淺談教學中生命觀念的滲透
——以“細胞膜——系統的邊界”為例

河北 蘇洪波

生物學核心素養是學生后天習得的終身受益成果，是公民基本素養的重要組成之一，是學生在解決真實情境中的生物學問題時所表現出來的必備品格和關鍵能力。生物學核心素養主要包括生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任等。2017年全國卷生物試題以真實、新穎的科學研究為情境，設置考題對考生進行全面考查，讓考生充分調用所學的知識，展示學科核心素養。不同的題目各有側重地體現生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任等素養。本文主要從“生命觀念”的視角進行分析。

一、什么是“生命觀念”

生命就是那些能夠通過自然選擇實現繁殖和進化的事物，是結構與功能的統一體。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概念、是經過實證后的想法或觀點、是能夠理解或解釋相關事件和現象的品格和能力。它更接近于以往所說的生物學思想，是當學生對于一些具體概念忘記后仍然留在大腦里、用于認識生命世界和解釋生命現象的東西，其形成是以核心概念的形成為基礎的。

2017版《高中生物學課程標準》列舉了4種生命觀念：結構與功能觀、進化與適應觀、穩態與平衡觀、物質與能量觀，現分別介紹如下：

（一）結構與功能觀

生命系統存在著由細胞到生物圈的多個層次，每個層次都是結構有序的系統，其結構的有序性與其功能相適應，即一定的結構必然對應一定的功能，任何功能都需要一定的結構實現。這種結構和功能相適應，是長期進化所形成的，是生物適應環境的體現。如大腦是對全身起調控作用的器官，主要由神經組織和結締組織構成；磷脂分子的親水基團和疏水基團（結構）與其作為生物膜的結構組成成分（功能）相適應；細胞膜的磷脂雙分子層基本骨架（結構）與其將細胞與外界環境分開（功能）相適應。

（二）進化與適應觀

進化與適應觀貫穿在整個生物學科之中，是統一生物學的主題。生物進化是“自然選擇”的過程，也是“適者生存”的過程。進化上的適應包括生存力提高和繁殖力提高兩層含義，而且是針對某一特定環境的適應，當時間和空間改變后，原來的適應與不適應都會發生相應的變化，引起物種的進化或淘汰。如種內進化的本質是種群基因頻率的定向改變；種間生物的協同進化等。

（三）穩態與平衡觀

生命系統是開放的，內部也時刻在發生物質變化和能量轉換，但多數時候又維持相對穩定的狀態，這種“動態平衡”的實現是通過調節完成的。自貝爾納和坎農創立“內穩態”這一生理學概念以來，該概念得到了很大的擴充——小到細胞、組織的穩態，大到器官、系統、整個機體的穩態，以至種群、群落、甚至生態系統的穩態。如人體內環境的理化因素、種群數量的調節等。

（四）物質與能量觀

物質與能量的關系不僅是物理學的研究領域，也是生物學的基本觀點，是科學教育的大概念（big idea）之一。物質的合成與分解總是伴隨著能量的吸收或釋放，如光合作用的本質是無機物合成有機物，將光能轉變成化學能，儲存于有機物之中；細胞呼吸的本質是有機物氧化分解，釋放能量。

二、教學實例

如何讓學生通過生物學概念建立生命觀念呢？在教學過程中，教師通過創設情境、提供事實性材料，在建模、論證、探究中生成概念的策略，在概念理解的基礎上，逐步形成生命觀念。在對具體知識內容的教學時究竟該如何落實生命觀念呢？這個問題非常有挑戰性，需要不斷探索。筆者以人教版“分子與細胞”模塊中第3章第1節“細胞膜——系統的邊界”為例，討論相關方面的問題。

（一）學習內容

本節學習內容的《課程標準》要求是“概述細胞都由質膜包裹，質膜將細胞與外界環境分開，能控制物質進出，并參與細胞間的信息交流”。

“概述”屬于知識性學習目標中的理解水平，這就要求學生收集、整理信息，利用已有知識進行解釋、推斷、提供證據，進而把握知識間的內在邏輯聯系。

通過對“組成細胞的分子”的學習，學生對蛋白質、脂質、糖類的結構和功能等概念有了一定的理解，能夠比較容易的形成“細胞膜主要由脂質和蛋白質組成，還有少量的糖類”這個一般概念。然而如何從結構與功能觀的視角形成“質膜將細胞與外界環境分開，能控制物質進出，并參與細胞間的信息交流”這個一般概念則是本節的重點和難點。此外本節概念是學生構建“細胞是生物體結構與生命活動的基本單位”“機體通過一定的調節機制保持穩態”這些核心概念的基礎。在較好地理解這些概念的基礎上進一步形成結構與功能觀、穩態與平衡觀、進化與適應觀、物質與能量觀等生命觀念。

（二）學習目標

1.生命觀念

通過分析實驗現象、學習資料，能夠初步解釋細胞膜的組成與功能相適應，建立穩態與平衡觀、結構與功能觀等生命觀念。

2.理性思維

通過所學學科事實、概念和證據，運用歸納、演繹等思維方法解釋細胞膜的組成與功能相適應。

3.科學探究

通過觀察實驗現象、文本閱讀，嘗試提出問題并在獨立思考和小組討論中形成解釋。

4.社會責任

通過對細胞膜的組成與功能相適應的理解，初步解釋、評價膜在生活中的應用。

（三）學法分析

根據皮亞杰的認知發展階段理論，高中階段學生能夠采用邏輯推理、歸納、演繹的方式來解決問題，因此學生利用生活經驗、所學學科知識、教師提供的素材，采用小組合作探究的方式構建概念，形成生命觀念。

