高中生物教材各章节中与数学相关内容及学生学习现状的调查研究.doc

高中生物教材中与数学相关内容及学生学习现状的调查研究摘要：本文针对高中生物教材中的数学内容，通过对学生的调查和教师的走访，了解学生、教师在生物中有关数学计算、数学方法、数学思想等方面的学习、教学现状。从调查结果中找出存在的问题，为教师对该内容的课题研究提供相关依据和思路，为今后的教学实践做好准备。关键词：高中生物 数学内容 调查研究在高中生物的教与学过程中，相关内容会涉及到有关的数学方法和数学思想及构建。近年生物高考中也频繁出现数学问题的考题，造成学生得分率低的现象。 本文就高中生物教材中相关的数学内容进行归纳。对学生学习现状进行调查、研究，了解学生存在的问题并分析其原因，并对专职生物教师进行走访。收集到的数据供教学教研为依据，从中发现问题、提出问题、并通过研教来解决问题。 一、高中生物中与数学相关的内容结合教材、考纲和高考试题的情况，我们认为可从下列两个角度去把握。1、生物方面，涉及到数学知识的内容有：蛋白质分子的结构、细胞分裂、光合作用、呼吸作用、物质过膜、DNA的结构和复制、基因的表达、遗传的基本规律、基因频率、种群密度的调查、能量流动等。2、数学方面，涉及的知识和方法主要有：排列组合、概率、集合、极限、数学图形（包括坐标曲线、柱形图、扇形图、表格、绘图）的分析及绘图、数据处理、数学建模等。二、调查对象及方式1、学生学习现状为了详细了解学生对于上述内容学习中存在具体问题，我们对高三（19）（20）（21）（22）（23）班的学生采取了问卷调查的形式进行调查研究。统计结果如下：表格1：高中生物数学计算学习情况调查问卷各章节中相关的数学计算及常用的数学方法人数统计（个/ %）难一般容易数学计算蛋白质分子结构的计算52/26.4%111/56.334/17.3%细胞分裂的计算56/28.4%104/52.8%37/18.8%光合、呼吸作用的计算53/26.9%105/53.3%39/19.8%物质过膜的计算82/41.6%81/41.1%34/17.3%DNA的结构和复制的计算80/40.6%95/48.2%22/11.2%基因表达的计算47/23.9%83/42.1%67/34.0%遗传规律的计算107/54.3%68/34.5%22/11.2%基因频率的计算90/45.7%72/36.5%35/17.8%种群密度调查的计算35/17.8%96/48.7%66/33.5%能量流动的计算56/28.4%78/39.6%63/32.0%数学方法排列组合问题78/39.6%72/36.5%47/23.9%概率问题105/53.3%74/37.6%18/9.1%集合、极限问题38/19.3%92/46.7%67/34.0%数据处理数学图形分析及绘图66/33.598/49.7%33/16.8%注：十月九号进行上述调查，实际发放问卷215份，收回有效答卷197份。从表1中能看出，学生主要在物质过膜、DNA的结构和复制、遗传的基本规律、基因频率、排列组合、概率、数学图形分析及绘图等方面存在较大困难，在光合、呼吸作用、细胞分裂、也存在一定困难，表现在：考试中得分率明显偏低，训练中出现错误较多。2、通过对学生平时训练和考试试卷的归纳分析，同时对部分学生的随机访问。根据试卷分析和随机访问的结果，发现学生出现上述问题的原因主要以下几个方面：（1）相关生物学知识掌握不好，甚至于一些基本的生理过程和变化都不清楚，这就使得用数学思想分析失去了对象，无法完成题目的解答。例如：小肠中葡萄糖的要进入到肝细胞中参与有氧呼吸，最少要穿过多少层生物膜？_答案:7层。很多学生在解答些题时，因为根本不清楚葡萄糖从小肠进入肝细胞要依次经过小肠绒毛壁、毛细血管壁、毛细血管壁、肝细胞膜等结构，也就算不清所经过的生物膜层数。（2）不善于从数学角度去思考生物学问题，而这恰好是我们将复杂的生物学问题简单化的方法。例如：利用数学中的集合，可以帮我们对一些易混概念进行区分，也可将一些复杂的计算直观的呈现在我们眼前。例题：一对夫妇的后代若仅考虑一种病，患甲病可能性为a，正常甲的可能性为b；患乙病可能性为c，正常乙可能性为d。他们只患一种病的可能性有以下几种表达方式，其中正确的是（ ）ad+bc1-ac-bd a+c-2ac b+d-2bdA. B. C. D.