河北 蘇洪波

生物學核心素養(yǎng)是學生后天習得的終身受益成果，是公民基本素養(yǎng)的重要組成之一，是學生在解決真實情境中的生物學問題時所表現(xiàn)出來的必備品格和關(guān)鍵能力。生物學核心素養(yǎng)主要包括生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任等。2017年全國卷生物試題以真實、新穎的科學研究為情境，設(shè)置考題對考生進行全面考查，讓考生充分調(diào)用所學的知識，展示學科核心素養(yǎng)。不同的題目各有側(cè)重地體現(xiàn)生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任等素養(yǎng)。本文主要從“生命觀念”的視角進行分析。

一、什么是“生命觀念”

生命就是那些能夠通過自然選擇實現(xiàn)繁殖和進化的事物，是結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一體。生命觀念是指對觀察到的生命現(xiàn)象及相互關(guān)系或特性進行解釋后的抽象概念、是經(jīng)過實證后的想法或觀點、是能夠理解或解釋相關(guān)事件和現(xiàn)象的品格和能力。它更接近于以往所說的生物學思想，是當學生對于一些具體概念忘記后仍然留在大腦里、用于認識生命世界和解釋生命現(xiàn)象的東西，其形成是以核心概念的形成為基礎(chǔ)的。

2017版《高中生物學課程標準》列舉了4種生命觀念：結(jié)構(gòu)與功能觀、進化與適應觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、物質(zhì)與能量觀，現(xiàn)分別介紹如下：

（一）結(jié)構(gòu)與功能觀

生命系統(tǒng)存在著由細胞到生物圈的多個層次，每個層次都是結(jié)構(gòu)有序的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)的有序性與其功能相適應，即一定的結(jié)構(gòu)必然對應一定的功能，任何功能都需要一定的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。這種結(jié)構(gòu)和功能相適應，是長期進化所形成的，是生物適應環(huán)境的體現(xiàn)。如大腦是對全身起調(diào)控作用的器官，主要由神經(jīng)組織和結(jié)締組織構(gòu)成；磷脂分子的親水基團和疏水基團（結(jié)構(gòu)）與其作為生物膜的結(jié)構(gòu)組成成分（功能）相適應；細胞膜的磷脂雙分子層基本骨架（結(jié)構(gòu)）與其將細胞與外界環(huán)境分開（功能）相適應。

（二）進化與適應觀

進化與適應觀貫穿在整個生物學科之中，是統(tǒng)一生物學的主題。生物進化是“自然選擇”的過程，也是“適者生存”的過程。進化上的適應包括生存力提高和繁殖力提高兩層含義，而且是針對某一特定環(huán)境的適應，當時間和空間改變后，原來的適應與不適應都會發(fā)生相應的變化，引起物種的進化或淘汰。如種內(nèi)進化的本質(zhì)是種群基因頻率的定向改變；種間生物的協(xié)同進化等。

（三）穩(wěn)態(tài)與平衡觀

生命系統(tǒng)是開放的，內(nèi)部也時刻在發(fā)生物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)換，但多數(shù)時候又維持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，這種“動態(tài)平衡”的實現(xiàn)是通過調(diào)節(jié)完成的。自貝爾納和坎農(nóng)創(chuàng)立“內(nèi)穩(wěn)態(tài)”這一生理學概念以來，該概念得到了很大的擴充——小到細胞、組織的穩(wěn)態(tài)，大到器官、系統(tǒng)、整個機體的穩(wěn)態(tài)，以至種群、群落、甚至生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)。如人體內(nèi)環(huán)境的理化因素、種群數(shù)量的調(diào)節(jié)等。

（四）物質(zhì)與能量觀

物質(zhì)與能量的關(guān)系不僅是物理學的研究領(lǐng)域，也是生物學的基本觀點，是科學教育的大概念（big idea）之一。物質(zhì)的合成與分解總是伴隨著能量的吸收或釋放，如光合作用的本質(zhì)是無機物合成有機物，將光能轉(zhuǎn)變成化學能，儲存于有機物之中；細胞呼吸的本質(zhì)是有機物氧化分解，釋放能量。

