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例谈“稳态与环境”模块中学生主动性的发挥策略

论文作者:王美玉,郑晓蕙    论文来源:华东师范大学生命科学学院    论文栏目:生物论文    收藏本页
无论是义务教育还是普通高中生物课程标准中,都把“提高生物科学素养”作为课程的基本理念。生物科学素养是生物学知识、能力、情感态度与价值观的统一体[1]。生物课堂教学只有在吃透教材内容基础上,充分挖掘和重视对学生科学思想和科学方法的教育,才能实现知识、能力、情感态度与价值观的统一。本文以人教版高中生物学教材《稳态与环境》模块谈谈体会。
    一、把握知识体系,渗透科学思想教育
    使学生形成生物学科学思想,把握学科知识的体系结构,培养良好的学科基本素质,是新课程的目标之一。就《稳态与环境》模块而言,典型的科学思想包括结构与功能相统一、系统论思想、稳态的相对性、生物与环境相统一及可持续发展思想等。但其中有些思想在教材中是隐性的,需要教师在这一模块的课堂教学中结合相关的学科知识,有意识地渗透,并在此基础上帮助学生形成正确的情感、态度、价值观和科学的世界观。
    1.结构与功能相统一
    生物的结构与功能相适应,这是生物学科的核心思想,体现了生物学科的内在逻辑。《稳态与环境》模块教材许多内容的组织和呈现,正是依据这一逻辑出发点而编排的,课堂教学中应予以重视。如对“神经系统的调节”一节,首先要交代清楚神经调节的结构基础,即神经元和反射弧的基本结构,然后在此基础上再介绍反射活动的大致过程“感受器的兴奋→传入神经→中枢神经(分析和综合)→传出神经→效应器(应答反应)”,这样学生就能充分理解这一过程,符合了他们的认知发展规律;对“兴奋在神经元之间的单向传递”这部分内容,应先结合突触的亚显微结构示意图弄清突触的结构,即突触前膜、突触间隙、突触后膜以及突触小泡和神经递质等,接着说明当神经冲动传到末梢时,其内的突触小泡就释放出神经递质到突触间隙,作用于突触后膜上的神经递质受体并与之结合,使之引起膜电位变化。
    如果说以上是从个体水平归纳出结构与功能相统一的思想,那么在“生态系统及其稳定性”整个一章中,则可先详细介绍生态系统的结构包括非生物物质、生产者、消费者、分解者以及食物链和食物网,以后三小节分别再谈到生态系统的物质循环、能量流动和信息传递三大功能,这样的内容呈现则是从群体水平体现了结构与功能相统一的思想;而在“生态系统的稳定性”一节谈到生物种类越多,结构越复杂,生态系统功能就完善,自动调节能力就越强,抵抗力稳定性也就越高,更是强调了这一思想:只有保证生态系统具有一定的结构,才能保证生态系统功能的完善。
    2.系统论思想
    系统论思想强调局部与整体相统一,整体由局部组成,局部只有按一定的方式形成各个等级的系统,才能表现出生命现象。比如,内环境稳态的维持,就是建立在各器官、系统协调活动的基础上。一旦某种器官的功能出现障碍,就会引起稳态失调,这就是局部与整体相统一。所以考察某一事物,一定要从系统的角度进行分析和研究,即“不能只是孤立地研究部分和过程,还必须研究各部分的相互作用”。
    随着生物科学的发展,系统论思想伸至生命科学的各个方面。在微观领域,细胞是最基本的生命系统;在宏观领域,种群、群落、生态系统等,也都是作为系统方式而存在的。《稳态与环境》模块的知识结构体系就是根据这一思想,以“系统”为核心概念,分别从个体水平和群体水平加以分析,以“稳态”、“环境”和“调节”三个科学通用概念把生物个体和系统水平的要素、行为、稳定和发展等问题统一起来。
