例談高中生物學(xué)“分子與細(xì)胞”中的結(jié)構(gòu)與功能觀

程濤　李翔

摘 要：結(jié)構(gòu)與功能觀作為生命觀念之一，旨在使學(xué)生在了解生命的結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)上，樹立結(jié)構(gòu)決定功能，功能反映結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的觀念.現(xiàn)行高中生物學(xué)教材《分子與細(xì)胞》章節(jié)中較多內(nèi)容體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能觀，梳理教材中的內(nèi)容，有助于教師的教和學(xué)生的學(xué).

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)與功能觀;分子與細(xì)胞;高中生物

作者簡(jiǎn)介：程濤（1992-），男，安徽滁州人，碩士，中學(xué)二級(jí)教師，研究方向：中學(xué)生物教學(xué).

1 結(jié)構(gòu)與功能觀簡(jiǎn)述

結(jié)構(gòu)與功能觀是生物學(xué)科中的生命觀念之一，是生物學(xué)教學(xué)目標(biāo)之一.生命世界中，結(jié)構(gòu)與功能是不可分割的統(tǒng)一整體，我們探究某一物質(zhì)或結(jié)構(gòu)的功能時(shí)，往往從其結(jié)構(gòu)入手，而研究其結(jié)構(gòu)時(shí)，通常需要聯(lián)系其功能[1].結(jié)構(gòu)與功能密不可分，相互適應(yīng)，相互協(xié)調(diào).長期的自然選擇決定生物體需要具備某些結(jié)構(gòu)，進(jìn)而表現(xiàn)出某些功能.結(jié)構(gòu)與功能緊密聯(lián)系，小到分子與細(xì)胞，大到個(gè)體、種群、甚至生態(tài)系統(tǒng).本文例談人教版《分子與細(xì)胞》中的結(jié)構(gòu)與功能觀.

1.1 蛋白質(zhì)——生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者

組成生物體蛋白質(zhì)的氨基酸約有20種，氨基酸在脫水縮合形成肽鏈時(shí)，會(huì)因種類、數(shù)目和排列順序的不同而形成不同的肽鏈，肽鏈盤曲折疊形成不同的空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而形成不同結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì).可見，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)具有多樣性，正是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)的多樣性使其具有運(yùn)輸、催化、免疫、調(diào)節(jié)等多種功能.

1.2 ATP——細(xì)胞的能量“通貨”

首先，ATP是一種高能磷酸化合物，很不穩(wěn)定，一個(gè)ATP分子含有兩個(gè)高能磷酸鍵，其中遠(yuǎn)離A（腺苷）的那個(gè)高能磷酸鍵容易斷裂，釋放出大量的能量，同時(shí)，生成ADP和Pi，據(jù)測(cè)，每摩爾的ATP水解可以釋放30.54KJ的能量[2].其次，ATP常與細(xì)胞內(nèi)的放能反應(yīng)與吸能反應(yīng)相聯(lián)系，細(xì)胞內(nèi)發(fā)生放能反應(yīng)時(shí)，常伴隨ATP的合成，而吸能反應(yīng)伴隨ATP的水解.ATP與ADP在細(xì)胞內(nèi)的快速轉(zhuǎn)化可以及時(shí)滿足細(xì)胞的能量需求.

1.3 線粒體——有氧呼吸的主要場(chǎng)所

線粒體是動(dòng)植物細(xì)胞都具有的細(xì)胞器，雙層膜，內(nèi)膜向內(nèi)折疊形成嵴，增大內(nèi)膜面積，為酶的附著提供位點(diǎn).有氧呼吸是細(xì)胞能量來源主要途徑，該反應(yīng)的進(jìn)行需要多種呼吸酶的催化，而線粒體內(nèi)膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使有氧呼吸能夠順利進(jìn)行.

1.4 葉綠體——光合作用的場(chǎng)所

光能是能量之源，能直接利用光能的生物體，必須具備能捕獲光能的結(jié)構(gòu)與物質(zhì)，并通過一系列的復(fù)雜反應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化成自身利用的化學(xué)能.葉綠體作為植物細(xì)胞的一種細(xì)胞器，其內(nèi)具有類囊體，多個(gè)類囊體堆疊成基粒，增大膜面積，為與光合作用有關(guān)的酶和色素提供大量附著位點(diǎn)，便于光合作用的順利進(jìn)行.

