高中生物教學(xué)中系統(tǒng)論思想的實(shí)踐研究

張韜

高中生物新課程倡導(dǎo)全面提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。人教版教材涉及系統(tǒng)論思想，教師在生物知識(shí)教學(xué)中應(yīng)滲透這一理念，有利于學(xué)生從生物課程學(xué)習(xí)中獲得科學(xué)世界觀和方法論的啟示，促進(jìn)思維能力的發(fā)展。

高中生物新課程倡導(dǎo)全面提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)，體現(xiàn)了生命科學(xué)與現(xiàn)代教學(xué)理念的完美結(jié)合，體現(xiàn)了科學(xué)教育與人文教育的完美結(jié)合。幾個(gè)典型教學(xué)模塊所選的內(nèi)容可以幫助學(xué)生從微觀和宏觀兩個(gè)方面理解生命系統(tǒng)，其中涉及到系統(tǒng)論的思想。在教學(xué)中，注意避免將系統(tǒng)論作為知識(shí)進(jìn)行教學(xué)，應(yīng)在生物知識(shí)的教學(xué)中滲透系統(tǒng)論思想，這將有助于學(xué)生從生物課程的學(xué)習(xí)中獲得科學(xué)世界觀和方法論的啟示，促進(jìn)思維能力的發(fā)展。

一、概念解讀

系統(tǒng)（system）一詞，來源于古希臘語，是“由部分構(gòu)成整體”的意思，通常指同類事物彼此間相互作用、相互依賴的組有規(guī)律地結(jié)合而形成的整體。在這個(gè)定義中包括了系統(tǒng)、要素、結(jié)構(gòu)、功能四個(gè)概念，表明了要素與要素、要素與系統(tǒng)、系統(tǒng)與環(huán)境三方面的關(guān)系。其功能是各組成要素在孤立狀態(tài)時(shí)所沒有的，它具有結(jié)構(gòu)和功能在漲落作用下的穩(wěn)定性，具有隨環(huán)境變化而改變其結(jié)構(gòu)和功能的動(dòng)態(tài)性。系統(tǒng)思想源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，但作為一門科學(xué)的系統(tǒng)論，人們公認(rèn)是美籍奧地利人、理論生物學(xué)家L.V. 貝塔朗菲（L.Von. Bertalanffy）創(chuàng)立的。他在1952年發(fā)表“抗體系統(tǒng)論”，提出了系統(tǒng)論的思想。系統(tǒng)論是研究系統(tǒng)的一般模式、結(jié)構(gòu)和規(guī)律的學(xué)問，它研究各種系統(tǒng)的共同特征，用數(shù)學(xué)方法定量地描述其功能，尋求并確立適用于一切系統(tǒng)的原理、原則和數(shù)學(xué)模型，是具有邏輯和數(shù)學(xué)性質(zhì)的一門科學(xué)。

系統(tǒng)論的核心思想是系統(tǒng)的整體概念。貝塔朗菲強(qiáng)調(diào)，任何系統(tǒng)都是一個(gè)有機(jī)整體，而不是機(jī)械組合或各個(gè)部分的簡(jiǎn)單相加。系統(tǒng)的整體功能是每個(gè)元素在孤立狀態(tài)下不具備的性質(zhì)。他用亞里士多德的名言“整體大于部分之和”來解釋系統(tǒng)的完整性，并反對(duì)機(jī)械論的觀點(diǎn)，即如果元素的性能好，則整體性能必須好，并且整體由部分來解釋。同時(shí)，認(rèn)為系統(tǒng)中的元素不是孤立存在的，每個(gè)元素都處于一定的位置，在系統(tǒng)中起著特定的作用。這些要素相互關(guān)聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)不可分割的整體。元素是整體中的元素，如果它們與整個(gè)系統(tǒng)分離，它們將失去其作用。正如人的手是人體的一個(gè)勞動(dòng)器官，一旦手從人體上被切斷，它將不再是一個(gè)勞動(dòng)器官。

二、高中階段涉及的系統(tǒng)論思想

高中階段，考慮到學(xué)生的知識(shí)水平與接受能力，在教學(xué)中并不需要達(dá)到以上深度。但是，應(yīng)該使學(xué)生知道，生命是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種形式，而構(gòu)成物質(zhì)的蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)、糖類和其他分子，都不能單獨(dú)完成生命過程。只有當(dāng)這些分子按一定方式組織起來，構(gòu)成各種生命系統(tǒng)（如細(xì)胞、組織、器官、個(gè)體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)等）后，才能表現(xiàn)出生命現(xiàn)象。而系統(tǒng)，作為物質(zhì)的存在方式，指的是“由相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合的具有特定功能的有機(jī)整體?！彼ㄒ韵滤膫€(gè)方而的內(nèi)容：1. 系統(tǒng)是由一些要素組成的集合;2. 系統(tǒng)的要素是相互聯(lián)系的，有一定的結(jié)合方式即結(jié)構(gòu);3. 系統(tǒng)都有特定的功能;4. 系統(tǒng)都有特定的環(huán)境?！耙亍⒔Y(jié)構(gòu)、功能、環(huán)境”是系統(tǒng)的四個(gè)組成部分，它們之間相互聯(lián)系、相互影響，成為一個(gè)有機(jī)體。

