稳态概念的构建

新课标《稳态与环境》模块研究结题论文

稳态概念的构建

新课标高中生物必修分为三个模块:《分子与细胞》模块生命的物质性观点、系统论观点比较突出;《遗传与进化》模块多样性与共同性相统一、变与不变相统一的观点比较突出;《稳态与环境》模块生物与环境相统一的观点和环境保护意识比较突出,等。在新课标的学习中,我主要致力于主题“稳态”概念的构建。稳态是高中生物课程的学科主题之一,应该是生物科学的核心内容,同时也是现代生物科学发展最迅速、成果应用最广泛、与社会和个人生活关系最密切的领域之一,对于提高学生的生物科学素养具有不可或缺的作用。要建构好这一学科主题,首先应当深入理解建构这一学科主题的意义和价值。

一、稳态建构的意义与价值

稳态作为高中生物课程中的一个学科主题,是高中生物学的核心内容之一。这一主题不仅可以从各个层面上阐述生命系统通过自我调节保持稳态并适应内外环境变化,通过自动调节作用在结构与功能上达到和谐与统一。而且它又以“生命系统”与其他必修模块相关知识整合, 某些方面与选修模块中的相关内容也联系紧密,是其他模块学习的延续或发展。

因此我们可以建构这样一个存在稳态的知识体系:分子→细胞→组织→器官→个体→种群→群落→生态系统→一般系统,能让学生明白其实生命系统的各个层次都是存在稳态现象的,在生命系统内部和生命系统与环境之间信息流动的过程中,都存在着生命系统的稳态与调控,甚至是自然界的一般系统在其变化与平衡之中也存在着这样的稳态与调节。从而从不同层次和不同的角度帮助学生认识到生命的复杂性和动态平衡性,帮助学生理解各个层次的生命系统是如何在不断变化的环境中,通过自我调节机制维持自身的稳态的,有助于学生理解生命系统的稳态,认识生命系统结构和功能的整体性;有助于学生形成正确的生态学观点和人与自然和谐发展的观念;同时在建构过程中领悟系统分析、建立数学模型等科学方法,更好地训练学生将数学的公式和方法引入生物学研究,形成系统的观点,为学生将来的进一步学习乃至科学研究打下坚实的基础。

由于稳态这一学科主题可以纳入科学主题组中的变化与平衡主题,因此对学生今后的学习有一定的支持作用,能让学生提升自己的人文、科学素养,同时这一主题还具有很强的迁移教育功能,可以迁移到其它领域,让学生学会整体地、联系地、发展地、本质地看问题,形成科学的思维习惯。 而在建构实践中,教师必然对初、高中教材中所涉及到的稳态部分内容有一个更全面、更深入、更系统的认识,并且会不断的去挖掘,去创造更多的教育资源来帮助自己也帮助学生建构这一学科主题;而在这样的建构过程中,必然会丰富教师的符合新的教学理念的知识观、学习观、学生观和师生观等等,从而促使教师的专业发展,尤其是有利于年轻教师群体的发展,更好的帮助教师学习、理解并在建构过程中体现新课程的基本理念,并且可以以此为突破口,为其他学科主题的建构提供一些方法和思路。

二、稳态建构的相关知识点

在高中生物新课程的六个模块中都蕴含着丰富的可以向学生建构稳态学科主题的知识点,当然以必修模块三为主;同时在稳态这一主题建构时我们必然会联系到环境与调节等相关内容,必然联系到与稳态维持与变化的相关内容;而当我们站在“变化与平衡”这一大的科学主题这一高度来看时,稳态又似乎无处不在。笔者也不知这样的想法究竟是对稳态的泛化,还是一种新的理解。现仅以必修模块一为例列举相关知识点如下,一家之言,仅供参考:

模块一:

第一章:生命系统的复杂性与稳定性的关系

第二章:自由水与结合水之间的相互转化——结合水的相对稳定(细胞结构性成分)

第三章:细胞膜(细胞的界膜)——维持细胞内部环境的相对稳定

细胞膜上的各种成分是比较稳定——有利于细胞结构和功能的协调统一。

内吞、外排——膜面积的相对稳定

选择透过性——维持细胞内部环境的相对稳定。

膜系统——将细胞分为许多小的区室,保证各种化学反应互不干扰,高效、稳定的进行。

溶酶体(分解有害物质、代谢废物以及破损、衰老的细胞期)——保证细胞内许多化合物的含量相对稳定,保证细胞完成正常的新陈代谢和其他结构的完整性。

细胞核——为遗传物质储存和复制提供相对封闭、稳定的环境。

染色体——染色质之间的相互转变保证了遗传物质结构的稳定。

第四章:细胞吸水、失水——维持内外渗透压的相对稳定,吸水、失水过多,稳态被破坏。 细胞膜的流动性——膜动态弹性的结构,一定程度保证细胞膜能够维持在一个稳定的状态。 载体的种类和数量——决定主动运输的对象和最大速率,保证细胞内化学物质的相对稳定。

第五章:酶的特性——稳定的环境保证化学反应的有序、高效的进行。

ATP与ADP的相互转化——维持能量代谢的稳定。

酵母菌不同条件下呼吸方式的转变——保证细胞能适应不同环境,维持自身稳态。

C3与C5的相互转化——保证叶肉细胞能长期持续固定二氧化碳。

光合和呼吸——维持环境中二氧化碳和氧气相对恒定。维持稳定的能量来源和能量供应。

第六章:细胞增殖的意义——亲代和子代在遗传性状的相对稳定。

染色体和DNA规律性的行为和数目变化、纺锤丝、着丝点的行为——保证遗传物质的精确平均分配。

细胞分化——稳定性的差异

细胞衰老、凋亡的意义——正常生长发育、维持正常生物内部环境的稳态。 细胞坏死、细胞癌变——细胞稳态被破坏的表现。

三、稳态建构的方法和策略

总的说来,稳态这一学科主题对于学生来说比较抽象,这一主题的建构既需要学生掌握分子水平的物质基础,也需要储备细胞水平的结构知识,还需要学生对个体乃至群体水平上的调控和表现比较清楚明白,因此建构起来具有一定的难度。基于此,笔者认为其建构需要以下方法和策略:

1、在渗透中初步感受稳态这一学科主题

虽然稳态这一学科主题真正出现于模块三,但笔者认为由于各个层次的生命系统也都存在着稳态,个体内环境的稳态及其调控,涉及到许多种类的细胞及细胞参与的分子机制。因此其建构就不一定非得到了模块三的学习才开始,之前的渗透必不可少,但只能是渗透,让学生慢慢感受,相关主题不必交代。

事实上,在《遗传与进化》模块中,基因频率的稳定与变化,在一定程度上就是一种种群水平上的稳态,让学生在体会基因频率的稳定和变化过程中,就可以好好向学生进行这一学科主题的渗透。 而在《分子与细胞》模块中,教材在“细胞膜的成分”这一内容中,安排了“与生活的联系”,介绍癌症检查报告单上的一些检测项目与细胞膜成分的关系,并附以真实的检验报告单,我们教师就可以引导学生认识到,其实细胞膜上的各种成分是比较稳定的,当然也会处于一种发展变化之中,变化好了,可能就有利于细胞结构和功能的协调统一,但是也可能会出现异常(比如癌细胞的膜表面的变化),这些变化可以看作是各种化学成分在细胞结构上的一种稳态,而元素及其化合物在细胞、生物体中的这种稳定与变化的例子应该可以找到很多。

《稳态与环境》模块中有关“动物和人体生命活动的调节”等,实际上都是细胞以及生物体在得到能量供应的情况下才能进行的生命活动,生物体内能量的利用十分经济高效,有机物的氧化分解,与体外发生不同,是一个能量是逐步释放的过程,避免了能量的浪费。由于生物体内的ATP具有其

自身特殊的化学结构,它在能量代谢中起着重要的作用。伴随ATP与ADP的相互转换,其中发生了能量的利用与转移,细胞呼吸等过程释放的能量转移到ATP中,ATP中的能量释放出来供给细胞生命活动使用然后又重新生成了ADP。ATP与ADP就在这样的相互转化中完成了能量的释放与储存,而它们的含量必然处于一种动态平衡之中。当学生在这节课的学习中到最后能有这样的认识时,我们的渗透也就达到了目的。

又比如在《影响酶活性的条件》的探究活动中,当学生感受到酶促反应条件的温和性,酶促反应在常温、常压、生理pH条件下能够进行时,我们又怎能不让学生再进一步思考一下我们生物体内,所有细胞内其环境的特点,必然要保持一种相对稳定。

事实上这一模块有更多可向学生渗透此主题的内容,如酶的特性、C3与C5的相互转化、细胞凋亡的意义(细胞凋亡的不可避免但凋亡对正常生长发育、维持正常生物内部环境的稳态又非常必要)以及细胞内各种成分的相对恒定,细胞膜成分的相对恒定等等,这些地方要么本身就蕴含着稳态的内容,要么能体现稳态的意义。

其实这样的渗透并不难,也许只需要我们教师点那么几句话,甚至什么都不说,只要学生清楚了这些,这些生命现象也就自然让学生有了这样一种认识。

2、在模块三中全方位建构稳态这一学科主题

课程标准在“课程设计思路”中,对本模块的意义和价值,作了如下简明的概括:本模块“有助于学生认识发生在生物体内部和生物与环境之间的相互作用,理解生命系统的稳态,认识生命系统结构和功能的整体性;领悟系统分析、建立数学模型等科学方法及其在科学研究中的应用;形成生态学观点和可持续发展的观念。”

课程标准在“内容标准”部分对本模块的意义和价值又作了进一步的阐述:“本模块选取有关生命活动的调节与稳态的知识,有助于学生理解生命活动的本质,了解系统分析的思想和方法,提高对生命系统与环境关系的认识,并为学生树立人与自然和谐发展的观念,形成生态意识和环境保护意识奠定基础。”

分析课程标准的上述表述,结合教材内容可以看出,本模块内容在稳态这一学科主题构建中具有独特价值,起着举足轻重的作用,是主题建构的主阵地。

第一、 基于学生已有的知识背景而建构。

可以这么说《稳态与环境》模块的每一章内容都与学生已经储备的生物学知识有联系,可能是初中的知识,也可能是模块一、二中涉及到的知识。

如一些在义务教育教材中学过的知识都可作为学习新知识的铺垫。义务教育教材中关于人体生理的内容(如人体的营养、呼吸、物质的运输、废物的排出、人体对生命活动的调节等)及“健康地生活”等都是学习免疫与调节这章内容的基础。而关于激素调节,学生在初中生物课已学过,教学中就要充分调动学生已有的知识经验,在此基础之上建立新的知识。例如,在学习激素调节的发现前,可以先让学生回忆激素的概念,也可先让学生回顾人体主要的内分泌腺及其分泌的激素,或是先由学生分析胰岛素和甲状腺激素的功能等等。

又如“人体的内环境与稳态”这一章知识无论细胞生活的环境还是内环境稳态的重要性都紧密联系着学生已有的知识经验。教材安排也并没有一开始就阐述什么是“人体内环境”,而先放眼生命世界中“细胞生活的环境”这样的广阔视角。这样,既可以和《分子与细胞》衔接,利用学生已有的知识经验,又能激发学生的学习兴趣。甚至包括一些模型或是方法等也可以建立在学生已有的知识基础上,比如建构揭示生物学规律的数学模型。在学习其他模块内容时,学生已对运用数学解决生物学中的问题有了一定的认识,例如对遗传规律的认识,那么在稳态这一学科主题的建构过程中遇到类似问题时,若能联系学生已有经验,模型建构就可以相对容易一些。

