基于数学建模思维的高中生物实验教学案例的研究——以“种群数量的变化”为例.pdf

基于数学建模思维的高中生物实验教学案例的研究 ——以“种群数量的变化”为例 摘 要 《普通高中生物学课程标准（2017版2020年修订）》凝练了学科核心素养， 包括“生命观念”、“科学思维”、“科学探究”、“社会责任”。数学建模思维是科学 思维的重要组成部分，强调用数学的方法将生物学知识进行简化、概括。教学中 基于数学建模思维开展活动，一方面有利于教师进行数学建模的教学研究，另一 方面有利于培养学生的科学思维，促进核心素养的养成。对数学建模在高中生物 学教学中的应用进行研究，具有理论意义和实践意义。 本研究由文献综述、问卷调查、实验优化教学、教学效果检测和应用建议五 个关键部分组成，探讨了数学建模在高中生物学教学中的应用价值。对国内外数 学建模的研究现状展开综述，发现目前数学建模在数学、物理学科中的应用较为 广泛，在生物学科中的应用则比较少，也尚未形成完整的理论和实践体系。以问 卷的形式对高中生物学教学中数学建模的应用情况进行了调查，发现高中师生对 数学建模缺乏全面、深入的认知，如在讲授有关数学建模的章节内容时，大多数 教师会直接将构建好的数学模型呈现给学生，让学生识记后去做题，学生也很少 主动使用数学的方法去学习。以“种群数量的变化”一节内容为对象，展开实验优 化教学活动，一方面与数学建模思维相结合，探讨数学建模在生物学实验教学中 应用的可能性，另一方面对教材中“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”的实验 进行优化，为该实验的开展提供可参考的经验。使用测试卷对实验教学的实施效 果进行检验，结果表明在“种群数量的变化”的教学中开展数学建模教学活动比常 规教学更能促进学生学习，且促进效果显著。 本文最后针对“数学建模在高中生物学教学中的应用”提出几点建议：转变教 育观念，树立多元化的评价观和成才观；培养具有数学建模教学能力的教师队伍； 深度挖掘教材，建立数学建模教学案例库；教给学生学习的方法，促进学习迁移。 望本研究能为中学生物教师的教学提供一点参考。 关键词：数学建模；高中生物学教学；实验优化；教学案例 II 目 录 摘 要II AbstractIII 第一章 绪论1 1.1 研究背景1 1.1.1 国外研究现状1 1.1.2 国内研究现状2 1.2 问题的提出3 1.2.1 贯彻新课程改革的要求3 1.2.2 学科的交叉渗透4 1.2.3 实验教学的需要4 1.3 研究目的与意义4 1.3.1 研究目的4 1.3.2 研究意义5 1.4 研究的创新之处5 第二章 相关概念界定及理论基础6 2.1 相关概念界定6 2.1.1 模型与数学模型6 2.1.2 建模与数学建模7 2.1.3 实验设计与优化9 2.2 理论基础10 2.2.1 建构主义理论10 2.2.2 认知学习理论11 2.3.3 杜威的 “做中学”理论11 第三章 研究思路与方法13 3.1 研究思路13 3.2 研究方法15 3.2.1 文献研究法15 3.2.2 问卷调查法15 3.2.3 行动研究法15 第四章 数学建模在高中生物学教学中的应用现状调查16 4.1 调查目的16 4.2 调查对象16 4.3 问卷设计16 4.4 结果分析16 4.4.1 学生对数学模型与建模的认识 17 4.4.2 学生学习数学建模的方法与情