三、系統(tǒng)論在高中生物教學(xué)中的實(shí)踐

系統(tǒng)論思想在必修1《分子與細(xì)胞》、選擇性必修1《穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》和選擇性必修2《生物與環(huán)境》三個(gè)模塊顯得很突出。必修1《分子與細(xì)胞》中第1章《走進(jìn)細(xì)胞》第1節(jié)《細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位》初次提到生命系統(tǒng)以及生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次。生命系統(tǒng)由微觀到宏觀，具體說是由細(xì)胞、組織、器官、系統(tǒng)到個(gè)體;由個(gè)體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)到生物圈。必修1《分子與細(xì)胞》模塊建立了生命是一個(gè)系統(tǒng)的思想觀念。舉例來說，必修1《分子與細(xì)胞》第3章《細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)》的教學(xué)中，細(xì)胞器之間如何協(xié)調(diào)配合呢？以分泌蛋白的合成和運(yùn)輸為例，讓學(xué)生分組討論分泌蛋白的合成和運(yùn)輸過程，討論完之后教師進(jìn)行總結(jié)。分泌蛋白最初是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體中由氨基酸形成肽鏈，肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)行加工，形成有一定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可以“出芽”，也就是鼓出由膜形成的囊泡，包裹著要運(yùn)輸?shù)牡鞍踪|(zhì)，離開內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，到達(dá)高爾基體，與高爾基體膜融合，囊泡膜成為高爾基體膜的一部分。高爾基體還能對(duì)蛋白質(zhì)做進(jìn)一步的修飾加工，然后形成包裹著蛋白質(zhì)的囊泡。囊泡移動(dòng)到細(xì)胞膜，與細(xì)胞膜融合，將蛋白質(zhì)分泌到細(xì)胞外。在分泌蛋白的合成，加工和運(yùn)輸?shù)倪^程中，需要消耗能量。這些能量的供給來自線粒體。在這些知識(shí)理解的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生體會(huì)各個(gè)細(xì)胞器以及細(xì)胞膜之間在結(jié)構(gòu)和功能上是一個(gè)統(tǒng)一的整體，只有在各個(gè)細(xì)胞結(jié)構(gòu)都完整的情況下，分泌蛋白的合成和運(yùn)輸才能順利完成。然后讓學(xué)生設(shè)想這些結(jié)構(gòu)單獨(dú)存在時(shí)，能不能行使這些功能。之后順理成章地得出細(xì)胞的生物膜系統(tǒng)的概念，通過生物膜系統(tǒng)的概念，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)結(jié)構(gòu)要素緊密聯(lián)系，行使特定的功能。選擇性必修1《穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》和選擇性必修2《生物與環(huán)境》兩個(gè)模塊建立生命系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)與調(diào)控的思想觀念。以生物個(gè)體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)各個(gè)層次生命系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)的維持為主線，構(gòu)建生命系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)與環(huán)境的關(guān)系，強(qiáng)化人體穩(wěn)態(tài)的調(diào)控和健康，以及人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的干擾和保護(hù)這一知識(shí)體系。以選擇性必修1《穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》中甲狀腺激素分泌的分級(jí)調(diào)節(jié)為例，教師對(duì)這部分知識(shí)進(jìn)行講解：當(dāng)人處于寒冷環(huán)境時(shí)，身體的溫度感受器受到寒冷刺激，相應(yīng)的神經(jīng)沖動(dòng)傳到下丘腦。下丘腦就會(huì)分泌促甲狀腺激素釋放激素（TRH），TRH運(yùn)輸?shù)酱贵w，促使垂體分泌促甲狀腺激素（TSH）。TSH隨血液運(yùn)輸?shù)郊谞钕?，促使甲狀腺增加甲狀腺激素的合成和分泌。但是?dāng)血液中的甲狀腺激素含量增加到一定程度時(shí)，又反過來抑制下丘腦和垂體分泌相關(guān)激素，進(jìn)而使甲狀腺激素的分泌減少，這樣體內(nèi)的甲狀腺激素含量就不至于過高，這就是負(fù)反饋調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)的結(jié)果是使甲狀腺激素在血液中的含量保持相對(duì)穩(wěn)定。這個(gè)例子既有神經(jīng)調(diào)節(jié)又有體液調(diào)節(jié)。其中涉及到幾個(gè)系統(tǒng)和多個(gè)器官的參與。在理解這些的同時(shí)，得出人體各器官、系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致地正常運(yùn)行，是維持內(nèi)環(huán)境的基礎(chǔ)。人體就是一個(gè)統(tǒng)一的整體，即使在外界環(huán)境發(fā)生劇烈變化的情況下，人體仍能通過各個(gè)組分即各個(gè)系統(tǒng)、器官的的相互作用（共同調(diào)節(jié)），維持內(nèi)環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定，從而使體內(nèi)的細(xì)胞擁有穩(wěn)定而適宜的存活條件。如果某種器官的功能出現(xiàn)障礙，就會(huì)引起穩(wěn)態(tài)失調(diào)?；蛘?，當(dāng)外界環(huán)境的變化過于劇烈，內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)就會(huì)遭到破壞，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到作為生命系統(tǒng)來說，其穩(wěn)態(tài)不僅僅有其自身的調(diào)節(jié)，還與所處的環(huán)境有著緊密的聯(lián)系。

