例析指向生命觀念建立的生物學(xué)教學(xué)

王吉文

1關(guān)于生命觀念的理解

什么是生命觀念？生命觀念是新一輪課程改革中提出的生物學(xué)核心素養(yǎng)之一，是指對大量生命現(xiàn)象及其內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行闡明之后的抽象，是已經(jīng)被反復(fù)證明為正確的觀點(diǎn)、思想或方法，包括結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀、進(jìn)化和適應(yīng)觀以及穩(wěn)態(tài)與平衡觀。

如何理解生命觀念呢？對“結(jié)構(gòu)與功能觀”的理解應(yīng)該包括“生物體特定的結(jié)構(gòu)具備特定的功能，生物體表現(xiàn)出的功能依賴一定的結(jié)構(gòu)”。對“進(jìn)化和適應(yīng)觀”的理解應(yīng)該綜合孟德爾遺傳定律、自然選擇學(xué)說和哈迪一溫伯格定律，即“可遺傳的變異是隨機(jī)的并在傳代過程中不被稀釋，生物體的適應(yīng)總是針對特定環(huán)境而言的，特定環(huán)境的改變會(huì)導(dǎo)致種群基因頻率發(fā)生改變，結(jié)果表現(xiàn)在種群中的個(gè)體在形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能上對特定環(huán)境適應(yīng)的一系列特征的改變即進(jìn)化，不能發(fā)生這種改變的物種可能被淘汰”。對“穩(wěn)態(tài)和平衡觀”的理解應(yīng)該以坎農(nóng)提出的“穩(wěn)態(tài)”為核心，分別向細(xì)胞水平和種群、群落以及生態(tài)系統(tǒng)兩方向拓展，即“內(nèi)環(huán)境能夠在神經(jīng)、體液和免疫調(diào)節(jié)的方式下，通過反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，使各種成分和理化性質(zhì)達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡，這種平衡保持的規(guī)律可以遷移解釋細(xì)胞和生態(tài)系統(tǒng)各層次穩(wěn)定維持的相關(guān)生命現(xiàn)象，并且所有的穩(wěn)態(tài)是有限的”。對“物質(zhì)與能量觀”的理解應(yīng)統(tǒng)領(lǐng)生命系統(tǒng)各層次上的物質(zhì)代謝和能量轉(zhuǎn)化，即“物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)同時(shí)進(jìn)行，相互依存，不可分割。物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)使生態(tài)系統(tǒng)的各種成分成為統(tǒng)一整體。物質(zhì)是能量的載體，使能量沿食物網(wǎng)流動(dòng)。能量是物質(zhì)循環(huán)的動(dòng)力，使物質(zhì)在無機(jī)環(huán)境和生物群落間循環(huán)往返?！?/p>

學(xué)生建立生命觀念的價(jià)值能體現(xiàn)在哪些地方呢？通過以上分析，筆者認(rèn)為建立生命觀念價(jià)值在于：生命觀念能作為聯(lián)系多個(gè)概念的“暗線”，能夠幫助學(xué)生學(xué)習(xí)新知識、建立知識網(wǎng)絡(luò)的組織架構(gòu)，是學(xué)生理解更深層次問題和形成科學(xué)的世界觀的基礎(chǔ)。其次，生命觀念還是學(xué)生探究和解決實(shí)際問題的重要工具。生命觀念和其他的學(xué)科（如物理學(xué)、工程學(xué)）之間也有著非常密切的聯(lián)系，甚至是相通的，可以幫助學(xué)生有效地展開跨學(xué)科的學(xué)習(xí)。

例如，學(xué)生可在“結(jié)構(gòu)和功能觀”指導(dǎo)下，解釋、推測線粒體內(nèi)膜向內(nèi)折疊的原因、葉綠體類囊體垛疊形成基粒的意義等；可根據(jù)DNA的分子結(jié)構(gòu)特征，說明DNA分子多樣性和特異性的原因，并可預(yù)測DNA復(fù)制的機(jī)制等；再如，學(xué)生可在“進(jìn)化和適應(yīng)觀”的啟發(fā)下，去解釋生態(tài)位的形成原因、不同環(huán)境下群落的特征、不同環(huán)境下物種形態(tài)結(jié)構(gòu)的差異等。

2指向生命觀念建立的教學(xué)組織

在生物學(xué)教學(xué)過程中，教師如何幫助學(xué)生建立生命觀念呢？根據(jù)生命觀念的特點(diǎn)，建立生命觀念的出發(fā)點(diǎn)需要學(xué)生對所學(xué)概念有深刻的理解：必要途徑是幫助學(xué)生充分建立概念之間的意義聯(lián)系；落腳點(diǎn)是學(xué)生能利用生命觀念指導(dǎo)探究規(guī)律的活動(dòng)以及解決實(shí)際問題。在教學(xué)過程中，這三者之間密切聯(lián)系、相互促進(jìn)，是一個(gè)有機(jī)整體。

