利用植物園培養(yǎng)學(xué)生的六維生命觀*

張志祥 盧亭羽 趙沛榮

（1 寧波市惠貞書院 浙江寧波 315016 2 寧波市鄞州中學(xué) 浙江寧波 315105）

生物學(xué)核心素養(yǎng)是公民基本素養(yǎng)的重要組成成分，是學(xué)生在解決真實(shí)情境中的生物學(xué)問題時的必備品格和關(guān)鍵能力［1］。作為核心素養(yǎng)之一的生命觀念是指能對觀察到的生命現(xiàn)象及相互關(guān)系或特性進(jìn)行理解和解釋，是經(jīng)過實(shí)證后的想法或觀點(diǎn)，主要包括結(jié)構(gòu)與功能觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀、物質(zhì)與能量觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀等［2］。在高中生物學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)教會學(xué)生在較好地理解生物學(xué)概念的基礎(chǔ)上形成生命觀念，能用生命觀念認(rèn)識生命的本質(zhì)，形成科學(xué)自然觀和世界觀，指導(dǎo)探究生命活動規(guī)律，解決實(shí)際問題。

植物園是以植物學(xué)、生態(tài)學(xué)知識為主的露天科普教育基地，在普及文化知識、提高學(xué)生核心素養(yǎng)方面理應(yīng)發(fā)揮重要作用。筆者以生物學(xué)選修課的開設(shè)為契機(jī)，在寧波植物園中開展實(shí)踐教學(xué)，就實(shí)踐形態(tài)下如何培養(yǎng)和構(gòu)建學(xué)生的六維生命觀念進(jìn)行了些許探索。

1 調(diào)查植物種類，觀察形態(tài)結(jié)構(gòu)，形成結(jié)構(gòu)與功能觀

教師將學(xué)生分組后調(diào)查植物園植物，記錄植物種類，肉眼觀察植物形態(tài)特征；每組找出一種特殊形態(tài)結(jié)構(gòu)的植物，并就根、莖、葉、花、果實(shí)和種子等進(jìn)行詳細(xì)介紹；利用顯微鏡對比觀察旱生、中生、濕生和水生植物的葉片解剖結(jié)構(gòu)。引導(dǎo)學(xué)生思考：①裸子植物和被子植物最主要的區(qū)別是什么？②植物的根、莖、葉、花、果實(shí)和種子等器官形狀各異，是否具有與環(huán)境相適應(yīng)的功能？③旱生和水生植物葉片顯微結(jié)構(gòu)存在較大差異，主要與什么因素有關(guān)？

學(xué)生按分組方案開展實(shí)踐，共調(diào)查植物種類105 種，被子植物97 種，裸子植物8 種，其中旱生植物15 種，中生植物57 種，濕生植物16 種，水生植物17 種。在查閱《浙江植物志》和顯微鏡實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，得出：1）裸子植物和被子植物的主要區(qū)別是種子外有無果皮包被；2）植物的根、莖、葉、花、果實(shí)和種子等器官，都具有明顯的適應(yīng)性特征。蒲公英（Taraxacum mongolicumHand.-Mazz.）的花粉粒小而數(shù)量多，果實(shí)上生有白色毛冠，容易隨風(fēng)飄散，適應(yīng)于風(fēng)力傳粉；蒼耳（Xanthium sibiricumPatrin ex Widder）的果實(shí)表面有刺容易附著在動物的身體上，隨動物的運(yùn)動而攜帶到其他地方；3）旱生植物如龍舌蘭（Agave americanaLinn.）、八寶［Hylotelephium erythrostictum（Miq.）H.Ohba］等植物，葉肥厚多汁，有發(fā)達(dá)的薄壁組織；仙人掌（Opuntia vulgarisMill.）的葉則完全退化，莖儲存了大量水分，抗旱力極強(qiáng)。水生植物的葉則與旱生植物葉差異較大，黑藻［Hydrilla verticillata（Linn.f.）Royle］葉肉不發(fā)達(dá)、層次較少，但通氣組織發(fā)達(dá)，以適應(yīng)水中的生活。這些都體現(xiàn)出植物形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能的適應(yīng)。

通過肉眼和顯微鏡觀察活動，結(jié)合植物園中各植物生長的環(huán)境，滲透結(jié)構(gòu)與功能觀，學(xué)生從微觀的細(xì)胞著眼，逐級放大，發(fā)現(xiàn)生命系統(tǒng)存在從細(xì)胞到生態(tài)系統(tǒng)的多個層次，均是結(jié)構(gòu)有序的系統(tǒng)，均體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)。

