生物學教學中對學生結構和功能觀的培養途徑初探

李振海

摘要 通過對細胞、生物體、生態系統等生物知識等教學途徑分析，對學生結構與功能觀的培養進行了探討。

關鍵詞 生物教學 結構和功能觀 生命觀念

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

生物學核心素養認為，“生命觀念”是指對觀察到的生命現象及相互關系或特性進行解釋后的抽象，是經過實證后的觀點，是能夠理解或解釋相關事件和現象的意識、觀念和思想方法，包括結構與功能觀等。生物學教學中培養學生的結構與功能觀的途徑有哪些呢？

1從細胞的角度入手，培養學生的結構與功能觀

細胞的結構包括細胞膜、細胞質（細胞質基質和細胞器）、細胞核。

1.1從細胞膜的角度入手，培養學生的結構與功能觀

在確定細胞膜的成分是脂質和蛋白質后，對于蛋白質位于細胞膜的位置，學生根據羅伯特森在電鏡下看到細胞膜的暗—亮—暗三層結構，認同關于蛋白質和脂質位置關系模型——單位膜的模型（蛋白質—脂質—蛋白質），且認為膜的結構是靜止的。

此時，有學生提出批判性問題：如果細胞膜的結構模型是單位膜模型，那么，細胞如何生長？變形蟲如何變形？細胞膜復雜的功能如何實現？很顯然，單位膜模型不能解釋細胞膜結構與功能的適應關系。那么，蛋白質分子和磷脂分子應該是如何排布的呢？

在這些問題引導下，學生先進行小組討論、設計實驗方案；然后，進行全班交流；最后，展示科學家設計的實驗——熒光標記的小鼠細胞和人細胞融合的實驗。這個實驗說明蛋白質分子和磷脂分子都是可以運動的，同時說明細胞膜是流動的，而不是靜止的。至此，細胞膜結構模型——流動鑲嵌模型得以建立。生物膜流動鑲嵌模型的基本內容是磷脂雙分子層構成膜的基本支架，蛋白質分子或鑲在表面，或嵌入其中，或貫穿于整個磷脂雙分子層中，磷脂分子和蛋白質分子都是可以運動的。這樣的結構特點就很好地解釋了細胞膜是選擇透過性的。

1.2從細胞器的角度入手，培養學生的結構與功能觀

細胞質包括細胞質基質和細胞器。線粒體由雙層膜組成，外膜與外界分開，內膜向內突起形成嵴，從而擴大了內膜面積，有利于酶的附著。同時，內膜和基質中有與呼吸作用有關的酶系統。正是因為這樣的結構，線粒體才能有那么高的能量轉換效率。

葉綠體是植物細胞特有的一種細胞器，具有雙層膜。外膜與外界分開，一個葉綠體內有40～80個基粒，一個基粒有10～100個類囊體垛疊而成。類囊體上有與光合作用光反應有關的酶和色素，基質中有暗反應有關的酶系統和相關物質。也正因為基粒擴大了膜面積，色素吸收和轉化光能，酶降低化學反應的活化能，葉綠體才能完成把光能轉化為化學能的功能。

1.3從細胞核的角度入手，培養學生的結構與功能觀

圖1是細胞核結構和功能概念圖。由圖1中可看出，細胞核由核膜、染色質、核仁組成。核膜由雙層膜組成，上有核孔，核孔上有復雜的結構，控制物質交換和信息交流。核仁與核糖體的形成和某些RNA的形成有關。染色質由蛋白質與DNA組成。再從DNA的結構特點看：（1）DNA分子是由兩條鏈組成的，且兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結構。（2）DNA分子中的脫氧核苷酸和磷酸交替連接，排列在外側，構成基本骨架；堿基對排列在內側。（3）兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接，并且堿基配對遵循堿基互補配對原則。正是由于DNA具有這樣的結構，才使DNA具有“堿基排列順序包含著遺傳信息”的功能。通過這些遺傳信息復制、轉錄、翻譯可控制著生物體的性狀。也正是由于細胞核的這些結構，細胞核才具有“遺傳信息庫”“細胞的代謝和遺傳控制中心”的功能。

2從生物體的角度入手，培養學生的結構與功能觀

生物體每一部分結構都能體現“結構和功能相適應”的觀點。以小腸為例，教師首先展示消化系統結構的圖片，學生就可看出腸具有長度長的結構特點。接著教師引導學生利用放大鏡觀察小腸內壁，學生可看到小腸內表面有環形皺襞，皺襞上有絨毛。教師再通過投影讓學生觀察小腸環形皺襞、絨毛、微絨毛，從而說明小腸內表面積大（約200 m²）這一結構特點。正是由于這些結構特點才有利于食物在小腸內進行充分的消化與吸收。教師再展示圖片，表明絨毛壁和毛細血管的壁都很薄，只由一層上皮細胞構成，從而學生理解這種結構特點有利于營養物質的吸收。從而幫助學生理解小腸的結構和功能相適應。

3從生態系統角度入手，培養學生的結構與功能觀

生態系統是指在一定空間范圍內，生物與環境所形成的統一整體。

生態系統的結構包括生態系統的組成成分和營養結構。生態系統的組成成分包括生產者、消費者、分解者和非生物的物質和能量。生態系統的營養結構包括食物鏈和食物網。食物鏈是生物間由于捕食關系形成的鏈條，其中又分為第一營養級、第二營養級、第三營養級等，很多食物鏈交織形成食物網。

生態系統的功能主要包括物質循環、能量流動和信息傳遞。圖3是生態系統碳循環圖。從圖3中可以看出，碳以二氧化碳的形式通過光合作用由生產者轉化成有機物，進入生態系統，通過捕食以有機物形式進入各級消費者。而生產者和消費者的遺體，一方面以有機物形式傳遞給分解者，通過分解者的分解作用，以二氧化碳的形式釋放到無機環境中。另一方面，生產者和消費者還可形成化石燃料，通過人們的開采、燃燒，以二氧化碳的形式釋放到大氣中。由此可見，碳在生物群落與無機環境之間以二氧化碳的形式在進行不斷循環，碳在生物群落內部以有機物的形式進行流動，生態系統的碳循環依賴于生態系統的結構。

圖4是生態系統能量流動圖。從圖中可以看出，能量流動的起點是太陽能，生產者把太陽能轉化成化學能，儲存在它們所制造的有機物中開始進入生態系統。通過捕食能量進入各級消費者的體內，分解者通過分解生產者和消費者的遺體殘骸獲得能量。同時三者通過呼吸把一部分能量釋放到大氣中。由此可以看出，能量流動的特點是單向流動、逐級遞減的。能量流動依然依賴于生態系統的結構。

綜上所述，無論是物質循環，還是能量流動，都離不開生態系統的結構。

總之，無論從細胞的角度、生物體的角度、生態系統的角度，都可以作為對學生進行結構與功能觀的培養途徑。