2.1以理解為目的的概念教學(xué)引發(fā)生命觀念的萌芽

生命觀念形成的前提條件是需要學(xué)生對概念的深入理解。因?yàn)橹挥袑Ω拍钫嬲斫饬?，學(xué)生才有可能準(zhǔn)確形成概念之間的意義聯(lián)系并運(yùn)用概念。那么，怎樣才是真正的理解呢？理解就是能夠圍繞某個(gè)主題展開一系列思維活動(dòng)（如解釋、尋找證據(jù)和實(shí)例、綜合、應(yīng)用、類推、以自己的方式復(fù)述等）。因此，在基于理解的概念教學(xué)過程中，教師需要能針對某一主題，創(chuàng)設(shè)新的情境，引導(dǎo)學(xué)生在探究性問題的指引下，通過多種途徑如動(dòng)手實(shí)踐、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論、分析文本資料、匯報(bào)展示、教會(huì)同伴及其在此基礎(chǔ)上的一系列思維活動(dòng)理解概念。

例如，在“觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原”教學(xué)中，教師為了幫助學(xué)生對“生物膜是選擇性透過性膜”的理解，讓學(xué)生觀察添加了硝酸鉀溶液情況下發(fā)生的質(zhì)壁分離和自動(dòng)復(fù)原現(xiàn)象，并嘗試解釋其原因。在引導(dǎo)學(xué)生準(zhǔn)確說出原因后，教師提供素材：在很多植物細(xì)胞液泡中，即使K⁺和NO₃^-濃度高于周圍環(huán)境中的濃度，細(xì)胞仍然可以不斷吸收KNO₃；洋蔥表皮細(xì)胞對蔗糖幾乎不吸收；大豆中的某些細(xì)胞則能吸收蔗糖。然后，教師提問：在物質(zhì)透過方面，生物膜和半透膜的不同點(diǎn)是什么？你能總結(jié)出生物膜功能上有什么特點(diǎn)嗎？

再如，“DNA的分子結(jié)構(gòu)”一節(jié)中，如何幫助學(xué)生理解“DNA分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其多樣性和特異性的原因”？教師可提出：“我們都知道可以利用DNA來確定犯罪嫌疑人，這和DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有什么關(guān)系呢？”教師創(chuàng)設(shè)新情境，然后以每3名學(xué)生為一個(gè)小組，發(fā)給學(xué)生事先準(zhǔn)備的兩個(gè)信封A和B，在A信封中裝有模擬DNA骨架的兩根繩子和10對用鋼絲夾和標(biāo)簽紙制成的堿基對模型，B信封中裝有四張分別寫有A、T、G和C符號的標(biāo)簽，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到繩子代表脫氧核糖和磷酸形成的骨架，成對的空白的標(biāo)簽紙代表的是尚不確定的堿基對。首先，教師讓學(xué)生小組分工合作利用繩子和標(biāo)簽紙制成一個(gè)雙鏈模型，再讓學(xué)生通過在B信封中的10次隨機(jī)抽樣，確定寫在標(biāo)簽紙上的10對堿基對，然后讓學(xué)生試著將雙鏈旋轉(zhuǎn)一周模擬DNA片段中的一個(gè)螺旋。通過這一過程，學(xué)生能“看見”他們自己總結(jié)的DNA的特點(diǎn)。當(dāng)學(xué)生制作好模型及每個(gè)組模型中堿基對的順序都確定好以后，教師讓學(xué)生比較本組和其他各組堿基對的排列順序，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)他們之間幾乎沒有堿基序列一樣的模型，于是學(xué)生便能深入理解DNA結(jié)構(gòu)多樣性和特異性的原因。

2.2以建構(gòu)概念之間的意義聯(lián)系促進(jìn)生命觀念的形成

通過以理解為目的的概念教學(xué)，學(xué)生對相關(guān)生物光能學(xué)概念的本質(zhì)有較深入的把握，但是學(xué)生可能“只見樹木不見森林”。只有讓學(xué)生深刻認(rèn)識概念之間的內(nèi)在聯(lián)系，才能形成生命觀念。因此，隨著教學(xué)的深入，教師要以生命觀念為統(tǒng)領(lǐng)，以促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行概念之間廣泛聯(lián)系的問題為指引，通過多種途徑如分析和歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論、文本探究、分析示意圖等，建構(gòu)概念之間意義聯(lián)系，再讓學(xué)生利用文字、符號、圖示等將這些聯(lián)系形成一定的組織結(jié)構(gòu)，以思維模型的形式表征出來，再通過對模型的分析，讓學(xué)生逐漸抽象出生命觀念。

