试论生物学建模在教学中的作用

建模是为了解决某些特定问题的一种重要的科学操作和科学思维方法.建模的基本思路是:通过分析、舍去了原型的一些次要细节、非本质的联系,以简化和理想化的形式去再现原型的各种复杂结构、功能和联系,从而更好地解决问题.在教学中对学生进行建模思想方法的教育,有利于培养学生应用生物学的意识和运用生物学思想、方法去解决实际问题的能力.     

生物力学的粘弹性体模型浅析

在力学中,为突出被研究物体的主要矛盾,忽略次要因素,常将物体理想化,如刚体、弹性体、粘滞流体等“理想模型”。生物组织的力学性质比较复杂,在一定条件下也可以理想化,用一些新的“理想模型”描述其特性,研究其运动规律。很多物质具有滞后、弛豫和蠕变性质、这些性质统称为粘弹性。生物组织的粘弹性体模型有以下三种: 1.麦克斯韦模型,是由一弹性系数为μ的线性弹簧与一阻尼延迟器连接而成。以μ     

谈理想化的生物模式图与生物教学

自然科学被学者快速接受的最有效途径是通过理想化模型的输入,理想化的生物模式图属于该种模型.因这种模型能抓住事物的本质特征,并使其呈现出清晰的生命图景,因而被生物科研及教学所广泛采用.虽然《中学生物教学法》提到该问题,但关于其实在意义如何,在教学中的具体实施,都未见有深入详细的论述.生物教学时,若没有"理想化"的理论支配自己,教科书中关于生物结构和生理现象的理想化模型就抽象不出来,板画也就不可能正规化,即使用现成的生物模型式挂图也不能充分地发挥出其应有的效果、使生     

四川白水河自然保护区问题分析排序与对策研究

以白水河国家级自然保护区为研究对象,采用“问题树模型”、“对策树模型”和“距阵排序”等分析工具,对白水河自然保护区过去存在的问题进行分析与评价,并提出了白水河自然保护区的具体保护管理对策。     

试谈中学生物教学与系统论

系统论作为现代科学方法论的“三论”之一,已引起了社会科学和自然科学工作者的广泛兴趣.人们普遍认为,控制论、信息论、一般系统论的出现,为社会科学与自然科学的研究提供了共同的研究方法.而系统论则提供了一种跨越学科界限的,从整体分析问题处理问题的思想和手段.因此,六十年代后,国际上出现了所谓“系统热”.在各个部门和领域,都应用系统论的观点和方法作出大量的预测、模型、评价及决策,由此出现了各种系统工程,还因此造成了一种新型的社会职业——“系统工程师”.系统科学作为一门新兴的“横断学科”,为人们研究复杂的社会和自然界提供了有力的工具. 一般系统论的建立是通过两个途径达到     

生物学师范生对科学模型的认识

通过问卷调查的方法对生物学师范生模型本质观进行了调查.结果表明,生物学师范生对科学模型的认识大多停留在形象阶段,缺乏深刻的抽象理解;大多处于“实体的复制”和“介于实体与抽象之间”的层次;他们对“模型的可变性”认同度较高,而对“模型的发展性”认识不足;他们对科学模型的认识水平未随年级的升高而提升.为此建议:应给学生开设HPS课程;应给学生提供建模的机会;教师应重视模型教学;专业教科书应融合模型方法的知识.     

盲点测试演示模型的制作及应用

初中《生理卫生》教材中有一个“测试盲点”的实验.以往我们采用“马利奥特瓦”方法(测试板)进行盲点测试.虽作了实验,但教师在讲解“视网膜上盲点的位置是靠近鼻侧还是靠近相反的另一侧”这个问题时,一般只采用画图来抽象地讲解,学生不易理解,在头脑中难以形成正确的立体概念.为了解决这个问题,我们试制了盲点测试演示模型,以加强盲点测试实验的直观性,达到了良好的实验效果.     

甲真菌病体外模型研究

目的 构建一个简单、经济的新的甲真菌病体外模型.方法 制备猪甲板,在其腹侧面中央黏贴一个“O”型圈,将受试菌液加入“O”型圈内,将甲板放置培养皿中培养,用大体观察及组织病理的方法动态观察不同真菌侵袭甲板的情况.结果 用猪甲板制备甲真菌病体外模型,通过该模型观察了红色毛癣菌、须癣毛癣菌以及白念珠菌穿透甲板的能力.通过组织病理学方法观察到了真菌动态穿透甲板的过程.结论 该模型适用于评估真菌对甲板的致病作用.     

