《生物：生命的動力》關于細胞結構與功能內容的編排特色

鄭世德　劉競男

摘 要 “結構與功能”是美國新版K-12科學教育框架中7個跨領域的概念之一，其在現代科學教育中發揮著極其重要的作用。立足于結構與功能觀，從學生的認知規律出發，研究美國高中生物教材《生物：生命的動力》中關于細胞的結構與功能內容的編排特點。研究發現，美國教材內容銜接緊密，邏輯性強，彰顯其科學化與人性化，對我國課堂教學具有一定啟示作用。

關鍵詞 生物學教材 教材編排 生命的動力

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

2004年，美國麥格勞-希爾出版了美國高中主流理科教材Biology：The Dynamics of life，該教材的中譯本《生物：生命的動力》于2008年由浙江教育出版社出版（以下簡稱“美國教材”）。美國教材邏輯嚴謹，知識聯系緊密，有利于中學生對生物學知識的建構與遷移。筆者立足于結構與功能觀，研究美國教材“分子與細胞”章節關于細胞結構與功能內容編排的方式及特點，旨在為我國課堂教學提供參考性意見。

1 結構與功能觀的概述

結構是系統內各成分之間相互聯系、作用的方式，是系統的基本屬性，又是系統具有整體性、功能性的依據。而功能是從系統外部反映系統的整體性，兩者所要揭示的內容是不同的，但是兩者又是相互聯系，相互依存的。

一方面，結構決定著功能。結構是機體的組成成分，功能是機體組成成分相應的功效。另外，兩者又是相互制約的，結構決定著功能，功能也對結構有限制作用，所以兩者是一個相對范疇。根據結構與功能的聯系，在科學研究中要重視探究系統的結構，依據結構的特點去了解系統，進而依據系統具有的結構來判斷其具有的功能。

2 美國教材關于細胞的結構與功能內容的呈現

2.1 組成細胞的分子

系統的結構決定著系統的功能，認識系統得首先了解其結構。美國教材第13章“組成細胞的分子”以結構的層次性為銜接，以物質結構的有序性來組織內容，使知識邏輯化、網絡化，易于學生對知識的建構與遷移。

如“組成細胞的分子”中第一節“原子及其相互作用”以分子結構的層次性為銜接來組織內容，以元素—原子—同位素—化合物和化學鍵—化學反應—混合物與溶液的邏輯順序敘述，由簡單到復雜，符合學生的認知規律。所有的物質都是由元素組成的，元素以原子的形式存在，原子的結構決定了其功能，也決定了各種化學元素的性質。所以教材尤其重視原子結構對內容的銜接，開始就以圖文結合的方式分別展示了質子、中子、電子、電子能級的結構，并且在化學鍵、化合物、化學反應的內容中都有所體現。教材圍繞著原子結構，試圖讓學生從微觀角度理解原子中的各種微粒，了解這些粒子的結構與功能，為化合物、化學反應、生物大分子等結構與功能的學習奠定基礎。

又如第三節對細胞中有機物的介紹，以碳在生物中的作用—分子鏈—碳水化合物的結構—脂類的結構—蛋白質的結構—核酸的結構為邏輯順序呈現。因為所有的有機物都含有碳原子，所以教材首先介紹碳原子的結構，然后介紹碳原子的成鍵特點，包括單鍵、雙鍵、三鍵，直鏈、支鏈或環狀鏈知識，進而介紹分子鏈、多聚體的知識，對碳原子的結合方式以及分子鏈的學習有利于糖類、脂類、蛋白質、核酸的結構的認識。

可以看出，教材從原子的結構過渡到化學鍵、化學反應的知識，從碳原子的結構及分子鏈的知識過渡到生物大分子，知識邏輯嚴謹，內容銜接緊密，彰顯了結構的層次性與有序性，既遵照了知識的邏輯性，也符合學生的認知規律。

2.2 真核細胞的結構

細胞器的結構多而復雜，而且其關聯性不強，對學生來說比較抽象，在教材中如何呈現是一大難題。美國教材以細胞器所具有的功能將細胞器進行分類，巧妙地以細胞器功能的有序性來編排細胞器的結構。教材共分為7個小標題敘述真核細胞器的結構：細胞的邊界、細胞核與細胞調控、組裝運輸和貯存、液泡與儲存、溶酶體與循環再利用、能量轉換器、用于支持和運動的細胞器。

教材首先介紹細胞的邊界——細胞膜和細胞壁，“但是植物細胞、真菌、細菌和一些原生動物還有一層邊界：細胞壁”，為細胞提供支持和保護；然后介紹細胞這個生命系統是如何運行的。細胞需要調控，相當于團隊需要一個人來領導，細胞的“領導人”就是細胞核。教材根據細胞核指導蛋白質合成的基本程序相繼介紹染色質、核仁、核糖體、細胞質四種細胞器；接著教材以一個問題“蛋白質合成的指令從細胞核輸送到細胞質后，究竟發生了哪些變化呢？”引出組裝和運輸蛋白質：內質網-高爾基體；儲存：液泡；循環再利用：溶酶體；接著敘述能量來源，“蛋白質的合成、修飾、運輸和消化這些細胞活動都需要能量”，引出能量轉換器：葉綠體和線粒體；最后介紹用于支持和運動的細胞器：細胞骨架-微管和微絲、中心粒、 纖毛和鞭毛。可以看出，教材以功能的有序性把繁雜的細胞器的內容知識進行了有效的整合，結構與功能聯系緊密，邏輯清晰，易于學生對細胞器的整體把握，深刻體現了結構與功能相適應的生物學學科思想，值得我國學習與借鑒。

3 對我國高中生物課堂教學的啟示

基于前面對美國教材關于細胞的結構與功能內容編排的分析，筆者對我國高中生物課堂教學有以下建議。

3.1 注重概念之間的聯系

認知主義學習理論強調新知識的學習必須與學習者已有的認知結構有聯結，建構主義強調知識的結構性。生物學是一門綜合性很強的學科，知識概念多而抽象，如果在生物教學中不注重概念與概念之間的聯系，將不利于學生系統、全面的掌握生物學知識，容易導致學生知識記憶的片段化，也不利于學生對結構與功能相統一思想的學習，難以落實我國高中生物新課程標準中要求學生初步形成結構與功能相統一的情感與態度價值觀。所以，在中學生物課堂教學中教師不僅要重視學生對概念的理解，而且也要重視概念之間的聯系，這樣學生才能對抽象的概念有一個系統、全面的理解。

3.2 關注學生對知識的理解

美國教材關注生活，提倡像科學家那樣思考、探索，教材重視知識理論的論證過程，喜歡問“為什么”，注重學生對知識的理解。而我國傳統生物課堂教學喜歡將知識理論生硬的拋給學生，喜歡用“是什么”的知識呈現方式展現科學理論，不利于學生有意義學習的發生，缺少科學、人文氣息，不利于提高學生科學素養。所以在中學生物課堂教學中教師要重視拓展學生的思維，引導學生對問題的思考，鼓勵學生進行探究式學習，激發學生的學習興趣，培養學生的創新能力。