多視角下基于結(jié)構(gòu)與功能觀的教學(xué)實(shí)踐

梁榮君　阮慶元

摘要 以植物的莖為例，基于宏觀視角，根據(jù)功能推剛結(jié)構(gòu)的相似性;利用放大鏡進(jìn)行中觀視角觀察得出部分結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的功能;基于微觀視角，橫切顯微圖解釋和完善結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的功能，縱切顯微圖證實(shí)輸導(dǎo)結(jié)構(gòu)存在。通過宏觀現(xiàn)象，結(jié)合微觀視角反推輸導(dǎo)功能對(duì)應(yīng)的具體結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)多視角下的結(jié)構(gòu)與功能觀。

關(guān)鍵詞 結(jié)構(gòu)與功能多視角生物學(xué)教學(xué)莖

中圖分類號(hào) C633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 R

生物教學(xué)應(yīng)體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能觀，其內(nèi)涵是一定的結(jié)構(gòu)必有與之對(duì)應(yīng)的功能，任何功能都需要一定的結(jié)構(gòu)來完成。生命個(gè)體可以從宏觀、中觀和微觀三個(gè)視角進(jìn)行研究，因此結(jié)構(gòu)與功能觀在各個(gè)視角下都應(yīng)有所體現(xiàn)。某些具體結(jié)構(gòu)與其對(duì)應(yīng)的功能在不同視角中有所不同的體現(xiàn)，但追尋其本質(zhì)，細(xì)胞是生命體結(jié)構(gòu)與功能的基本單位，因此，不同視角的結(jié)構(gòu)與功能觀最后都?xì)w結(jié)到微觀視角的細(xì)胞層次。換而言之，各種視角下，結(jié)構(gòu)與功能觀是相互融合的。

“植物的莖與物質(zhì)運(yùn)輸”是浙教版初中科學(xué)八年級(jí)下冊(cè)第四章第四節(jié)內(nèi)容。根據(jù)其節(jié)名可知，本節(jié)內(nèi)容涉及的結(jié)構(gòu)是“莖”，而其功能就是“物質(zhì)運(yùn)輸”，教師應(yīng)通過不同的視角，充分闡述結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的理念，并據(jù)此進(jìn)行教學(xué)。

1 宏觀視角切入：不同形態(tài)的莖基本功能相似，推測(cè)基本結(jié)構(gòu)相似

自然界中植物的莖千姿百態(tài)。有些莖是直立的，如鳳仙花、桉樹、大葉黃楊樹：有些莖是匍匐在地面的，如積雪草、草莓;有些莖是纏繞在其他物體上的，如牽?；?、菜豆：有些莖是沿著其他物體攀爬的，如爬山虎、葡萄。為便于研究，將自然界中莖進(jìn)行分類，按照形態(tài)分為直立莖、匍匐莖、攀援莖和纏繞莖：按照組成分為草質(zhì)莖和木質(zhì)莖。

盡管莖的形態(tài)各異，但莖的生長(zhǎng)目的是讓植物獲取更多的陽光。植物通過向外界獲取水分、無機(jī)鹽和二氧化碳?xì)怏w等物質(zhì)而不斷生長(zhǎng)。水分和無機(jī)鹽通過根吸收，而二氧化碳通過葉吸收并用于光合作用，光合作用產(chǎn)生葡萄糖等有機(jī)物。但植物的任何部位都需要水分、無機(jī)鹽和有機(jī)物，而植物通過莖將這些物質(zhì)輸送到各個(gè)部位，因此莖都應(yīng)具有輸導(dǎo)功能，基本功能是相同的，由此推測(cè)其基本結(jié)構(gòu)是相似的。

2 中觀視角觀察：放大鏡觀察莖橫向切面，得出部分結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)具體功能

學(xué)生分組活動(dòng)對(duì)大葉黃楊樹的莖進(jìn)行觀察：首先觀察外形，再通過刀片橫切枝條，利用放大鏡觀察橫切面，最后，用解剖針觸碰。在觀察橫切面時(shí)，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)切面分三層，通過解剖針觸碰發(fā)現(xiàn)：最內(nèi)層面較軟，而中間層較硬，最外層較硬并可以撕開。教師提示，這三層由內(nèi)到外分別為樹皮、木質(zhì)部和髓。學(xué)生結(jié)合自身生活經(jīng)驗(yàn)，得出：樹皮具有保護(hù)功能，木質(zhì)部

