歡迎訂閱2017年《中學(xué)生物學(xué)》增刊“學(xué)業(yè)水平測(cè)試研究和應(yīng)對(duì)”專輯

學(xué)習(xí)環(huán)，也譯為學(xué)習(xí)循環(huán)，是20世紀(jì)60年代美國(guó)學(xué)者阿特金和卡普拉斯在科學(xué)課程改善研究中提出來(lái)的一種探究教學(xué)模式。經(jīng)過(guò)研究和實(shí)踐，學(xué)習(xí)環(huán)在中小學(xué)科學(xué)教育中取得了良好的教育效果。

學(xué)習(xí)環(huán)模式是圍繞著“概念”開(kāi)展探究教學(xué)的，注重學(xué)習(xí)者親歷探究的過(guò)程。經(jīng)驗(yàn)誘導(dǎo)型學(xué)習(xí)環(huán)包括“概念探索、概念引入介紹和概念應(yīng)用”3個(gè)階段（圖1），注重利用學(xué)生已有的知識(shí)。因此，教師在概念探索階段提出和其先前知識(shí)有關(guān)的因果問(wèn)題，學(xué)生可依此提出假設(shè)，嘗試解釋該因果問(wèn)題。筆者嘗試借助“經(jīng)驗(yàn)誘導(dǎo)型”學(xué)習(xí)環(huán)，從“細(xì)胞—個(gè)體一群體”的生命系統(tǒng)各層次學(xué)習(xí)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制，幫助學(xué)生深入理解概念的本質(zhì)，生命活動(dòng)的本質(zhì)和規(guī)律，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的整合。

1 概念探索

生命系統(tǒng)通過(guò)信息交流和反饋調(diào)節(jié)等活動(dòng)維持其自身穩(wěn)定，執(zhí)行其正常功能，該部分內(nèi)容將對(duì)整個(gè)高中生物學(xué)習(xí)起到一個(gè)主導(dǎo)、貫穿的作用。生命系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的維持是調(diào)節(jié)的結(jié)果，那么，是靠什么來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)的呢？教師提出一個(gè)描述性的因果問(wèn)題：如圖2所示的甲、乙兩曲線變化過(guò)程能夠解釋什么現(xiàn)象。這樣引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已有學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)搜集，并呈現(xiàn)出來(lái)。學(xué)生可從中獲得：若乙表示甲狀腺激素含量變化，則甲可表示由垂體分泌的促甲狀腺激素含量變化；若乙表示甲狀腺激素含量變化，切除動(dòng)物的甲狀腺，則甲所表示的物質(zhì)分泌增多；若圖表示的是草原生態(tài)系統(tǒng)中狼和羊兩個(gè)種群的數(shù)量變化，則甲表示狼的種群變化，乙表示羊的種群變化。

在本階段，教師盡量少給學(xué)生指導(dǎo)，放手讓學(xué)生自發(fā)地搜索高中教材中涉及的調(diào)節(jié)過(guò)程，并形成自己的觀點(diǎn)。在教材的指導(dǎo)下，教師將不同模塊的知識(shí)進(jìn)行整合，并梳理反饋調(diào)節(jié)的概念層次，確定本節(jié)課的知識(shí)主線。

評(píng)析：學(xué)生經(jīng)過(guò)新課內(nèi)容的學(xué)習(xí)之后，仍缺乏知識(shí)的整合，對(duì)具體知識(shí)仍是“割裂”式儲(chǔ)存。根據(jù)已有的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生較易從個(gè)體水平的激素調(diào)節(jié)、群體水平的種群數(shù)量變化或生態(tài)水平的種群間的數(shù)量變化來(lái)談對(duì)內(nèi)環(huán)境問(wèn)題和生態(tài)系統(tǒng)問(wèn)題的調(diào)節(jié)。

2 概念引介

這一環(huán)節(jié)中，教師指導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)科學(xué)概念，學(xué)生通過(guò)解釋所學(xué)習(xí)的概念和探究過(guò)程，將經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行抽象化和理論化。教師通過(guò)呈現(xiàn)或補(bǔ)充具體案例，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行不同層次生命系統(tǒng)反饋調(diào)節(jié)的具體分析，建立反饋機(jī)制模型。在這個(gè)過(guò)程中，教師也應(yīng)適時(shí)澄清學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的錯(cuò)誤概念，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)概念的科學(xué)理解。

2.1 細(xì)胞水平的反饋調(diào)節(jié)

