基于大概念的“結構與功能觀”復習探析

尹利軍　翁妍　張瑜

摘要 以生物大概念為基礎，從細胞、遺傳、穩態調節和生態學等不同層面，通過列舉事實性內容幫助學生梳理生命觀念中的結構與功能觀，將碎片化知識結構化，提升復習效率。

關鍵詞 大概念 結構與功能觀 核心素養 生命觀念

中圖分類號C633. 91 文獻標志碼B

生物大概念處于生物學科中心位置，對理解生物學重要原理、概念具有引領作用，有助于發展學生的生命觀念。結構與功能觀是生命觀念中的重要觀點之一，是形成其他生物核心素養的基礎，其內涵是一定的結構必然有對應的功能存在，且任何功能都需要一定的結構來完成。樹立結構與功能觀有利于學生發現生命現象，探究生命活動的規律，進而理解、解釋生命現象的本質，提升自身素養。在復習教學中，筆者積極嘗試以生物大概念為主線的復習思路，讓學生通過問題和實例充分理解并形成具有條理性的結構與功能觀，深刻理解生物學概念，突出重點、難點，促進生命觀念的形成，提升運用知識分析、解決問題的能力。

1 以物質合成為主線的細胞水平結構與功能觀

細胞作為最基本的生命系統，是生物體結構和功能的基本單位。組成細胞的分子、細胞膜、細胞器及作為細胞的控制中心的細胞核，都有自身特定的功能，而這些功能又都依賴特定的結構來實現。不同的細胞結構既分工合作，又相互聯系，構成一個統一的有機整體，使生命活動能夠在變化的環境中自我調控、高度有序地進行，體現出細胞系統上結構與功能的高度統一。

為促進學生理解“細胞是生物體結構與生命活動的基本單位”概念，筆者首先讓學生觀看“有關新冠病毒的一切”視頻，以真實的社會事件為情境，結合真核細胞內物質合成及轉運的示意圖（圖1）設計系列問題引導學生思考分析：①引發新冠肺炎（COVID-19）的新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）能引起人體免疫系統合成相應抗體，該抗體能否識別流感病毒，理由是什么？②抗體合成和分泌中涉及圖1中哪些細胞結構，其中由膜包被的細胞結構分別起到了什么作用？體現了生物膜系統哪些方面的功能？在抗體合成和分泌過程中這些具膜結構在功能上發生了緊密的聯系，這種聯系的基礎是什么？（提示：從膜的結構與組成方面思考）③在抗體合成過程中細胞核也發揮了重要作用，請結合細胞核結構進行相關說明。

教師引導學生分析上述問題，使學生從分子水平理解大分子物質結構決定其功能，從細胞器角度理解生物膜系統的結構與其實現的功能是緊密聯系的。細胞核作為系統的控制中心，通過核膜與細胞質和細胞膜之間進行信息交流，控制物質進出，最終實現對細胞代謝和遺傳的控制。最后，讓學生通過細胞結構與細胞功能為關鍵詞，發散思維，集思廣益，構建細胞結構與功能協調知識網絡圖（圖2），促進學生進階學習理解細胞的結構與功能觀，構建系統的生命觀念，提升學生的科學思維能力，培養社會責任意識。

2 以基因為主線體現遺傳和進化水平的結構與功能觀

“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”。讓學生更直觀地理解遺傳物質控制生物性狀與其結構相關是理解遺傳和進化層次結構與功能觀的關鍵。復習時，教師首先用多媒體展示發出綠色熒光的小鼠及子代鼠圖片，并介紹該鼠是科學家利用基因工程將綠色熒光水母中GFP基因（綠色熒光蛋白基因，具有5.17x103個堿基對的DNA片段）導入實現的。根據以上情境，教師讓學生分析問題：①小鼠染色體DNA上插入CFP基因而發出了綠色熒光蛋白，能說明什么？②水母GFP基因能夠與小鼠DNA連接并表達，原因是什么？③如果直接將獲取的GFP基因導入到小鼠細胞中能否表達？

通過引導學生分析問題，學生回顧遺傳物質（DNA）的結構和組成，認同基因是控制生物性狀的結構和功能的單位，構建DNA結構與生物性狀遺傳的聯系。在此基礎上，教師再通過典型實例（例1）促進學生進階學習基因結構與功能關系，讓學生從感性認知上升到理性認知，構建遺傳與進化層次的結構與功能觀。

【例1】遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳，此過程中也會受到多種因素的影響。圖3為遺傳信息傳遞與表達示意圖，圖4為人類囊性纖維病發生機理示意圖，圖5為兩株柳穿魚植株花形態結構與Lcyc基因關系圖（甲：花呈兩側對稱狀;乙：花呈輻射對稱狀。兩植株除花形態結構不同外，其他植物結構相同）。分析回答下列問題：

（1）從圖4中看，囊性纖維病根本原因是_______ ，該病的發生時期最可能在圖3中的_______過程中。囊性纖維病發生說明基因控制生物性狀的途徑是______________。

（2）己知圖5兩株柳穿魚體內Lcyc基因序列完全相同，但甲植株的Lcyc基因在進化中經過了甲基化修飾后出現了乙植株花的性狀。將甲、乙兩個植株作為親本雜交，F1的花與植株甲相似，F1自交后代F2中大約有25%植株的花與植株乙相似。從雜交實驗結果看，甲、乙植株不是兩個物種，理由是_______，其中乙植株柳穿魚花的性狀屬于_______性狀，Lcyc基因遺傳遵循基因的_______定律。從基因與生物性狀關系分析，請你嘗試解釋Lcyc基因甲基化對柳穿魚花形態結構產生影響的原因：____。

參考答案：

（1）基因分子結構中堿基序列的改變DNA復制基因通過控制蛋白質的結構控制生物體的性狀

（2）甲、乙兩植株能產生可育后代，不存在生殖隔離隱性分離 甲基化可能抑制了Lcyc基因的表達，從而影響生物性狀（其他合理答案也酌情賦分）

教師引導學生分析例題，從而了解DNA分子結構與類遺傳病關系，使學生進一步理解了DNA分子結構與其遺傳功能的關聯;再通過引導學生分析柳穿魚植株花形態性狀遺傳與基因甲基化修飾關系，使學生通過批判性思維加深理解生物遺傳性狀實際上是進化過程中基因結構與功能協調統一的結果，最終目的是為生物更加適應環境而發生的適應性變化，為學生理解遺傳和進化等微觀層面的結構與功能觀奠定基礎。