高中生物教學(xué)論文 “穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”模塊的解讀 必修3

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1、 “穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”模塊的解讀 摘要 教育部2003年頒布的《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）》，將“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”作為高中生物學(xué)課程中3個必修模塊之一。本文闡述了本模塊的價值和地位，分析了本模塊的內(nèi)容特點，對如何搞好本模塊的教學(xué)提出了建議。 關(guān)鍵詞 穩(wěn)態(tài) 環(huán)境 反饋 調(diào)節(jié) 知識 能力 科學(xué)方法 情感態(tài)度價值觀 本模塊實際上包括兩大部分：一是個體水平上生命活動的調(diào)節(jié)；二是群體水平上生物與環(huán)境的關(guān)系。具體包括以下內(nèi)容：植物的激素調(diào)節(jié)、動物生命活動的調(diào)節(jié)、人體的內(nèi)環(huán)境與穩(wěn)態(tài)、種群和群落、生態(tài)系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。 1 學(xué)生學(xué)習(xí)本模塊的目的和意義 在知識方面，學(xué)生通過本模塊的學(xué)習(xí)，可以理解生物個

2、體是如何在不斷變化的環(huán)境中，通過自我調(diào)節(jié)機(jī)制維持自身的穩(wěn)態(tài)的；生物與生物之間、生物與無機(jī)環(huán)境之間又是怎樣通過復(fù)雜的相互作用形成一個統(tǒng)一的整體的。 在能力方面，學(xué)生通過本模塊的學(xué)習(xí)，可以了解系統(tǒng)分析的思想和方法，逐步形成整體性思維的習(xí)慣，初步學(xué)會建立數(shù)學(xué)模型，提高從內(nèi)因和外因相互作用的角度分析事物發(fā)展變化的能力。 在情感態(tài)度與價值觀方面，學(xué)生通過本模塊的學(xué)習(xí)，可以提高對生命系統(tǒng)與環(huán)境關(guān)系的認(rèn)識，為樹立人與自然和諧發(fā)展的觀念，形成生態(tài)意識和環(huán)境保護(hù)意識奠定基礎(chǔ)。 2 本模塊在高中生物課程中的地位 作為高中生物課程中三個必修模塊之一，本模塊具有獨特的地位和作用。 第1，本模塊對學(xué)生理解生物

3、學(xué)至關(guān)重要。生物學(xué)是研究生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的科學(xué)。在我國的中學(xué)生物學(xué)課程中，初中階段側(cè)重于讓學(xué)生了解生命現(xiàn)象，高中階段側(cè)重于讓學(xué)生理解生命活動的本質(zhì)和規(guī)律。生命世界從細(xì)胞到個體，從個體到群體，以至生態(tài)系統(tǒng)，都是不同層次的生命系統(tǒng)。生命系統(tǒng)有著自身的物質(zhì)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，有著自身的發(fā)生、發(fā)展和衰亡的規(guī)律。《分子與細(xì)胞》模塊側(cè)重于使學(xué)生在細(xì)胞水平認(rèn)識生命系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；《遺傳和進(jìn)化》模塊側(cè)重于使學(xué)生在基因水平認(rèn)識生命系統(tǒng)的發(fā)生和發(fā)展；本模塊則側(cè)重于使學(xué)生在個體和群體水平認(rèn)識生命系統(tǒng)內(nèi)部的調(diào)節(jié)機(jī)制以及與環(huán)境的關(guān)系。生命系統(tǒng)是開放系統(tǒng)，它們與外界環(huán)境之間不斷進(jìn)行著物質(zhì)交流、能量轉(zhuǎn)換和信息傳

