利用植物園培養學生的六維生命觀*

張志祥 盧亭羽 趙沛榮

（1 寧波市惠貞書院 浙江寧波 315016 2 寧波市鄞州中學 浙江寧波 315105）

生物學核心素養是公民基本素養的重要組成成分，是學生在解決真實情境中的生物學問題時的必備品格和關鍵能力［1］。作為核心素養之一的生命觀念是指能對觀察到的生命現象及相互關系或特性進行理解和解釋，是經過實證后的想法或觀點，主要包括結構與功能觀、進化與適應觀、物質與能量觀、穩態與平衡觀等［2］。在高中生物學教學中，教師應教會學生在較好地理解生物學概念的基礎上形成生命觀念，能用生命觀念認識生命的本質，形成科學自然觀和世界觀，指導探究生命活動規律，解決實際問題。

植物園是以植物學、生態學知識為主的露天科普教育基地，在普及文化知識、提高學生核心素養方面理應發揮重要作用。筆者以生物學選修課的開設為契機，在寧波植物園中開展實踐教學，就實踐形態下如何培養和構建學生的六維生命觀念進行了些許探索。

1 調查植物種類，觀察形態結構，形成結構與功能觀

教師將學生分組后調查植物園植物，記錄植物種類，肉眼觀察植物形態特征；每組找出一種特殊形態結構的植物，并就根、莖、葉、花、果實和種子等進行詳細介紹；利用顯微鏡對比觀察旱生、中生、濕生和水生植物的葉片解剖結構。引導學生思考：①裸子植物和被子植物最主要的區別是什么？②植物的根、莖、葉、花、果實和種子等器官形狀各異，是否具有與環境相適應的功能？③旱生和水生植物葉片顯微結構存在較大差異，主要與什么因素有關？

學生按分組方案開展實踐，共調查植物種類105 種，被子植物97 種，裸子植物8 種，其中旱生植物15 種，中生植物57 種，濕生植物16 種，水生植物17 種。在查閱《浙江植物志》和顯微鏡實驗的基礎上，得出：1）裸子植物和被子植物的主要區別是種子外有無果皮包被；2）植物的根、莖、葉、花、果實和種子等器官，都具有明顯的適應性特征。蒲公英（Taraxacum mongolicumHand.-Mazz.）的花粉粒小而數量多，果實上生有白色毛冠，容易隨風飄散，適應于風力傳粉；蒼耳（Xanthium sibiricumPatrin ex Widder）的果實表面有刺容易附著在動物的身體上，隨動物的運動而攜帶到其他地方；3）旱生植物如龍舌蘭（Agave americanaLinn.）、八寶［Hylotelephium erythrostictum（Miq.）H.Ohba］等植物，葉肥厚多汁，有發達的薄壁組織；仙人掌（Opuntia vulgarisMill.）的葉則完全退化，莖儲存了大量水分，抗旱力極強。水生植物的葉則與旱生植物葉差異較大，黑藻［Hydrilla verticillata（Linn.f.）Royle］葉肉不發達、層次較少，但通氣組織發達，以適應水中的生活。這些都體現出植物形態結構與功能的適應。

通過肉眼和顯微鏡觀察活動，結合植物園中各植物生長的環境，滲透結構與功能觀，學生從微觀的細胞著眼，逐級放大，發現生命系統存在從細胞到生態系統的多個層次，均是結構有序的系統，均體現了結構與功能相適應。

2 調查、分析水生植物種類及環保應用，理解物質與能量觀

基于學生形成的生態系統物質循環和能量流動概念，構建物質與能量觀念有助于學生理解生命活動的基本規律，進而理解生命的本質［3］。植物園中的水生植物無疑是最好的教學材料。學生調查發現植物園中水生植物種類繁多。教師設疑：這些植物的種植純粹是為了美觀嗎？在學生思考的基礎上，教師引導學生尋求植物園專業人士的幫助。在查閱資料后學生整理得出：鎮海是工業城市，種植水生植物是為了凈化水體。不同的水生植物在處理水體污染時功效不同。例如：金魚藻（Ceratophyllum demersumLinn.）能吸收底泥和水體中的氮、磷等營養物質，用于合成呼吸作用和光合作用所需物質；香蒲（Typha orientalisPresl）能釋放植物毒素，抑制周圍微生物和藻類的繁殖；睡蓮（Nymphaea tetragona）和鳳眼蓮［Eichhornia crassipes（Mart.）Solms］均對含有汞、鉛等重金屬的污水具有很強的凈化效果。而且，水生植物還能為水體復雜的食物鏈、食物網提供食物。水生植物的這些功能，均對水生生態系統物質和能量的傳遞朝良性方向發展起著一定的調控作用。如何選擇合適的植物種類、如何搭配能最大限度發揮凈化效果、如何使水生植物后期利用資源化等問題是教師留給學生的思考，隨著知識的深入，必將引起學生的進一步探索。

