高中生物“穩態與環境”的內容構建探析

摘 要： 《普通高中生物課程標準（實驗）》中的“穩態與環境”模塊的知識結構體系是由系統生物學的思想構建而成。該體系以“系統”為核心概念，以“穩態”、“環境”和“調節”三個科學通用概念把生物個體和系統水平的要素、行為、穩定和發展等問題統一起來，以系統分析、模型和數學方法等作為主要方法，使之具有科學性和合理性。探討內容的構建，有利于提高生物課堂教學的有效性，提高學生的學科素養。

關鍵詞： 高中生物 “穩態與環境”模塊 知識結構 構建

《普通高中生物課程標準（實驗）》（以下簡稱為《標準》）在課程結構上發生了比較大的變化，其中包括設置了“穩態與環境”這個必修模塊。該塊模式的內容構建，一方面便于教師更為清晰直觀地把握生物知識內容，另一方面，也有利于學生理解記憶，為他們知識的拓展延伸奠定基礎。

1.“穩態與環境”模塊的知識結構

穩態的概念最初來自生理學。生理學把維持內環境理化性質相對恒定的狀態叫做穩態。穩態是一種復雜的、由體內各種調節機制所維持的動態平衡，一方面是代謝過程使內環境理化性質的相對恒定遭到破壞，另一方面是通過調節使平衡恢復。整個機體的生命活動正是在穩態不斷受到破壞而又同時得到恢復的過程中得以維持和進行。

穩態調節的概念來自個體水平的生理學。例如，哺乳動物體內的溫度、滲透壓、pH，以及各種電解質和營養物的濃度都保持在一個穩定的范圍內，這是在其自身神經體液系統調節下，隨時進行反饋調節而實現的。生態系統雖然沒有與此類似的調節機制，但也具有一定的抵御環境壓力、保持平衡狀態的能力。

2.“穩態與環境”模塊的構建方法

2.1系統整合法：探尋生物現象的整體性。

《標準》在“穩態與環境”模塊的前言中指出：“本模塊選取有關生命活動的調節與穩態的知識、生物與環境的知識，有助于學生理解生命運動的本質，了解系統分析的思想和方法，提高對生命系統與環境關系的認識。”這就明確提出了“系統分析的思想和方法”。現代生物學為了揭示生命運動的奧秘，還必須從生命系統的各個組成部分的聯系和相互作用中，從它們和外界環境的相互聯系和相互作用中來了解整體，這就需要進行系統分析。例如，植樹造林是中央的號召，但西北一些地區年降水量很小，蒸發量很大，其地下水主要靠地表下的滲透作用（如融化的雪水）。在這些地區植樹，地下水會因樹木的蒸騰作用而過量散失，導致水位下降甚至枯竭。于是近年來中央指示這樣的地區要多種草。然而，在我國的中、東部地區卻出現了砍樹種草的熱潮。殊不知在高溫多雨地區，樹的生態效益要遠遠超過草。結果，一些城市又不得不規定綠化至少要有多少比例的喬木和灌木。導致這些失誤的原因就在于缺乏系統分析的思想。

教學中運用系統的概念和系統分析的思想，一方面對生命系統的要素、結構、邊界、環境、性能等系統的基本特征作分析，另一方面對系統的狀態及其調控作分析。以生態系統為例，其要素指組成成分，即生產者、消費者、分解者等生物成分和非生物的物質和能量；結構包括時空結構和營養結構（食物鏈和食物網）；邊界指系統的范圍，生態系統是模糊集合，其邊界是一個模糊概念，根據研究的需要劃定。至于系統的狀態，生態系統都是開放系統，系統的穩態就是生態平衡狀態。每個生態系統都具有一定的自動調節能力，在不斷變化的環境條件下，依靠自我調節機制維持其穩態，實現物質循環和能量流動的相對穩定。

2.2模型方法：培養學生科學的生物思維。

《標準》依據國際科學教育的發展，將模型和模型方法列入了課程目標。所謂“模型”，是指模擬原型（所要研究的系統的結構形態或運動形態）的形式。它不再包括原型的全部特征，但能描述原型的本質特征。模型方法是以研究模型來揭示原型的形態、特征和本質的方法，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學模型兩大類，通常說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。在高中生物課程中經常使用的物質模型有實物模型（如生物體結構的模式標本）、模擬模型（如細胞結構模型、各種組織器官的立體結構模型）等。

在現代生物科學研究中，模型方法被廣泛運用，DNA雙螺旋結構模型的成功就是一個范例。在生物科學學習中，模型提供觀念和印象。認知心理學認為，人的知識經驗既包括概念系統，又包括表象。前者包含概念、原理、規律、理論，后者包含觀念和印象。當代不少學者都主張把表象看作一種符號要素，與語言等其他符號要素一樣具有抽象、概括、組合和再組合的功能，因而能構成思維的操作。所以模型提供的觀念和印象，不僅是學生進一步獲取系統知識的條件，而且是學生認知結構的重要組成部分。

2.3數學方法：培養學生的生物嚴謹理念。

數學方法指運用數學語言表述事物的狀態、關系和過程，并加以推導、演算和分析，以形成對問題的解釋、判斷和預測的方法。目前，數學在生物學、醫學等領域正起著越來越重要的作用，甚至醫生做大手術之前都先進行數學模擬以預知各種方案可能出現的后果，再依據個人的經驗來選擇手術方案。數學方法在科學教育中的價值更是不言而喻。

《標準》對數學方法的使用主要體現在：（1）對生命現象的空間關系和數量關系進行描述、分析和計算。（2）統計方法的運用。統計是研究隨機現象的統計規律性的方法。統計規律性在生物界廣泛存在，主要包括兩類：一類是隨機過程的規律性，即大量隨機事件所組成的系統的規律性，如遺傳性狀傳遞過程中的規律。這類問題可用描述統計方法解決；另一類是某些生命系統行為的規律性，這類問題可用選取統計方法解決。（3）用數學模型來表現生物學現象、特征和狀況。生物數學模型有兩類：一類為確定性模型，它用數學方法描述和研究必然性現象，例如，某生物個體的生長曲線、細胞分裂過程中DNA數量變化曲線等；另一類為隨機模型，它用概率論和統計方法描述和研究隨機現象。

3.“穩態與環境”模塊構建的注意點

3.1注意彼此內容的相連性。教學中應以整體的思維把握教學內容，做到互通有無。

3.2注意構建的層次性。該模塊構建盡管是建立在整體模式基礎之上，但還應分清主次。

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

總之，在生物課堂教學中，教師從知識的內在聯系出發，探尋彼此間的規律，建立符合學生認知規律的構建模式，定能激活學生學習的主動性和積極性，提高他們的生物素養。