1.5 細(xì)胞核——系統(tǒng)的控制中心

細(xì)胞核是細(xì)胞的控制中心，控制細(xì)胞代謝與遺傳，這與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，核膜——分開核內(nèi)物質(zhì)與細(xì)胞質(zhì)，保證核內(nèi)代謝反應(yīng)不受干擾;核仁——與rRNA的合成以及核糖體形成有關(guān)，進(jìn)而影響遺傳信息傳遞的翻譯過程;核孔——復(fù)合性蛋白孔，實(shí)現(xiàn)核質(zhì)之間的物質(zhì)交換和信息交流，具有選擇性;染色質(zhì)——DNA的主要載體，而DNA是遺傳信息的載體[2].細(xì)胞核具備的結(jié)構(gòu)使其擁有控制代謝和遺傳的功能.

1.6 細(xì)胞——生物體結(jié)構(gòu)與功能的基本單位

細(xì)胞是一個(gè)復(fù)雜的生命系統(tǒng)，單細(xì)胞生物，擁有口、肛、伸縮泡、纖毛、鞭毛等結(jié)構(gòu)，依靠單個(gè)細(xì)胞可以完成一系列生命活動(dòng).多細(xì)胞生物，由細(xì)胞形成組織、器官、系統(tǒng)，進(jìn)而形成個(gè)體.不同的細(xì)胞行使不同的功能，從而完成復(fù)雜的生命活動(dòng).細(xì)胞的組分具有多樣性，但細(xì)胞不是各種組分的簡(jiǎn)單堆疊，而是各種組分的結(jié)構(gòu)與功能密切聯(lián)系形成的統(tǒng)一整體.

2 結(jié)構(gòu)與功能觀教學(xué)的幾點(diǎn)思考

2.1 認(rèn)清事實(shí)，理解概念，提煉結(jié)構(gòu)與功能觀

生物具備的結(jié)構(gòu)，是長期自然選擇的結(jié)果，這是事實(shí).教學(xué)中要讓學(xué)生認(rèn)清這些事實(shí)，從而認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)，在事實(shí)的基礎(chǔ)上提煉出概念，總結(jié)功能，相互聯(lián)系，總結(jié)出結(jié)構(gòu)與功能觀.例如，線粒體教學(xué)中，先讓學(xué)生認(rèn)識(shí)線粒體，比如形態(tài)，內(nèi)外膜的面積，膜上所附著的物質(zhì)，基質(zhì)中的成分等事實(shí)，再以資料展示線粒體的功能，最后，提煉出結(jié)構(gòu)與功能觀.

2.2 小概念到大概念，提煉結(jié)構(gòu)與功能觀

結(jié)構(gòu)與功能觀有小方面的，也有大方面的.大方面的結(jié)構(gòu)與功能觀的提煉，可以從小概念入手，聚焦大概念（核心概念），再提煉結(jié)構(gòu)與功能觀.例如，對(duì)于細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能觀提煉，可以從細(xì)胞核、細(xì)胞器、細(xì)胞膜的概念入手，總結(jié)出大概念：細(xì)胞是各種結(jié)構(gòu)相互聯(lián)系形成的整體.

2.3 多途徑、多方法提煉結(jié)構(gòu)與功能觀

對(duì)于結(jié)構(gòu)與功能觀的提煉，不應(yīng)局限于某一方法.教師在日常教學(xué)中，可以采用概念圖、圖形結(jié)合、模型建構(gòu)等多種方法培養(yǎng)學(xué)生的結(jié)構(gòu)與功能觀.例如，細(xì)胞器教學(xué)時(shí)，可以采用圖形結(jié)合法，形象生動(dòng);ATP教學(xué)時(shí)，可采用資料分析法，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)ATP功能，再給出結(jié)構(gòu)，進(jìn)而聯(lián)系二者;講解細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能時(shí)，可采用概念圖法，認(rèn)識(shí)小概念，聚焦大概念.

2017年版生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)將生命觀念納入生物學(xué)核心素養(yǎng)，結(jié)構(gòu)與功能觀作為生命觀念之一，是學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)必須具備的基本素養(yǎng)，也是深入研究生命的基礎(chǔ).教師教學(xué)時(shí)，要將結(jié)構(gòu)與功能觀的教學(xué)落到實(shí)處，從細(xì)節(jié)入手，避免空洞.

參考文獻(xiàn)：

[1]劉丹.高中生物必修教材中滲透結(jié)構(gòu)與功能觀的研究[J].中學(xué)生物教學(xué)，2016（21）：4-6.

[2]朱正威，趙占良.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書生物（必修1）[M].北京：人民教育出版社.2016：44-90.

（收稿日期：2019-07-27）