第二、在解决学生实际中帮助学生建构

学生要建构稳态这一学科主题是需要一定的生物学事实做基础的,因此我们就得在解决学生的实际问题中去建构。比如教师可以从学生身边的一张化验单入手,引导学生分析化验单上为什么每

种成分都有一个变化范围,从而初步认识内环境的各种成分是动态变化的;又比如教师可以引导学生思考生物圈2号失败的原因,让学生领悟到自然界中生态系统的相对稳定性,稳定的生态系统对于生物的生存至关重要。教师还可以联系有关沙尘暴的事实,让学生讨论沙尘暴发生的原因是什么;联系密云水库合理捕捞量的确定问题,引导学生讨论种群数量的变化规律„„等等。事实上现实生活中遇到的各种相关问题,报刊、杂志、广播、电视、网络等媒体上关于稳态的自然科学问题、社会科学问题等的报道都将成为学生建构这一学科主题很好的切入点。在学生的分析讨论中,也许会有许多不完善的地方,教师要发挥好引导作用,适时给予补充、修正和扩充。把学生的讨论引导到理解稳态是机体进行生命活动的必要条件以及如何在生活中加强保健等问题上来。这样也有助于学生关注自身和他人以及换环境的健康问题,形成自我保健和关爱他人、关爱自然的意识,用稳态这一学科主题引领我们健康的生活。

第三、 在丰富多彩的活动中促进其建构

建构主义学习理论认为知识不可能以实体的形式存在于个体之外,真正的理解只能是由学习者自身基于自己的经验背景而建构起来的,这取决于特定情况下的学习活动过程。因此在本模块的教学中我们要多花些时间和精力,引导学生开展形式多样的活动,以丰富学生对稳态这一主题的感性和理性认识。我们可以通过设计模型建构、探究与实验、社会调查、野外实地考察(调查)、搜集资料、资料分析、思考与讨论等活动,让学生通过这些多样的学习活动,丰富学生对稳态的感性认识,促进稳态主题的全面建构。思考与讨论还有资料分析的内容应该有一定的深度,能引发学生较深层次的思考,并且最好选取学生感兴趣的话题。比如结合新闻中播报的关于一青年滥服抗生素的案例,结合选修2资料分析“日常生活中不合理使用抗生素的实例”,引导学生展开关于抗生素的相关讨论,并且这个讨论未必非得在选修模块中进行,完全可以提前。又比如,我们可以引导学生讨论“化验单都告诉了我们些什么”,讨论“为什么医院里给病人输液时必须使用生理盐水”、“为什么多喝多尿、少喝少尿”等问题;结合08奥运会,讨论“为什么奥运会上要禁止使用兴奋剂---激素类药物应用的利与弊”,讨论“有氧运动与减肥”等问题;我们还可以在适当的时候引导学生展开关于“粮食重要还是鸟类重要?(北大荒垦荒问题)”的大讨论,展开为什么要“退耕还林、还草、还湖”、“食人鱼能不能成为我们的新宠物”的讨论等等,在这样的思考与讨论、资料分析等活动中落实稳态主题的建构。

模型方法作为现代生物科学研究的重要方法,在其他两个必修模块中学生已经有了一定的接触。《分子与细胞》模块侧重物理模型和概念模型的构建,如真核细胞三维结构模型和细胞膜的流动镶嵌模型;在《遗传与进化》模块中侧重物理模型和数学模型的构建,如DNA分子的双螺旋结构模型、减数分裂中染色体数目和行为变化的模型和种群基因频率变化的数学模型。而本模块在进一步练习各类模型的构建过程中帮助学生建构起稳态主题的相关内容。如我们用不同颜色的卡片代表葡萄糖、糖原、胰岛素、胰高血糖素,以小组为单位模拟吃饭后和运动后体内葡萄糖、糖原、胰岛素、胰高血糖素的变化,从而建立起血糖调节的模型。通过这个活动,学生可以更好地理解人体内是如何对血糖含量进行调节的,并在此基础上理解体激素如何对生命活动进行调节;同时,也可以帮助学生进一步练习建立物理模型和概念模型的方法(侧重在概念模型),尤其是概念模型的基本方法和意义。组织好这一模型建构活动,不仅有助于促进学生对血糖平衡调节的理解,而且有助于认识模型建构方法在科学研究中的作用。

建立数学模型是生态学研究的重要方法。在要求学生“尝试建立数学模型解释种群数量的变化”这一活动中,不仅能让学生了解建立数学模型的方法,也能让学生在模型的构建过程中体会群体生态学中的这种动态变化的调节机制,为群体生态中的稳态建构奠定基础,还可以帮助学生理解建立模型的一般步骤,领悟并尝试应用这种方法。可是建立数学模型的方法对高中学生来说是有一定难度的,教学中应当使学生认同运用恰当的数学模型能够较好地表达某些生物学规律。一定要避免从数学到数学,为计算而计算的教学,比如“种群基因频率的稳定与变化”的教学中一定得注意,数学计算的目的是建构这一主题,帮助学生理解运用这一主题。

关于调查活动可以组织学生调查“体温的日变化规律”,让学生以体温日变化规律的调查活动着手,进入对内环境动态变化的探讨,体验体温的相对稳定;可以组织学生调查“人口增长过快给顺义生态环境带来的影响”,从揭示人口增长对生态环境带来的影响,分析因果间的逻辑关系,尽可能探求表面上未直接关联的事物之间存在着的关系,例如,人口增长与农药使用之间的关系,并且根据实际情况,充分拓展思维,提出解决问题的方案或对策;可以组织学生到野外进行实地调查“汉石桥湿地生态系统生物的多样性”,感受生物多样性的价值,同时让学生通过实地调查来体会和运用样方法等等。教师应当鼓励学生亲自调查或广泛搜集资料,再通过课堂讨论,建构稳态主题相关内容,同时加深对科学、技术、社会相互关系的认识,提高参与社会事务的讨论和公众决策的能力。

