高中生物学教学中的研究还有待发展。查阅资料后,笔者根据高中生物学内容,将数学模型划分为表格、曲线图、表达式、比例式、柱形图、集合图等六类,这几类数学模型在高中生物学教材中出现过很多次。此外,笔者对近两年全国卷生物学科中出现过的数学模型进行统计,发现每年均有20%左右的试题与数学模型相关,且题型新颖,覆盖面广。可见,将数学模型融入教学,是新课标的要求,学生发展的要求,也是高考的要求。建构数学模型能帮助学生对知识进行归纳整理,建构自己的知识结构,在加强学科间联系的同时,将复杂的知识简单化,抽象的知识具体化,不同类型数学模型的应用,也能帮助学生更好地将知识应用于具体情境中。本次研究应用文献研究法对相关理论知识进行阐述和界定,确定本次研究的方向、思路和方法,根据相关文献整理,将高中生物学教学中的数学模型划分为六种类型进行研究。然后,分析2019年编著的高中生物学教材必修1《分子与细胞》及必修2《遗传与进化》,对教材中的相关内容进行整理,并将其按之前划分的六种类型梳理出来,详细写出每一类的作用和特点,为教学实践做准备,也为数学模型建构教学提供参考。之后,笔者利用问卷星和学校平板教学的便利,对所在学校的20名高中生物教师及249名学生进行问卷调查,了解当前教师和学生对数学模型的认知、态度、使用情况,分析数学模型在高中生物学教学中的意义、存在问题,并探讨如何提高学生的建模能力。接着,根据调查结果以《细胞的增殖》第二课时、《蛋白质是生命活动的主要承担者》第二课时、《孟德尔的豌豆杂交实验(二)》第二课时为例,展示了表格模型、曲线图模型、表达式模型和比例式模型在教学中实施的具体案例。最后,笔者以两个班为实验班,两个班为对照班进行教学实践,通过SPSS数据分析软件对前后测结果比对,分析建构数学模型在高中生物学教学中的有效性。主要研究结果如下:1)分析教材中的相关内容发现,在必修教材中,可建构表格模型32个,曲线图模型18个,表达式模型11个,比例式模型5个,柱形图模型4个,集合图模型5个。建构这些数学模型能帮助学生对易混淆的知识点进行比较分析,直观描述物质的变化规律,表达不同概念间的关系,表述物质间的数量关系等。2)调查发现,大部分学生和教师对在教学中应用数学模型感兴趣,认为数学模型可帮助学生对所学知识进行总结概括,突破教学中的重难点,激发学习兴趣,提高课堂效率。但数学模型的应用也存在一些问题,如学生对数学模型的概念理解不清,自主建构模型较为困难,数学模型在教学过程中受教学时间的限制、学生知识水平和思维水平的限制、教学设施的限制等。3)教学实践结果表明,使用数学模型教学的实验班与使用传统方法教学的对照班之间的成绩显著检验P值为0.013,科学思维发展水平的显著检验P值为0.037,均小于0.05,具有显著性差异,进一步对实验班后测成绩和前测成绩比对发现显著性均小于0.05,说明建构数学模型能有效提升学生成绩,发展学生的科学思维。总之,本研究结果发现了数学模型在高中生物学教学中能有效提高学生的学习兴趣和成绩。因此,在今后教学中建议利用生物学教材,开设选修课,发展学生的模型与建模思维,提高建模能力,同时在教学中使用多种数学模型,因材施教,这将有利于高中生物学教学的教学成绩提高、核心素养培养、科学思维发展等。
