高中生物中生物数学模型的应用

中学生物中生物数学模型的应用【】数学模型的教学方法在现代科学的教化中特别受重视。数学模型，是把客观生物学现象与概念翻译成一套反映探讨对象的数学关系，通过数学符号以及方程式来进行表达和运算。在现今中学的生物学教学中，引导学生们去构建数学模型，这种方式有利于培育学生通过现象去揭示本质的洞察力，从而更好地深化对于学问的理解。【】数学生物模型中学生物学教学应用《一般中学生物课程标准》里要求学生们能领悟数学模型建立的科学方法和其在科学探讨中的应用。在中学生物教学中假如可以有效合理地去开展数学模型在生物教学中的应用，就可以在肯定程度上培育学生们在解决实际的生物学问题时对建立数学模型的方法的应用。另外也有益于学生们对数学模型思想方法的理解，本文列举以下一些常见的例题来阐述中学生物学教学中对于数学模型的应用。一、在中学生物教学中数学模型的归类中学生物学中的数学模型主要分为两类，一类是确定性的数学模型，一类是随机性的数学模型。下面介绍这两类数学模型：确定性的数学模型是用各种方程式、关系式、代数方程、微分方程和积分方程等来进行表示。这类数学模型是目前最为普遍的一种数学模型，即运用数学的方法来探讨和描述必定性的现象。对于困难的生物学问题，我们可以借助确定性的数学模型来转换成相关的数学问题。生命物质的运动过程可以运用确定性的数学模型来进行定量的描述。我们可以对数学模型进行逻辑推理以及求解运算，从而获得从客观事物上总结出有关的结论，以此实现探讨生命现象的目的。例如《分子与细胞中》中，细胞的无氧呼吸方程式，有氧呼吸方程式和光合作用方程式。生物现象具有随机性和偶然性。随机性数学模型，即用过程论，概率论和数理统计得一些方法探讨和描述一些随机的现象。不过，同一事务或随机事务重复多次的出现可以表明，其中的改变是有规律可循的。所以，目前在探讨生物学时我们常用的方法就是运用过程论，概率论以及数理统计的方法来建立随机性的数学模型。各种各样的统计分析方法现在已经成为探讨生物学的工作和生产实践的常用手段，而生物统计学是生物数学的模型发展较早的一个分支。例如在《遗传与进化》中，在黄色圆粒豌豆和绿色皱粒豌豆的杂交试验中，果蝇的杂交试验图解。在《稳态与环境》中，HIV浓度和T细胞数量关系，某岛屿上环颈雉的种群数量增长，大草履虫的种群增长曲线和东亚飞蝗的种群数量波动等。二、生物数学模型的建立步骤我们建立生物数学模型的常用步骤是：建立数学模型前的打算、建立模型的假设、数学模型的构建、数学模型的修正和验证、对已建立模型的应用，如下图：下面以“种群数量的改变”中“构建种群数量增长模型”为例加以说明：（一）明确探讨目的。自然界中细菌过多的滋生和繁殖会引发疾病，对于有害细菌的繁殖如何进行有效地限制？所以我们要找出细菌的改变规律。（二）对于要建立的模型提出假设。假设，在资源和空间无限充分，细菌种群的增长不会受到种群密度的增加以及其他生物制约的影响的志向条件下，预料细菌的改变规律。（三）数学模型的构建。在资源和空间无限充分的状况下，细菌的个体数增长呈指数增长方式。假如用时辰表示X轴，用细菌的数量表示Y轴，则可以画出“J”型的增长曲线。（四）检验建立的模型。在实际中，生物的生存资源和空间都不是无限充分的，种群间的竞争会在种群密度增大时加剧，同时该种群的天敌数量就会相应的增多，这就会导致死亡率增高，诞生率降低，该种群的增长就会停止。假设自然界中的生物种群都以“J”型曲线增长，那么大自然是无法承受的。特定时期，生物种群的增长会稳定在某一水平，假如用坐标图来进行表示，就呈现“S”曲线。（五）模型的应用：实际运用，产生效应。利用自然界的生物种群的“S”型增长曲线，可以在实际中来指导我们正确地利用野生生物资源，从而取得经济上的效益，生态上的效益和社会上的效益。例如在海洋生态系统中的小黄鱼，自然条件下小黄鱼的数量增长呈“S”曲线。全面禁止捕鱼，就会使鱼体的生长发育成熟后，体重不再增加，同时还要不断地吃掉其他生物；若过量的捕鱼使得小黄鱼的数量大大低于1/2K，则会经过很长一段时