生命系統(tǒng)最基本的結(jié)構(gòu)層次是細(xì)胞，細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的維持可以通過(guò)調(diào)節(jié)化合物的合成和降解等來(lái)實(shí)現(xiàn)。細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)表現(xiàn)為細(xì)胞內(nèi)葡萄糖、O2、水分、細(xì)胞代謝產(chǎn)物等含量的相對(duì)穩(wěn)定，DNA結(jié)構(gòu)的相對(duì)穩(wěn)定等。細(xì)胞水平的反饋調(diào)節(jié)往往是為了避免細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)和能量的浪費(fèi)，保證代謝活動(dòng)經(jīng)濟(jì)而高效的進(jìn)行。如在光合作用的生化反應(yīng)中，若蔗糖合成或輸出受阻，使三碳糖磷酸大量積累于葉綠體基質(zhì)中，導(dǎo)致光反應(yīng)中合成ATP、NADPH數(shù)量下降，卡爾文循環(huán)減速。

2.2 個(gè)體水平的反饋調(diào)節(jié)

個(gè)體水平的反饋調(diào)節(jié)是生物個(gè)體維持穩(wěn)態(tài)的重要機(jī)制，該水平的反饋調(diào)節(jié)在教材中能找到較多實(shí)例，如血糖調(diào)節(jié)、體溫調(diào)節(jié)、甲狀腺激素的調(diào)節(jié)等。以體溫調(diào)節(jié)為例，恒溫動(dòng)物體溫的相對(duì)恒定是產(chǎn)熱和散熱平衡的結(jié)果。劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，細(xì)胞代謝旺盛，引起產(chǎn)熱量多，體溫升高，通過(guò)反射使甲狀腺激素等分泌減少來(lái)抑制產(chǎn)熱，通過(guò)汗腺分泌汗液增加、血管舒張血流量增大來(lái)增加散熱量，進(jìn)而使體溫下降。而當(dāng)體溫下降時(shí)，又可通過(guò)增加產(chǎn)熱，減少散熱來(lái)使體溫回升（圖5）。

2.3 群體水平的反饋調(diào)節(jié)

群體水平的反饋調(diào)節(jié)是生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力的基礎(chǔ)。例如，在森林中，當(dāng)害蟲數(shù)量增加時(shí)，食蟲鳥(niǎo)由于食物豐富，數(shù)量也會(huì)增多，這樣害蟲種群的增長(zhǎng)就會(huì)受到抑制（圖6）。

那么，生態(tài)系統(tǒng)中的反饋調(diào)節(jié)是否只發(fā)生在生物與生物之間？生物與非生物環(huán)境之間有無(wú)反饋調(diào)節(jié)？需要指出生物群落與非生物環(huán)境之間的反饋調(diào)節(jié)也是普遍存在的，例如火災(zāi)過(guò)后，森林中的種群密度降低，但光照更充足、土壤的無(wú)機(jī)養(yǎng)料因大火灰燼的補(bǔ)充而增多，新的植株因此迅速生長(zhǎng)。植物的生長(zhǎng)又為動(dòng)物的生長(zhǎng)提供條件，森林中多種生物種群密度因此增加（圖7）。

教師進(jìn)一步提出學(xué)生存在的困惑：在自然環(huán)境中，種群密度是否會(huì)限制種群數(shù)量的增長(zhǎng)？如何理解？這其實(shí)也是一個(gè)種群內(nèi)個(gè)體的反饋調(diào)節(jié)問(wèn)題。在種群數(shù)量增長(zhǎng)的過(guò)程中，當(dāng)數(shù)量的增長(zhǎng)超過(guò)環(huán)境容納量時(shí)，種群密度就會(huì)制約種群進(jìn)一步的發(fā)展，病原物和寄生物的傳播速度增大，使死亡率增加；在種群密度高的年份，鳥(niǎo)類可以通過(guò)領(lǐng)域行為使種群數(shù)量下降；嚙齒類動(dòng)物在種群密度過(guò)大時(shí)，會(huì)通過(guò)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)使種群數(shù)量迅速下降。而種群數(shù)量減少時(shí)，密度制約作用又減弱，使種群數(shù)量增長(zhǎng)。所以在種群層面上的反饋調(diào)節(jié)一般是通過(guò)密度制約因素實(shí)現(xiàn)的。

