高中生物“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”的內(nèi)容構(gòu)建探析

林文官

摘 要： 《普通高中生物課程標準（實驗）》中的“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”模塊的知識結(jié)構(gòu)體系是由系統(tǒng)生物學的思想構(gòu)建而成。該體系以“系統(tǒng)”為核心概念，以“穩(wěn)態(tài)”、“環(huán)境”和“調(diào)節(jié)”三個科學通用概念把生物個體和系統(tǒng)水平的要素、行為、穩(wěn)定和發(fā)展等問題統(tǒng)一起來，以系統(tǒng)分析、模型和數(shù)學方法等作為主要方法，使之具有科學性和合理性。探討內(nèi)容的構(gòu)建，有利于提高生物課堂教學的有效性，提高學生的學科素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞： 高中生物 “穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”模塊 知識結(jié)構(gòu) 構(gòu)建

《普通高中生物課程標準（實驗）》（以下簡稱為《標準》）在課程結(jié)構(gòu)上發(fā)生了比較大的變化，其中包括設置了“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”這個必修模塊。該塊模式的內(nèi)容構(gòu)建，一方面便于教師更為清晰直觀地把握生物知識內(nèi)容，另一方面，也有利于學生理解記憶，為他們知識的拓展延伸奠定基礎。

1.“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”模塊的知識結(jié)構(gòu)

穩(wěn)態(tài)的概念最初來自生理學。生理學把維持內(nèi)環(huán)境理化性質(zhì)相對恒定的狀態(tài)叫做穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)是一種復雜的、由體內(nèi)各種調(diào)節(jié)機制所維持的動態(tài)平衡，一方面是代謝過程使內(nèi)環(huán)境理化性質(zhì)的相對恒定遭到破壞，另一方面是通過調(diào)節(jié)使平衡恢復。整個機體的生命活動正是在穩(wěn)態(tài)不斷受到破壞而又同時得到恢復的過程中得以維持和進行。

穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的概念來自個體水平的生理學。例如，哺乳動物體內(nèi)的溫度、滲透壓、pH，以及各種電解質(zhì)和營養(yǎng)物的濃度都保持在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)，這是在其自身神經(jīng)體液系統(tǒng)調(diào)節(jié)下，隨時進行反饋調(diào)節(jié)而實現(xiàn)的。生態(tài)系統(tǒng)雖然沒有與此類似的調(diào)節(jié)機制，但也具有一定的抵御環(huán)境壓力、保持平衡狀態(tài)的能力。

2.“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”模塊的構(gòu)建方法

2.1系統(tǒng)整合法：探尋生物現(xiàn)象的整體性。

《標準》在“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”模塊的前言中指出：“本模塊選取有關(guān)生命活動的調(diào)節(jié)與穩(wěn)態(tài)的知識、生物與環(huán)境的知識，有助于學生理解生命運動的本質(zhì)，了解系統(tǒng)分析的思想和方法，提高對生命系統(tǒng)與環(huán)境關(guān)系的認識?！边@就明確提出了“系統(tǒng)分析的思想和方法”?，F(xiàn)代生物學為了揭示生命運動的奧秘，還必須從生命系統(tǒng)的各個組成部分的聯(lián)系和相互作用中，從它們和外界環(huán)境的相互聯(lián)系和相互作用中來了解整體，這就需要進行系統(tǒng)分析。例如，植樹造林是中央的號召，但西北一些地區(qū)年降水量很小，蒸發(fā)量很大，其地下水主要靠地表下的滲透作用（如融化的雪水）。在這些地區(qū)植樹，地下水會因樹木的蒸騰作用而過量散失，導致水位下降甚至枯竭。于是近年來中央指示這樣的地區(qū)要多種草。然而，在我國的中、東部地區(qū)卻出現(xiàn)了砍樹種草的熱潮。殊不知在高溫多雨地區(qū)，樹的生態(tài)效益要遠遠超過草。結(jié)果，一些城市又不得不規(guī)定綠化至少要有多少比例的喬木和灌木。導致這些失誤的原因就在于缺乏系統(tǒng)分析的思想。

教學中運用系統(tǒng)的概念和系統(tǒng)分析的思想，一方面對生命系統(tǒng)的要素、結(jié)構(gòu)、邊界、環(huán)境、性能等系統(tǒng)的基本特征作分析，另一方面對系統(tǒng)的狀態(tài)及其調(diào)控作分析。以生態(tài)系統(tǒng)為例，其要素指組成成分，即生產(chǎn)者、消費者、分解者等生物成分和非生物的物質(zhì)和能量；結(jié)構(gòu)包括時空結(jié)構(gòu)和營養(yǎng)結(jié)構(gòu)（食物鏈和食物網(wǎng)）；邊界指系統(tǒng)的范圍，生態(tài)系統(tǒng)是模糊集合，其邊界是一個模糊概念，根據(jù)研究的需要劃定。至于系統(tǒng)的狀態(tài)，生態(tài)系統(tǒng)都是開放系統(tǒng)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)就是生態(tài)平衡狀態(tài)。每個生態(tài)系統(tǒng)都具有一定的自動調(diào)節(jié)能力，在不斷變化的環(huán)境條件下，依靠自我調(diào)節(jié)機制維持其穩(wěn)態(tài)，實現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)和能量流動的相對穩(wěn)定。