本文是浙江省教育科學(xué)規(guī)劃課題“基于TPACK的科學(xué)教師專業(yè)提升策略研究”（課題編號(hào)為2019sc252）的研究成果。具有支撐功能。教師提出問題：髓具有什么功能？莖的什么具體結(jié)構(gòu)具有輸導(dǎo)功能？從而轉(zhuǎn)入微觀視角，通過顯微鏡對(duì)莖的結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。

3 微觀視角解釋：橫切顯微印證結(jié)構(gòu)決定功能，縱切顯微證實(shí)輸導(dǎo)結(jié)構(gòu)存在

3.1 觀察莖橫切永久裝片

學(xué)生觀察椴樹橫切永久裝片，發(fā)現(xiàn)：最外層的表皮細(xì)胞排列緊密，細(xì)胞間隙較小，起保護(hù)作用;稍往內(nèi)部，在莖的橫切面上有呈環(huán)狀排列的兩類細(xì)胞，分別為韌皮纖維和篩管，這一部分為韌皮部;再往內(nèi)部是形成層，由2或3層細(xì)胞組成，呈環(huán)狀排列，細(xì)胞較小。教師提出問題：形成層屬于分生組織，此處細(xì)胞最大的特點(diǎn)是不斷進(jìn)行分裂。其不斷分裂的結(jié)果是什么？學(xué)生進(jìn)行思考并回答：向外形成韌皮部，向內(nèi)形成木質(zhì)部。學(xué)生從而得出形成層這一結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)使莖變粗這一功能。修正中觀視角下觀察到的樹皮結(jié)構(gòu)包括表皮、韌皮部和形成層三種結(jié)構(gòu)，增加“使莖變粗”這一功能，而韌皮部的篩管應(yīng)具有另一種功能。

學(xué)生繼續(xù)往內(nèi)部觀察發(fā)現(xiàn)，位于形成層內(nèi)側(cè)的細(xì)胞分為兩類：其中一類是較大型的細(xì)胞稱為導(dǎo)管，另一類較小的細(xì)胞是木纖維。木纖維細(xì)胞的結(jié)構(gòu)較長(zhǎng)，屬于機(jī)械組織，具備支撐功能，解釋中觀視角下的木質(zhì)部具有支撐功能的原因。修正中觀視角下觀察到的木質(zhì)部除了支撐功能外，導(dǎo)管還應(yīng)具有另一種功能。位于莖最內(nèi)部的細(xì)胞較大，細(xì)胞壁較薄，具有營養(yǎng)組織的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具有貯藏營養(yǎng)物質(zhì)的功能。對(duì)應(yīng)中觀視角莖的最內(nèi)層結(jié)構(gòu)為髓，因此得出髓具有的功能為貯藏營養(yǎng)。然而，莖最重要的輸導(dǎo)功能的具體結(jié)構(gòu)還未得出，通過猜測(cè)這些結(jié)構(gòu)應(yīng)是縱向分布的，因此可通過觀察莖的縱向切片，尋找輸送物質(zhì)的具體結(jié)構(gòu)。

3.2 觀察莖縱切永久裝片

學(xué)生觀察南瓜莖縱切示導(dǎo)管的裝片，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管的存在與橫向切片中木質(zhì)部的導(dǎo)管對(duì)應(yīng)，確定導(dǎo)管在木質(zhì)部，而且縱向貫穿于植物的莖中。通過觀察南瓜莖縱切示篩管的裝片，發(fā)現(xiàn)篩管、篩板等結(jié)構(gòu)，與橫向切片中韌皮部的篩管對(duì)應(yīng)，確定篩管在韌皮部，宏觀視角而言位于樹皮中，而且縱向貫穿于植物的莖中。

教師提出問題：導(dǎo)管和篩管是輸導(dǎo)組織應(yīng)具有輸導(dǎo)功能。植物所需的物質(zhì)有水分、無機(jī)鹽和有機(jī)物，無機(jī)鹽溶于水中，因此水分和無機(jī)鹽應(yīng)通過同一管道進(jìn)行輸送。有機(jī)物是否可以通過同一通道輸送？學(xué)生進(jìn)行猜想推斷：水是植物的根吸收的，要輸送到莖和葉應(yīng)自下而上輸送，而有機(jī)物是葉進(jìn)行光合作用形成的，輸送到莖和根應(yīng)自上而下輸送。因此，輸送有機(jī)物和水、無機(jī)鹽的應(yīng)該是兩條獨(dú)立的管道。

4 宏微視角結(jié)合：依托宏觀現(xiàn)象，反推實(shí)現(xiàn)輸導(dǎo)功能的具體結(jié)構(gòu)