    需要强调的是,生命系统内部各要素之间,以及系统与环境之间相互作用是普遍联系的,具体体现在教材的许多内容上。如“通过激素的调节”一节中,血糖平衡的调节涉及胰岛素、胰高血糖素和肾上腺素三种激素,前两者相互拮抗;后两者相互协同,共同维持血糖含量的平衡。此外,甲状腺激素和生长激素相互协同共同调节生物的生长和发育过程,甲状腺激素、性激素、肾上腺激素等激素的分级调节,神经调节和体液调节相互关系等,无不体现了系统内部各要素相互作用的思想。在课堂教学中,应结合这些知识点帮助学生建立生命系统思想,这对于学生树立辩证唯物主义自然观,提高科学素养大有裨益。
    3.稳态的相对性思想
    稳态的概念最初来自人体内环境的研究。生理学家把“正常机体通过调节作用,使各个器官、系统协调活动,共同维持内环境相对稳定状态叫做稳态”。课堂教学中应讲清楚稳态是一种复杂的、由体内各种调节机制所维持的动态平衡,一方面是生物体内的代谢过程使内环境理化性质的相对恒定遭到破坏;另一方面是机体通过调节使平衡得到恢复。整个机体的生命活动正是在稳态不断受到破坏而又同时得到恢复的过程中得以维持和进行。同时,机体维持稳态的调节能力是有一定限度的。当外界环境变化过于剧烈或机体自身调节功能出现障碍时,内环境的稳态就会遭到破坏,这就是稳态的相对性。
    稳态的概念,后来逐步扩展到细胞、群落和生态系统,在没有受到激烈的外界环境因素影响时,通过调节也都处于相对稳定的状态。如教材中“生态系统的稳定性”一节,讲生态系统之所以能维持相对稳定,是由于生态系统具有自我调节能力,而这种自我调节的基础是负反馈。在这儿应讲清楚负反馈调节使之保持稳态,而正反馈则建立新的稳态或使之毁灭。当外界干扰因素超出一定限度时,生态系统的自我调节能力会迅速丧失,生态系统难以恢复。这说明生态系统的稳态也是相对的、有条件的。
    4.生物与环境相统一及可持续发展思想
    无论个体还是群体生命系统,它们都在与外界环境的相互作用中适应环境,同时也能影响环境,这就是生物与环境相统一的思想。“稳态与环境”这一模块以生物个体、种群、群落和生态系统各个层次生命系统的稳态的维持为主线,构建生命系统的稳态与环境的关系。从而让学生认识到作为生命系统来说,其稳态不仅有其自身调节,还与所处的环境有着紧密的联系。人类研究生物与环境的关系,目的是为了更好地保护环境,这就需要我们落实科学发展观,有效利用环境资源。最后一章“生态环境的保护”先讲述了人口增长对环境的影响”,继而谈到“保护生物的多样性的价值和方法”,在此基础上再强调人与自然和谐发展,提出可持续发展是面对全球性生态环境问题的新思维。
    可持续发展思想的含义是“在不牺牲未来几代人需要的情况下,满足我们这代人的需要”,它追求的是自然、经济和社会的持久而协调的发展。这部分内容的讲授,可结合一些实例进行讨论,如桑基鱼塘、生态农业、草场载畜量的规定、渔业资源的适度捕捞等。课堂教学中渗透这一思想,对于学生形成正确的人口观、资源观、生态观和环境观,培养生态伦理和环境道德观念起到很好的作用。
    二、重视科学方法,提升生物科学素养
    《稳态与环境》模块还将科学方法内容放在突出的位置,以科学方法作为脉络构建教材内容。可见,引导学生领悟生物学的研究方法,促进学生思维能力的发展,也是课程改革的又一目标。模块涉及的科学方法,主要有科学探究基本方法、系统分析法、模型建构法以及取样调查法等。科学方法属于程序性知识,对这部分内容学生不易掌握。因此,科学方法教育一定要戒教条灌输,必须渗透在具体的教材内容中。
    1.科学发现的方法
    “提出问题→作出假设→实验验证→得出结论”是科学发现的基本过程,也是科学探究的一般方法。科学探究作为发现科学事实、揭示科学规律的过程和方法,在科学教育中有重要的意义。在课堂教学中,应挖掘相关教学内容有效渗透这一方法,如“生长素的发现”就是一个典型的科学发现过程:达尔文观察单侧光对金丝雀虉草胚芽鞘生长的影响,作出了假设:胚芽鞘尖端产生了某种物质,这种物质在单侧光作用下,对胚芽鞘下面的部分产生某种影响;1928年,荷兰科学家温特设计实验证明了达尔文的假设,荷兰科学家郭葛等人从一些植物中分离出这种物质并定名为生长素。对这一内容,可引导学生进一步体会科学发现的一般过程和方法。