而探究与实验方面,除了组织学生完成要求的相关实验与探究以外,教师还可以适当增加一些相关活动。如关于pH稳定,可以在课堂上演示血浆pH稳定的实验,新课以后再组织学生进行相关实验,这种处理似乎更有效果。在进行实验操作或探究时,教师在课前要精心安排好各个环节,在课堂上要有效地进行调控,教师要对小组成员进行合理分工,以确保在规定的时间内完成实验或是探究,同时尽可能地使每个同学都得到锻炼的机会。进行讨论时,应以小组为单位,以利于相互启发、集思广益。同时还要保证最后有足够的时间进行讨论和总结。

3、 在选修模块的应用中进一步理解稳态这一学科主题

为了满足学生多样化发展的需要而设计的选修模块中也有很多内容蕴涵着稳态这一学科主题。如选修2:生物科学与社会模块的内容包括的生物科学与农业、生物科学与工业、生物科学与健康、生物科学与环境保护这四部分,选修3:现代生物科技专题模块中的生物技术的安全性和伦理问题、生态工程两部分内容,哪一部分与稳态没有联系。由此可以看出,稳态不仅影响人类生活和经济活动,还深刻影响着人们的意识,如从稳态的角度思考我们的生产方式和生活方式,走人与自然和谐发展,走可持续发展之路等等。因此在选修模块的教学中以学生对稳态主题的理解与应用为主,强调学生的自主建构。我们应该引导学生应用稳态等学科主题思想去全面地了解、分析相关内容,引导学生运用稳态等学科主题思想关注社会、关注生活、关注身边的科学和技术,从而帮助学生体会到这些学科主题与人类社会、与他们的日常生活密切相关。比如结合生物科学与农业、生态工程两部分内容,我们可以让学生结合身边的具体实例如我们顺义的北郎中村,展开相关的综合实践活动,让学生运用已具备的稳态等学科主题进行分析为什么此村通过走可持续发展之路就能带来很好的效益,研究此村的建设和发展还可能存在哪些缺憾并提出合理化建议,在这样的综合运用中进一步理解和运用稳态等学科主题。

4、 在学科内、学科间的综合中建构“大稳态”观

稳态其实涉及到许多生物学的基本原理,如生命的物质性原理、生命的发展变化性原理、生命活动的可调节性原理、生命个体乃至生态系统的整体性原理;同时稳态还涉及到许多社会热点、焦点问题,如人体健康状态及维持、人类居住的环境的稳态及维持,可持续发展观念的形成,在一定程度上有统领全书的作用;稳态这一主题思想贯穿整个初、高中生物知识的学习之中,所以也是我们备考复习的重点。在复习中我们应该引导学生对高中阶段的稳态相关内容进行梳理,在学科内的综合中建构一种“大稳态”观。比如我们可以和学生一起设计“水的稳态与调节”专题,师生一起回顾水在生物体内含量的稳定性,水在生物体内的存在形式的变化性,水在生物体内作用的统一性,外界环境中水对生物分布的影响,水平衡的概念及影响因素,水平衡的维持及水污染等等,在这样的回顾中既达到了学科内综合的目的,同时师生对稳态这一学科主题必然有更深入一些的认识。因为稳态概念本身就是不断发展着的。而这样的专题我们可以从很多方面展开,如:基因频率的稳定与变化,无机盐、pH值的稳态与调节,血糖的稳态与调节,体温的稳态与调节,生物圈的稳态与调节,免疫与调节,酶与调节,神经调节与体液调节。在这样的专题研究中,结合着典型的图表、资料还有实验等分析类练习题,让学生在这样的反馈练习中,提升自己的相关认识和能力。

同时稳态这一主题既容易与物理、化学等自然科学的相关知识相互渗透,也容易与政治等社会

科学的相关知识相互渗透。如化学中的化学平衡理论就蕴涵着丰富的稳态思想,事实上稳态这一主题本与化学的化学平衡问题密切相关,这其实也是一种迁移。在我们日常生活中用到的电冰箱、空调等的调温系统不也都是根据负反馈原理来设计的吗?而航天器和航天服中的那些生命保障系统,在人体周围创造适宜人生存和工作的微型气候环境,不也正好有利于宇航员维持机体内环境的稳态吗?„„所有这些不都能让学生感受到稳态无处不在吗?就这样,分子、细胞水平有稳态,组织、器官水平有稳态,个体、种群水平也有稳态,生态系统、生物圈中还有稳态,稳态已经成为生命科学的一大基本主题。同时我们又知道:化学、物理中有稳态,各种自然现象和社会现象中也存在着稳态,正所谓一切都处于运动变化之中,一切最终又趋于一种平衡,趋向稳态,这就是我所谓的大稳态观。而通过复习,在学科内、学科间的综合过程中就能促使学生建构起这种“大稳态”观来,在一定程度上有利于学生综合素质的发展。

在新课程既即将真正实施之际,结合过去的教学经验以及学习课标和新教材后而产生的粗浅想法,还没有经过实践的检验,必有诸多不妥之处,敬请专家批评指正。

但是我坚信:通过我们努力创设的富有情感意味的教学有效情景,在富有生活气息的生物课堂氛围中,精心组织和指导学生对典型稳态现象的分析、体会和反思,在各种自主活动(课内的或是课外的、单项的或是综合的、实际的或是模拟的、调查的或是探究的等等)中不断把这一主题内化,形成自己的习惯或行为,以应用于今后广泛的学习生活之中,实现学生带着教材先走向教师,在教师的帮助下最终走向社会、走向生活的目的。