2.2模型方法：培養(yǎng)學生科學的生物思維。

《標準》依據(jù)國際科學教育的發(fā)展，將模型和模型方法列入了課程目標。所謂“模型”，是指模擬原型（所要研究的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)或運動形態(tài)）的形式。它不再包括原型的全部特征，但能描述原型的本質(zhì)特征。模型方法是以研究模型來揭示原型的形態(tài)、特征和本質(zhì)的方法，是邏輯方法的一種特有形式。模型一般可分為物理模型和數(shù)學模型兩大類，通常說的模型即指物理模型。物理模型可以模擬客觀事物的某些功能和性質(zhì)。在高中生物課程中經(jīng)常使用的物質(zhì)模型有實物模型（如生物體結(jié)構(gòu)的模式標本）、模擬模型（如細胞結(jié)構(gòu)模型、各種組織器官的立體結(jié)構(gòu)模型）等。

在現(xiàn)代生物科學研究中，模型方法被廣泛運用，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的成功就是一個范例。在生物科學學習中，模型提供觀念和印象。認知心理學認為，人的知識經(jīng)驗既包括概念系統(tǒng)，又包括表象。前者包含概念、原理、規(guī)律、理論，后者包含觀念和印象。當代不少學者都主張把表象看作一種符號要素，與語言等其他符號要素一樣具有抽象、概括、組合和再組合的功能，因而能構(gòu)成思維的操作。所以模型提供的觀念和印象，不僅是學生進一步獲取系統(tǒng)知識的條件，而且是學生認知結(jié)構(gòu)的重要組成部分。

2.3數(shù)學方法：培養(yǎng)學生的生物嚴謹理念。

數(shù)學方法指運用數(shù)學語言表述事物的狀態(tài)、關(guān)系和過程，并加以推導、演算和分析，以形成對問題的解釋、判斷和預測的方法。目前，數(shù)學在生物學、醫(yī)學等領(lǐng)域正起著越來越重要的作用，甚至醫(yī)生做大手術(shù)之前都先進行數(shù)學模擬以預知各種方案可能出現(xiàn)的后果，再依據(jù)個人的經(jīng)驗來選擇手術(shù)方案。數(shù)學方法在科學教育中的價值更是不言而喻。

《標準》對數(shù)學方法的使用主要體現(xiàn)在：（1）對生命現(xiàn)象的空間關(guān)系和數(shù)量關(guān)系進行描述、分析和計算。（2）統(tǒng)計方法的運用。統(tǒng)計是研究隨機現(xiàn)象的統(tǒng)計規(guī)律性的方法。統(tǒng)計規(guī)律性在生物界廣泛存在，主要包括兩類：一類是隨機過程的規(guī)律性，即大量隨機事件所組成的系統(tǒng)的規(guī)律性，如遺傳性狀傳遞過程中的規(guī)律。這類問題可用描述統(tǒng)計方法解決；另一類是某些生命系統(tǒng)行為的規(guī)律性，這類問題可用選取統(tǒng)計方法解決。（3）用數(shù)學模型來表現(xiàn)生物學現(xiàn)象、特征和狀況。生物數(shù)學模型有兩類：一類為確定性模型，它用數(shù)學方法描述和研究必然性現(xiàn)象，例如，某生物個體的生長曲線、細胞分裂過程中DNA數(shù)量變化曲線等；另一類為隨機模型，它用概率論和統(tǒng)計方法描述和研究隨機現(xiàn)象。

3.“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”模塊構(gòu)建的注意點

3.1注意彼此內(nèi)容的相連性。教學中應以整體的思維把握教學內(nèi)容，做到互通有無。

3.2注意構(gòu)建的層次性。該模塊構(gòu)建盡管是建立在整體模式基礎之上，但還應分清主次。

3.3注意構(gòu)建內(nèi)容的拓展延伸性。該模塊的內(nèi)容是限定的，但構(gòu)建的模式可靈活多樣。

總之，在生物課堂教學中，教師從知識的內(nèi)在聯(lián)系出發(fā)，探尋彼此間的規(guī)律，建立符合學生認知規(guī)律的構(gòu)建模式，定能激活學生學習的主動性和積極性，提高他們的生物素養(yǎng)。