二、教學實例

如何讓學生通過生物學概念建立生命觀念呢？在教學過程中，教師通過創(chuàng)設(shè)情境、提供事實性材料，在建模、論證、探究中生成概念的策略，在概念理解的基礎(chǔ)上，逐步形成生命觀念。在對具體知識內(nèi)容的教學時究竟該如何落實生命觀念呢？這個問題非常有挑戰(zhàn)性，需要不斷探索。筆者以人教版“分子與細胞”模塊中第3章第1節(jié)“細胞膜——系統(tǒng)的邊界”為例，討論相關(guān)方面的問題。

（一）學習內(nèi)容

本節(jié)學習內(nèi)容的《課程標準》要求是“概述細胞都由質(zhì)膜包裹，質(zhì)膜將細胞與外界環(huán)境分開，能控制物質(zhì)進出，并參與細胞間的信息交流”。

“概述”屬于知識性學習目標中的理解水平，這就要求學生收集、整理信息，利用已有知識進行解釋、推斷、提供證據(jù)，進而把握知識間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系。

通過對“組成細胞的分子”的學習，學生對蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、糖類的結(jié)構(gòu)和功能等概念有了一定的理解，能夠比較容易的形成“細胞膜主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成，還有少量的糖類”這個一般概念。然而如何從結(jié)構(gòu)與功能觀的視角形成“質(zhì)膜將細胞與外界環(huán)境分開，能控制物質(zhì)進出，并參與細胞間的信息交流”這個一般概念則是本節(jié)的重點和難點。此外本節(jié)概念是學生構(gòu)建“細胞是生物體結(jié)構(gòu)與生命活動的基本單位”“機體通過一定的調(diào)節(jié)機制保持穩(wěn)態(tài)”這些核心概念的基礎(chǔ)。在較好地理解這些概念的基礎(chǔ)上進一步形成結(jié)構(gòu)與功能觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、進化與適應觀、物質(zhì)與能量觀等生命觀念。

（二）學習目標

1.生命觀念

通過分析實驗現(xiàn)象、學習資料，能夠初步解釋細胞膜的組成與功能相適應，建立穩(wěn)態(tài)與平衡觀、結(jié)構(gòu)與功能觀等生命觀念。

2.理性思維

通過所學學科事實、概念和證據(jù)，運用歸納、演繹等思維方法解釋細胞膜的組成與功能相適應。

3.科學探究

通過觀察實驗現(xiàn)象、文本閱讀，嘗試提出問題并在獨立思考和小組討論中形成解釋。

4.社會責任

通過對細胞膜的組成與功能相適應的理解，初步解釋、評價膜在生活中的應用。

（三）學法分析

根據(jù)皮亞杰的認知發(fā)展階段理論，高中階段學生能夠采用邏輯推理、歸納、演繹的方式來解決問題，因此學生利用生活經(jīng)驗、所學學科知識、教師提供的素材，采用小組合作探究的方式構(gòu)建概念，形成生命觀念。

（四）學習過程

1.情境導入

任何系統(tǒng)都是存在邊界的。例如，學校、相關(guān)機關(guān)這樣的單位存在邊界，我們?nèi)梭w也存在邊界。那么作為最基本的生命系統(tǒng)——細胞，它的邊界是什么？

教師通過呈現(xiàn)光學顯微鏡、電子顯微鏡下的細胞圖像以及雞卵。

設(shè)計意圖：在一個似乎沒有問題的地方引發(fā)疑問，激起了學生的深入思考，培養(yǎng)學生敢于質(zhì)疑的批判性思維和邏輯推理能力。

2.形成概念

教師依次呈現(xiàn)事實性材料：（1）雞蛋殼打開，蛋清平鋪在玻璃板上（現(xiàn)場操作）；（2）雞蛋孵化前后蛋清、卵黃的變化（圖片）。

學生通過觀察，可以描述卵黃呈球狀、卵黃與外面蛋清分隔開、雞蛋孵化后蛋清逐漸消失等現(xiàn)象。利用所學知識，學生能夠嘗試對現(xiàn)象進行解釋，如雞蛋中的卵黃存在邊界；膜作為邊界，將卵黃與蛋清相互隔離開；細胞膜作為屏障可阻止細胞成分外漏，并防止其與周圍介質(zhì)混合；雞卵進行細胞呼吸，消耗掉了蛋黃；蛋清和氧氣、二氧化碳可以通過細胞膜。