利用水生植物在污水處理中的應用，學生從物質和能量的視角觀察生命現象，理解生命活動的規律和原理，進而形成生態系統是物質的，生命活動依賴于物質的運輸和變化，且往往與能量的供應和流轉相伴隨的觀點。

3 辨析同屬不同種、同種不同個體植物特征，探討遺傳與變異觀

為了使學生更好地認識、研究和利用植物資源，在布置學生觀察植物形態任務的同時，要求學生在保證自身安全和植物正常生長不受影響的情況下，對植物的莖和葉進行采集（如果植物存在花和果實也適量采集）。教師指導學生通過拍照比對植物器官，配合顯微鏡觀察分析其內在結構和功能。學生還進行了臘葉植物標本的制作。在對杜鵑（Rhododendron simsiiPlanch.）的花瓣形狀和顏色、葉片形狀及花蕊形狀進行觀察和比較后，學生發現不同品種的杜鵑葉片或花瓣主體輪廓大致能重合，僅邊沿部分有細小差異；但花瓣顏色、花瓣數量和香味卻存在較大差異。教師借此引申遺傳與變異的知識，指出同一物種的觀賞植物出現性狀的差異是生物變異的結果。學生查閱資料后還發現許多植物的學名中均出現“var.”字眼，這其實是拉丁文varietas（變種）的縮寫。教師適時引入生物遺傳與育種的知識講解：1）觀賞植物新品種起源和形成主要有基因突變、基因重組、嫁接嵌合體和多倍體起源4 種類型；2）分子育種為當前觀賞植物育種的研究熱點，在花型、花色、株形、花香等方面的改變均有較多應用。

實地采集和制作植物標本，不僅激發了學生對植物遺傳現象的興趣，同時也培養了學生觀察、比較、分析等初步探究能力。通過對同科屬不同物種植物拉丁學名的比較及遺傳與育種方式的介紹，教師引導學生明了遺傳和變異是對立的統一體，遺傳使物種得以延續，基于基因工程技術等的定向變異使物種向某一方面不斷優化。

4 探尋植物過冬方式與適者生存現狀，形成進化與適應觀

學生觀察發現有的植物在寒冬依然枝繁葉茂，有的早已落葉。冬季枯萎、落葉的植物是否已經死亡？經查詢資料和實地調查，學生得到以下結論：植物的過冬方式各種各樣，主要有留芽過冬、利用蠟制膜或油脂過冬、種子過冬、根過冬等。有些植物雖然形態各異，例如柳樹（Salix matsudanaKoidz.）和蒲公英，分別為木本和草本植物，但它們都選擇留芽過冬；種子過冬和根過冬雖然方式不同，但其實都是植物為了保存實力，將營養物質貯存在種子或根系中，待到來年春暖花開之時，重新蓄積力量繁衍后代。無論以哪一種方式過冬，其實都是植物在漫長的進化過程中對寒冷環境的適應。如今全球生態問題日益尖銳，全世界很多珍稀動、植物都處于瀕危狀態。教師指導學生以瀕危植物水杉（Metasequoia glyptostroboidesHu&W.C.Cheng）為樣本進行調查研究。學生查閱大量資料后得出水杉瀕危的主要原因包括：1）相比群落中其他樹種，水杉競爭力弱、繁殖能力不強、遺傳變異低、適應性差；2）歷史上人類大量砍伐水杉作為木材和毀林開荒等破壞了水杉種群；3）自然災害，例如洪水、病蟲害、大氣污染等也可能危害水杉生境。如何保護瀕危植物？學生討論回答：1）可利用植物組織培養等人工方法加快瀕危植物繁殖，增加其數量；2）合理開發和利用野生植物資源，制定相關法律保護瀕危植物資源。

學生從植物過冬方式進行調查研究，不僅豐富了知識，也對于植物在漫長的進化過程中對自身結構的選擇性改造和對環境的適應有了初步的認識。多渠道搜集相關資料分析水杉瀕危的原因并提出合理保護措施，學生從生物進化和適應的角度理解和解釋生命相關的現象和本質。