“生物膜的流动镶嵌模型”一节教学设计

在“生物膜的流动镶嵌模型”一节教学中,通过自主建构模型,学生在真实情境中分析关键问题,深度挖掘现象背后的本质规律,运用合理的科学方法解决实际问题。在教学过程中注重培养学生的高阶思维和解决真实情境问题的能力。     

课堂教学应挖掘“约定主义”对科学理论的影响

从经验主义哲学观角度分析了观察法、实验观察法和归纳法对“燕麦胚芽鞘的向光生长”的发现做出的重要贡献,并提出了早期向光生长的发展历程并不完美的若干问题.基于约定主义哲学观的角度,根据爱因斯坦对科学理论建立提出了若干观点,进一步探讨了孟德尔遗传模型假说的建立深刻的渗透着约定主义哲学思想;从约定主义哲学角度挖掘了“燕麦胚芽鞘向光生长”的课堂教学3个步骤:发现问题、探索演绎、演绎推理.     

R程序包“rdacca.hp”在生态学数据分析中的应用:案例与进展

定量评估不同变量对群落组成的贡献是群落生态学分析的热点问题。但在具体的分析情景中,因子间的共线性与解释率的重叠对评估不同因子重要性造成了较大困难。基于这一问题, R程序包“rdacca.hp”通过引入层次分割法(HP)的理念,在所有可能的模型子集下为各解释变量(或解释变量组)分配单独效应,为典范分析中共线性解释变量的相对重要性评估提供了新的定量指标。目前,“rdacca.hp”包已经成为群落生态学分析的重要工具。为进一步促进用户对“rdacca.hp”包的理解与运用,该文通过引入一个分析塑造甲螨(Oribatida)群落的重要环境和空间驱动因素的实例,重点展示了使用该程序包进行典范分析的一般步骤。随后对近期应用“rdacca.hp”包开展分析的相关研究进行文献计量学分析,结果表明该程序包自上线以来已被广泛用作解决生态学、环境科学及相关学科问题的基本定量框架。最后,该文对“rdacca.hp”包的未来应用和升级进行了展望。总之,该文旨在使国内学者们进一步加深对“rdacca.hp”包的认识和应用。     

“基因表达”的教学思路

采取陈述句的方式对“基因表达”概念的内涵进行表述,使教学目标更具体明确.通过问题引导、采用资料分析、示意图讲授和模型制作等教学策略,使学生理解转录和翻译的概念.通过资料分析活动,用生物学事实帮助学生理解基因表达的转录、翻译等步骤受到调控以及基因表达调控的生物学意义.使学生建立起“基因表达”与“细胞分化”等重要概念之间的逻辑联系,也为学生进一步学习激素的调节机制等内容打下基础.     

环境承载力研究进展

进行环境承载力理论与量化方法的研究,对于指导人类社会经济活动,协调人类发展与环境的关系,具有十分重要而迫切的现实意义.本文论述了环境承载力概念的发展过程,并从“容量”、“阈值”和“能力”三方面介绍了环境承载力定义,指出了环境承载力具有客观性和主观性、区域性和时间性、动态性和可调控性的主要特征.在此基础上,对目前国内外用于环境承载力定量化研究的指数评价法、承载率评价法、系统动力学方法和多目标模型最优化等方法进行了分析,最后对环境承载力研究的发展趋势进行了讨论.     

高维“食饵—捕食者”模型周期解的存在性

一、引言文献对“Ⅱ类功能反应模型”进行了详细、完整的分析,给出了存在周期解的充分条件.但是在自然界中,就某一生态环境而言,往往同时存在上千种,甚至上万种“食饵-捕食者”系统,在食饵和捕食者之间都存在竞争关系.考虑到这些因素,本文将考虑更一般的高维“食饵-捕食者”模型.     

疾病流行的趋势面分析建模及其应用方法论

针对当前有关疾病“三间”分布的聚集性分析这类方法中存在着的通病,本文尝试运用趋势面分析方法来对分布建模．为此,我们廓清了广于“聚集性”的“趋势性”之概念,将二元多项式的趋势面模型拓广到1～3元;依据设立“对照”原则,导出了与人口的人群、空间、时间分布及其联合相关分布相对应的7个疾病的分布,并且利用其相互间的可对比关系可以作出有关地理相关性的推断．同时,对各分布的趋势面模型拟合改用逐步回归代替完全回归．用这套建模方法成功地对一个实例作了研究．最后,讨论了建模中的有关问题,特别指出了设立“对照”原则在数学应用的方法论上的普遍意义,即数学应用的思维模式与实验科学的思维模式的一致性．     

