淺談“生命觀念”中的“結構與功能觀”在高中生物教學中的滲透

呂宏錕?張紅亮?岳莉莉?李輝?未曉巍

摘 要：教育部制定的《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》中提出了高中生物學科核心素養(yǎng)的概念，其核心內(nèi)容包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四個方面。生命觀念是能夠理解或解釋生物學相關事件和現(xiàn)象的意識、觀念和思想方法，而結構與功能觀作為生物學中的基礎觀念，也是生命觀念的重要內(nèi)容之一。結構與功能之間的關系在高中生物知識中有著非常廣泛的體現(xiàn)。高中生物教材通過呈現(xiàn)具體教學內(nèi)容，為學生的生命觀念的整體培養(yǎng)做了文字上的準備，為學生生物學科核心素養(yǎng)的培育與形成奠定基礎。文章著眼于高中生物學科教學的總體目標，從基礎概念的引入、教學媒介的選擇、真實情境的創(chuàng)設、知識點的立體延伸四個角度簡要闡述如何在實際生物教學中滲透結構與功能觀，旨在為同行的課堂教學提供思路，為培養(yǎng)學生的生物學科核心素養(yǎng)尋求可行的路徑。

關鍵詞：高中生物教學；結構與功能觀；滲透

基金項目：2020年度吉林師范大學教育教學改革研究課題“‘互聯(lián)網(wǎng)+背景下生物技術創(chuàng)新實驗數(shù)字化課程體系的構建與實施”（202036）。

作者簡介：呂宏錕（1987—），男，吉林師范大學在讀碩士研究生，吉林省長春市第十七中學。

張紅亮（1982—），男，吉林省長春市第十七中學。

岳莉莉（1986—），女，吉林省長春市第十七中學。

李 輝（1967—），女，吉林省長春市第十七中學。

通信作者：未曉?。?986—），女，吉林師范大學。

結構與功能觀是指對生命體完成正?；顒铀璧纳锝Y構和對應功能之間的關系的了解和分析［1］。在結構與功能觀中，結構和功能之間既辯證又統(tǒng)一［2］。在生物學中，探索物質(zhì)、細胞、器官、組織或系統(tǒng)等層次的結構與其具有的功能之間的聯(lián)系，是生物學科經(jīng)久不衰的研究基礎［3］。在過去較為傳統(tǒng)的教學中，多數(shù)教師對于教學的認知更多是傳授知識，經(jīng)常指導學生死記硬背教師傳授的知識，沒有在教學中對結構與功能觀進行有意識的滲透［4］。針對這種情況，教師應深刻領悟到傳統(tǒng)的課堂教學理念中存在的方向上的錯誤和理論上的欠缺，要深刻理解結構與功能觀，并以此指導教學，與教學內(nèi)容有機結合，在教學過程中對結構與功能觀等生命觀念進行有準備、有意識的滲透，幫助并促進學生轉(zhuǎn)變學習方式和觀念，逐漸建立起生物學科核心素養(yǎng)［5］。

一、以基礎概念為切入點

在高中生物學科教學中，掌握基礎概念一直是教師的“教”與學生的“學”的重點。教學內(nèi)容主要承載于基礎概念中，教材中的知識點基本都由基礎概念支撐［6］。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，部分學生對生物學科知識點的理解相對較淺，未能形成系統(tǒng)的知識架構；部分教師仍停留在通過考查背誦情況評價學生的學習效果，并沒有利用知識點去引領學生思考、探索生命的本質(zhì)與相關規(guī)律。因此，教師應整體把握教材內(nèi)容，不斷挖掘其內(nèi)涵，以基礎概念為切入點，提煉出能用于結構與功能觀的教學內(nèi)容并將其應用于教學，在引導學生學習基礎概念的過程中，將看似分散的細節(jié)知識上升到更為高階的具有規(guī)律性的觀念層次。

細胞的基本結構是生物學中的重要內(nèi)容，它涵蓋了多種細胞結構的基礎概念［7］。在教學設計過程中，教師應注意挖掘和強調(diào)基礎概念［8］。例如，細胞膜的基本骨架由磷脂雙分子層構成，蛋白質(zhì)分子以不同的方式“鑲”“嵌”或“貫穿”在基本骨架中。由于骨架上的磷脂分子和大部分蛋白質(zhì)分子是可流動的，導致細胞膜形成了具有一定流動性的結構特點。膜表面存在起到識別功能的蛋白質(zhì)以及膜中存在特異性的轉(zhuǎn)運蛋白，這些結構的存在為控制各種物質(zhì)進出細胞創(chuàng)造了條件。細胞膜的這種結構決定了其具有對物質(zhì)進出細胞進行控制的功能，也決定了細胞膜具有選擇透過性的功能特點。