2 調(diào)查、分析水生植物種類及環(huán)保應(yīng)用，理解物質(zhì)與能量觀

基于學(xué)生形成的生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動概念，構(gòu)建物質(zhì)與能量觀念有助于學(xué)生理解生命活動的基本規(guī)律，進(jìn)而理解生命的本質(zhì)［3］。植物園中的水生植物無疑是最好的教學(xué)材料。學(xué)生調(diào)查發(fā)現(xiàn)植物園中水生植物種類繁多。教師設(shè)疑：這些植物的種植純粹是為了美觀嗎？在學(xué)生思考的基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生尋求植物園專業(yè)人士的幫助。在查閱資料后學(xué)生整理得出：鎮(zhèn)海是工業(yè)城市，種植水生植物是為了凈化水體。不同的水生植物在處理水體污染時功效不同。例如：金魚藻（Ceratophyllum demersumLinn.）能吸收底泥和水體中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，用于合成呼吸作用和光合作用所需物質(zhì)；香蒲（Typha orientalisPresl）能釋放植物毒素，抑制周圍微生物和藻類的繁殖；睡蓮（Nymphaea tetragona）和鳳眼蓮［Eichhornia crassipes（Mart.）Solms］均對含有汞、鉛等重金屬的污水具有很強(qiáng)的凈化效果。而且，水生植物還能為水體復(fù)雜的食物鏈、食物網(wǎng)提供食物。水生植物的這些功能，均對水生生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量的傳遞朝良性方向發(fā)展起著一定的調(diào)控作用。如何選擇合適的植物種類、如何搭配能最大限度發(fā)揮凈化效果、如何使水生植物后期利用資源化等問題是教師留給學(xué)生的思考，隨著知識的深入，必將引起學(xué)生的進(jìn)一步探索。

利用水生植物在污水處理中的應(yīng)用，學(xué)生從物質(zhì)和能量的視角觀察生命現(xiàn)象，理解生命活動的規(guī)律和原理，進(jìn)而形成生態(tài)系統(tǒng)是物質(zhì)的，生命活動依賴于物質(zhì)的運(yùn)輸和變化，且往往與能量的供應(yīng)和流轉(zhuǎn)相伴隨的觀點(diǎn)。

3 辨析同屬不同種、同種不同個體植物特征，探討遺傳與變異觀

為了使學(xué)生更好地認(rèn)識、研究和利用植物資源，在布置學(xué)生觀察植物形態(tài)任務(wù)的同時，要求學(xué)生在保證自身安全和植物正常生長不受影響的情況下，對植物的莖和葉進(jìn)行采集（如果植物存在花和果實(shí)也適量采集）。教師指導(dǎo)學(xué)生通過拍照比對植物器官，配合顯微鏡觀察分析其內(nèi)在結(jié)構(gòu)和功能。學(xué)生還進(jìn)行了臘葉植物標(biāo)本的制作。在對杜鵑（Rhododendron simsiiPlanch.）的花瓣形狀和顏色、葉片形狀及花蕊形狀進(jìn)行觀察和比較后，學(xué)生發(fā)現(xiàn)不同品種的杜鵑葉片或花瓣主體輪廓大致能重合，僅邊沿部分有細(xì)小差異；但花瓣顏色、花瓣數(shù)量和香味卻存在較大差異。教師借此引申遺傳與變異的知識，指出同一物種的觀賞植物出現(xiàn)性狀的差異是生物變異的結(jié)果。學(xué)生查閱資料后還發(fā)現(xiàn)許多植物的學(xué)名中均出現(xiàn)“var.”字眼，這其實(shí)是拉丁文varietas（變種）的縮寫。教師適時引入生物遺傳與育種的知識講解：1）觀賞植物新品種起源和形成主要有基因突變、基因重組、嫁接嵌合體和多倍體起源4 種類型；2）分子育種為當(dāng)前觀賞植物育種的研究熱點(diǎn)，在花型、花色、株形、花香等方面的改變均有較多應(yīng)用。

實(shí)地采集和制作植物標(biāo)本，不僅激發(fā)了學(xué)生對植物遺傳現(xiàn)象的興趣，同時也培養(yǎng)了學(xué)生觀察、比較、分析等初步探究能力。通過對同科屬不同物種植物拉丁學(xué)名的比較及遺傳與育種方式的介紹，教師引導(dǎo)學(xué)生明了遺傳和變異是對立的統(tǒng)一體，遺傳使物種得以延續(xù)，基于基因工程技術(shù)等的定向變異使物種向某一方面不斷優(yōu)化。