學生在觀察、解釋、討論中逐步形成“細胞膜的功能是將細胞與外界環(huán)境分隔開、能控制物質(zhì)進出細胞”這一概念。通過概念的生成，學生能體會出進化與適應觀、物質(zhì)與能量觀等生命觀念。

3.模型構(gòu)建

細胞膜在學生頭腦中是什么狀態(tài)呢？筆者設(shè)計了一個模型構(gòu)建環(huán)節(jié)。本環(huán)節(jié)不僅可以深化學生對“細胞膜的功能是將細胞與外界環(huán)境分隔開、能控制物質(zhì)進出細胞”這一概念理解，而且利于培養(yǎng)學生建模的能力，為后續(xù)對細胞膜成分的研究、流動鑲嵌模型的學習埋下伏筆，體會科學發(fā)展、知識的學習是逐步完善的過程，將情感態(tài)度價值觀教學寓于日常學習之中。

教師引導：如果用封閉的線條代表細胞膜，不同形狀和數(shù)量的圖形表示細胞內(nèi)外的物質(zhì)，請嘗試在紙上畫出細胞內(nèi)外物質(zhì)的分布并進行解釋，并注明圖形代表的物質(zhì)。

圖1（后附）是一位同學呈現(xiàn)的結(jié)果。

學生在模型構(gòu)建、班內(nèi)匯報交流中將概念理解、生命觀念變得可視化、形象化。有部分同學依據(jù)初中所學知識，還在細胞內(nèi)用封閉的線畫出了液泡、葉綠體、線粒體。通過追問，學生進一步明確了這些細胞結(jié)構(gòu)仍然是具有膜結(jié)構(gòu)的，這就為獲取細胞膜的材料選擇、細胞器的教學做好鋪墊。

3.類比推理

“細胞間信息交流的功能”對于學生來說比較抽象，難于理解。筆者采用類比推理和資料探究兩個環(huán)節(jié)嘗試突破，取得了不錯的效果。

利用上一環(huán)節(jié)中學生構(gòu)建的模型，然后引導兩個人一組，每位同學所畫細胞類比成一個人。人與人之間交流或溝通的方式有哪些？用圖和文字表示。

圖2是兩位學生完成的細胞間信息交流的模型：

然后采用文本閱讀的方式進行理性探究，形成細胞膜的功能：“細胞間信息交流”。

材料1：有的雞蛋是受精卵，可以孵化出小雞。如果將雞的卵細胞與麻雀的精子放在一起，即使條件適宜，也不能形成受精卵，這說明什么？

材料2：小雞吃完食物（主要是淀粉）一段時間后，血糖（血液中葡萄糖）會升高，這時胰腺內(nèi)胰島B細胞分泌的胰島素，通過血液的運輸?shù)饺怼Ｒ葝u素的一個作用是使肝細胞、肌肉細胞從細胞外吸收葡萄糖，合成肝糖原和肌糖原，進而使血糖降低。

材料3：（原創(chuàng)）19世紀，湯森（Townsend）將南瓜細胞的細胞壁去除后，剩余部分分離成兩個獨立部分：A部分含有細胞核，B部分沒有細胞核。2～3天后，A部分細胞膜外形成細胞壁，而B部分沒有；如果將A部分與B部分通過胞間連絲相連，A、B兩部分均能形成細胞壁。

學生小組討論后，不僅能夠形成概念，而且還可以體會出結(jié)構(gòu)與功能觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀等生命觀念。

4.邏輯推斷

細胞膜為什么具有如此重要的功能？請同學們從組成細胞的分子的結(jié)構(gòu)和功能角度思考：細胞膜可能具有哪些組成成分？學生利用所學“組成細胞的分子”中蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、糖類的結(jié)構(gòu)和功能等概念的理解，利用“結(jié)構(gòu)與功能觀”，能夠比較容易推測出細胞膜的組成成分。

設(shè)計目的：通過邏輯推理細胞膜的成分以及進一步完善細胞膜的模型等活動，為膜成分鑒定、生物膜的流動鑲嵌模型等學習內(nèi)容埋下伏筆。

圖1

圖2