多視角下基于結構與功能觀的教學實踐

梁榮君　阮慶元

摘要 以植物的莖為例，基于宏觀視角，根據功能推剛結構的相似性;利用放大鏡進行中觀視角觀察得出部分結構對應的功能;基于微觀視角，橫切顯微圖解釋和完善結構對應的功能，縱切顯微圖證實輸導結構存在。通過宏觀現象，結合微觀視角反推輸導功能對應的具體結構，體現多視角下的結構與功能觀。

關鍵詞 結構與功能多視角生物學教學莖

中圖分類號 C633.91 文獻標志碼 R

生物教學應體現結構與功能觀，其內涵是一定的結構必有與之對應的功能，任何功能都需要一定的結構來完成。生命個體可以從宏觀、中觀和微觀三個視角進行研究，因此結構與功能觀在各個視角下都應有所體現。某些具體結構與其對應的功能在不同視角中有所不同的體現，但追尋其本質，細胞是生命體結構與功能的基本單位，因此，不同視角的結構與功能觀最后都歸結到微觀視角的細胞層次。換而言之，各種視角下，結構與功能觀是相互融合的。

“植物的莖與物質運輸”是浙教版初中科學八年級下冊第四章第四節內容。根據其節名可知，本節內容涉及的結構是“莖”，而其功能就是“物質運輸”，教師應通過不同的視角，充分闡述結構與功能相適應的理念，并據此進行教學。

1 宏觀視角切入：不同形態的莖基本功能相似，推測基本結構相似

自然界中植物的莖千姿百態。有些莖是直立的，如鳳仙花、桉樹、大葉黃楊樹：有些莖是匍匐在地面的，如積雪草、草莓;有些莖是纏繞在其他物體上的，如牽牛花、菜豆：有些莖是沿著其他物體攀爬的，如爬山虎、葡萄。為便于研究，將自然界中莖進行分類，按照形態分為直立莖、匍匐莖、攀援莖和纏繞莖：按照組成分為草質莖和木質莖。

盡管莖的形態各異，但莖的生長目的是讓植物獲取更多的陽光。植物通過向外界獲取水分、無機鹽和二氧化碳氣體等物質而不斷生長。水分和無機鹽通過根吸收，而二氧化碳通過葉吸收并用于光合作用，光合作用產生葡萄糖等有機物。但植物的任何部位都需要水分、無機鹽和有機物，而植物通過莖將這些物質輸送到各個部位，因此莖都應具有輸導功能，基本功能是相同的，由此推測其基本結構是相似的。

2 中觀視角觀察：放大鏡觀察莖橫向切面，得出部分結構對應具體功能

學生分組活動對大葉黃楊樹的莖進行觀察：首先觀察外形，再通過刀片橫切枝條，利用放大鏡觀察橫切面，最后，用解剖針觸碰。在觀察橫切面時，學生會發現切面分三層，通過解剖針觸碰發現：最內層面較軟，而中間層較硬，最外層較硬并可以撕開。教師提示，這三層由內到外分別為樹皮、木質部和髓。學生結合自身生活經驗，得出：樹皮具有保護功能，木質部

本文是浙江省教育科學規劃課題“基于TPACK的科學教師專業提升策略研究”（課題編號為2019sc252）的研究成果。具有支撐功能。教師提出問題：髓具有什么功能？莖的什么具體結構具有輸導功能？從而轉入微觀視角，通過顯微鏡對莖的結構進行觀察。

3 微觀視角解釋：橫切顯微印證結構決定功能，縱切顯微證實輸導結構存在

3.1 觀察莖橫切永久裝片

學生觀察椴樹橫切永久裝片，發現：最外層的表皮細胞排列緊密，細胞間隙較小，起保護作用;稍往內部，在莖的橫切面上有呈環狀排列的兩類細胞，分別為韌皮纖維和篩管，這一部分為韌皮部;再往內部是形成層，由2或3層細胞組成，呈環狀排列，細胞較小。教師提出問題：形成層屬于分生組織，此處細胞最大的特點是不斷進行分裂。其不斷分裂的結果是什么？學生進行思考并回答：向外形成韌皮部，向內形成木質部。學生從而得出形成層這一結構對應使莖變粗這一功能。修正中觀視角下觀察到的樹皮結構包括表皮、韌皮部和形成層三種結構，增加“使莖變粗”這一功能，而韌皮部的篩管應具有另一種功能。