教師應在教學過程中闡明這種結構與功能的聯(lián)系，而不只是讓學生背誦關于細胞膜的結構與功能的知識內(nèi)容。在完成細胞的基本結構的教學后，教師可以引導學生嘗試通過概念圖的方式呈現(xiàn)本單元的基礎概念中所體現(xiàn)的結構與功能的關系。概念圖的直觀性可以幫助學生理解“細胞并非是簡單的組分堆砌組成，而是需要通過組分之間的結構和功能聯(lián)系來形成一個統(tǒng)一整體”的大概念，使學生在觀念層次——結構和功能觀上理解并整合所學內(nèi)容。

二、選用直觀的教學媒介

有的生物教師在課堂教學中傾向于使用純理論的方式，以文字和圖示為媒介來實現(xiàn)相關教學目標。然而，這種方式的實際效果并不理想，當教師要求學生機械地學習概念性內(nèi)容時，往往會讓學生產(chǎn)生錯誤的認知方式，導致學生對學科的本質(zhì)產(chǎn)生誤解，很難對學習內(nèi)容產(chǎn)生興趣，甚至產(chǎn)生排斥和厭煩的情緒。生物學中不乏分子水平及細胞水平層面的解釋，但這些微觀結構很難通過肉眼觀察或根本無法觀察，因此，用文字和圖示去闡釋物質(zhì)、細胞和生命活動的相關規(guī)律并不夠直觀［9］。此時，教師應該選用更加直觀的媒介輔助教學，例如視頻資源，結合聲音和動態(tài)畫面的視頻資料比文字和圖示更加直觀。多媒體能夠提高學生對相關內(nèi)容的學習興趣，并且可以更有效地對一些抽象的現(xiàn)象進行展示和解釋［10］。

人教版高中生物必修一第五章《細胞的增殖》涉及細胞的有絲分裂，但由于細胞的有絲分裂的過程是無法直接用肉眼觀察到的，如果教師直接給學生展示顯微結構或亞顯微結構下拍攝的照片，圖像的清晰度問題可能會使學生對細胞各部分結構的認識更加模糊。因此，更合適的方法是使用經(jīng)過處理的較為規(guī)則的示意圖去展現(xiàn)。但是有絲分裂的過程是動態(tài)的，靜態(tài)圖片不如動畫直觀，因此，這些內(nèi)容適合用動畫的方式去呈現(xiàn)。教師在準備教學的過程中可以搜集一些精心制作的有絲分裂相關的三維動畫作為教學資源。在進行教學時，教師可以先讓學生觀看有絲分裂的三維動畫錄像，再展示靜態(tài)示意圖。錄像和圖片最好配合一些文字指示，這樣有絲分裂過程中發(fā)生的細胞核、染色體和細胞質(zhì)等結構的變化就能以非常直觀的形式呈現(xiàn)。教師可以在適宜的時機提出問題，如核膜、核仁、染色體形態(tài)結構產(chǎn)生了什么變化，紡錘體的組成及功能分別是什么等問題。通過直觀的教學媒介，學生更容易弄懂這些問題，更容易理解結構和功能的關系。

在進行人教版高中生物必修二第三章《DNA的結構》教學的過程中，學生閱讀關于DNA分子結構的文字部分的介紹后，能對DNA的結構有初步的印象。但由于我們無法直接觀察到DNA的真實結構，因此這部分內(nèi)容比較抽象。盡管教材中有相應的平面及空間結構示意圖，教師也可以向?qū)W生展示關于DNA分子的三維結構動畫，但這些形式仍然不夠直觀。因此，教師可以采用物理模型作為輔助，幫助學生更好地理解DNA分子的結構，理解DNA分子適合儲存大量的遺傳信息的原因。教師可以在課堂中向?qū)W生展示制作好的DNA分子的物理模型，并設計活動指導學生在課堂中使用準備好的材料制作DNA分子的物理模型。通過制作物理模型，學生可以更好地觀察和理解DNA分子的結構，同時也更容易理解DNA分子結構與功能之間的聯(lián)系。

三、創(chuàng)設真實情境

學習的最終目的并非存儲知識，而是將知識用于指導實踐，并在實踐中繼續(xù)完善知識［11］。教師要倡導學生多留意身邊的生命現(xiàn)象，鼓勵學生用已學的生物學知識去解釋或解決在生活中遇到的問題［12］。