以形成“物質(zhì)和能量觀”為例，其所涉及的相關(guān)概念有光合作用、細(xì)胞呼吸、生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)循環(huán)、能量傳遞的規(guī)律、信息傳遞功能、生態(tài)系統(tǒng)抵抗力和恢復(fù)力的穩(wěn)定性等。教師可讓學(xué)生以植物葉肉細(xì)胞為例，結(jié)合光合作用和細(xì)胞呼吸的過程，以如下問題“光合作用和細(xì)胞呼吸物質(zhì)上相互之間以及各自和環(huán)境之間有何聯(lián)系？”“光能在植物細(xì)胞內(nèi)能進(jìn)行怎樣的轉(zhuǎn)化？”為指引，在細(xì)胞水平上建構(gòu)物質(zhì)轉(zhuǎn)移和能量轉(zhuǎn)換的過程（圖1）。在此基礎(chǔ)上，教師提出問題：“能量輸入個(gè)體后，可能有哪些去向？”“種群水平上輸入的能量可能有哪些去向？”“它和個(gè)體有什么區(qū)別？”“如果種群在食物鏈中，輸入種群的能量會(huì)有哪些可能的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換途徑？”以引導(dǎo)學(xué)生嘗試從逐步從個(gè)體水平遷移到種群水平，建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)中能量流動(dòng)過程（圖2）。然后，教師以“如果以“C標(biāo)記CO₂，那么在生態(tài)系統(tǒng)中的哪些地方可能發(fā)現(xiàn)¹⁴C？”等問題，讓學(xué)生結(jié)合圖1和圖2和相關(guān)素材，建構(gòu)碳循環(huán)過程（圖3）。

最后，教師設(shè)計(jì)如下問題幫助學(xué)生厘清模型所揭示的各種概念之間的內(nèi)在聯(lián)系，促進(jìn)“物質(zhì)和能量觀”形成：生物體內(nèi)部以及生物和環(huán)境之間物質(zhì)的轉(zhuǎn)移有什么不同點(diǎn)和聯(lián)系？能量流動(dòng)的渠道是什么？能量流動(dòng)和物質(zhì)轉(zhuǎn)移之間有什么聯(lián)系？生態(tài)系統(tǒng)維持穩(wěn)定可以體現(xiàn)在哪些方面？

2.3以解決實(shí)際問題的學(xué)習(xí)活動(dòng)促進(jìn)生命觀念的內(nèi)化

心理學(xué)上的研究表明，學(xué)生在解決抽象而不帶具體情節(jié)的問題困難，解決具體而接近實(shí)際的問題容易；解決不需要實(shí)際操作的“文字題”容易，解決實(shí)際操作問題困難。因此，上述過程形成的生命觀念，只有被學(xué)生有意識地應(yīng)用于解決實(shí)際問題，才能被真正內(nèi)化而形成素養(yǎng)。這就要教師以教材中的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐活動(dòng)為基礎(chǔ)，精心設(shè)計(jì)需要在生命觀念指導(dǎo)下解決實(shí)際問題的學(xué)習(xí)活動(dòng)，通過學(xué)生知識和技能的合理遷移，促進(jìn)生命觀念的內(nèi)化。

以促進(jìn)“物質(zhì)和能量觀”和“穩(wěn)態(tài)和平衡觀”的建立為例，教師可提供實(shí)例，讓學(xué)生分析和評價(jià)某生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；讓學(xué)生制作生態(tài)瓶，并讓其想各種辦法盡量延長生態(tài)瓶維持穩(wěn)定的時(shí)間；也可讓學(xué)生結(jié)合其他學(xué)科如工程學(xué)和系統(tǒng)學(xué)的知識，嘗試設(shè)計(jì)既減少污染又提高經(jīng)濟(jì)效益的生態(tài)農(nóng)業(yè)方案等。

此外，教師提供菠菜葉片、蔗糖、清水、顯微鏡等必備材料、試劑或設(shè)備，并提出問題：有人認(rèn)為，植物受到一些環(huán)境條件脅迫時(shí)，保衛(wèi)細(xì)胞周圍滲透壓發(fā)生變化導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，如何驗(yàn)證這樣的推論？教師可引導(dǎo)學(xué)生以“結(jié)構(gòu)和功能觀”為指導(dǎo)，綜合“生物膜的結(jié)構(gòu)模型”生物膜的功能特點(diǎn)”“滲透作用”“質(zhì)壁分離和復(fù)原”等多個(gè)概念，并進(jìn)行合理遷移，設(shè)計(jì)、實(shí)施如下實(shí)驗(yàn)方案：配制0.3g/mL的蔗糖溶液，取菠菜葉表皮細(xì)胞觀察氣孔狀態(tài)，制作帶有保衛(wèi)細(xì)胞葉片表皮細(xì)胞臨時(shí)裝片并觀察氣孔狀態(tài)的變化，用蔗糖溶液替代臨時(shí)裝片中的清水并觀察氣孔狀態(tài)的變化，再用清水替代蔗糖溶液并觀察氣孔狀態(tài)的變化，最后得出結(jié)論。上述解決實(shí)際問題的過程會(huì)有力地促進(jìn)學(xué)生生命觀念的內(nèi)化。