4、遞，這就決定了生命系統(tǒng)時刻處于動態(tài)變化過程中。生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)變化都是在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行的，否則就會解體，導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰。也就是說，穩(wěn)態(tài)是生命系統(tǒng)能夠獨立存在的必要條件。生物體內(nèi)的各種代謝過程，都是將維持自身的穩(wěn)態(tài)作為目標(biāo)。穩(wěn)態(tài)的維持靠的是生命系統(tǒng)內(nèi)部的自動調(diào)節(jié)機(jī)制。本模塊中關(guān)于這種調(diào)節(jié)機(jī)制，在個體水平上主要闡述動物體和植物體的生命活動的調(diào)節(jié)，在群體水平上主要闡述生態(tài)系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)?？梢姡屠斫馍顒拥谋举|(zhì)和規(guī)律來說，本模塊具有其他模塊不可取代的價值。 第2，本模塊對于學(xué)生了解生物學(xué)在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用十分重要。人體的許多疾病都與內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的失調(diào)有關(guān)。例如，血糖的穩(wěn)定是穩(wěn)態(tài)的重要方面，它是通

5、過胰島素等激素的調(diào)節(jié)而實現(xiàn)的，胰島素分泌失調(diào)就會導(dǎo)致糖尿??；注射胰島素就會使這類糖尿病患者得到治療。生產(chǎn)中應(yīng)用或產(chǎn)生的激素類似物若大量釋放到環(huán)境中，又會對人體產(chǎn)生不良影響。本模塊還安排了人體的水鹽調(diào)節(jié)、體溫調(diào)節(jié)、免疫調(diào)節(jié)等內(nèi)容，這些內(nèi)容都與人體健康密切相關(guān)。植物激素在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及現(xiàn)代生物技術(shù)中都有著廣泛的應(yīng)用，種群數(shù)量的變化、群落的演替、生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、生物多樣性的保護(hù)等內(nèi)容，更是與人類的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動和社會的可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)。 第3，本模塊對于學(xué)生認(rèn)識生物與環(huán)境是一個統(tǒng)一的整體，進(jìn)而樹立人與自然和諧發(fā)展的觀點十分重要，可以為學(xué)生形成環(huán)境保護(hù)意識打下理性的基礎(chǔ)。 第4，本模塊對于學(xué)生全面

6、領(lǐng)悟科學(xué)方法十分重要。《分子與細(xì)胞》模塊和《遺傳與進(jìn)化》模塊，可以幫助學(xué)生領(lǐng)悟觀察—歸納、假說—演繹等方法，本模塊可以幫助學(xué)生領(lǐng)悟系統(tǒng)分析、建立數(shù)學(xué)模型、取樣調(diào)查等方法。 3 對本模塊內(nèi)容要求的分析 3.1 本模塊內(nèi)容設(shè)計的基本思路 本模塊內(nèi)容包括生命活動的調(diào)節(jié)和生物與環(huán)境兩大方面，但是，它并不是這部分內(nèi)容的簡單合并，而是由穩(wěn)態(tài)這一核心概念統(tǒng)領(lǐng)的個體和群體兩個研究水平的內(nèi)容。本模塊內(nèi)容構(gòu)建的基本思路是：將生物的個體和群體看作不同層次的生命系統(tǒng)，它們都在與外界環(huán)境的相互作用中，通過自身的調(diào)節(jié)機(jī)制維持穩(wěn)態(tài)（如下圖）。 穩(wěn)態(tài)的概念源于人體內(nèi)環(huán)境的研究。1857年，法國生理學(xué)家貝爾納（C.

7、Bernard,1813—1878）首先指出，細(xì)胞外液是機(jī)體細(xì)胞直接生活于其中的外環(huán)境，也就是身體的內(nèi)環(huán)境。雖然機(jī)體的外部環(huán)境經(jīng)常變化，但內(nèi)環(huán)境基本不變，從而給細(xì)胞提供了一個比較穩(wěn)定的理化環(huán)境。貝爾納認(rèn)為，“內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定是獨立自由的生命的條件?！笔チ诉@些條件，代謝活動就不能正常進(jìn)行，細(xì)胞的生存就會出現(xiàn)危機(jī)。1926年，美國生理學(xué)家坎農(nóng)（W.B.Cannon,1871—1945）發(fā)展了內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的概念，指出內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定狀態(tài)只有通過細(xì)致地協(xié)調(diào)各種生理過程才能達(dá)成。內(nèi)環(huán)境的任何變化都會引起機(jī)體自動調(diào)節(jié)組織和器官的活動，產(chǎn)生一些反應(yīng)來減少內(nèi)環(huán)境的變化。他將這種由代償性調(diào)節(jié)反應(yīng)所形成的穩(wěn)定狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)