在選擇性必修2《生物與環(huán)境》第3章《生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性》關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)教學(xué)中，也涉及到這種系統(tǒng)論思想。生態(tài)系統(tǒng)的組成成分有生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者以及非生物的物質(zhì)和能量，學(xué)生學(xué)習(xí)完這部分知識(shí)后，讓他們討論：1. 生態(tài)系統(tǒng)中沒有生產(chǎn)者會(huì)如何？2. 各級(jí)消費(fèi)者不能光合作用，還要直接或間接以生產(chǎn)者為食，所以生態(tài)系統(tǒng)中沒有它們，可以嗎？3. 在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者能單獨(dú)存在嗎？這些生物成分能離開非生物的物質(zhì)和能量嗎？通過學(xué)生的討論，得出生產(chǎn)者、消費(fèi)者、和分解者是緊密聯(lián)系，缺一不可的。在生態(tài)系統(tǒng)中，生產(chǎn)者通過光合作用，把太陽能固定在它們所制造的有機(jī)物中。太陽能變成化學(xué)能，從而可以說是生態(tài)系統(tǒng)的基石。消費(fèi)者通過自身的新陳代謝，能將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物（CO2、水等），這些無機(jī)物排出體外后又可以被生產(chǎn)者重新利用?？梢娤M(fèi)者的存在，能夠加快生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)。此外，消費(fèi)者對(duì)于植物的傳粉和種子的傳播等具有重要作用。分解者能將動(dòng)植物遺體和動(dòng)物的排遺物分解成無機(jī)物，如果沒有分解者，動(dòng)植物遺體和動(dòng)物的排遺物會(huì)堆積如山，生態(tài)系統(tǒng)就會(huì)崩潰。正是由于生態(tài)系統(tǒng)中各組成成分之間的緊密聯(lián)系，才使生態(tài)系統(tǒng)成為一個(gè)有機(jī)的統(tǒng)一整體，行使物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的功能?？梢宰寣W(xué)生聯(lián)系到生物圈這個(gè)最大的生態(tài)系統(tǒng)，將系統(tǒng)思想上升到更高的層次，并強(qiáng)調(diào)人類的行為是干預(yù)生命系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)變化發(fā)展的重要因素。讓學(xué)生很自然地想到保護(hù)環(huán)境的重要性。

以上是很典型的幾個(gè)例子，此外在學(xué)習(xí)完每章之后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)本章內(nèi)容進(jìn)行整體性概括，并把有關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)系。學(xué)習(xí)完一個(gè)模塊后，把一個(gè)模塊的知識(shí)也進(jìn)行概括，讓學(xué)生從中體會(huì)整體的思想，并且能夠把所學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來，使生物學(xué)知識(shí)成為一個(gè)有明顯結(jié)構(gòu)層次的學(xué)科。線條清晰而成網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)體系，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科內(nèi)綜合能力有良好的效果。重要的是，學(xué)生在分析問題時(shí)，能夠考慮到這種整體的思想，尤其是在做高考題時(shí)，很多題目涉及到幾個(gè)模塊的知識(shí)點(diǎn)，如果沒有整體的思想和聯(lián)系的觀點(diǎn)，學(xué)生將無從下手。所以在傳授知識(shí)的同時(shí)，就要滲透這種思想。高中生物學(xué)教學(xué)內(nèi)容很多，不是每節(jié)課、每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都要刻意去滲透這種思想，教師可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，適度地進(jìn)行。

總之，系統(tǒng)論的思想在其他學(xué)科如數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)和地理中也可以用來分析和解決問題?？陀^世界也是由許多大小、相互關(guān)聯(lián)和不同的系統(tǒng)組成的。在生物教學(xué)中不斷對(duì)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)科學(xué)的啟蒙教育，可以使學(xué)生形成從系統(tǒng)論的角度觀察和分析世界萬物的意識(shí)。它的好處不僅是學(xué)好生物學(xué)，而且是終身受益的。