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落实核心素养渗透生命观念——高中生物课堂教学中结构与功能观的落地

发表时间：2021/6/8 来源：《现代中小学教育》2021年5月下作者：黄泉水

[导读] 2016年9月，中国学生发展核心素养成果发布会阐述了培养“全面发展的人”，是核心素养最根本的要求。本轮课改的思路是：磨砺思维、提炼观念，全面落实学科核心素养。

福建省厦门集美中学黄泉水

        2016年9月，中国学生发展核心素养成果发布会阐述了培养“全面发展的人”，是核心素养最根本的要求。本轮课改的思路是：磨砺思维、提炼观念，全面落实学科核心素养。
        全面发展的人主要包含文化基础、自主发展、社会参与3个方面，还可以表现在人文底蕴等6大基本素养，再具体细化，6大基本素养又可以分为人文积淀、人文情怀等18个核心素养。
        基于核心素养的定义，《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称新课标）指出，生物学学科核心素养是指公民能运用所学的生物学知识和能力等，来指导相应的决策和活动，包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。
生物学的学术特色和思想是独一无二的，生命观念又是最能体现学科特点的素养。生命观念是指“人们对观察到的生命现象及相互关系、特性进行解释后的抽象，是经过实证后的观点，是能够理解或解        释生物学相关事件或现象的意识、观念和思想方法”。学生在理解或解释相关生物学事件的前提下，可以进一步去体会结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等观念。
        一、结构与功能观的内涵
        翟中和院士说过：“哪怕一个最简单的细胞，也比迄今为止设计出的任何智能电脑更精巧”。生物体各个层次的结构非常复杂，生物体所需要执行的具体生理功能也非常复杂。对结构与功能观的传统理解：具体存在的结构一定有与其相适应的功能，具体的功能一定得需要相应的结构才能实现，即“结构决定功能”。但这样的理解难免有些绝对，生命系统中还有很多的结构并不对应具体的功能；也有很多功能并不依赖单一结构；很多时候功能还能反作用于结构的发展；因此，结构和功能常常是动态的统一。生物学很多思想观念的表述是柔性的，把某个功能与某个结构简单而绝对地一一对应起来，就有些机械了，就不是生物学科学的思维了。因此，新课标中用“结构与功能相适应”就显得更加准确。
        二、结构与功能观的例证应用
        虽然教材没有明确地阐述过结构与功能相适应的观点，但不论哪一个版本的高中生物教材中，都有着大量的结构与功能相适应的例证，从微观的元素分子到宏观的生态系统都有。并且，教“教材”不是目的，而是手段，是帮助学生构建生命观念的途径。故而，教材中没有提供的例证，教师同样可以广泛采集和利用，充当学生构建生命观念的落脚点和立足点，让学生更好地体会和领悟。
        1.元素与分子水平的结构与功能相适应
        以碳元素为例，碳是细胞内的最基本元素，没有碳就没有生命。从结构来分析，碳元素的核外最外层排布着4个电子，在化学反应中较易于形成稳定的共价键。这就为以碳元素为基础构建多种化学基团创造了前提，因而可以进一步组成种类繁多的多聚体大分子。
        2.细胞水平的结构与功能相适应
        细胞及细胞内结构都体现着结构和功能的适应性。

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例如，叶绿体承担着吸收、传递并转化光能并合成有机物的功能。其内部结构完美地适应着该功能：类囊体薄膜层层堆叠形成基粒，形成了巨大的膜面积，为与光反应有关色素和酶的附着提供了广阔的位点；叶绿体基质成溶胶状，围绕着类囊体薄膜，为光反应和暗反应的物质交流提供了方便。哺乳动物的红细胞成熟后无细胞核及细胞器，这与其需要尽可能地保留空间以运输氧气有关。根尖分生区细胞体积小，但细胞核相对较大，这与其需要连续有丝分裂有关。神经元结构上含有突起，包括长而少的轴突和短而多的树突，这与神经元之间需要进行频繁的信号传递有关。神经递质只能由突触前膜释放到间隙，再作用于突触后膜，这与兴奋只能单向传递有关；浆细胞具有发达的内质网和高尔基体，与其需要大量合成并分泌抗体有关。
        3.组织、器官、系统水平与个体的结构与功能相适应
        组织、器官、系统等内容虽然在高中教材中涉及较少，但教师仍然可以在教学中加以补充，从而促进学生充分理解结构和功能的关系。例如，植物根部内皮层细胞四面加厚成凯式带，与其需要选择性吸收土壤养分有关；动物结缔组织或疏松、或致密，多样地形态结构与其适应营养、保护等多种功能有关；肺结构上具有多级分支，有助于适应充分进行气体交换的功能；哺乳动物循环系统构成闭管式双循环，有助于充分运输养料和代谢废物的功能。个体水平上，生物进化历程中出现的两侧对称结构，与其定向运动的功能相适应；陆生动物出现发达的角质层，与防止水分散失的功能有关；鸟类骨骼中空而轻，体呈流线型，与其适应飞翔的功能有关；爬行动物开始出现羊膜卵和羊水，与其生殖过程离开水有关；人类下肢肌肉较粗壮，上肢肌肉细小的结构，与其站立行走的功能有关。
        4.种群、群落和生态系统水平的结构与功能相适应
        种群水平的结构特征与其生活方式有关，如集群式的结构有助于对抗捕食者，均匀式的结构有助于减轻生存斗争。群落内的物种数越多，结构就越复杂，对应的功能就越复杂，如自然群落往往动植物种类更多，更能阻挡太阳辐射、减少水分散失，比人工群落对生态环境的贡献更大。生态系统结构包括食物链和食物网，这与生态系统执行能量流动和物质循环的功能有关。改变生态系统结构，有助于生态系统功能的优化，如农田物种少，结构简单，抵抗外来干扰的能力弱，优化其营养结构，采用“桑基鱼塘”等生态农业模式，就可以使其在抵抗外界干扰等的功能上得到提升。
        5.高中生物教学中渗透结构与功能观的注意事项
        有了这些具体例证为依托，教师还需要精心设计教学环节，以循序渐进的方式给予学生适当的启发和引导，或者放归课堂给学生，让其通过阅读、讨论、总结等方式，逐步养成结构与功能适应观。教师还可以恰当地整合教材资源，充分地考虑知识内容的选择问题，也可以对教材进行适当的、审慎地调整，以更好地落实核心素养。
        除此之外，要想充分地理解结构与功能观，仅仅让学生掌握“结构与功能相适应”还显得过于单一。其全面的内涵应该首先是结构观，其次是功能观，最后才是结构与功能的关系观。教师需要全面统筹顶层设计，在整个高中教学进程中，逐步渗透结构的物质性、层次性等结构观，功能的整体性、部分性等功能观，进而才能让学生全面地理解结构和功能的动态统一关系。
        生命经过亿万年的进化，在长期的自然选择下，结构与功能可以做到如此精确的匹配，本身就是一种伟大。养成结构与功能相适应的观点，对于培养学生认识自己、敬畏生命的价值观有着重要意义，也有助于培养学生透过现象看本质的理性思维习惯，最终帮助学生更好理解生命“为什么这样”，从而真正地“知其所以然”。