（四）學習過程

1.情境導入

任何系統都是存在邊界的。例如，學校、相關機關這樣的單位存在邊界，我們人體也存在邊界。那么作為最基本的生命系統——細胞，它的邊界是什么？

教師通過呈現光學顯微鏡、電子顯微鏡下的細胞圖像以及雞卵。

設計意圖：在一個似乎沒有問題的地方引發疑問，激起了學生的深入思考，培養學生敢于質疑的批判性思維和邏輯推理能力。

2.形成概念

教師依次呈現事實性材料：（1）雞蛋殼打開，蛋清平鋪在玻璃板上（現場操作）；（2）雞蛋孵化前后蛋清、卵黃的變化（圖片）。

學生通過觀察，可以描述卵黃呈球狀、卵黃與外面蛋清分隔開、雞蛋孵化后蛋清逐漸消失等現象。利用所學知識，學生能夠嘗試對現象進行解釋，如雞蛋中的卵黃存在邊界；膜作為邊界，將卵黃與蛋清相互隔離開；細胞膜作為屏障可阻止細胞成分外漏，并防止其與周圍介質混合；雞卵進行細胞呼吸，消耗掉了蛋黃；蛋清和氧氣、二氧化碳可以通過細胞膜。

學生在觀察、解釋、討論中逐步形成“細胞膜的功能是將細胞與外界環境分隔開、能控制物質進出細胞”這一概念。通過概念的生成，學生能體會出進化與適應觀、物質與能量觀等生命觀念。

3.模型構建

細胞膜在學生頭腦中是什么狀態呢？筆者設計了一個模型構建環節。本環節不僅可以深化學生對“細胞膜的功能是將細胞與外界環境分隔開、能控制物質進出細胞”這一概念理解，而且利于培養學生建模的能力，為后續對細胞膜成分的研究、流動鑲嵌模型的學習埋下伏筆，體會科學發展、知識的學習是逐步完善的過程，將情感態度價值觀教學寓于日常學習之中。

教師引導：如果用封閉的線條代表細胞膜，不同形狀和數量的圖形表示細胞內外的物質，請嘗試在紙上畫出細胞內外物質的分布并進行解釋，并注明圖形代表的物質。

圖1（后附）是一位同學呈現的結果。

學生在模型構建、班內匯報交流中將概念理解、生命觀念變得可視化、形象化。有部分同學依據初中所學知識，還在細胞內用封閉的線畫出了液泡、葉綠體、線粒體。通過追問，學生進一步明確了這些細胞結構仍然是具有膜結構的，這就為獲取細胞膜的材料選擇、細胞器的教學做好鋪墊。

3.類比推理

“細胞間信息交流的功能”對于學生來說比較抽象，難于理解。筆者采用類比推理和資料探究兩個環節嘗試突破，取得了不錯的效果。

利用上一環節中學生構建的模型，然后引導兩個人一組，每位同學所畫細胞類比成一個人。人與人之間交流或溝通的方式有哪些？用圖和文字表示。

圖2是兩位學生完成的細胞間信息交流的模型：

然后采用文本閱讀的方式進行理性探究，形成細胞膜的功能：“細胞間信息交流”。

材料1：有的雞蛋是受精卵，可以孵化出小雞。如果將雞的卵細胞與麻雀的精子放在一起，即使條件適宜，也不能形成受精卵，這說明什么？

材料2：小雞吃完食物（主要是淀粉）一段時間后，血糖（血液中葡萄糖）會升高，這時胰腺內胰島B細胞分泌的胰島素，通過血液的運輸到全身。胰島素的一個作用是使肝細胞、肌肉細胞從細胞外吸收葡萄糖，合成肝糖原和肌糖原，進而使血糖降低。

材料3：（原創）19世紀，湯森（Townsend）將南瓜細胞的細胞壁去除后，剩余部分分離成兩個獨立部分：A部分含有細胞核，B部分沒有細胞核。2～3天后，A部分細胞膜外形成細胞壁，而B部分沒有；如果將A部分與B部分通過胞間連絲相連，A、B兩部分均能形成細胞壁。

學生小組討論后，不僅能夠形成概念，而且還可以體會出結構與功能觀、穩態與平衡觀等生命觀念。

4.邏輯推斷

細胞膜為什么具有如此重要的功能？請同學們從組成細胞的分子的結構和功能角度思考：細胞膜可能具有哪些組成成分？學生利用所學“組成細胞的分子”中蛋白質、脂質、糖類的結構和功能等概念的理解，利用“結構與功能觀”，能夠比較容易推測出細胞膜的組成成分。

設計目的：通過邏輯推理細胞膜的成分以及進一步完善細胞膜的模型等活動，為膜成分鑒定、生物膜的流動鑲嵌模型等學習內容埋下伏筆。

圖1

圖2