新课标《稳态与环境》模块研究结题论文

稳态概念的构建

新课标高中生物必修分为三个模块:《分子与细胞》模块生命的物质性观点、系统论观点比较突出;《遗传与进化》模块多样性与共同性相统一、变与不变相统一的观点比较突出;《稳态与环境》模块生物与环境相统一的观点和环境保护意识比较突出,等。在新课标的学习中,我主要致力于主题“稳态”概念的构建。稳态是高中生物课程的学科主题之一,应该是生物科学的核心内容,同时也是现代生物科学发展最迅速、成果应用最广泛、与社会和个人生活关系最密切的领域之一,对于提高学生的生物科学素养具有不可或缺的作用。要建构好这一学科主题,首先应当深入理解建构这一学科主题的意义和价值。

一、稳态建构的意义与价值

稳态作为高中生物课程中的一个学科主题,是高中生物学的核心内容之一。这一主题不仅可以从各个层面上阐述生命系统通过自我调节保持稳态并适应内外环境变化,通过自动调节作用在结构与功能上达到和谐与统一。而且它又以“生命系统”与其他必修模块相关知识整合, 某些方面与选修模块中的相关内容也联系紧密,是其他模块学习的延续或发展。

因此我们可以建构这样一个存在稳态的知识体系:分子→细胞→组织→器官→个体→种群→群落→生态系统→一般系统,能让学生明白其实生命系统的各个层次都是存在稳态现象的,在生命系统内部和生命系统与环境之间信息流动的过程中,都存在着生命系统的稳态与调控,甚至是自然界的一般系统在其变化与平衡之中也存在着这样的稳态与调节。从而从不同层次和不同的角度帮助学生认识到生命的复杂性和动态平衡性,帮助学生理解各个层次的生命系统是如何在不断变化的环境中,通过自我调节机制维持自身的稳态的,有助于学生理解生命系统的稳态,认识生命系统结构和功能的整体性;有助于学生形成正确的生态学观点和人与自然和谐发展的观念;同时在建构过程中领悟系统分析、建立数学模型等科学方法,更好地训练学生将数学的公式和方法引入生物学研究,形成系统的观点,为学生将来的进一步学习乃至科学研究打下坚实的基础。

由于稳态这一学科主题可以纳入科学主题组中的变化与平衡主题,因此对学生今后的学习有一定的支持作用,能让学生提升自己的人文、科学素养,同时这一主题还具有很强的迁移教育功能,可以迁移到其它领域,让学生学会整体地、联系地、发展地、本质地看问题,形成科学的思维习惯。 而在建构实践中,教师必然对初、高中教材中所涉及到的稳态部分内容有一个更全面、更深入、更系统的认识,并且会不断的去挖掘,去创造更多的教育资源来帮助自己也帮助学生建构这一学科主题;而在这样的建构过程中,必然会丰富教师的符合新的教学理念的知识观、学习观、学生观和师生观等等,从而促使教师的专业发展,尤其是有利于年轻教师群体的发展,更好的帮助教师学习、理解并在建构过程中体现新课程的基本理念,并且可以以此为突破口,为其他学科主题的建构提供一些方法和思路。

二、稳态建构的相关知识点

在高中生物新课程的六个模块中都蕴含着丰富的可以向学生建构稳态学科主题的知识点,当然以必修模块三为主;同时在稳态这一主题建构时我们必然会联系到环境与调节等相关内容,必然联系到与稳态维持与变化的相关内容;而当我们站在“变化与平衡”这一大的科学主题这一高度来看时,稳态又似乎无处不在。笔者也不知这样的想法究竟是对稳态的泛化,还是一种新的理解。现仅以必修模块一为例列举相关知识点如下,一家之言,仅供参考:

模块一:

第一章:生命系统的复杂性与稳定性的关系

第二章:自由水与结合水之间的相互转化——结合水的相对稳定(细胞结构性成分)

第三章:细胞膜(细胞的界膜)——维持细胞内部环境的相对稳定

细胞膜上的各种成分是比较稳定——有利于细胞结构和功能的协调统一。

内吞、外排——膜面积的相对稳定

选择透过性——维持细胞内部环境的相对稳定。

膜系统——将细胞分为许多小的区室,保证各种化学反应互不干扰,高效、稳定的进行。

溶酶体(分解有害物质、代谢废物以及破损、衰老的细胞期)——保证细胞内许多化合物的含量相对稳定,保证细胞完成正常的新陈代谢和其他结构的完整性。

细胞核——为遗传物质储存和复制提供相对封闭、稳定的环境。

染色体——染色质之间的相互转变保证了遗传物质结构的稳定。

第四章:细胞吸水、失水——维持内外渗透压的相对稳定,吸水、失水过多,稳态被破坏。 细胞膜的流动性——膜动态弹性的结构,一定程度保证细胞膜能够维持在一个稳定的状态。 载体的种类和数量——决定主动运输的对象和最大速率,保证细胞内化学物质的相对稳定。

第五章:酶的特性——稳定的环境保证化学反应的有序、高效的进行。

ATP与ADP的相互转化——维持能量代谢的稳定。

酵母菌不同条件下呼吸方式的转变——保证细胞能适应不同环境,维持自身稳态。

C3与C5的相互转化——保证叶肉细胞能长期持续固定二氧化碳。

光合和呼吸——维持环境中二氧化碳和氧气相对恒定。维持稳定的能量来源和能量供应。

第六章:细胞增殖的意义——亲代和子代在遗传性状的相对稳定。

染色体和DNA规律性的行为和数目变化、纺锤丝、着丝点的行为——保证遗传物质的精确平均分配。

细胞分化——稳定性的差异

细胞衰老、凋亡的意义——正常生长发育、维持正常生物内部环境的稳态。 细胞坏死、细胞癌变——细胞稳态被破坏的表现。

三、稳态建构的方法和策略

总的说来,稳态这一学科主题对于学生来说比较抽象,这一主题的建构既需要学生掌握分子水平的物质基础,也需要储备细胞水平的结构知识,还需要学生对个体乃至群体水平上的调控和表现比较清楚明白,因此建构起来具有一定的难度。基于此,笔者认为其建构需要以下方法和策略:

1、在渗透中初步感受稳态这一学科主题

虽然稳态这一学科主题真正出现于模块三,但笔者认为由于各个层次的生命系统也都存在着稳态,个体内环境的稳态及其调控,涉及到许多种类的细胞及细胞参与的分子机制。因此其建构就不一定非得到了模块三的学习才开始,之前的渗透必不可少,但只能是渗透,让学生慢慢感受,相关主题不必交代。

事实上,在《遗传与进化》模块中,基因频率的稳定与变化,在一定程度上就是一种种群水平上的稳态,让学生在体会基因频率的稳定和变化过程中,就可以好好向学生进行这一学科主题的渗透。 而在《分子与细胞》模块中,教材在“细胞膜的成分”这一内容中,安排了“与生活的联系”,介绍癌症检查报告单上的一些检测项目与细胞膜成分的关系,并附以真实的检验报告单,我们教师就可以引导学生认识到,其实细胞膜上的各种成分是比较稳定的,当然也会处于一种发展变化之中,变化好了,可能就有利于细胞结构和功能的协调统一,但是也可能会出现异常(比如癌细胞的膜表面的变化),这些变化可以看作是各种化学成分在细胞结构上的一种稳态,而元素及其化合物在细胞、生物体中的这种稳定与变化的例子应该可以找到很多。

《稳态与环境》模块中有关“动物和人体生命活动的调节”等,实际上都是细胞以及生物体在得到能量供应的情况下才能进行的生命活动,生物体内能量的利用十分经济高效,有机物的氧化分解,与体外发生不同,是一个能量是逐步释放的过程,避免了能量的浪费。由于生物体内的ATP具有其

自身特殊的化学结构,它在能量代谢中起着重要的作用。伴随ATP与ADP的相互转换,其中发生了能量的利用与转移,细胞呼吸等过程释放的能量转移到ATP中,ATP中的能量释放出来供给细胞生命活动使用然后又重新生成了ADP。ATP与ADP就在这样的相互转化中完成了能量的释放与储存,而它们的含量必然处于一种动态平衡之中。当学生在这节课的学习中到最后能有这样的认识时,我们的渗透也就达到了目的。

又比如在《影响酶活性的条件》的探究活动中,当学生感受到酶促反应条件的温和性,酶促反应在常温、常压、生理pH条件下能够进行时,我们又怎能不让学生再进一步思考一下我们生物体内,所有细胞内其环境的特点,必然要保持一种相对稳定。

事实上这一模块有更多可向学生渗透此主题的内容,如酶的特性、C3与C5的相互转化、细胞凋亡的意义(细胞凋亡的不可避免但凋亡对正常生长发育、维持正常生物内部环境的稳态又非常必要)以及细胞内各种成分的相对恒定,细胞膜成分的相对恒定等等,这些地方要么本身就蕴含着稳态的内容,要么能体现稳态的意义。

其实这样的渗透并不难,也许只需要我们教师点那么几句话,甚至什么都不说,只要学生清楚了这些,这些生命现象也就自然让学生有了这样一种认识。

2、在模块三中全方位建构稳态这一学科主题

课程标准在“课程设计思路”中,对本模块的意义和价值,作了如下简明的概括:本模块“有助于学生认识发生在生物体内部和生物与环境之间的相互作用,理解生命系统的稳态,认识生命系统结构和功能的整体性;领悟系统分析、建立数学模型等科学方法及其在科学研究中的应用;形成生态学观点和可持续发展的观念。”

课程标准在“内容标准”部分对本模块的意义和价值又作了进一步的阐述:“本模块选取有关生命活动的调节与稳态的知识,有助于学生理解生命活动的本质,了解系统分析的思想和方法,提高对生命系统与环境关系的认识,并为学生树立人与自然和谐发展的观念,形成生态意识和环境保护意识奠定基础。”

分析课程标准的上述表述,结合教材内容可以看出,本模块内容在稳态这一学科主题构建中具有独特价值,起着举足轻重的作用,是主题建构的主阵地。

第一、 基于学生已有的知识背景而建构。

可以这么说《稳态与环境》模块的每一章内容都与学生已经储备的生物学知识有联系,可能是初中的知识,也可能是模块一、二中涉及到的知识。

如一些在义务教育教材中学过的知识都可作为学习新知识的铺垫。义务教育教材中关于人体生理的内容(如人体的营养、呼吸、物质的运输、废物的排出、人体对生命活动的调节等)及“健康地生活”等都是学习免疫与调节这章内容的基础。而关于激素调节,学生在初中生物课已学过,教学中就要充分调动学生已有的知识经验,在此基础之上建立新的知识。例如,在学习激素调节的发现前,可以先让学生回忆激素的概念,也可先让学生回顾人体主要的内分泌腺及其分泌的激素,或是先由学生分析胰岛素和甲状腺激素的功能等等。

又如“人体的内环境与稳态”这一章知识无论细胞生活的环境还是内环境稳态的重要性都紧密联系着学生已有的知识经验。教材安排也并没有一开始就阐述什么是“人体内环境”,而先放眼生命世界中“细胞生活的环境”这样的广阔视角。这样,既可以和《分子与细胞》衔接,利用学生已有的知识经验,又能激发学生的学习兴趣。甚至包括一些模型或是方法等也可以建立在学生已有的知识基础上,比如建构揭示生物学规律的数学模型。在学习其他模块内容时,学生已对运用数学解决生物学中的问题有了一定的认识,例如对遗传规律的认识,那么在稳态这一学科主题的建构过程中遇到类似问题时,若能联系学生已有经验,模型建构就可以相对容易一些。

