高中生物教學中系統論思想的實踐研究

張韜

高中生物新課程倡導全面提高學生的生物科學素養。人教版教材涉及系統論思想，教師在生物知識教學中應滲透這一理念，有利于學生從生物課程學習中獲得科學世界觀和方法論的啟示，促進思維能力的發展。

高中生物新課程倡導全面提高學生的生物科學素養，體現了生命科學與現代教學理念的完美結合，體現了科學教育與人文教育的完美結合。幾個典型教學模塊所選的內容可以幫助學生從微觀和宏觀兩個方面理解生命系統，其中涉及到系統論的思想。在教學中，注意避免將系統論作為知識進行教學，應在生物知識的教學中滲透系統論思想，這將有助于學生從生物課程的學習中獲得科學世界觀和方法論的啟示，促進思維能力的發展。

一、概念解讀

系統（system）一詞，來源于古希臘語，是“由部分構成整體”的意思，通常指同類事物彼此間相互作用、相互依賴的組有規律地結合而形成的整體。在這個定義中包括了系統、要素、結構、功能四個概念，表明了要素與要素、要素與系統、系統與環境三方面的關系。其功能是各組成要素在孤立狀態時所沒有的，它具有結構和功能在漲落作用下的穩定性，具有隨環境變化而改變其結構和功能的動態性。系統思想源遠流長，但作為一門科學的系統論，人們公認是美籍奧地利人、理論生物學家L.V. 貝塔朗菲（L.Von. Bertalanffy）創立的。他在1952年發表“抗體系統論”，提出了系統論的思想。系統論是研究系統的一般模式、結構和規律的學問，它研究各種系統的共同特征，用數學方法定量地描述其功能，尋求并確立適用于一切系統的原理、原則和數學模型，是具有邏輯和數學性質的一門科學。

系統論的核心思想是系統的整體概念。貝塔朗菲強調，任何系統都是一個有機整體，而不是機械組合或各個部分的簡單相加。系統的整體功能是每個元素在孤立狀態下不具備的性質。他用亞里士多德的名言“整體大于部分之和”來解釋系統的完整性，并反對機械論的觀點，即如果元素的性能好，則整體性能必須好，并且整體由部分來解釋。同時，認為系統中的元素不是孤立存在的，每個元素都處于一定的位置，在系統中起著特定的作用。這些要素相互關聯，構成一個不可分割的整體。元素是整體中的元素，如果它們與整個系統分離，它們將失去其作用。正如人的手是人體的一個勞動器官，一旦手從人體上被切斷，它將不再是一個勞動器官。

二、高中階段涉及的系統論思想

高中階段，考慮到學生的知識水平與接受能力，在教學中并不需要達到以上深度。但是，應該使學生知道，生命是物質運動的一種形式，而構成物質的蛋白質、核酸、脂質、糖類和其他分子，都不能單獨完成生命過程。只有當這些分子按一定方式組織起來，構成各種生命系統（如細胞、組織、器官、個體、種群、群落、生態系統等）后，才能表現出生命現象。而系統，作為物質的存在方式，指的是“由相互作用和相互依賴的若干組成部分結合的具有特定功能的有機整體。”它包括以下四個方而的內容：1. 系統是由一些要素組成的集合;2. 系統的要素是相互聯系的，有一定的結合方式即結構;3. 系統都有特定的功能;4. 系統都有特定的環境。“要素、結構、功能、環境”是系統的四個組成部分，它們之間相互聯系、相互影響，成為一個有機體。

