生物学教学中"建模"的尝试

薛虓嵩

（青岛第三十七中学 山东青岛 266022）

生物学教学中"建模"的尝试

薛虓嵩

（青岛第三十七中学 山东青岛 266022）

一提到“模型”，我们马上会想到各种各样的实物或模具，入“人体结构模型”、“心脏结构模型”等等，还有孩子制作的“轮船模型”、“机器人模型”等。但实际上“模型”的含义除了指实物模型外，还包括另一类。

百度百科对“模型”做了以下解释：“模型是所研究的系统、过程、事物或概念的一种表达形式；也可指根据实验、图样放大或缩小而制作的样品，一般用于展览、实验或铸造机器零件等用的模子。”

从这里可以看出，“模型”除了实物样品之外，还可以是某些特定的“表达形式”，而这一类型的模型在科学研究中的应用十分广泛。物理、化学、生物等自然科学领域通过构建模型和进一步的应用模型，可以对很多现象的发展趋势及结果进行准确的预测。

百度百科对“建模”的解释是“建模就是建立模型，就是为了理解事物而对事物做出的一种抽象，是对事物的一种无歧义的书面描述。”

这就是说，对于研究对象进行的“样品化”的加工制作以及用适宜的方式进行描述，其实都是建模的过程。

生物学作为理科学科，在培养学生科学素养、提升学生逻辑思维能力、教会学生认识世界的方法和技能等多方面发挥着重要作用，其中有很多内容可以采用“建模”的思路完成教学任务，潜移默化的引导学生初步具备“建模”的意识和能力。

人教版生物教材（八上）的第五单元第三章《动物在生物圈中的作用》一节，共有三个话题：一、在维持生态平衡中的重要作用；二、促进生态系统的物质循环；三、帮助植物传粉、传播种子。在第一个话题的教学过程中，教师特别设计了采用建模的方式完成教学任务，现在将教学过程呈现给同行们。

一、设问启思

在引入此部分学习内容时，我首先呈现了一条典型食物链：“草→兔→狼”，然后让学生分组讨论“在自然生态系统中，各种动物的数量为什么不能无限增长？”

二、分析讨论

学生们围绕问题分组讨论，之后从食物、天敌、生存空间等方面做了阐述，说明动物的数量受这些因素的限制，不可能无限增长。此时学生对这个问题的分析还比较表浅，接下来教师引导学生采用直观的方式对食物链中三种生物的数量进行了进一步分析。

三、构建模型

（1）从实例入手具体分析

教师在黑板上纵向写好三种生物，并设置情境：“在草原上，当雨量充沛、气候适宜时，草会生长的十分繁茂，未来一段时间，这些生物的数量会怎样变化呢？”要求学生用箭头表示出三种生物数量的变化趋势，经过师生的共同努力，黑板上呈现出的板书是这样的：

然后我在黑板上画上坐标系，并请学生说明横坐标和纵坐标分别表示什么，于是板书就成了这样：

（2）由具体问题抽象形成模型

从这个具体实例中，学生就能够总结出自然生态系统中各种生物数量变化的趋势。此时我又通过多媒体呈现一个坐标系，请学生预测生态系统中生物数量随时间延续发生变化的趋势，用手指表示一下。学生们都可以准确的进行推测，在面前画出“波浪线”。我在屏幕上同步呈现了曲线。

（3）进一步说明模型的内涵

至此，学生已经充分理解了生态系统中各种生物数量的变化趋势，教师在此呈现了“生态平衡”的概念，可谓水到渠成。

实际上，这个模型正是生态平衡现象中“各种生物的种类、各种生物的数量和所占比例维持在相对稳定状态”的规律性的、抽象的“书面描述”。

四、应用模型

模型的构建，一个重要的作用在于利用模型模拟或预测某一进程。在学生们已经充分理解了生态系统中生物的数量消长变化与时间的关系后，我又设置了一个新的问题情境：“如果人类将草原生态系统中的狼全部猎杀，会出现怎样的后果呢？”

我在黑板上的坐标图中画了一条虚线，表示人类开始大量猎杀狼的时间点，请学生推测未来一段时间兔和草的数量变化情况。

学生们马上就能作出合理的预测：兔的数量会在狼被猎杀后迅速增加，草因兔的取食而迅速减少，之后兔的数量也大量减少。我又请学生们结合坐标图表示三条曲线的走向，他们能够做出非常合理的描述，结合学生们的描述，我完成了板书：

（说明：图中曲线只表示变化趋势，不表示真实情况下的数量关系。）

我继续追问：“草原生态系统最终会怎样？”“退化成沙漠！”孩子们可以不假思索的答出。

教学进程推进到此，我们已经利用建模的方式探讨了自然生态系统中生物数量随时间延续的变化趋势，生态平衡的概念，生态系统具有一定的自动调节能力以及人类的活动可能对生态平衡造成的影响。

接下来，我又让学生们阅读了课本61页“资料分析”中的第二个资料：

呼伦贝尔草原是我国最大的牧业基地。过去那里有许多狼，经常袭击家畜，对牧业的发展构成严重威胁。为了保护人畜的安全，当地牧民曾组织过大规模的猎捕狼的活动.但随后野兔以惊人的速度发展起来。野兔和牛羊争食牧草，加速了草场的退化。

通过阅读，学生们意识到自己的预测是合理的，在历史上真的发生过这样的事情，而且他们一定已经感受到了建模的意义。

然后我又简单说明了这种利用数学方式建模的好处，对学习方法进行了指导。

反思整个教学内容的设计和实施，教学过程自然流畅，不落痕迹，巧妙的利用了建模的思路，引导学生从具体情况入手，有效构建了生态平衡概念的模型，并应用此模型对现实情况进行了准确的推测，充分体现了课堂的生成性。

利用建模的方式进行课堂教学，有以下优点：

（1）使学生体验、掌握了一种重要的科学方法。

建模在自然科学研究中是一种非常重要的方法，通过课堂教学，引导学生初步了解模型的种类，体验建模的过程，尝试应用模型解决问题，最终使学生具备建模的意识和能力，掌握建模的方法，对于提升学生的科学素养，提高学习能力有重要意义。

（2）有利于学生理性思维的发展。

初中学生在学习生物学知识时，仍然有偏重于机械记忆、死记硬背的现象，不能有效的建立生物学科的思维方式。通过体验建模的过程，利用模型解决问题，可以使学生的思维方式发生变化，更好的理解知识、应用知识。

（3）能够体现学科综合。

模型的构建需要很多学科的知识和技能，实物模型需要孩子们正确选材，合理制作各种结构；数学模型需要孩子们灵活运用数学知识；其他的书面模型还需要孩子们选择最有效的方式，尽可能全面、准确的呈现信息等等，这个过程本身就是学科综合的过程，对于提升学生的综合能力大有助益。