第二、在解决学生实际中帮助学生建构

学生要建构稳态这一学科主题是需要一定的生物学事实做基础的,因此我们就得在解决学生的实际问题中去建构。比如教师可以从学生身边的一张化验单入手,引导学生分析化验单上为什么每

种成分都有一个变化范围,从而初步认识内环境的各种成分是动态变化的;又比如教师可以引导学生思考生物圈2号失败的原因,让学生领悟到自然界中生态系统的相对稳定性,稳定的生态系统对于生物的生存至关重要。教师还可以联系有关沙尘暴的事实,让学生讨论沙尘暴发生的原因是什么;联系密云水库合理捕捞量的确定问题,引导学生讨论种群数量的变化规律„„等等。事实上现实生活中遇到的各种相关问题,报刊、杂志、广播、电视、网络等媒体上关于稳态的自然科学问题、社会科学问题等的报道都将成为学生建构这一学科主题很好的切入点。在学生的分析讨论中,也许会有许多不完善的地方,教师要发挥好引导作用,适时给予补充、修正和扩充。把学生的讨论引导到理解稳态是机体进行生命活动的必要条件以及如何在生活中加强保健等问题上来。这样也有助于学生关注自身和他人以及换环境的健康问题,形成自我保健和关爱他人、关爱自然的意识,用稳态这一学科主题引领我们健康的生活。

第三、 在丰富多彩的活动中促进其建构

建构主义学习理论认为知识不可能以实体的形式存在于个体之外,真正的理解只能是由学习者自身基于自己的经验背景而建构起来的,这取决于特定情况下的学习活动过程。因此在本模块的教学中我们要多花些时间和精力,引导学生开展形式多样的活动,以丰富学生对稳态这一主题的感性和理性认识。我们可以通过设计模型建构、探究与实验、社会调查、野外实地考察(调查)、搜集资料、资料分析、思考与讨论等活动,让学生通过这些多样的学习活动,丰富学生对稳态的感性认识,促进稳态主题的全面建构。思考与讨论还有资料分析的内容应该有一定的深度,能引发学生较深层次的思考,并且最好选取学生感兴趣的话题。比如结合新闻中播报的关于一青年滥服抗生素的案例,结合选修2资料分析“日常生活中不合理使用抗生素的实例”,引导学生展开关于抗生素的相关讨论,并且这个讨论未必非得在选修模块中进行,完全可以提前。又比如,我们可以引导学生讨论“化验单都告诉了我们些什么”,讨论“为什么医院里给病人输液时必须使用生理盐水”、“为什么多喝多尿、少喝少尿”等问题;结合08奥运会,讨论“为什么奥运会上要禁止使用兴奋剂---激素类药物应用的利与弊”,讨论“有氧运动与减肥”等问题;我们还可以在适当的时候引导学生展开关于“粮食重要还是鸟类重要?(北大荒垦荒问题)”的大讨论,展开为什么要“退耕还林、还草、还湖”、“食人鱼能不能成为我们的新宠物”的讨论等等,在这样的思考与讨论、资料分析等活动中落实稳态主题的建构。

模型方法作为现代生物科学研究的重要方法,在其他两个必修模块中学生已经有了一定的接触。《分子与细胞》模块侧重物理模型和概念模型的构建,如真核细胞三维结构模型和细胞膜的流动镶嵌模型;在《遗传与进化》模块中侧重物理模型和数学模型的构建,如DNA分子的双螺旋结构模型、减数分裂中染色体数目和行为变化的模型和种群基因频率变化的数学模型。而本模块在进一步练习各类模型的构建过程中帮助学生建构起稳态主题的相关内容。如我们用不同颜色的卡片代表葡萄糖、糖原、胰岛素、胰高血糖素,以小组为单位模拟吃饭后和运动后体内葡萄糖、糖原、胰岛素、胰高血糖素的变化,从而建立起血糖调节的模型。通过这个活动,学生可以更好地理解人体内是如何对血糖含量进行调节的,并在此基础上理解体激素如何对生命活动进行调节;同时,也可以帮助学生进一步练习建立物理模型和概念模型的方法(侧重在概念模型),尤其是概念模型的基本方法和意义。组织好这一模型建构活动,不仅有助于促进学生对血糖平衡调节的理解,而且有助于认识模型建构方法在科学研究中的作用。

建立数学模型是生态学研究的重要方法。在要求学生“尝试建立数学模型解释种群数量的变化”这一活动中,不仅能让学生了解建立数学模型的方法,也能让学生在模型的构建过程中体会群体生态学中的这种动态变化的调节机制,为群体生态中的稳态建构奠定基础,还可以帮助学生理解建立模型的一般步骤,领悟并尝试应用这种方法。可是建立数学模型的方法对高中学生来说是有一定难度的,教学中应当使学生认同运用恰当的数学模型能够较好地表达某些生物学规律。一定要避免从数学到数学,为计算而计算的教学,比如“种群基因频率的稳定与变化”的教学中一定得注意,数学计算的目的是建构这一主题,帮助学生理解运用这一主题。

关于调查活动可以组织学生调查“体温的日变化规律”,让学生以体温日变化规律的调查活动着手,进入对内环境动态变化的探讨,体验体温的相对稳定;可以组织学生调查“人口增长过快给顺义生态环境带来的影响”,从揭示人口增长对生态环境带来的影响,分析因果间的逻辑关系,尽可能探求表面上未直接关联的事物之间存在着的关系,例如,人口增长与农药使用之间的关系,并且根据实际情况,充分拓展思维,提出解决问题的方案或对策;可以组织学生到野外进行实地调查“汉石桥湿地生态系统生物的多样性”,感受生物多样性的价值,同时让学生通过实地调查来体会和运用样方法等等。教师应当鼓励学生亲自调查或广泛搜集资料,再通过课堂讨论,建构稳态主题相关内容,同时加深对科学、技术、社会相互关系的认识,提高参与社会事务的讨论和公众决策的能力。