8、（homeostasis）。他認(rèn)為穩(wěn)態(tài)并不意味著穩(wěn)定不變，而是指一種可變的相對穩(wěn)定的狀態(tài)，這種狀態(tài)是靠完善的調(diào)節(jié)機(jī)制抵抗外界環(huán)境的變化來維持的。 在坎農(nóng)之后，隨著生物學(xué)的發(fā)展，以及系統(tǒng)論和控制論的思想方法對生物學(xué)的影響，穩(wěn)態(tài)的概念突破了生理學(xué)范疇，延伸至生命科學(xué)的各個領(lǐng)域，成為整個生命科學(xué)的一大基本概念。人們認(rèn)識到，不僅人體的內(nèi)環(huán)境存在穩(wěn)態(tài)，各個層次的生命系統(tǒng)都存在穩(wěn)態(tài)。在微觀領(lǐng)域，細(xì)胞內(nèi)的各種理化性質(zhì)也是大致維持穩(wěn)定的，各種酶促反應(yīng)的進(jìn)行受到反饋調(diào)節(jié)；基因表達(dá)過程中同樣存在穩(wěn)態(tài)。在宏觀領(lǐng)域，種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)都存在穩(wěn)態(tài)。就人體的穩(wěn)態(tài)而言，通過神經(jīng)調(diào)節(jié)和體液調(diào)節(jié)而實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)的觀點也得到進(jìn)一步

9、發(fā)展，提出穩(wěn)態(tài)是通過神經(jīng)、內(nèi)分泌和免疫調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)來維持的，強(qiáng)調(diào)免疫調(diào)節(jié)在穩(wěn)態(tài)維持中的作用。 綜上所述，穩(wěn)態(tài)是生命系統(tǒng)的重要特征，是生命系統(tǒng)在與外界環(huán)境的物質(zhì)、能量和信息交流過程中，通過自身的調(diào)節(jié)機(jī)制而維持的相對穩(wěn)定狀態(tài)。理解生命系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)，一是要將生命系統(tǒng)放在與外界環(huán)境的相互作用中來理解，二是要理解不同生命系統(tǒng)內(nèi)部的自動調(diào)節(jié)機(jī)制。這也正是本模塊標(biāo)題定為“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”的基本考慮。 3.2 本模塊內(nèi)容在知識、方法和情感態(tài)度價值觀方面的側(cè)重點 在知識方面，本模塊的核心概念是穩(wěn)態(tài)和反饋。系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)是通過反饋調(diào)節(jié)機(jī)制而實現(xiàn)的。在一個系統(tǒng)中，系統(tǒng)本身工作的效果，反過來又作為信息調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的工作，這種調(diào)節(jié)

10、方式叫做反饋調(diào)節(jié)。人體內(nèi)血糖含量升高時，刺激胰島B細(xì)胞，促進(jìn)它分泌胰島素，同時作用于胰島A細(xì)胞，使之減少胰高血糖素的分泌。當(dāng)胰島素隨血液運輸?shù)礁魏图∪獾绕鞴倩蚪M織時，能促進(jìn)細(xì)胞對葡萄糖的攝取和利用，還可促進(jìn)肝細(xì)胞和肌肉細(xì)胞將葡萄糖合成為糖原儲存起來，從而使血糖含量下降。當(dāng)血糖含量降低到一定程度時，就會抑制胰島素的分泌，增加胰高血糖素的分泌，從而促進(jìn)肝糖原的分解，形成較多的葡萄糖，使血糖含量升高?？梢娨葝u素的作用結(jié)果會反過來影響胰島素的分泌，胰高血糖素也是如此。這就是反饋調(diào)節(jié)。在生態(tài)系統(tǒng)中，當(dāng)氣候適宜時，植物生長茂盛，為植食性動物提供了充足的食物，植食性動物的數(shù)量會增加；植食性動物數(shù)量的增長，會