在分析了生命系統(tǒng)不同層次的反饋調(diào)節(jié)案例及模型構(gòu)建后，教師繼續(xù)追問(wèn)：反饋調(diào)節(jié)是否僅指負(fù)反饋調(diào)節(jié)？在細(xì)胞、個(gè)體、群體水平有無(wú)正反饋調(diào)節(jié)？通過(guò)分析，學(xué)生不難找出教材中的實(shí)例：如果一個(gè)湖泊受到了污染，魚類的數(shù)量就會(huì)因死亡而減少，死魚腐爛后又會(huì)進(jìn)一步加重污染并引起更多魚的死亡（圖8）。另外，神經(jīng)纖維膜上達(dá)到閾值時(shí)Na+通道開(kāi)放過(guò)程、傷口的血液凝固過(guò)程、群落的演替等都是正反饋調(diào)節(jié)。

最后聯(lián)系細(xì)胞、個(gè)體和群體三個(gè)層次，教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)反饋調(diào)節(jié)的概念：在一個(gè)系統(tǒng)中，系統(tǒng)本身的工作效果，反過(guò)來(lái)又作為信息調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的工作，這種調(diào)節(jié)方式叫做反饋調(diào)節(jié)。反饋信息與原輸入信息起相反作用，使輸出信息減弱的調(diào)節(jié)是負(fù)反饋；而反饋信息與原輸入信息起相同作用，使輸出信息進(jìn)一步增強(qiáng)的調(diào)節(jié)是正反饋。

評(píng)析：在對(duì)案例的分析和構(gòu)建各個(gè)層次生命系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)模型中，學(xué)生不僅在形式上積極參與，實(shí)質(zhì)上也是積極主動(dòng)思考，通過(guò)分析、比較、歸納等思維活動(dòng)，建構(gòu)正確概念。而由于負(fù)反饋調(diào)節(jié)在生理活動(dòng)中涉及面廣，并通過(guò)不斷“糾正”控制信息來(lái)維持穩(wěn)態(tài)，其重要性的確大于正反饋；而正反饋的意義在于使生理過(guò)程不斷加強(qiáng)，甚至完成生理過(guò)程。所以在教學(xué)中，教師要做一些補(bǔ)充說(shuō)明，便于學(xué)生更容易理解反饋調(diào)節(jié)作用。

3 概念應(yīng)用

這一環(huán)節(jié)旨在使學(xué)生通過(guò)應(yīng)用深入理解概念，將所學(xué)概念拓展于新情境中，以獲得更高層次的能力提升。通過(guò)以問(wèn)題為中心的活動(dòng)，檢測(cè)學(xué)生對(duì)“生命系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)”概念的理解，引導(dǎo)學(xué)生看到科學(xué)概念在日常生活經(jīng)驗(yàn)和社會(huì)實(shí)踐中的應(yīng)用與意義，鼓勵(lì)學(xué)生自我評(píng)價(jià)及反思。

案例1：地方性甲狀腺腫的主要病因是缺碘，該病主要多見(jiàn)于遠(yuǎn)離沿海及海拔高的山區(qū)，嘗試根據(jù)反饋調(diào)節(jié)的機(jī)理解釋原因。

案例2：河流生態(tài)系統(tǒng)受到含大量有機(jī)物的生活污水輕度污染后又凈化過(guò)程中，水中溶解氧含量是如何變化的？

案例3：根據(jù)種群密度的反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，若僅通過(guò)器械捕殺、藥物毒殺等措施對(duì)鼠等有害動(dòng)物的防治，會(huì)帶來(lái)什么現(xiàn)象？如何運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決這一問(wèn)題？

評(píng)析：這個(gè)環(huán)節(jié)中，學(xué)生將已建構(gòu)的生命系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)概念擴(kuò)展到新的情境中，運(yùn)用于生活之中，如疾病的分析、生態(tài)問(wèn)題的解決，并獲得更多的信息和更高層次的技巧。此環(huán)節(jié)中，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生善于正確使用剛獲得的概念“生命系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)”，那些還沒(méi)有真正掌握概念的學(xué)生經(jīng)過(guò)此過(guò)程，他們對(duì)此會(huì)有更深的理解。另外，值得討論的是：下一個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)的課題是什么？?jī)烧咧g有什么聯(lián)接點(diǎn)？比如，在案例3的分析中，學(xué)生將聯(lián)系“環(huán)境容納量”這一概念進(jìn)行分析，這又為新一輪的學(xué)習(xí)環(huán)教學(xué)提供素材。

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