學生繼續往內部觀察發現，位于形成層內側的細胞分為兩類：其中一類是較大型的細胞稱為導管，另一類較小的細胞是木纖維。木纖維細胞的結構較長，屬于機械組織，具備支撐功能，解釋中觀視角下的木質部具有支撐功能的原因。修正中觀視角下觀察到的木質部除了支撐功能外，導管還應具有另一種功能。位于莖最內部的細胞較大，細胞壁較薄，具有營養組織的結構特點，具有貯藏營養物質的功能。對應中觀視角莖的最內層結構為髓，因此得出髓具有的功能為貯藏營養。然而，莖最重要的輸導功能的具體結構還未得出，通過猜測這些結構應是縱向分布的，因此可通過觀察莖的縱向切片，尋找輸送物質的具體結構。

3.2 觀察莖縱切永久裝片

學生觀察南瓜莖縱切示導管的裝片，發現導管的存在與橫向切片中木質部的導管對應，確定導管在木質部，而且縱向貫穿于植物的莖中。通過觀察南瓜莖縱切示篩管的裝片，發現篩管、篩板等結構，與橫向切片中韌皮部的篩管對應，確定篩管在韌皮部，宏觀視角而言位于樹皮中，而且縱向貫穿于植物的莖中。

教師提出問題：導管和篩管是輸導組織應具有輸導功能。植物所需的物質有水分、無機鹽和有機物，無機鹽溶于水中，因此水分和無機鹽應通過同一管道進行輸送。有機物是否可以通過同一通道輸送？學生進行猜想推斷：水是植物的根吸收的，要輸送到莖和葉應自下而上輸送，而有機物是葉進行光合作用形成的，輸送到莖和根應自上而下輸送。因此，輸送有機物和水、無機鹽的應該是兩條獨立的管道。

4 宏微視角結合：依托宏觀現象，反推實現輸導功能的具體結構

為確定具體物質利用哪一具體結構進行輸送，利用實驗和觀察的方法。

4.1 輸送水分和無機鹽結構的確定

采用探究實驗的方法，利用實驗中所呈現的宏觀實驗現象得出結論。

提出問題：莖運輸水分和無機鹽的部位是什么？

建立假設：

（l）莖對水分和無機鹽的運輸是通過木質部的導管進行的。

（2）莖對水分和無機鹽的運輸是通過韌皮部的篩管進行的。

實驗步驟：

（1）取粗細大小相似、葉片數基本相同的3根大葉黃楊樹枝的枝條，將每枝條的下端用刀片削成面積相似的斜面、

（2）對其中2根枝條進行處理，其中一條利用刀片剝去樹皮記為A樹枝，另一條去除木質部記為B樹枝，不作處理的記為C樹枝。將3根枝條插入到盛有紅墨水的燒杯中，其中B枝條用夾子固定。

（3）將實驗裝置置于溫度和光照充足的地方，15min后取出枝條，分別對枝條的中上部進行橫切處理，觀察并記錄實驗現象。

實驗結果：A樹枝木質部被染成紅色，B樹枝未被染色，C樹枝木質部被染成紅色。取被染色的A樹枝的一段進行縱切處理，發現縱切面越靠近枝條的頂端，染色變得越淺。

實驗結論：水分和無機鹽在木質部中自下而上輸送的。

實驗所呈現的現象是宏觀表現，確定了輸送水分和無機鹽的結構在木質部，與微觀視角融合，得出輸送水分和無機鹽的結構是導管。

4.2 輸送有機物結構的確定

采用觀察的方法，展示帶有樹瘤的樹木是制作木雕的良好材料。樹瘤是植物有機物的堆積。一株盆栽木本植物的一個枝條被環剝樹皮之后，經歷了一段時間后，在環剝部位的上方形成樹瘤，確定有機物是通過樹皮中的篩管進行自上而下的輸送。觀察所發現的是宏觀現象，確定輸送有機物的結構在樹皮，與微觀視角融合，得出輸送有機物的結構是篩管。

在得出了導管和篩管分別是水分、無機鹽和有機物輸送的結構后，教師要引導學生利用該結論解釋生活中的現象，使對應的結構與功能相適應的觀點更為準確：

①空心樹為什么仍然可以存活，空心樹的木質部有何特點？

②在生活中一般在晚上在橡膠樹的基部割橡膠，請解釋這一現象。

總之，在生物學教學中應體現結構與功能觀，并且這一觀點是多視角的。在具體某一視角中，某些結構與功能相適應的特點表現的比較明顯，隨著研究視角的不斷深入，對應的結構與功能也不斷細化，而且結構決定功能，功能反映結構。多視角下莖的結構與功能關系如圖1所示。文中選擇多樣的具體植物進行觀察和實驗，原因是多樣的研究對象說明莖的功能與結構相適應觀點的普遍性，說明教學的實踐性和觀察與實驗的可操作性。雖然細胞是生命體結構與功能的基本單位，也就是說所有結構與功能關系均應在微觀視角得以體現，但某些具體的結構與功能關系可以在宏觀視角或中觀視角得以表現，這也是多視角下結構與功能觀的多樣內涵的體現。