11、吃掉大量的植物，同時也會使肉食性動物數(shù)量增加，這兩方面的變化又都導(dǎo)致植食性動物數(shù)量的增長趨勢得到遏制。這也是反饋調(diào)節(jié)。這只是兩個關(guān)于反饋調(diào)節(jié)的簡化的例子，在生物體和生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部，實際上都存在復(fù)雜的反饋調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，穩(wěn)態(tài)是通過網(wǎng)絡(luò)化的反饋調(diào)節(jié)而實現(xiàn)的。 學(xué)生要建構(gòu)穩(wěn)態(tài)和反饋的概念需要一定的生物學(xué)事實做基礎(chǔ)。與此有關(guān)的生物學(xué)事實內(nèi)容很多，課程標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)容的選取上有主有次。在個體水平上，本模塊重點是人體的穩(wěn)態(tài)，動物生命活動的調(diào)節(jié)也大都以人體為例。在群體水平上，本模塊重點是生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)。 在科學(xué)方法方面，本模塊重在系統(tǒng)分析和建構(gòu)模型的方法。系統(tǒng)分析是明確系統(tǒng)的邊界后，在分析系統(tǒng)組成要素、層次結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)

12、上，分析系統(tǒng)各組分間相互影響的定量關(guān)系，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并利用計算機(jī)對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使系統(tǒng)具有功能整合作用的問題分析方法。一般包括四個階段：第一階段是定性分析，包括劃分系統(tǒng)邊界、確定系統(tǒng)組分、分析系統(tǒng)層次、明確問題及研究目標(biāo)；第二階段為定量研究階段，包括定量研究各組分間的影響關(guān)系、建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型；第三階段為模型分析階段，是在認(rèn)識系統(tǒng)動態(tài)規(guī)律的基礎(chǔ)上，確定系統(tǒng)模型的參數(shù)，進(jìn)行模型試驗，優(yōu)化系統(tǒng)功能；第四階段為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化階段，是通過模擬分析，優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實行系統(tǒng)調(diào)控，使系統(tǒng)具有系統(tǒng)功能整合特性，實現(xiàn)優(yōu)化的系統(tǒng)功能。限于高中學(xué)生的發(fā)展水平和需要，本模塊并不要求學(xué)生掌握如此完整的系統(tǒng)分析方法

13、，而是重在領(lǐng)悟系統(tǒng)方法的思想，初步學(xué)會從系統(tǒng)的整體出發(fā)，分析整體與局部、部分與部分、整體與外部環(huán)境之間的相互關(guān)系。在進(jìn)行有關(guān)系統(tǒng)分析的探究活動時，主要做系統(tǒng)分析的第一階段的工作，有些活動可深入到第二階段，比如建立種群增長的數(shù)學(xué)模型。 在情感態(tài)度價值觀方面，一是關(guān)注生物科學(xué)的發(fā)展與社會的關(guān)系，如“評述植物激素的應(yīng)用價值”、“探討動物激素在生產(chǎn)中的應(yīng)用”、“關(guān)注艾滋病的流行和預(yù)防”；二是形成環(huán)境保護(hù)意識，樹立人與自然和諧發(fā)展的觀念，如“關(guān)注全球性生態(tài)環(huán)境問題”、“形成環(huán)境保護(hù)需要從我做起的意識”等。 4 對教學(xué)策略、教學(xué)活動的建議 4.1 關(guān)于基本概念和原理的教學(xué)，教師應(yīng)積極組織學(xué)生開展相關(guān)

