高中生物教學(xué)中系統(tǒng)論思想的實踐研究

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)論作為知識進行教學(xué)，應(yīng)在生物知識的教學(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。在這個定義中包括了系統(tǒng)、要素、結(jié)構(gòu)、功能四個概念，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)和功能的動態(tài)性。系統(tǒng)思想源遠流長，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。貝塔朗菲強調(diào)，任何系統(tǒng)都是一個有機整體，而不是機械組合或各個部分的簡單相加。系統(tǒng)的整體功能是每個元素在孤立狀態(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，并反對機械論的觀點，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，認(rèn)為系統(tǒng)中的元素不是孤立存在的，每個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)成一個不可分割的整體。元素是整體中的元素，如果它們與整個系統(tǒng)分離，它們將失去其作用。正如人的手是人體的一個勞動器官，一旦手從人體上被切斷，它將不再是一個勞動器官。

二、高中階段涉及的系統(tǒng)論思想

高中階段，考慮到學(xué)生的知識水平與接受能力，在教學(xué)中并不需要達到以上深度。但是，應(yīng)該使學(xué)生知道，生命是物質(zhì)運動的一種形式，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)（如細胞、組織、器官、個體、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整體?！彼ㄒ韵滤膫€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。“要素、結(jié)構(gòu)、功能、環(huán)境”是系統(tǒng)的四個組成部分，它們之間相互聯(lián)系、相互影響，成為一個有機體。

三、系統(tǒng)論在高中生物教學(xué)中的實踐

系統(tǒng)論思想在必修1《分子與細胞》、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》三個模塊顯得很突出。必修1《分子與細胞》中第1章《走進細胞》第1節(jié)《細胞是生命活動的基本單位》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，具體說是由細胞、組織、器官、系統(tǒng)到個體;由個體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)到生物圈。必修1《分子與細胞》模塊建立了生命是一個系統(tǒng)的思想觀念。舉例來說，必修1《分子與細胞》第3章《細胞的基本結(jié)構(gòu)》的教學(xué)中，細胞器之間如何協(xié)調(diào)配合呢？以分泌蛋白的合成和運輸為例，讓學(xué)生分組討論分泌蛋白的合成和運輸過程，討論完之后教師進行總結(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，肽鏈進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進行加工，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，包裹著要運輸?shù)牡鞍踪|(zhì)，離開內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，到達高爾基體，與高爾基體膜融合，囊泡膜成為高爾基體膜的一部分。高爾基體還能對蛋白質(zhì)做進一步的修飾加工，然后形成包裹著蛋白質(zhì)的囊泡。囊泡移動到細胞膜，與細胞膜融合，將蛋白質(zhì)分泌到細胞外。在分泌蛋白的合成，加工和運輸?shù)倪^程中，需要消耗能量。這些能量的供給來自線粒體。在這些知識理解的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生體會各個細胞器以及細胞膜之間在結(jié)構(gòu)和功能上是一個統(tǒng)一的整體，只有在各個細胞結(jié)構(gòu)都完整的情況下，分泌蛋白的合成和運輸才能順利完成。然后讓學(xué)生設(shè)想這些結(jié)構(gòu)單獨存在時，能不能行使這些功能。之后順理成章地得出細胞的生物膜系統(tǒng)的概念，通過生物膜系統(tǒng)的概念，進一步認(rèn)識到系統(tǒng)內(nèi)各個結(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。以生物個體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)各個層次生命系統(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，強化人體穩(wěn)態(tài)的調(diào)控和健康，以及人類活動對生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的干擾和保護這一知識體系。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調(diào)節(jié)為例，教師對這部分知識進行講解：當(dāng)人處于寒冷環(huán)境時，身體的溫度感受器受到寒冷刺激，相應(yīng)的神經(jīng)沖動傳到下丘腦。下丘腦就會分泌促甲狀腺激素釋放激素（TRH），TRH運輸?shù)酱贵w，促使垂體分泌促甲狀腺激素（TSH）。TSH隨血液運輸?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，又反過來抑制下丘腦和垂體分泌相關(guān)激素，進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穩(wěn)定。這個例子既有神經(jīng)調(diào)節(jié)又有體液調(diào)節(jié)。其中涉及到幾個系統(tǒng)和多個器官的參與。在理解這些的同時，得出人體各器官、系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致地正常運行，是維持內(nèi)環(huán)境的基礎(chǔ)。人體就是一個統(tǒng)一的整體，即使在外界環(huán)境發(fā)生劇烈變化的情況下，人體仍能通過各個組分即各個系統(tǒng)、器官的的相互作用（共同調(diào)節(jié)），維持內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定，從而使體內(nèi)的細胞擁有穩(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)就會遭到破壞，讓學(xué)生認(rèn)識到作為生命系統(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)完這部分知識后，讓他們討論：1. 生態(tài)系統(tǒng)中沒有生產(chǎn)者會如何？2. 各級消費者不能光合作用，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. 在一個生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者、消費者和分解者能單獨存在嗎？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。消費者通過自身的新陳代謝，能將有機物轉(zhuǎn)化為無機物（CO2、水等），這些無機物排出體外后又可以被生產(chǎn)者重新利用?？梢娤M者的存在，能夠加快生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)。此外，消費者對于植物的傳粉和種子的傳播等具有重要作用。分解者能將動植物遺體和動物的排遺物分解成無機物，如果沒有分解者，動植物遺體和動物的排遺物會堆積如山，生態(tài)系統(tǒng)就會崩潰。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)成為一個有機的統(tǒng)一整體，行使物質(zhì)循環(huán)和能量流動的功能?？梢宰寣W(xué)生聯(lián)系到生物圈這個最大的生態(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環(huán)境的重要性。

以上是很典型的幾個例子，此外在學(xué)習(xí)完每章之后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生對本章內(nèi)容進行整體性概括，并把有關(guān)知識點進行聯(lián)系。學(xué)習(xí)完一個模塊后，把一個模塊的知識也進行概括，讓學(xué)生從中體會整體的思想，并且能夠把所學(xué)知識聯(lián)系起來，使生物學(xué)知識成為一個有明顯結(jié)構(gòu)層次的學(xué)科。線條清晰而成網(wǎng)絡(luò)的知識體系，對培養(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，能夠考慮到這種整體的思想，尤其是在做高考題時，很多題目涉及到幾個模塊的知識點，如果沒有整體的思想和聯(lián)系的觀點，學(xué)生將無從下手。所以在傳授知識的同時，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、每個知識點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，適度地進行。

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)中不斷對學(xué)生進行系統(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。它的好處不僅是學(xué)好生物學(xué)，而且是終身受益的。