高中生物“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”的內(nèi)容構(gòu)建探析

摘 要： 《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》中的“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”模塊的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系是由系統(tǒng)生物學(xué)的思想構(gòu)建而成。該體系以“系統(tǒng)”為核心概念，以“穩(wěn)態(tài)”、“環(huán)境”和“調(diào)節(jié)”三個(gè)科學(xué)通用概念把生物個(gè)體和系統(tǒng)水平的要素、行為、穩(wěn)定和發(fā)展等問(wèn)題統(tǒng)一起來(lái)，以系統(tǒng)分析、模型和數(shù)學(xué)方法等作為主要方法，使之具有科學(xué)性和合理性。探討內(nèi)容的構(gòu)建，有利于提高生物課堂教學(xué)的有效性，提高學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞： 高中生物 “穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”模塊 知識(shí)結(jié)構(gòu) 構(gòu)建

《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》（以下簡(jiǎn)稱為《標(biāo)準(zhǔn)》）在課程結(jié)構(gòu)上發(fā)生了比較大的變化，其中包括設(shè)置了“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”這個(gè)必修模塊。該塊模式的內(nèi)容構(gòu)建，一方面便于教師更為清晰直觀地把握生物知識(shí)內(nèi)容，另一方面，也有利于學(xué)生理解記憶，為他們知識(shí)的拓展延伸奠定基礎(chǔ)。

1.“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”模塊的知識(shí)結(jié)構(gòu)

穩(wěn)態(tài)的概念最初來(lái)自生理學(xué)。生理學(xué)把維持內(nèi)環(huán)境理化性質(zhì)相對(duì)恒定的狀態(tài)叫做穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)是一種復(fù)雜的、由體內(nèi)各種調(diào)節(jié)機(jī)制所維持的動(dòng)態(tài)平衡，一方面是代謝過(guò)程使內(nèi)環(huán)境理化性質(zhì)的相對(duì)恒定遭到破壞，另一方面是通過(guò)調(diào)節(jié)使平衡恢復(fù)。整個(gè)機(jī)體的生命活動(dòng)正是在穩(wěn)態(tài)不斷受到破壞而又同時(shí)得到恢復(fù)的過(guò)程中得以維持和進(jìn)行。

穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的概念來(lái)自個(gè)體水平的生理學(xué)。例如，哺乳動(dòng)物體內(nèi)的溫度、滲透壓、pH，以及各種電解質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物的濃度都保持在一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，這是在其自身神經(jīng)體液系統(tǒng)調(diào)節(jié)下，隨時(shí)進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)的。生態(tài)系統(tǒng)雖然沒(méi)有與此類似的調(diào)節(jié)機(jī)制，但也具有一定的抵御環(huán)境壓力、保持平衡狀態(tài)的能力。

2.“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”模塊的構(gòu)建方法

2.1系統(tǒng)整合法：探尋生物現(xiàn)象的整體性。

《標(biāo)準(zhǔn)》在“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”模塊的前言中指出：“本模塊選取有關(guān)生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)與穩(wěn)態(tài)的知識(shí)、生物與環(huán)境的知識(shí)，有助于學(xué)生理解生命運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)，了解系統(tǒng)分析的思想和方法，提高對(duì)生命系統(tǒng)與環(huán)境關(guān)系的認(rèn)識(shí)。”這就明確提出了“系統(tǒng)分析的思想和方法”。現(xiàn)代生物學(xué)為了揭示生命運(yùn)動(dòng)的奧秘，還必須從生命系統(tǒng)的各個(gè)組成部分的聯(lián)系和相互作用中，從它們和外界環(huán)境的相互聯(lián)系和相互作用中來(lái)了解整體，這就需要進(jìn)行系統(tǒng)分析。例如，植樹(shù)造林是中央的號(hào)召，但西北一些地區(qū)年降水量很小，蒸發(fā)量很大，其地下水主要靠地表下的滲透作用（如融化的雪水）。在這些地區(qū)植樹(shù)，地下水會(huì)因樹(shù)木的蒸騰作用而過(guò)量散失，導(dǎo)致水位下降甚至枯竭。于是近年來(lái)中央指示這樣的地區(qū)要多種草。然而，在我國(guó)的中、東部地區(qū)卻出現(xiàn)了砍樹(shù)種草的熱潮。殊不知在高溫多雨地區(qū)，樹(shù)的生態(tài)效益要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)草。結(jié)果，一些城市又不得不規(guī)定綠化至少要有多少比例的喬木和灌木。導(dǎo)致這些失誤的原因就在于缺乏系統(tǒng)分析的思想。

教學(xué)中運(yùn)用系統(tǒng)的概念和系統(tǒng)分析的思想，一方面對(duì)生命系統(tǒng)的要素、結(jié)構(gòu)、邊界、環(huán)境、性能等系統(tǒng)的基本特征作分析，另一方面對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)及其調(diào)控作分析。以生態(tài)系統(tǒng)為例，其要素指組成成分，即生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者等生物成分和非生物的物質(zhì)和能量；結(jié)構(gòu)包括時(shí)空結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)（食物鏈和食物網(wǎng)）；邊界指系統(tǒng)的范圍，生態(tài)系統(tǒng)是模糊集合，其邊界是一個(gè)模糊概念，根據(jù)研究的需要?jiǎng)澏āＶ劣谙到y(tǒng)的狀態(tài)，生態(tài)系統(tǒng)都是開(kāi)放系統(tǒng)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)就是生態(tài)平衡狀態(tài)。每個(gè)生態(tài)系統(tǒng)都具有一定的自動(dòng)調(diào)節(jié)能力，在不斷變化的環(huán)境條件下，依靠自我調(diào)節(jié)機(jī)制維持其穩(wěn)態(tài)，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的相對(duì)穩(wěn)定。