5 比較植物花的類型和授粉方式，構建多樣性與統一性觀

植物園中一年四季均有花盛開，但花的顏色、形態、大小等存在較大差異。對花進行解剖后發現：大部分的花均有雌蕊和雄蕊，但是柳樹、玉米（Zea maysL.）、葫蘆［Lagenaria siceraria（Molina）Standl.］等植物的一朵花中只有雄蕊或雌蕊。學生查閱資料后得出：一朵花中只有雄蕊或雌蕊的花為單性花，又分為雌雄同株異花和雌雄異株異花2 種。教師設疑：兩性花和單性花分別采用什么方式授粉？兩性花都進行自花授粉嗎？異花傳粉的方式主要有哪些？這些問題引起了學生極大的興趣，學生分組進行實地觀察、資料查詢和總結探討后得到以下結論：1）兩性花可以自花授粉也可以異花授粉，單性花只能進行異花授粉；2）《遺傳與進化》一書中介紹的兩性花植物豌豆（Pisum sativumLinn.）不僅能自花傳粉，還能在開花前就完成閉花授粉，所以自然狀態下為純種；3）異花授粉的方式主要分為昆蟲傳粉和靠風傳粉，根據傳粉途徑不同，分為蟲媒花和風媒花。教師進一步設疑：蟲媒花是靠什么吸引昆蟲的？風媒花又有什么特點？學生調查后發現，植物園中蟲媒花的花朵一般較大，色彩鮮艷，具有芳香的氣味；而風媒花則沒有這些特征，花粉多而輕，柱頭分叉有粘液。總之，蟲媒花和風媒花的特征均與借助外力進行授粉有著密切的聯系。

在調查、分析植物花的類型和授粉方式的基礎上，學生比較不同植物花的類型的異同點，比較蟲媒花和風媒花的差異性，理解生物的多樣性和統一性，進而構建“生物在種類上具有多樣性，但在模式上具有統一性”的觀點。

6 觀察和解釋植物光合午休現象，滲透穩態與平衡觀

在進行植物園夏季實踐時，學生經過葫蘆科種植區時，發現葫蘆均出現萎蔫現象。這引起了學生很大的疑惑：這些植物都死了嗎？教師解釋這其實是植物的光合午休現象。學生開展了調查活動：1）尋找園區中出現萎蔫的植物并記錄；2）傍晚時分再次觀察植物，并與中午進行對比；3）找尋園區中沒有出現光合午休的植物。學生經調查發現，不僅是葫蘆，大豆［Glycine max（Linn.）Merr.］、南瓜［Cucurbita moschata（Duch.ex Lam.）Duch.ex Poiret］、小麥（Triticum aestivumL.）等均出現光合午休現象，傍晚時萎蔫現象消失；而園區的大部分植物沒有出現此現象。教師提出問題串：1）有些植物為什么會出現光合午休？2）光合午休的機理是什么？3）引起光合午休的因素有哪些？4）是否有方法可以解除光合午休現象？學生帶著問題查閱資料，分析探討，并在課堂上進行匯報展示。學生總結：光合午休現象是因高溫低濕引起的，在高溫下，葉片蒸騰速率增加，嚴重失水，造成氣孔關閉，使二氧化碳供應不足，最終導致光合速率急劇下降。大豆、小麥和水稻（Oryza sativaLinn.）等C3植物都存在光合午休現象；而玉米、甘蔗（Saccharum officinarumLinn.）、高粱（Sorghum vulgarePers）等C4植物及仙人掌類、水生植物則不會。光合午休現象是植物為了保持自身穩態的一種應急方式，其本質是植物的生活習性和生理過程與環境相適應的結果。

通過這樣的一系列穩態教學活動，學生掌握蒸騰作用、光合作用、水分平衡等穩態與平衡的重要概念，理解每一個植物個體是一個相對穩定的系統，而個體的穩態和平衡是通過調節實現的，應綜合、整體地理解個體與環境、局部與整體的平衡關系。

7 體會

以上植物園實踐教學活動的開展僅例析了學生6 個維度的生命觀念的部分培育措施。實際上，生命觀念還有信息與調控、生殖與發育、群體與共存等許多方面的體現。實踐教學中，教師應以實際情境、具體活動作為生命觀念建立的途徑，對生命觀念也應有整體的、系統的把握，不可顧此失彼。而且，生命觀念的達成是需要體現生命性的，教師在教學過程中應將生命觀念的培養整合到具體的教學內容中，滲透到課堂教學的每一個細節中，真正落實到情感價值的培育上，從而使學生充分認識生命世界，理解生命本質。所有這些還有待于進一步探索。