例談單元視域下專題知識的有效整合與生命觀念的形成

陳曉穎

（福建省福州華僑中學(xué) 福建福州 350009）

在新課教學(xué)中，教師一般是按照教材章節(jié)編訂的先后順序?qū)嵤┦谡n，學(xué)生容易忽視聯(lián)系和遷移，導(dǎo)致知識碎片化，即便之后多次復(fù)習(xí)，也難免產(chǎn)生思維定勢，以至于無法將知識融會貫通和靈活運用。針對這一問題，在高三復(fù)習(xí)課中，教師可采取專題備課的策略，創(chuàng)設(shè)適合的情境作為切入點，有效整合具有內(nèi)在關(guān)聯(lián)的不同章節(jié)甚至不同模塊的內(nèi)容，幫助學(xué)生構(gòu)建學(xué)科知識體系，形成系統(tǒng)化的生命觀念。下文以高中生物學(xué)教材中若干個相關(guān)單元為例，淺談專題知識的有效整合如何促進學(xué)生形成生命觀念。

1 整合光合作用、呼吸作用等細胞代謝過程與葉綠體、線粒體結(jié)構(gòu)相關(guān)知識，形成物質(zhì)與能量觀

光合作用和呼吸作用等細胞代謝過程涉及能量的轉(zhuǎn)換，能量以物質(zhì)作為載體，故細胞代謝離不開物質(zhì)結(jié)構(gòu)的支持。

復(fù)習(xí)課上，教師先布置學(xué)生默繪出光合作用和呼吸作用全過程圖解，要體現(xiàn)出各個階段的生物化學(xué)反應(yīng)，包括需要的條件如酶、色素等。學(xué)生自然能夠聯(lián)想到為各階段反應(yīng)提供物質(zhì)支持的場所，并分析各類環(huán)境因素對光合作用和呼吸作用強度的影響。

接著，教師引導(dǎo)學(xué)生分析在光合作用和呼吸作用強度不同的前提下，葉肉細胞中葉綠體和線粒體之間的物質(zhì)供應(yīng)，以及細胞與外界環(huán)境的物質(zhì)交換，主要涉及CO2、O2和C6H12O6的供需情況。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生能夠更好地領(lǐng)會實際光合作用和凈光合作用的區(qū)別和聯(lián)系。

然后，學(xué)生可以嘗試歸納物質(zhì)和能量代謝的規(guī)律。教師要求學(xué)生寫出光合作用和呼吸作用中C元素、H元素以及O元素的轉(zhuǎn)化路徑，如同位素原子出現(xiàn)在物質(zhì)中的先后順序；將光合作用和呼吸作用中不同形式能量的轉(zhuǎn)換放置到生態(tài)系統(tǒng)的成分如生產(chǎn)者、消費者的能量輸入和輸出路徑中，以便學(xué)生從根本上理解生物圈的最終能量來源是太陽光、物質(zhì)是能量的載體以及ATP被稱為“能量通貨”的原因。

最后，教師提供內(nèi)共生學(xué)說的相關(guān)資料，從進化的角度上引導(dǎo)學(xué)生探討這兩種與能量轉(zhuǎn)換密切相關(guān)的細胞器的來源，從而使學(xué)生更好地理解線粒體和葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能特點，如它們都是雙層膜，具有類似擬核的環(huán)狀DNA，內(nèi)部還包含核糖體等，這些都是它們成為半自主細胞器的關(guān)鍵。

2 對應(yīng)變異類型與遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次，形成生命的信息觀

遺傳和變異這部分內(nèi)容的重難點是遺傳定律的細胞學(xué)基礎(chǔ)以及它們與可遺傳變異類型之間的關(guān)系。教師可以“脫氧核苷酸—基因—DNA—染色體—細胞—個體”為主線，先引導(dǎo)學(xué)生歸納兩兩相鄰概念之間的從屬關(guān)系和數(shù)量關(guān)系，可借助集合的韋恩圖來表示。接著，學(xué)生歸納變異的類型，畫出樹形概念圖，然后把每一種變異類型定位在以上遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)層次的主線上。例如，基因水平上可以發(fā)生的變異是基因突變，原因是脫氧核苷酸的增減或替換；染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目的變異則屬于染色體層次，常常因為細胞分裂過程中出現(xiàn)差錯而導(dǎo)致染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目發(fā)生改變，進而影響到基因的數(shù)目和排列順序；基因重組的自由組合和交叉互換都是在細胞減數(shù)分裂過程中染色體層面發(fā)生的行為變化而導(dǎo)致的基因重新組合，廣義的基因重組還包含了基因工程（基因拼接技術(shù)）以及以肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗為代表的DNA水平的整合。

接著，教師引導(dǎo)學(xué)生繪制有絲分裂和減數(shù)分裂各時期染色體變化規(guī)律的細胞圖，并在染色體上標注基因。學(xué)生可以清楚地觀察到復(fù)制得到的相同基因、來源不同的等位基因以及非等位基因隨著染色體的分離和組合何去何從，也可以直接發(fā)現(xiàn)有絲分裂的親代和子代細胞遺傳的穩(wěn)定性，而減數(shù)分裂產(chǎn)生的配子在遺傳物質(zhì)組成上具有多樣性。這種標注基因在染色體上的定位的方法還可以用于表示各種可遺傳的變異，如產(chǎn)生新基因的是基因突變，基因數(shù)目和在染色體上的位置沒有變化，突變的基因本身變成了它的等位基因；而染色體結(jié)構(gòu)的變異則會導(dǎo)致基因的數(shù)目和排列順序發(fā)生改變；染色體的數(shù)目變異更是在基因的數(shù)目上造成增減?；蛑亟M的自由組合和交叉互換也可以用這種方式表示。