2.2模型方法：培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的生物思維。

《標(biāo)準(zhǔn)》依據(jù)國(guó)際科學(xué)教育的發(fā)展，將模型和模型方法列入了課程目標(biāo)。所謂“模型”，是指模擬原型（所要研究的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)或運(yùn)動(dòng)形態(tài)）的形式。它不再包括原型的全部特征，但能描述原型的本質(zhì)特征。模型方法是以研究模型來(lái)揭示原型的形態(tài)、特征和本質(zhì)的方法，是邏輯方法的一種特有形式。模型一般可分為物理模型和數(shù)學(xué)模型兩大類，通常說(shuō)的模型即指物理模型。物理模型可以模擬客觀事物的某些功能和性質(zhì)。在高中生物課程中經(jīng)常使用的物質(zhì)模型有實(shí)物模型（如生物體結(jié)構(gòu)的模式標(biāo)本）、模擬模型（如細(xì)胞結(jié)構(gòu)模型、各種組織器官的立體結(jié)構(gòu)模型）等。

在現(xiàn)代生物科學(xué)研究中，模型方法被廣泛運(yùn)用，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的成功就是一個(gè)范例。在生物科學(xué)學(xué)習(xí)中，模型提供觀念和印象。認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為，人的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)既包括概念系統(tǒng)，又包括表象。前者包含概念、原理、規(guī)律、理論，后者包含觀念和印象。當(dāng)代不少學(xué)者都主張把表象看作一種符號(hào)要素，與語(yǔ)言等其他符號(hào)要素一樣具有抽象、概括、組合和再組合的功能，因而能構(gòu)成思維的操作。所以模型提供的觀念和印象，不僅是學(xué)生進(jìn)一步獲取系統(tǒng)知識(shí)的條件，而且是學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的重要組成部分。

2.3數(shù)學(xué)方法：培養(yǎng)學(xué)生的生物嚴(yán)謹(jǐn)理念。

數(shù)學(xué)方法指運(yùn)用數(shù)學(xué)語(yǔ)言表述事物的狀態(tài)、關(guān)系和過(guò)程，并加以推導(dǎo)、演算和分析，以形成對(duì)問(wèn)題的解釋、判斷和預(yù)測(cè)的方法。目前，數(shù)學(xué)在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域正起著越來(lái)越重要的作用，甚至醫(yī)生做大手術(shù)之前都先進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬以預(yù)知各種方案可能出現(xiàn)的后果，再依據(jù)個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)來(lái)選擇手術(shù)方案。數(shù)學(xué)方法在科學(xué)教育中的價(jià)值更是不言而喻。

《標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)數(shù)學(xué)方法的使用主要體現(xiàn)在：（1）對(duì)生命現(xiàn)象的空間關(guān)系和數(shù)量關(guān)系進(jìn)行描述、分析和計(jì)算。（2）統(tǒng)計(jì)方法的運(yùn)用。統(tǒng)計(jì)是研究隨機(jī)現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性的方法。統(tǒng)計(jì)規(guī)律性在生物界廣泛存在，主要包括兩類：一類是隨機(jī)過(guò)程的規(guī)律性，即大量隨機(jī)事件所組成的系統(tǒng)的規(guī)律性，如遺傳性狀傳遞過(guò)程中的規(guī)律。這類問(wèn)題可用描述統(tǒng)計(jì)方法解決；另一類是某些生命系統(tǒng)行為的規(guī)律性，這類問(wèn)題可用選取統(tǒng)計(jì)方法解決。（3）用數(shù)學(xué)模型來(lái)表現(xiàn)生物學(xué)現(xiàn)象、特征和狀況。生物數(shù)學(xué)模型有兩類：一類為確定性模型，它用數(shù)學(xué)方法描述和研究必然性現(xiàn)象，例如，某生物個(gè)體的生長(zhǎng)曲線、細(xì)胞分裂過(guò)程中DNA數(shù)量變化曲線等；另一類為隨機(jī)模型，它用概率論和統(tǒng)計(jì)方法描述和研究隨機(jī)現(xiàn)象。

3.“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”模塊構(gòu)建的注意點(diǎn)

3.1注意彼此內(nèi)容的相連性。教學(xué)中應(yīng)以整體的思維把握教學(xué)內(nèi)容，做到互通有無(wú)。

3.2注意構(gòu)建的層次性。該模塊構(gòu)建盡管是建立在整體模式基礎(chǔ)之上，但還應(yīng)分清主次。

3.3注意構(gòu)建內(nèi)容的拓展延伸性。該模塊的內(nèi)容是限定的，但構(gòu)建的模式可靈活多樣。

總之，在生物課堂教學(xué)中，教師從知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系出發(fā)，探尋彼此間的規(guī)律，建立符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的構(gòu)建模式，定能激活學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，提高他們的生物素養(yǎng)。