例析指向生命觀念建立的生物學教學

王吉文

1關于生命觀念的理解

什么是生命觀念？生命觀念是新一輪課程改革中提出的生物學核心素養(yǎng)之一，是指對大量生命現象及其內在關系進行闡明之后的抽象，是已經被反復證明為正確的觀點、思想或方法，包括結構與功能觀、物質與能量觀、進化和適應觀以及穩(wěn)態(tài)與平衡觀。

如何理解生命觀念呢？對“結構與功能觀”的理解應該包括“生物體特定的結構具備特定的功能，生物體表現出的功能依賴一定的結構”。對“進化和適應觀”的理解應該綜合孟德爾遺傳定律、自然選擇學說和哈迪一溫伯格定律，即“可遺傳的變異是隨機的并在傳代過程中不被稀釋，生物體的適應總是針對特定環(huán)境而言的，特定環(huán)境的改變會導致種群基因頻率發(fā)生改變，結果表現在種群中的個體在形態(tài)結構和生理功能上對特定環(huán)境適應的一系列特征的改變即進化，不能發(fā)生這種改變的物種可能被淘汰”。對“穩(wěn)態(tài)和平衡觀”的理解應該以坎農提出的“穩(wěn)態(tài)”為核心，分別向細胞水平和種群、群落以及生態(tài)系統(tǒng)兩方向拓展，即“內環(huán)境能夠在神經、體液和免疫調節(jié)的方式下，通過反饋調節(jié)機制，使各種成分和理化性質達到一種動態(tài)平衡，這種平衡保持的規(guī)律可以遷移解釋細胞和生態(tài)系統(tǒng)各層次穩(wěn)定維持的相關生命現象，并且所有的穩(wěn)態(tài)是有限的”。對“物質與能量觀”的理解應統(tǒng)領生命系統(tǒng)各層次上的物質代謝和能量轉化，即“物質循環(huán)和能量流動同時進行，相互依存，不可分割。物質循環(huán)和能量流動使生態(tài)系統(tǒng)的各種成分成為統(tǒng)一整體。物質是能量的載體，使能量沿食物網流動。能量是物質循環(huán)的動力，使物質在無機環(huán)境和生物群落間循環(huán)往返。”

學生建立生命觀念的價值能體現在哪些地方呢？通過以上分析，筆者認為建立生命觀念價值在于：生命觀念能作為聯系多個概念的“暗線”，能夠幫助學生學習新知識、建立知識網絡的組織架構，是學生理解更深層次問題和形成科學的世界觀的基礎。其次，生命觀念還是學生探究和解決實際問題的重要工具。生命觀念和其他的學科（如物理學、工程學）之間也有著非常密切的聯系，甚至是相通的，可以幫助學生有效地展開跨學科的學習。

例如，學生可在“結構和功能觀”指導下，解釋、推測線粒體內膜向內折疊的原因、葉綠體類囊體垛疊形成基粒的意義等；可根據DNA的分子結構特征，說明DNA分子多樣性和特異性的原因，并可預測DNA復制的機制等；再如，學生可在“進化和適應觀”的啟發(fā)下，去解釋生態(tài)位的形成原因、不同環(huán)境下群落的特征、不同環(huán)境下物種形態(tài)結構的差異等。

2指向生命觀念建立的教學組織

在生物學教學過程中，教師如何幫助學生建立生命觀念呢？根據生命觀念的特點，建立生命觀念的出發(fā)點需要學生對所學概念有深刻的理解：必要途徑是幫助學生充分建立概念之間的意義聯系；落腳點是學生能利用生命觀念指導探究規(guī)律的活動以及解決實際問題。在教學過程中，這三者之間密切聯系、相互促進，是一個有機整體。

2.1以理解為目的的概念教學引發(fā)生命觀念的萌芽

生命觀念形成的前提條件是需要學生對概念的深入理解。因為只有對概念真正理解了，學生才有可能準確形成概念之間的意義聯系并運用概念。那么，怎樣才是真正的理解呢？理解就是能夠圍繞某個主題展開一系列思維活動（如解釋、尋找證據和實例、綜合、應用、類推、以自己的方式復述等）。因此，在基于理解的概念教學過程中，教師需要能針對某一主題，創(chuàng)設新的情境，引導學生在探究性問題的指引下，通過多種途徑如動手實踐、觀察實驗現象、得出實驗結論、分析文本資料、匯報展示、教會同伴及其在此基礎上的一系列思維活動理解概念。

例如，在“觀察植物細胞質壁分離和復原”教學中，教師為了幫助學生對“生物膜是選擇性透過性膜”的理解，讓學生觀察添加了硝酸鉀溶液情況下發(fā)生的質壁分離和自動復原現象，并嘗試解釋其原因。在引導學生準確說出原因后，教師提供素材：在很多植物細胞液泡中，即使K⁺和NO₃^-濃度高于周圍環(huán)境中的濃度，細胞仍然可以不斷吸收KNO₃；洋蔥表皮細胞對蔗糖幾乎不吸收；大豆中的某些細胞則能吸收蔗糖。然后，教師提問：在物質透過方面，生物膜和半透膜的不同點是什么？你能總結出生物膜功能上有什么特點嗎？