人类群体遗传空间结构的"克立格"模型

通过将“克立格”技术应用于人类群体遗传学领域,构建了人类群体遗传空间结构的“克立格”模型,并论述了其原理和计算方法。以HLA-A基因座为例,应用“克立格”模型,定量分析了中国人群HLA-A基因座的空间遗传异质性;对HLA-A基因频率的空间数据矩阵进行了主成分分析,进而定义了人类群体遗传结构的综合遗传测度(SPC),绘制了综合遗传测度和主成分(PC)的“克立格”地图,分析了其群体遗传空间结构特性。与其他空间插值或平滑方法相比,人类群体遗传空间结构的“克立格”模型具有明显优点：1)“克立格”估计以空间遗传变异函数模型为基础,在绘制空间遗传结构地图之前,可利用变异函数模型定量分析所研究基因座(或多基因座)的空间遗传异质性;2)“克立格”插值方法是真正意义上的无偏估计模型,它利用待估区域周围的已知群体遗传调查点数据,并充分考虑调查点的空间影响范围,给出待估区域的最优估计值;3)“克立格”模型允许估计插值误差,这种插值误差既可用于评价空间估计效果,又可通过绘制误差地图指导在误差过高的地点增加新的群体遗传调查样本点,以优化估计效果。然而,人类群体遗传空间结构的“克立格”模型也存在一定缺点：1)若不能用任何理论遗传变异函数模型拟合观察遗传变异函数值,则不能建立“克立格”模型;2)若理论遗传变异函数的拟合优度很低,则据此建立的“克立格”模型的估计标准差在整个空间范围内会很大,此时“克立格”模型不适用于估计群体遗传空间结构。出现上述两种情形时,应选用不考虑空间相关性的空间随机插值方法绘制群体遗传结构地图,如基因绘图软件中的Cavalli-Sforza方法,反向距离加权法和条样函数插值法等。     

“生态系统的能量流动”(第1课时)的教学设计

以《普通高中生物课程标准》的基本理念和建构主义学习理论为指导思想,教师利用教材中的“问题探讨”为主线贯穿整节课,引导学生借助模型建构的方法自主对“生态系统的能量流动”进行系统分析,在建构中实现行为与思维的统一,有效激发学生学习生物科学的兴趣,提升科学探究能力.     

森林经营决策支持系统的设计与实现及在采伐中的应用

我国传统的森林经营方式比较落后,数字化水平不高,决策过程比较盲目.在地理信息系统平台中集成森林动态模型,建立森林经营决策支持系统,可以充分发挥地理信息系统的可视化、空间分析以及模型模拟预测功能,加强处理森林在较大时空尺度上的动态变化的能力.本文设计并实现了森林生长率模型、景观采伐模型和矩阵模型,开发了森林经营决策支持系统,回答森林采伐经营中“采多少,采哪里,怎么采”的三个主要问题,在长白山区的露水河林业局和三岔子林业局进行应用,为提高我国森林可持续经营管理的数字化水平提供了技术支持.     

初级视觉皮层“简单”与“复杂”神经元动力学的计算建模

本文回顾了我们在哺乳动物视觉皮层的建模工作.利用初级视觉皮层的大规模神经元网络模型,我们解释了初级视觉皮层里“简单”与“复杂”神经元现象的网络机制.所谓的“简单”细胞对视觉刺激的反应近似线性,而“复杂”细胞对视觉刺激是非线性的.我们的模型成功地再现了简单和复杂细胞分布的实验数据.     

基于变权模型的舟山群岛生态安全预警

生态安全预警是生态安全研究的重要内容,对维护区域生态安全具有重要的指示意义.本文以浙江省舟山群岛为例,基于驱动力、压力、状态、影响、响应(DPSIR)框架模型构建了生态安全预警指标体系,使用变权模型对2000-2012年舟山市生态安全的预警等级进行测度,并使用马尔科夫预测方法对2013-2018年生态安全警情进行了预测.结果表明:变权模型能够有效地满足舟山群岛生态安全动态预警研究需要;2000-2012年,舟山群岛生态安全预警指数由0.286波动上升至0.484,警度等级从“重警”演变为“中警”,指示灯由“橙灯”演化为“黄灯”;2013-2018年,舟山群岛生态安全预警等级预测结果为“中警”,指示灯为“黄灯”.研究结果可为维护舟山群岛生态安全提供参考.