解析：主要考查遗传病中概率的计算。根据题意，结合集合中的交集、补集等思想，做出下图：从图1中A中可以看出，患甲病的概率为a 或1-b,甲正常的概率为b或1-a；从图1中B可以看出，患乙病的概率为c或1-d，乙正常的概率为d或1-c。则患一种病的概率为：1-ac（甲乙两病）-bd（正常）或ad（只患甲病）+bc（只患乙病）=（1-b）b+（1-d）d =b+d-2bd。从图2中可以看出患一种病的概率：a+c-2ac。故均正确。很多学生因没有利用集合的思想，使得计算过程非常复杂，并且往往因为漏掉其中一些情况而算错。（3）对于排列组合、概率计算等常用数学方法不能熟练运用，易出现计算方面的错误。例如：如果有足量的三种氨基酸，分别为甲、乙、丙，则它们能形成的三肽种类以及包含三种氨基酸的三肽种类分别最多有（ ）A.9种，9种 B.6种，3种 C.27种，6种 D.3种，3种解析：多肽的不同取决于构成多肽的氨基酸的种类、数量、排列次序。三肽由三个氨基酸形成，若每种氨基酸均含有一个，可构成三肽种类为A336种。若每种氨基酸数量不限，则三肽中的三个位置上，每个位置上出现的氨基酸的可能种类都为C13种，则三肽的种类为C13 C13 C1333种=27种。这样，很快就能得到答案C。在训练中一些学生对于排列组合的方法不熟练，弄不清到底有哪些组合情况，从而错选其它选项。（4）不能运用数学语言来描述描述生物学现象。例如：在生物试题中经常会给出坐标曲线图，让学生描述图中所体现的生物学内容，学生总是啰哩啰嗦写大量文字还没说清楚。其实，我们只借鉴数学中描述函数的方式，分区间把曲线各段中横纵坐标的变化关系写出即可。3、对本组生物教师的随机访问的调查表。为了更全面的掌握教学双方的情况，我们同时就上述问题对部分生物教师进行了随机走访，下表就是访问结果。表2：生物教师认为学生学习存在困难的内容学生学习存在困难的内容认同人数/走访人数数学计算5/7图形分析及绘图7/7集合、极限问题2/7数据处理问题7/7数学建模问题7/7注:十月十二号至十三号，共走访7位生物教师.对比表1、2可以看出，教师和学生所反映出来的问题基本一致。焦点都集中在物质过膜、DNA的结构和复制、遗传的基本规律、基因频率、排列组合、概率、数学图形分析与绘图等方面。另外，教师一致认为数据处理和数学建模是难点，对学生的能力要求较高。三、针对上述问题，生物教研组申报了省级课题，并已立项。此课题在我国教学现状中是一个空缺，为了填补教学上的不足，基于此教与学解题技能的研究显得尤为重要。我们准备分三个阶段、用三年时间完成本课题。第一阶段：准备启动阶段（时间：2009、08-2010、02）第二阶段：具体操作过程（时间：2010、02-2012、02）第三阶段：总结鉴定阶段（时间：2012、02-2012、06）2009、12、22附：调查问卷表高中生物中与数学相关内容学习情况调查问卷各位同学： 你们好！非常感谢你拨冗填答本问卷。本问卷旨在征求你对高中生物中有关数学计算内容的看法，以提供教学研究的参考。请你根据自己的学习实际情况来填答。1-11题，每题选一项，将选项填在横线上；12、13题用简要文字作答。谢谢你的协助与支持！1、关于蛋白质分子结构的数学计算，你认为_A难 B一般 C容易2、关于细胞分裂的数学计算，你认为_A难 B一般 C容易3、关于光合作用、呼吸作用的数学计算，你认为_ A难 B一般 C容易4、关于物质过膜层数的数学计算，你认为_A难 B一般 C容易5、关于DNA分子结构和复制的数学计算，你认为_A难 B一般 C容易6、基因表达的计算，你认为_A难 B一般 C容易7、关于遗传规律中概率的数学计算，你认为_A难 B一般 C容易8、关于基因频率的数学计算，你认为_A难 B一般 C容易9、关于种群密度调查的数学计算，你认为_A难 B一般 C容易10、关于能量流动的数学计算，你认为_A难 B一般 C容易11、排列组合问题，你认为_A难 B一般 C容易12、关于概率问题，你认为_A难 B一般 C容易13、关于集合、极限问题，你认为_A难 B一般 C容易14、关于数学图形分析及绘图，你认为_A难 B一般 C容易15、谈谈你在高中生物中与数学相关内容方面的学习经验或有关想法。