為確定具體物質(zhì)利用哪一具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行輸送，利用實(shí)驗(yàn)和觀察的方法。

4.1 輸送水分和無機(jī)鹽結(jié)構(gòu)的確定

采用探究實(shí)驗(yàn)的方法，利用實(shí)驗(yàn)中所呈現(xiàn)的宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出結(jié)論。

提出問題：莖運(yùn)輸水分和無機(jī)鹽的部位是什么？

建立假設(shè)：

（l）莖對(duì)水分和無機(jī)鹽的運(yùn)輸是通過木質(zhì)部的導(dǎo)管進(jìn)行的。

（2）莖對(duì)水分和無機(jī)鹽的運(yùn)輸是通過韌皮部的篩管進(jìn)行的。

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）取粗細(xì)大小相似、葉片數(shù)基本相同的3根大葉黃楊樹枝的枝條，將每枝條的下端用刀片削成面積相似的斜面、

（2）對(duì)其中2根枝條進(jìn)行處理，其中一條利用刀片剝?nèi)淦び洖锳樹枝，另一條去除木質(zhì)部記為B樹枝，不作處理的記為C樹枝。將3根枝條插入到盛有紅墨水的燒杯中，其中B枝條用夾子固定。

（3）將實(shí)驗(yàn)裝置置于溫度和光照充足的地方，15min后取出枝條，分別對(duì)枝條的中上部進(jìn)行橫切處理，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：A樹枝木質(zhì)部被染成紅色，B樹枝未被染色，C樹枝木質(zhì)部被染成紅色。取被染色的A樹枝的一段進(jìn)行縱切處理，發(fā)現(xiàn)縱切面越靠近枝條的頂端，染色變得越淺。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：水分和無機(jī)鹽在木質(zhì)部中自下而上輸送的。

實(shí)驗(yàn)所呈現(xiàn)的現(xiàn)象是宏觀表現(xiàn)，確定了輸送水分和無機(jī)鹽的結(jié)構(gòu)在木質(zhì)部，與微觀視角融合，得出輸送水分和無機(jī)鹽的結(jié)構(gòu)是導(dǎo)管。

4.2 輸送有機(jī)物結(jié)構(gòu)的確定

采用觀察的方法，展示帶有樹瘤的樹木是制作木雕的良好材料。樹瘤是植物有機(jī)物的堆積。一株盆栽木本植物的一個(gè)枝條被環(huán)剝樹皮之后，經(jīng)歷了一段時(shí)間后，在環(huán)剝部位的上方形成樹瘤，確定有機(jī)物是通過樹皮中的篩管進(jìn)行自上而下的輸送。觀察所發(fā)現(xiàn)的是宏觀現(xiàn)象，確定輸送有機(jī)物的結(jié)構(gòu)在樹皮，與微觀視角融合，得出輸送有機(jī)物的結(jié)構(gòu)是篩管。

在得出了導(dǎo)管和篩管分別是水分、無機(jī)鹽和有機(jī)物輸送的結(jié)構(gòu)后，教師要引導(dǎo)學(xué)生利用該結(jié)論解釋生活中的現(xiàn)象，使對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)更為準(zhǔn)確：

①空心樹為什么仍然可以存活，空心樹的木質(zhì)部有何特點(diǎn)？

②在生活中一般在晚上在橡膠樹的基部割橡膠，請(qǐng)解釋這一現(xiàn)象。

總之，在生物學(xué)教學(xué)中應(yīng)體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能觀，并且這一觀點(diǎn)是多視角的。在具體某一視角中，某些結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的特點(diǎn)表現(xiàn)的比較明顯，隨著研究視角的不斷深入，對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)與功能也不斷細(xì)化，而且結(jié)構(gòu)決定功能，功能反映結(jié)構(gòu)。多視角下莖的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系如圖1所示。文中選擇多樣的具體植物進(jìn)行觀察和實(shí)驗(yàn)，原因是多樣的研究對(duì)象說明莖的功能與結(jié)構(gòu)相適應(yīng)觀點(diǎn)的普遍性，說明教學(xué)的實(shí)踐性和觀察與實(shí)驗(yàn)的可操作性。雖然細(xì)胞是生命體結(jié)構(gòu)與功能的基本單位，也就是說所有結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系均應(yīng)在微觀視角得以體現(xiàn)，但某些具體的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系可以在宏觀視角或中觀視角得以表現(xiàn)，這也是多視角下結(jié)構(gòu)與功能觀的多樣內(nèi)涵的體現(xiàn)。