而探究与实验方面,除了组织学生完成要求的相关实验与探究以外,教师还可以适当增加一些相关活动。如关于pH稳定,可以在课堂上演示血浆pH稳定的实验,新课以后再组织学生进行相关实验,这种处理似乎更有效果。在进行实验操作或探究时,教师在课前要精心安排好各个环节,在课堂上要有效地进行调控,教师要对小组成员进行合理分工,以确保在规定的时间内完成实验或是探究,同时尽可能地使每个同学都得到锻炼的机会。进行讨论时,应以小组为单位,以利于相互启发、集思广益。同时还要保证最后有足够的时间进行讨论和总结。

3、 在选修模块的应用中进一步理解稳态这一学科主题

为了满足学生多样化发展的需要而设计的选修模块中也有很多内容蕴涵着稳态这一学科主题。如选修2:生物科学与社会模块的内容包括的生物科学与农业、生物科学与工业、生物科学与健康、生物科学与环境保护这四部分,选修3:现代生物科技专题模块中的生物技术的安全性和伦理问题、生态工程两部分内容,哪一部分与稳态没有联系。由此可以看出,稳态不仅影响人类生活和经济活动,还深刻影响着人们的意识,如从稳态的角度思考我们的生产方式和生活方式,走人与自然和谐发展,走可持续发展之路等等。因此在选修模块的教学中以学生对稳态主题的理解与应用为主,强调学生的自主建构。我们应该引导学生应用稳态等学科主题思想去全面地了解、分析相关内容,引导学生运用稳态等学科主题思想关注社会、关注生活、关注身边的科学和技术,从而帮助学生体会到这些学科主题与人类社会、与他们的日常生活密切相关。比如结合生物科学与农业、生态工程两部分内容,我们可以让学生结合身边的具体实例如我们顺义的北郎中村,展开相关的综合实践活动,让学生运用已具备的稳态等学科主题进行分析为什么此村通过走可持续发展之路就能带来很好的效益,研究此村的建设和发展还可能存在哪些缺憾并提出合理化建议,在这样的综合运用中进一步理解和运用稳态等学科主题。

4、 在学科内、学科间的综合中建构“大稳态”观

稳态其实涉及到许多生物学的基本原理,如生命的物质性原理、生命的发展变化性原理、生命活动的可调节性原理、生命个体乃至生态系统的整体性原理;同时稳态还涉及到许多社会热点、焦点问题,如人体健康状态及维持、人类居住的环境的稳态及维持,可持续发展观念的形成,在一定程度上有统领全书的作用;稳态这一主题思想贯穿整个初、高中生物知识的学习之中,所以也是我们备考复习的重点。在复习中我们应该引导学生对高中阶段的稳态相关内容进行梳理,在学科内的综合中建构一种“大稳态”观。比如我们可以和学生一起设计“水的稳态与调节”专题,师生一起回顾水在生物体内含量的稳定性,水在生物体内的存在形式的变化性,水在生物体内作用的统一性,外界环境中水对生物分布的影响,水平衡的概念及影响因素,水平衡的维持及水污染等等,在这样的回顾中既达到了学科内综合的目的,同时师生对稳态这一学科主题必然有更深入一些的认识。因为稳态概念本身就是不断发展着的。而这样的专题我们可以从很多方面展开,如:基因频率的稳定与变化,无机盐、pH值的稳态与调节,血糖的稳态与调节,体温的稳态与调节,生物圈的稳态与调节,免疫与调节,酶与调节,神经调节与体液调节。在这样的专题研究中,结合着典型的图表、资料还有实验等分析类练习题,让学生在这样的反馈练习中,提升自己的相关认识和能力。

同时稳态这一主题既容易与物理、化学等自然科学的相关知识相互渗透,也容易与政治等社会

科学的相关知识相互渗透。如化学中的化学平衡理论就蕴涵着丰富的稳态思想,事实上稳态这一主题本与化学的化学平衡问题密切相关,这其实也是一种迁移。在我们日常生活中用到的电冰箱、空调等的调温系统不也都是根据负反馈原理来设计的吗?而航天器和航天服中的那些生命保障系统,在人体周围创造适宜人生存和工作的微型气候环境,不也正好有利于宇航员维持机体内环境的稳态吗?„„所有这些不都能让学生感受到稳态无处不在吗?就这样,分子、细胞水平有稳态,组织、器官水平有稳态,个体、种群水平也有稳态,生态系统、生物圈中还有稳态,稳态已经成为生命科学的一大基本主题。同时我们又知道:化学、物理中有稳态,各种自然现象和社会现象中也存在着稳态,正所谓一切都处于运动变化之中,一切最终又趋于一种平衡,趋向稳态,这就是我所谓的大稳态观。而通过复习,在学科内、学科间的综合过程中就能促使学生建构起这种“大稳态”观来,在一定程度上有利于学生综合素质的发展。

在新课程既即将真正实施之际,结合过去的教学经验以及学习课标和新教材后而产生的粗浅想法,还没有经过实践的检验,必有诸多不妥之处,敬请专家批评指正。

但是我坚信:通过我们努力创设的富有情感意味的教学有效情景,在富有生活气息的生物课堂氛围中,精心组织和指导学生对典型稳态现象的分析、体会和反思,在各种自主活动(课内的或是课外的、单项的或是综合的、实际的或是模拟的、调查的或是探究的等等)中不断把这一主题内化,形成自己的习惯或行为,以应用于今后广泛的学习生活之中,实现学生带着教材先走向教师,在教师的帮助下最终走向社会、走向生活的目的。


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