4 探尋植物過冬方式與適者生存現(xiàn)狀，形成進(jìn)化與適應(yīng)觀

學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)有的植物在寒冬依然枝繁葉茂，有的早已落葉。冬季枯萎、落葉的植物是否已經(jīng)死亡？經(jīng)查詢資料和實(shí)地調(diào)查，學(xué)生得到以下結(jié)論：植物的過冬方式各種各樣，主要有留芽過冬、利用蠟制膜或油脂過冬、種子過冬、根過冬等。有些植物雖然形態(tài)各異，例如柳樹（Salix matsudanaKoidz.）和蒲公英，分別為木本和草本植物，但它們都選擇留芽過冬；種子過冬和根過冬雖然方式不同，但其實(shí)都是植物為了保存實(shí)力，將營養(yǎng)物質(zhì)貯存在種子或根系中，待到來年春暖花開之時，重新蓄積力量繁衍后代。無論以哪一種方式過冬，其實(shí)都是植物在漫長的進(jìn)化過程中對寒冷環(huán)境的適應(yīng)。如今全球生態(tài)問題日益尖銳，全世界很多珍稀動、植物都處于瀕危狀態(tài)。教師指導(dǎo)學(xué)生以瀕危植物水杉（Metasequoia glyptostroboidesHu&W.C.Cheng）為樣本進(jìn)行調(diào)查研究。學(xué)生查閱大量資料后得出水杉瀕危的主要原因包括：1）相比群落中其他樹種，水杉競爭力弱、繁殖能力不強(qiáng)、遺傳變異低、適應(yīng)性差；2）歷史上人類大量砍伐水杉作為木材和毀林開荒等破壞了水杉種群；3）自然災(zāi)害，例如洪水、病蟲害、大氣污染等也可能危害水杉生境。如何保護(hù)瀕危植物？學(xué)生討論回答：1）可利用植物組織培養(yǎng)等人工方法加快瀕危植物繁殖，增加其數(shù)量；2）合理開發(fā)和利用野生植物資源，制定相關(guān)法律保護(hù)瀕危植物資源。

學(xué)生從植物過冬方式進(jìn)行調(diào)查研究，不僅豐富了知識，也對于植物在漫長的進(jìn)化過程中對自身結(jié)構(gòu)的選擇性改造和對環(huán)境的適應(yīng)有了初步的認(rèn)識。多渠道搜集相關(guān)資料分析水杉瀕危的原因并提出合理保護(hù)措施，學(xué)生從生物進(jìn)化和適應(yīng)的角度理解和解釋生命相關(guān)的現(xiàn)象和本質(zhì)。

5 比較植物花的類型和授粉方式，構(gòu)建多樣性與統(tǒng)一性觀

植物園中一年四季均有花盛開，但花的顏色、形態(tài)、大小等存在較大差異。對花進(jìn)行解剖后發(fā)現(xiàn)：大部分的花均有雌蕊和雄蕊，但是柳樹、玉米（Zea maysL.）、葫蘆［Lagenaria siceraria（Molina）Standl.］等植物的一朵花中只有雄蕊或雌蕊。學(xué)生查閱資料后得出：一朵花中只有雄蕊或雌蕊的花為單性花，又分為雌雄同株異花和雌雄異株異花2 種。教師設(shè)疑：兩性花和單性花分別采用什么方式授粉？兩性花都進(jìn)行自花授粉嗎？異花傳粉的方式主要有哪些？這些問題引起了學(xué)生極大的興趣，學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)地觀察、資料查詢和總結(jié)探討后得到以下結(jié)論：1）兩性花可以自花授粉也可以異花授粉，單性花只能進(jìn)行異花授粉；2）《遺傳與進(jìn)化》一書中介紹的兩性花植物豌豆（Pisum sativumLinn.）不僅能自花傳粉，還能在開花前就完成閉花授粉，所以自然狀態(tài)下為純種；3）異花授粉的方式主要分為昆蟲傳粉和靠風(fēng)傳粉，根據(jù)傳粉途徑不同，分為蟲媒花和風(fēng)媒花。教師進(jìn)一步設(shè)疑：蟲媒花是靠什么吸引昆蟲的？風(fēng)媒花又有什么特點(diǎn)？學(xué)生調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，植物園中蟲媒花的花朵一般較大，色彩鮮艷，具有芳香的氣味；而風(fēng)媒花則沒有這些特征，花粉多而輕，柱頭分叉有粘液。總之，蟲媒花和風(fēng)媒花的特征均與借助外力進(jìn)行授粉有著密切的聯(lián)系。