學生學習了“細胞不能無限長大的原因”這部分內(nèi)容后，能了解到細胞在體積增大的同時，其細胞相對表面積卻在變小，導致細胞運輸物質(zhì)的效率變低。教師可以通過列舉一些蘊含此原理的常見生活現(xiàn)象作為問題來提問學生。例如，在腌制咸菜時，為什么將蔬菜切成小塊比切成大塊更容易入味？在炎熱的夏季，剩飯、剩菜很容易遭到細菌的“攻占”而快速腐敗，為什么在夏季細菌的繁殖速度如此之快？許多學生對這些生活現(xiàn)象熟視無睹，在日常生活中，這些問題并不會引起他們的關注。但是，當他們真正理解了細胞的相對表面積與細胞大小的關系之后，經(jīng)過教師的提問，學生就會注意到這些問題，并嘗試運用所學原理去解釋這些現(xiàn)象。例如，小塊的蔬菜相對于大塊蔬菜的表面積更小，所以更容易入味；細菌的存活和繁殖需要適合的溫度，因此有的細菌在夏季繁殖速度很快。通過教師的指引，學生會注意到生活中許多結構與功能觀的實例，并產(chǎn)生好奇心。他們甚至會主動尋找這些問題并思考，開始自行嘗試運用已掌握的知識解釋生活中的現(xiàn)象。通過教師創(chuàng)設的真實情境，學生可以及時地將所學知識加以運用，使知識有了用武之地，同時也讓學生收獲了不同于傳統(tǒng)教學的體驗。學生通過教師創(chuàng)設的真實情境，舉一反三，擺脫了以往對知識點的死記硬背，非常自然地加強了對結構與功能觀的理解和運用。

四、立體延伸知識點

結構與功能的相呼應不僅僅在生物教材的某一章節(jié)有所體現(xiàn)，在許多章節(jié)也同樣有所體現(xiàn)，因此可以說結構與功能觀貫穿整個教材［13］。教師在講到某一章節(jié)的某個知識點時，可以適當對知識點進行橫向或縱向的立體延伸［14］。

例如，人教版高中生物教材必修一中有一個關于蛋白質(zhì)的知識點：蛋白質(zhì)因受某些物理或化學因素的影響，分子的空間構象被破壞，從而導致其理化性質(zhì)發(fā)生改變并失去原有的生物學活性的現(xiàn)象，稱之為蛋白質(zhì)的變性。教師可以將這一知識點進行橫向延伸。例如，教學人教版高中生物必修二中關于基因突變的內(nèi)容時，教師可以介紹鐮狀細胞貧血患者的基因突變情況。患者細胞中指導血紅蛋白合成的基因發(fā)生突變，導致構成血紅蛋白的肽鏈中的某個氨基酸被替換，使得血紅蛋白結構異常，進而引起紅細胞變形，導致運輸氧氣的能力大大降低，造成患者出現(xiàn)嚴重的貧血癥狀。

教師還可以進行縱向延伸，如人教版高中生物選擇性必修二《生態(tài)系統(tǒng)的結構》一節(jié)中，可以介紹生態(tài)系統(tǒng)的結構與功能的關系：生態(tài)系統(tǒng)的結構一旦遭到破壞，生態(tài)系統(tǒng)的能量流動、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞這三大功能就會失調(diào)，導致整個生態(tài)系統(tǒng)全面失衡。再如，選擇性必修一中的“神經(jīng)元的結構”知識點：軸突一般比較長，能將接收到的信號傳遞到其他神經(jīng)元，而樹突一般比較短但數(shù)量多，有利于接收來自其他神經(jīng)元傳遞的化學信號。在課堂教學中，將知識點進行立體延伸主要適用于復習課，教師通過設計恰當?shù)闹R立體延伸，可以引導學生探求不同生命現(xiàn)象的共性規(guī)律，進一步強化學生對結構與功能觀的體會。

綜上所述，基礎概念是觀念滲透的切入點，直觀的教學媒介可以將抽象的觀念具體化，真實情境的創(chuàng)設將觀念從生活場景中再現(xiàn)，知識點的立體延伸強化了觀念的樹立。教師在教學中應嘗試從多個角度對結構與功能觀進行滲透，包括但不限于以上所提及的幾種途徑。同時，教師也要注意以下幾個重要的問題：第一，觀念的形成是循序漸進的，需要時間與過程，不能急于求成；第二，教師應對所授教材開展全面的閱讀與研究，準確理解教材，樹立全局觀，對教學內(nèi)容進行整體的規(guī)劃與設計，切忌斷章取義、隨意發(fā)揮；第三，教師要將生命觀念融入練習題的設計當中，強化學生運用生命觀念分析題目的能力，促進學生運用規(guī)范性的語言闡釋生命觀念。

對高中生結構與功能觀的培養(yǎng)，旨在為他們生命觀念的形成打下堅實的基礎，有利于學生客觀看待生命現(xiàn)象及其本質(zhì)，理解生命的意義。教師應努力強化學生思維的邏輯性，將生物學知識由淺顯的知識層次上升到觀念層次，逐步提升學生的思維，使學生建立符合時代、社會所需的價值觀，形成必備品格和獲得關鍵能力，培養(yǎng)學生生物學科核心素養(yǎng)。

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