14、活動，通過活動來建構(gòu)知識 個體水平的調(diào)節(jié)與穩(wěn)態(tài)，內(nèi)容比較抽象，如果僅憑教師講述，學(xué)生很難真正理解?？梢栽O(shè)計資料分析、模型建構(gòu)、思考與討論等活動，讓學(xué)生通過探究性學(xué)習(xí)活動，來完成知識的建構(gòu)。例如，關(guān)于動物的激素調(diào)節(jié)，可以讓學(xué)生分析人們對激素的認(rèn)識過程，從而建構(gòu)激素的概念；再聯(lián)系日常生活中的實例，如飯后大量的葡萄糖吸收到體內(nèi)，但血液中的葡萄糖濃度只有短暫的升高，很快就恢復(fù)正常，讓學(xué)生討論吸收到體內(nèi)的大量的葡萄糖到哪里去了，為引出胰島素的知識做鋪墊；然后做模型建構(gòu)活動：用不同顏色的卡片代表葡萄糖、糖原、胰島素、胰高血糖素，以小組為單位模擬吃飯后和運動后體內(nèi)葡萄糖、糖原、胰島素、胰高血糖素的變化，建構(gòu)

15、血糖調(diào)節(jié)模型。 種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)容，屬于宏觀生物學(xué)范疇，教師應(yīng)當(dāng)多聯(lián)系生產(chǎn)和生活實際，比如，聯(lián)系有關(guān)蝗災(zāi)的報到，讓學(xué)生討論蝗災(zāi)大發(fā)生的原因是什么；聯(lián)系漁業(yè)生產(chǎn)中合理捕撈量的確定問題，引導(dǎo)學(xué)生討論種群數(shù)量的變化規(guī)律。教師還應(yīng)當(dāng)提供較多的考察當(dāng)?shù)胤N群、群落和生態(tài)系統(tǒng)的機(jī)會。比如關(guān)于課程標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的“討論某一生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)”，教師可組織學(xué)生實地考察一個生態(tài)系統(tǒng)，如一個池塘、一塊農(nóng)田等，然后引導(dǎo)學(xué)生討論這個生態(tài)系統(tǒng)的組成成分以及各組分之間的關(guān)系。課程標(biāo)準(zhǔn)的活動建議中提出的“探究培養(yǎng)液中酵母種群數(shù)量的動態(tài)變化”等，應(yīng)當(dāng)積極指導(dǎo)學(xué)生完成。 4.2 應(yīng)當(dāng)通過各種活動讓學(xué)生領(lǐng)悟有關(guān)科學(xué)方法 本模塊

16、涉及的科學(xué)方法主要有以下幾個方面：系統(tǒng)分析的方法、建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的方法、取樣調(diào)查的方法以及實驗方法等。對于這些內(nèi)容，教師應(yīng)當(dāng)避免將方法論當(dāng)做知識來講授，應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生通過活動來領(lǐng)悟。比如關(guān)于取樣調(diào)查的方法，常見的有樣方法和標(biāo)志重捕法等。樣方法應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生通過實地調(diào)查來體會和運用，標(biāo)志重捕法可以通過模擬活動讓學(xué)生領(lǐng)悟。 4.3 應(yīng)當(dāng)落實科學(xué)、技術(shù)、社會相互關(guān)系的教育 本模塊中個體和群體水平的穩(wěn)態(tài)與環(huán)境的內(nèi)容，都與人們的日常生活和生產(chǎn)實踐有著密切的關(guān)系，比如，人體的許多疾病都是穩(wěn)態(tài)失調(diào)的結(jié)果，諸多環(huán)境問題又是生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)失調(diào)的結(jié)果?？茖W(xué)技術(shù)成果的運用，在滿足人們某些愿望的同時，往往又帶來一些始料不及的問題，如環(huán)境激素的問題、生物多樣性銳減的問題、臭氧層破壞的問題等。教師應(yīng)當(dāng)鼓勵學(xué)生親自調(diào)查或廣泛搜集資料，再通過課堂討論，加深對科學(xué)、技術(shù)、社會相互關(guān)系的認(rèn)識，提高參與社會事務(wù)的討論和公眾決策的能力。 5 用心 愛心 專心