在調(diào)查、分析植物花的類型和授粉方式的基礎(chǔ)上，學(xué)生比較不同植物花的類型的異同點(diǎn)，比較蟲媒花和風(fēng)媒花的差異性，理解生物的多樣性和統(tǒng)一性，進(jìn)而構(gòu)建“生物在種類上具有多樣性，但在模式上具有統(tǒng)一性”的觀點(diǎn)。

6 觀察和解釋植物光合午休現(xiàn)象，滲透穩(wěn)態(tài)與平衡觀

在進(jìn)行植物園夏季實(shí)踐時，學(xué)生經(jīng)過葫蘆科種植區(qū)時，發(fā)現(xiàn)葫蘆均出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象。這引起了學(xué)生很大的疑惑：這些植物都死了嗎？教師解釋這其實(shí)是植物的光合午休現(xiàn)象。學(xué)生開展了調(diào)查活動：1）尋找園區(qū)中出現(xiàn)萎蔫的植物并記錄；2）傍晚時分再次觀察植物，并與中午進(jìn)行對比；3）找尋園區(qū)中沒有出現(xiàn)光合午休的植物。學(xué)生經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，不僅是葫蘆，大豆［Glycine max（Linn.）Merr.］、南瓜［Cucurbita moschata（Duch.ex Lam.）Duch.ex Poiret］、小麥（Triticum aestivumL.）等均出現(xiàn)光合午休現(xiàn)象，傍晚時萎蔫現(xiàn)象消失；而園區(qū)的大部分植物沒有出現(xiàn)此現(xiàn)象。教師提出問題串：1）有些植物為什么會出現(xiàn)光合午休？2）光合午休的機(jī)理是什么？3）引起光合午休的因素有哪些？4）是否有方法可以解除光合午休現(xiàn)象？學(xué)生帶著問題查閱資料，分析探討，并在課堂上進(jìn)行匯報展示。學(xué)生總結(jié)：光合午休現(xiàn)象是因高溫低濕引起的，在高溫下，葉片蒸騰速率增加，嚴(yán)重失水，造成氣孔關(guān)閉，使二氧化碳供應(yīng)不足，最終導(dǎo)致光合速率急劇下降。大豆、小麥和水稻（Oryza sativaLinn.）等C3植物都存在光合午休現(xiàn)象；而玉米、甘蔗（Saccharum officinarumLinn.）、高粱（Sorghum vulgarePers）等C4植物及仙人掌類、水生植物則不會。光合午休現(xiàn)象是植物為了保持自身穩(wěn)態(tài)的一種應(yīng)急方式，其本質(zhì)是植物的生活習(xí)性和生理過程與環(huán)境相適應(yīng)的結(jié)果。

通過這樣的一系列穩(wěn)態(tài)教學(xué)活動，學(xué)生掌握蒸騰作用、光合作用、水分平衡等穩(wěn)態(tài)與平衡的重要概念，理解每一個植物個體是一個相對穩(wěn)定的系統(tǒng)，而個體的穩(wěn)態(tài)和平衡是通過調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)綜合、整體地理解個體與環(huán)境、局部與整體的平衡關(guān)系。

7 體會

以上植物園實(shí)踐教學(xué)活動的開展僅例析了學(xué)生6 個維度的生命觀念的部分培育措施。實(shí)際上，生命觀念還有信息與調(diào)控、生殖與發(fā)育、群體與共存等許多方面的體現(xiàn)。實(shí)踐教學(xué)中，教師應(yīng)以實(shí)際情境、具體活動作為生命觀念建立的途徑，對生命觀念也應(yīng)有整體的、系統(tǒng)的把握，不可顧此失彼。而且，生命觀念的達(dá)成是需要體現(xiàn)生命性的，教師在教學(xué)過程中應(yīng)將生命觀念的培養(yǎng)整合到具體的教學(xué)內(nèi)容中，滲透到課堂教學(xué)的每一個細(xì)節(jié)中，真正落實(shí)到情感價值的培育上，從而使學(xué)生充分認(rèn)識生命世界，理解生命本質(zhì)。所有這些還有待于進(jìn)一步探索。