基于模型建构的高中生物种群和群落教学方法探究

摘要：教育理念持续演进，核心素养的需求逐渐凸显，传统教学手段在提升学生综合能力方面显得捉襟见肘，在种群与群落知识的教学中，学生主动参与和实践思维的重要性愈加突出，模型建构这种独特的方式让学生置身于特定情境去拆解复杂生态学概念，同时唤起学习热情及解决现实问题的潜能，对学生核心素养的形成有很强的助力作用。本文探讨了基于模型建构的教学方法在高中生物种群和群落教学中的应用，以期为教师提供新的教学策略，以更好地培养学生的生态学核心素养。

关键词：高中生物；模型构建；概念模型；动态模型

1 模型建构教学的理论基础

1.1提升学生的思维水平

模型建构教学能有效拔高学生的思维层级，生物学科充斥着复杂概念与抽象理论，传统教学方式往往难以促成深度思考，而模型建构则搭建起直观可视的学习场域，促使学生将抽象理论融入具体建模中以提升理解度，在构建模型时学生不仅需理清学科内容间的关联，还须主动琢磨模型各要素的相互作用关系，这样的教学注重学习中的探索与挖掘，鼓励学生自主思考并提出疑问。这一过程中，学生们逐渐吸收理性思维架构，试着朝多元视角剖析难点，打磨判断力，并构造处理复杂状况的本领，使逻辑与抽象思想方面进步显著，创造性思维也随之得到延展，这种教学方式使得知识能在实践中活学活用，让其科学思考的整体跃升有了一定保障。

1.2增强学生的实践能力

模型建构教学在提升学生实践能力方面展现出显著优势，相比之下传统理论教学，模型建构让学生深度参与动手操作来调动积极性，像生物这类实验导向鲜明的学科，很多内容唯有依靠实验与建模才能够促进深层次理解，构建模型时学生既要吃透生物学原理，还得把实际技能投入模拟验证环节，在此过程中需要调用已有知识体系，灵活组合各类方式进行实验设计，数据采集和分析，从而深化对生物现象的认知，这种过程无疑更具复杂性和挑战性。模型建构教学更关注过程性的学习体验，学生在反复实验与调整模型的过程中，实践操作能力逐步积累，还掌握了应对实际问题的诀窍，无论是搭建物理模型，数学模型还是概念框架，科学探究的本质在实践中愈发明晰，动手能力与团队合作水平潜移默化中得到强化。

2 基于模型建构的高中生物种群和群落教学方法

2.1 引导学生构建概念模型以深化种群与群落理解

高中生物学科在涉及种群与群落部分的教学时，构建概念模型有助于解开复杂的生态学知识面纱，生物学科充满了抽象难懂的生物学概念，例如生态位，种间关系，资源承载能力等要素，而学生往往会对其本质含混不清，利用概念模型把这类抽象内容可视化，提供了更清晰的认知途径，在初始讲解时先对种群及群落的一些基础定义与核心概念给出说明，同步展示各种图表，帮助呈现如物种互动模型，种群增长曲线等现象，例如，在讲解“种群密度与资源限制”的内容时，画出一个简易的图示，展示种群数量与资源的关系，并让学生在图示中看到资源有限时，种群数量会受到限制，形成平衡状态。引导学生在课堂上制作类似的模型，帮助他们更好地理解这些抽象概念。当学生动手构建这些模型时，他们的思维将从抽象的理解转化为具体的思考方式，模型的可视化效果能帮助学生理清种群和群落之间的关系，并深化他们对生物学概念的掌握。在模型构建过程中，学生不仅在图示和实际案例中运用所学知识，而且会在模型分析中看到实际数据和生态现象之间的联系，从而更加直观地理解生物学现象的内在规律，更加清楚地理解种群增长的规律及其与环境因素的相互作用。

2.2 借助静态与动态模型深化生态过程理解

种群和群落的教学涵盖众多生物学术语与进程，静态模型能展现固定时刻的生态图景，而动态模型捕捉时间和空间中的连续变化，二者相互补充加深了群落运转的理解程度，在如物种关系这个专题下，学生可以围绕竞争共生捕食这些交互样式设计一张清晰的关系图表，课堂活动则采用模拟方法，分析猎物与捕食者的联动形式，并绘制它们数量相对平稳时的数据图形作为切入点，后续通过分组实验调变变量观察动态下的种群反应，进一步剖析它们间的关联。动态模型靠具体例子来说明种群变化的规则，例如在学习“捕食者与猎物互动影响种群数量”的时候，能更细致地反映生态过程中时间维度的变化，像模拟捕食性蜘蛛和飞蛾相互作用时，学生可设置各类条件，如环境资源或气候变化等情况，然后查看两种生物在这些条件下数量随时间的波动，再根据数据构建变化模型，这个建模过程使学生直接明白种群变化与环境和物种联系的关系，在融合运用静态及动态模型的时候，学生们可以透彻全面地洞察生态系统的特点及内部复杂的作用关系，进而把学到的东西放到现实情境里提高自己的理解和分析水平。

2.3跨学科整合数学模型，帮助学生解读生态数据

数学模型在生物学中具有重要的应用价值，特别是在种群和群落的研究中。利用数学模型，学生能够更系统地分析和解读生态现象中的数量关系。在高中生物教学中，跨学科整合数学模型能够帮助学生提高定量分析的能力。数学模型不仅可以帮助学生更好地理解种群增长模型（如Malthus模型和Logistic模型），还能帮助他们分析种群之间的数量变化和环境承载力之间的关系。例如，在学习“种群增长模型”时，教师引导学生利用数学方程来描述种群数量随时间的变化情况。具体来说，教师可以首先介绍Logistic模型公式：

其中，N（t）代表种群在时间t的数量，K是环境的承载力，N0​是初始种群数量，r是种群增长率，t是时间。给学生提供一些实际数据，比如某一地区的植物种群数据，并要求学生运用上述模型来预测未来几年的种群数量。学生需要根据数据拟合出相应的曲线并绘制图表，进而分析种群数量增长的趋势和环境承载力对种群数量变化的限制。学生还将掌握如何处理数据、拟合曲线和运用图表等基本的数学技能，帮助他们形成了更加系统的生物学思维，提高了解读和分析生态数据的能力。

3 结束语

综上所述，模型建构教学在高中生物种群和群落的教学中具有重要意义，能帮助学生更深入地理解复杂的生态学概念，并提升他们的思维和实践能力。教师应将概念模型、静态与动态模型、以及数学模型结合起来，灵活设计教学活动，引导学生主动参与建模过程，培养他们的综合分析能力，为学生的学科核心素养打下坚实基础。

参考文献

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[4]王睿. 浅析高中生物教材中模型与建构的应用 [J]. 科教文汇（中旬刊）， 2021， （20）： 165-167.

作者简介：

冯佳霄（1991—7月份），女，汉族，河北省沧州市，中小学二级教师，学士，研究方向：基于模型建构的高中生物种群和群落教学方法探究