3 整合基因的表達與細胞結(jié)構(gòu)和功能等相關(guān)知識，形成結(jié)構(gòu)與功能觀

在以往的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生能夠熟練背誦中心法則，卻不理解這一揭示生物界遺傳信息流動的本質(zhì)規(guī)律在生命科學(xué)領(lǐng)域中的重要地位。在復(fù)習(xí)課上，教師可創(chuàng)設(shè)一個整體情境，以某種分泌蛋白在細胞內(nèi)的合成和分泌過程為例，將基因的表達、蛋白質(zhì)的合成加工與細胞各部分結(jié)構(gòu)和功能關(guān)聯(lián)起來。

“細胞工廠”的情境可使這個過程形象化：從胰島B細胞細胞膜表面的受體接收到信號分子開始，激活細胞核內(nèi)相應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄，就好比廠房接收到生產(chǎn)的指令；轉(zhuǎn)錄的過程，則相當于作為“設(shè)計部門”的細胞核開始調(diào)動DNA上的“設(shè)計圖紙”，并由mRNA攜帶著“設(shè)計圖紙的副本”到“生產(chǎn)車間”核糖體上指導(dǎo)生產(chǎn)，這個過程還需要原材料的供應(yīng)、裝配機器、運輸工和動力部門的能量供應(yīng)等多方配合；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體則充當了“加工車間”的角色，往來的囊泡也承擔起“物流部門”的職責；最后，具有生物活性的胰島素由廠房“推送上市”——經(jīng)由血液運輸，作用于靶細胞調(diào)節(jié)機體血糖濃度的變化。教師再由這個例子推及其他的細胞，不同的細胞基因的表達情況不同，從而導(dǎo)致細胞中合成的蛋白質(zhì)也不盡相同，進一步體現(xiàn)在生物的性狀上。這樣以流水生產(chǎn)線的方式，可以將細胞內(nèi)外的信息交流、細胞內(nèi)部的物質(zhì)合成及加工以及基因控制性狀這幾部分的概念串聯(lián)起來。

然后，教師引導(dǎo)學(xué)生歸納概括遺傳信息在細胞中流動的方向，即中心法則中體現(xiàn)的信息流向——DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯。最后，學(xué)生可以通過比較原核生物和真核生物的轉(zhuǎn)錄翻譯模式圖，以及不同類型的病毒在宿主細胞中的核酸復(fù)制和蛋白質(zhì)合成過程，將中心法則的信息流完整化。在這個學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生可以逐漸領(lǐng)悟到中心法則的遺傳信息流是整個生物界的共性。

4 整合機體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)與各器官、系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合等知識，形成穩(wěn)態(tài)與平衡觀

首先，教師提出問題：人體內(nèi)眾多的組織細胞如何與外界環(huán)境進行物質(zhì)交換？例如，組織細胞如何從外界環(huán)境中獲得生命活動必需的氨基酸、葡萄糖等營養(yǎng)物質(zhì)以及氧氣？細胞產(chǎn)生的各種代謝廢物又如何排出體外？此時，學(xué)生馬上聯(lián)想到：體內(nèi)的細胞都是浸浴在細胞外液中，也就是內(nèi)環(huán)境。所以，物質(zhì)交換是通過內(nèi)環(huán)境來實現(xiàn)的。因此，內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的維持就顯得尤為重要。內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)不僅僅是化學(xué)成分的相對穩(wěn)定，還包括了理化性質(zhì)的的動態(tài)平衡。接著，教師引導(dǎo)學(xué)生回憶學(xué)過的血糖、體溫、水鹽平衡等的調(diào)節(jié)機制，理解內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定是人體多個器官、系統(tǒng)協(xié)調(diào)作用的結(jié)果，也和信息傳遞密切相關(guān)。教師可進一步引導(dǎo)學(xué)生思考分別在神經(jīng)調(diào)節(jié)、體液調(diào)節(jié)和免疫調(diào)節(jié)中充當細胞之間信號分子的物質(zhì)，以及它們特異性識別并結(jié)合的受體細胞。通過這些教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生對內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的維持以及生命活動的調(diào)節(jié)將有更深入的認識。

5 總結(jié)

生物學(xué)教學(xué)旨在引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中升華理解和感悟，形成生命觀念，將課本知識靈活運用于具體的問題中，培養(yǎng)科學(xué)思維和解決問題的能力，培養(yǎng)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。學(xué)生在新授課的學(xué)習(xí)中需要一個適應(yīng)的入門過程，而復(fù)習(xí)課則是統(tǒng)合系統(tǒng)觀念的絕佳機會。復(fù)習(xí)課中，教師應(yīng)當注重學(xué)科知識的系統(tǒng)性和模塊化，從專題單元的視角制訂教學(xué)目標，站在生命觀念的高站位上進行整體規(guī)劃和課堂設(shè)計，對教材中的知識點進行有效梳理和適當整合。這樣，復(fù)習(xí)課就能跳出零散知識點的拼盤，煥發(fā)出靈動的生機和升華的魅力。