    2.系统分析法
    系统分析是明确系统的边界后,在分析系统组成要素、层次结构的基础上,分析各组分间相互影响的定量关系,建立系统的数学模型,并利用计算机对系统结构优化,使系统具有功能整合作用的问题分析方法。一般涉及四个阶段:定性分析阶段,包括划分系统边界、确定系统组分、分析系统层次、明确问题及研究目标;定量分析阶段,包括定量研究各组分间的关系、建立系统数学模型;模型分析阶段,是在认识系统动态规律的基础上,确定系统模型的参数,进行模型试验,优化系统功能;结构优化阶段,是通过模拟分析,优化系统结构,实行系统调控,实现优化的系统功能[2]。
    高中生物学教学一般只做定性分析阶段的分析,即运用系统的概念和系统分析的思想,一方面对生命系统的要素、结构、边界、环境、性能等系统的基本特征做分析;另一方面对系统的状态及其调控做分析。如模块中“群落水平上研究的问题”,教材以池塘群落为例分析所需要研究的内容:池塘的范围和边界如何?池塘中的生物群落具有怎样的空间结构?有多少种群?各个种群分别占据什么位置?哪些种群在数量上占优势?各个种群之间的相互关系是怎样的?池塘群落的演替情况是怎样的?这块知识主要就系统的基本特征作分析。再如,“设计并制作生态缸,观察其稳定性”这个活动建议中要求讨论:设计生态缸时要考虑该生态系统各组成成分有哪些?经过多长时间才能达到比较稳定的状态?达到稳定状态后,生态缸中的生物种类与数量有无变化?根据生态缸中生物存活时间的长短,分析如何改进实验装置以延长生态缸中生态系统的持续时间等。这一活动不仅需要分析系统的基本特征,而且需要对其状态和调控进行分析。此外,教材中“讨论某一生态系统的结构”、“分析生态系统中的物质循环和能量流动的基本规律及其应用”等内容,都需要渗透和利用系统分析的思想和方法进行教学。
    3.模型建构法
    教材中的模型一般可分为三种:物理模型、数学模型和概念模型。其中物理模型是指以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征。模块中有两个活动建议“探究水族箱或鱼缸中群落的演替”和“设计并制作生态缸”,都是要求运用物理模型的探究。而数学模型则是用来描述一个系统或它的性质的数学形式,如“J”型种群增长的数学模型:。教材中“建构种群增长模型的方法”以细菌种群的增长为例介绍建立数学模型一般步骤。在课堂上讲清楚这一方法步骤后,还可以结合课后活动“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”,帮助学生领悟并尝试应用这种方法,进一步理解建立数学模型的一般步骤。最后,概念模型则是指以文字表述来抽象概括出事物本质特征的模型。如食物链、食物网、物质循环和能量流动图解等均属于概念模型范畴。本模块教材还安排了“人体内血糖水平与胰岛素”的建议活动,可以先让学生自主阅读活动介绍,然后三人一组分配甲乙丙角色进行活动模拟,最后讨论画出血糖调节的图解式模型。这一活动的课堂设计,可以帮助学生练习建立概念模型的方法。
    4.取样调查法
    取样调查法属于数学统计方法的一种,是从样本到总体的推理。如对种群数量、种群密度的研究,要完全获得某自然种群总体的状态、特征和变化规律的信息是很困难的,所以往往通过先选取样本进行统计,然后由样本推断总体的特性,这就是取样调查法。如教材中“用取样方法调查草地中某种双子叶植物的种群密度”和“用标志重捕法调查活动能力较强动物的种群密度”,都是取样调查法的应用。取样方法和标志重捕法属于大纲要求,这部分内容教材都有专门介绍,课堂教学应给予重视。
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