再如，“DNA的分子結構”一節(jié)中，如何幫助學生理解“DNA分子結構特點及其多樣性和特異性的原因”？教師可提出：“我們都知道可以利用DNA來確定犯罪嫌疑人，這和DNA的結構特點有什么關系呢？”教師創(chuàng)設新情境，然后以每3名學生為一個小組，發(fā)給學生事先準備的兩個信封A和B，在A信封中裝有模擬DNA骨架的兩根繩子和10對用鋼絲夾和標簽紙制成的堿基對模型，B信封中裝有四張分別寫有A、T、G和C符號的標簽，引導學生認識到繩子代表脫氧核糖和磷酸形成的骨架，成對的空白的標簽紙代表的是尚不確定的堿基對。首先，教師讓學生小組分工合作利用繩子和標簽紙制成一個雙鏈模型，再讓學生通過在B信封中的10次隨機抽樣，確定寫在標簽紙上的10對堿基對，然后讓學生試著將雙鏈旋轉一周模擬DNA片段中的一個螺旋。通過這一過程，學生能“看見”他們自己總結的DNA的特點。當學生制作好模型及每個組模型中堿基對的順序都確定好以后，教師讓學生比較本組和其他各組堿基對的排列順序，引導學生發(fā)現他們之間幾乎沒有堿基序列一樣的模型，于是學生便能深入理解DNA結構多樣性和特異性的原因。

2.2以建構概念之間的意義聯系促進生命觀念的形成

通過以理解為目的的概念教學，學生對相關生物光能學概念的本質有較深入的把握，但是學生可能“只見樹木不見森林”。只有讓學生深刻認識概念之間的內在聯系，才能形成生命觀念。因此，隨著教學的深入，教師要以生命觀念為統(tǒng)領，以促進學生進行概念之間廣泛聯系的問題為指引，通過多種途徑如分析和歸納實驗結論、文本探究、分析示意圖等，建構概念之間意義聯系，再讓學生利用文字、符號、圖示等將這些聯系形成一定的組織結構，以思維模型的形式表征出來，再通過對模型的分析，讓學生逐漸抽象出生命觀念。

以形成“物質和能量觀”為例，其所涉及的相關概念有光合作用、細胞呼吸、生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結構、物質循環(huán)、能量傳遞的規(guī)律、信息傳遞功能、生態(tài)系統(tǒng)抵抗力和恢復力的穩(wěn)定性等。教師可讓學生以植物葉肉細胞為例，結合光合作用和細胞呼吸的過程，以如下問題“光合作用和細胞呼吸物質上相互之間以及各自和環(huán)境之間有何聯系？”“光能在植物細胞內能進行怎樣的轉化？”為指引，在細胞水平上建構物質轉移和能量轉換的過程（圖1）。在此基礎上，教師提出問題：“能量輸入個體后，可能有哪些去向？”“種群水平上輸入的能量可能有哪些去向？”“它和個體有什么區(qū)別？”“如果種群在食物鏈中，輸入種群的能量會有哪些可能的轉移和轉換途徑？”以引導學生嘗試從逐步從個體水平遷移到種群水平，建構生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結構中能量流動過程（圖2）。然后，教師以“如果以“C標記CO₂，那么在生態(tài)系統(tǒng)中的哪些地方可能發(fā)現¹⁴C？”等問題，讓學生結合圖1和圖2和相關素材，建構碳循環(huán)過程（圖3）。

最后，教師設計如下問題幫助學生厘清模型所揭示的各種概念之間的內在聯系，促進“物質和能量觀”形成：生物體內部以及生物和環(huán)境之間物質的轉移有什么不同點和聯系？能量流動的渠道是什么？能量流動和物質轉移之間有什么聯系？生態(tài)系統(tǒng)維持穩(wěn)定可以體現在哪些方面？

2.3以解決實際問題的學習活動促進生命觀念的內化

心理學上的研究表明，學生在解決抽象而不帶具體情節(jié)的問題困難，解決具體而接近實際的問題容易；解決不需要實際操作的“文字題”容易，解決實際操作問題困難。因此，上述過程形成的生命觀念，只有被學生有意識地應用于解決實際問題，才能被真正內化而形成素養(yǎng)。這就要教師以教材中的實驗、實踐活動為基礎，精心設計需要在生命觀念指導下解決實際問題的學習活動，通過學生知識和技能的合理遷移，促進生命觀念的內化。

以促進“物質和能量觀”和“穩(wěn)態(tài)和平衡觀”的建立為例，教師可提供實例，讓學生分析和評價某生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；讓學生制作生態(tài)瓶，并讓其想各種辦法盡量延長生態(tài)瓶維持穩(wěn)定的時間；也可讓學生結合其他學科如工程學和系統(tǒng)學的知識，嘗試設計既減少污染又提高經濟效益的生態(tài)農業(yè)方案等。

此外，教師提供菠菜葉片、蔗糖、清水、顯微鏡等必備材料、試劑或設備，并提出問題：有人認為，植物受到一些環(huán)境條件脅迫時，保衛(wèi)細胞周圍滲透壓發(fā)生變化導致氣孔關閉，如何驗證這樣的推論？教師可引導學生以“結構和功能觀”為指導，綜合“生物膜的結構模型”生物膜的功能特點”“滲透作用”“質壁分離和復原”等多個概念，并進行合理遷移，設計、實施如下實驗方案：配制0.3g/mL的蔗糖溶液，取菠菜葉表皮細胞觀察氣孔狀態(tài)，制作帶有保衛(wèi)細胞葉片表皮細胞臨時裝片并觀察氣孔狀態(tài)的變化，用蔗糖溶液替代臨時裝片中的清水并觀察氣孔狀態(tài)的變化，再用清水替代蔗糖溶液并觀察氣孔狀態(tài)的變化，最后得出結論。上述解決實際問題的過程會有力地促進學生生命觀念的內化。