三、系統論在高中生物教學中的實踐

系統論思想在必修1《分子與細胞》、選擇性必修1《穩態與調節》和選擇性必修2《生物與環境》三個模塊顯得很突出。必修1《分子與細胞》中第1章《走進細胞》第1節《細胞是生命活動的基本單位》初次提到生命系統以及生命系統的結構層次。生命系統由微觀到宏觀，具體說是由細胞、組織、器官、系統到個體;由個體、種群、群落、生態系統到生物圈。必修1《分子與細胞》模塊建立了生命是一個系統的思想觀念。舉例來說，必修1《分子與細胞》第3章《細胞的基本結構》的教學中，細胞器之間如何協調配合呢？以分泌蛋白的合成和運輸為例，讓學生分組討論分泌蛋白的合成和運輸過程，討論完之后教師進行總結。分泌蛋白最初是在內質網上的核糖體中由氨基酸形成肽鏈，肽鏈進入內質網進行加工，形成有一定空間結構的蛋白質。內質網可以“出芽”，也就是鼓出由膜形成的囊泡，包裹著要運輸的蛋白質，離開內質網，到達高爾基體，與高爾基體膜融合，囊泡膜成為高爾基體膜的一部分。高爾基體還能對蛋白質做進一步的修飾加工，然后形成包裹著蛋白質的囊泡。囊泡移動到細胞膜，與細胞膜融合，將蛋白質分泌到細胞外。在分泌蛋白的合成，加工和運輸的過程中，需要消耗能量。這些能量的供給來自線粒體。在這些知識理解的基礎上，讓學生體會各個細胞器以及細胞膜之間在結構和功能上是一個統一的整體，只有在各個細胞結構都完整的情況下，分泌蛋白的合成和運輸才能順利完成。然后讓學生設想這些結構單獨存在時，能不能行使這些功能。之后順理成章地得出細胞的生物膜系統的概念，通過生物膜系統的概念，進一步認識到系統內各個結構要素緊密聯系，行使特定的功能。選擇性必修1《穩態與調節》和選擇性必修2《生物與環境》兩個模塊建立生命系統的穩態與調控的思想觀念。以生物個體、種群、群落和生態系統各個層次生命系統的穩態的維持為主線，構建生命系統的穩態與環境的關系，強化人體穩態的調控和健康，以及人類活動對生態系統穩定性的干擾和保護這一知識體系。以選擇性必修1《穩態與調節》中甲狀腺激素分泌的分級調節為例，教師對這部分知識進行講解：當人處于寒冷環境時，身體的溫度感受器受到寒冷刺激，相應的神經沖動傳到下丘腦。下丘腦就會分泌促甲狀腺激素釋放激素（TRH），TRH運輸到垂體，促使垂體分泌促甲狀腺激素（TSH）。TSH隨血液運輸到甲狀腺，促使甲狀腺增加甲狀腺激素的合成和分泌。但是當血液中的甲狀腺激素含量增加到一定程度時，又反過來抑制下丘腦和垂體分泌相關激素，進而使甲狀腺激素的分泌減少，這樣體內的甲狀腺激素含量就不至于過高，這就是負反饋調節。調節的結果是使甲狀腺激素在血液中的含量保持相對穩定。這個例子既有神經調節又有體液調節。其中涉及到幾個系統和多個器官的參與。在理解這些的同時，得出人體各器官、系統協調一致地正常運行，是維持內環境的基礎。人體就是一個統一的整體，即使在外界環境發生劇烈變化的情況下，人體仍能通過各個組分即各個系統、器官的的相互作用（共同調節），維持內環境的相對穩定，從而使體內的細胞擁有穩定而適宜的存活條件。如果某種器官的功能出現障礙，就會引起穩態失調。或者，當外界環境的變化過于劇烈，內環境的穩態就會遭到破壞，讓學生認識到作為生命系統來說，其穩態不僅僅有其自身的調節，還與所處的環境有著緊密的聯系。

在選擇性必修2《生物與環境》第3章《生態系統及其穩定性》關于生態系統的結構教學中，也涉及到這種系統論思想。生態系統的組成成分有生產者、消費者、分解者以及非生物的物質和能量，學生學習完這部分知識后，讓他們討論：1. 生態系統中沒有生產者會如何？2. 各級消費者不能光合作用，還要直接或間接以生產者為食，所以生態系統中沒有它們，可以嗎？3. 在一個生態系統中生產者、消費者和分解者能單獨存在嗎？這些生物成分能離開非生物的物質和能量嗎？通過學生的討論，得出生產者、消費者、和分解者是緊密聯系，缺一不可的。在生態系統中，生產者通過光合作用，把太陽能固定在它們所制造的有機物中。太陽能變成化學能，從而可以說是生態系統的基石。消費者通過自身的新陳代謝，能將有機物轉化為無機物（CO2、水等），這些無機物排出體外后又可以被生產者重新利用。可見消費者的存在，能夠加快生態系統的物質循環。此外，消費者對于植物的傳粉和種子的傳播等具有重要作用。分解者能將動植物遺體和動物的排遺物分解成無機物，如果沒有分解者，動植物遺體和動物的排遺物會堆積如山，生態系統就會崩潰。正是由于生態系統中各組成成分之間的緊密聯系，才使生態系統成為一個有機的統一整體，行使物質循環和能量流動的功能。可以讓學生聯系到生物圈這個最大的生態系統，將系統思想上升到更高的層次，并強調人類的行為是干預生命系統穩態變化發展的重要因素。讓學生很自然地想到保護環境的重要性。

以上是很典型的幾個例子，此外在學習完每章之后，教師可以引導學生對本章內容進行整體性概括，并把有關知識點進行聯系。學習完一個模塊后，把一個模塊的知識也進行概括，讓學生從中體會整體的思想，并且能夠把所學知識聯系起來，使生物學知識成為一個有明顯結構層次的學科。線條清晰而成網絡的知識體系，對培養學生的學科內綜合能力有良好的效果。重要的是，學生在分析問題時，能夠考慮到這種整體的思想，尤其是在做高考題時，很多題目涉及到幾個模塊的知識點，如果沒有整體的思想和聯系的觀點，學生將無從下手。所以在傳授知識的同時，就要滲透這種思想。高中生物學教學內容很多，不是每節課、每個知識點都要刻意去滲透這種思想，教師可以根據教學內容的特點，適度地進行。

總之，系統論的思想在其他學科如數學、物理、化學和地理中也可以用來分析和解決問題。客觀世界也是由許多大小、相互關聯和不同的系統組成的。在生物教學中不斷對學生進行系統科學的啟蒙教育，可以使學生形成從系統論的角度觀察和分析世界萬物的意識。它的好處不僅是學好生物學，而且是終身受益的。