高中生物“稳态与环境”的内容构建探析

林文官

摘 要： 《普通高中生物课程标准（实验）》中的“稳态与环境”模块的知识结构体系是由系统生物学的思想构建而成。该体系以“系统”为核心概念，以“稳态”、“环境”和“调节”三个科学通用概念把生物个体和系统水平的要素、行为、稳定和发展等问题统一起来，以系统分析、模型和数学方法等作为主要方法，使之具有科学性和合理性。探讨内容的构建，有利于提高生物课堂教学的有效性，提高学生的学科素养。

关键词： 高中生物 “稳态与环境”模块 知识结构 构建

《普通高中生物课程标准（实验）》（以下简称为《标准》）在课程结构上发生了比较大的变化，其中包括设置了“稳态与环境”这个必修模块。该块模式的内容构建，一方面便于教师更为清晰直观地把握生物知识内容，另一方面，也有利于学生理解记忆，为他们知识的拓展延伸奠定基础。

1.“稳态与环境”模块的知识结构

稳态的概念最初来自生理学。生理学把维持内环境理化性质相对恒定的状态叫做稳态。稳态是一种复杂的、由体内各种调节机制所维持的动态平衡，一方面是代谢过程使内环境理化性质的相对恒定遭到破坏，另一方面是通过调节使平衡恢复。整个机体的生命活动正是在稳态不断受到破坏而又同时得到恢复的过程中得以维持和进行。

稳态调节的概念来自个体水平的生理学。例如，哺乳动物体内的温度、渗透压、pH，以及各种电解质和营养物的浓度都保持在一个稳定的范围内，这是在其自身神经体液系统调节下，随时进行反馈调节而实现的。生态系统虽然没有与此类似的调节机制，但也具有一定的抵御环境压力、保持平衡状态的能力。

2.“稳态与环境”模块的构建方法

2.1系统整合法：探寻生物现象的整体性。

《标准》在“稳态与环境”模块的前言中指出：“本模块选取有关生命活动的调节与稳态的知识、生物与环境的知识，有助于学生理解生命运动的本质，了解系统分析的思想和方法，提高对生命系统与环境关系的认识。”这就明确提出了“系统分析的思想和方法”。现代生物学为了揭示生命运动的奥秘，还必须从生命系统的各个组成部分的联系和相互作用中，从它们和外界环境的相互联系和相互作用中来了解整体，这就需要进行系统分析。例如，植树造林是中央的号召，但西北一些地区年降水量很小，蒸发量很大，其地下水主要靠地表下的渗透作用（如融化的雪水）。在这些地区植树，地下水会因树木的蒸腾作用而过量散失，导致水位下降甚至枯竭。于是近年来中央指示这样的地区要多种草。然而，在我国的中、东部地区却出现了砍树种草的热潮。殊不知在高温多雨地区，树的生态效益要远远超过草。结果，一些城市又不得不规定绿化至少要有多少比例的乔木和灌木。导致这些失误的原因就在于缺乏系统分析的思想。

教学中运用系统的概念和系统分析的思想，一方面对生命系统的要素、结构、边界、环境、性能等系统的基本特征作分析，另一方面对系统的状态及其调控作分析。以生态系统为例，其要素指组成成分，即生产者、消费者、分解者等生物成分和非生物的物质和能量；结构包括时空结构和营养结构（食物链和食物网）；边界指系统的范围，生态系统是模糊集合，其边界是一个模糊概念，根据研究的需要划定。至于系统的状态，生态系统都是开放系统，系统的稳态就是生态平衡状态。每个生态系统都具有一定的自动调节能力，在不断变化的环境条件下，依靠自我调节机制维持其稳态，实现物质循环和能量流动的相对稳定。

2.2模型方法：培养学生科学的生物思维。

《标准》依据国际科学教育的发展，将模型和模型方法列入了课程目标。所谓“模型”，是指模拟原型（所要研究的系统的结构形态或运动形态）的形式。它不再包括原型的全部特征，但能描述原型的本质特征。模型方法是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法，是逻辑方法的一种特有形式。模型一般可分为物理模型和数学模型两大类，通常说的模型即指物理模型。物理模型可以模拟客观事物的某些功能和性质。在高中生物课程中经常使用的物质模型有实物模型（如生物体结构的模式标本）、模拟模型（如细胞结构模型、各种组织器官的立体结构模型）等。

在现代生物科学研究中，模型方法被广泛运用，DNA双螺旋结构模型的成功就是一个范例。在生物科学学习中，模型提供观念和印象。认知心理学认为，人的知识经验既包括概念系统，又包括表象。前者包含概念、原理、规律、理论，后者包含观念和印象。当代不少学者都主张把表象看作一种符号要素，与语言等其他符号要素一样具有抽象、概括、组合和再组合的功能，因而能构成思维的操作。所以模型提供的观念和印象，不仅是学生进一步获取系统知识的条件，而且是学生认知结构的重要组成部分。

2.3数学方法：培养学生的生物严谨理念。

数学方法指运用数学语言表述事物的状态、关系和过程，并加以推导、演算和分析，以形成对问题的解释、判断和预测的方法。目前，数学在生物学、医学等领域正起着越来越重要的作用，甚至医生做大手术之前都先进行数学模拟以预知各种方案可能出现的后果，再依据个人的经验来选择手术方案。数学方法在科学教育中的价值更是不言而喻。

《标准》对数学方法的使用主要体现在：（1）对生命现象的空间关系和数量关系进行描述、分析和计算。（2）统计方法的运用。统计是研究随机现象的统计规律性的方法。统计规律性在生物界广泛存在，主要包括两类：一类是随机过程的规律性，即大量随机事件所组成的系统的规律性，如遗传性状传递过程中的规律。这类问题可用描述统计方法解决；另一类是某些生命系统行为的规律性，这类问题可用选取统计方法解决。（3）用数学模型来表现生物学现象、特征和状况。生物数学模型有两类：一类为确定性模型，它用数学方法描述和研究必然性现象，例如，某生物个体的生长曲线、细胞分裂过程中DNA数量变化曲线等；另一类为随机模型，它用概率论和统计方法描述和研究随机现象。

3.“稳态与环境”模块构建的注意点

3.1注意彼此内容的相连性。教学中应以整体的思维把握教学内容，做到互通有无。

3.2注意构建的层次性。该模块构建尽管是建立在整体模式基础之上，但还应分清主次。

3.3注意构建内容的拓展延伸性。该模块的内容是限定的，但构建的模式可灵活多样。

总之，在生物课堂教学中，教师从知识的内在联系出发，探寻彼此间的规律，建立符合学生认知规律的构建模式，定能激活学生学习的主动性和积极性，提高他们的生物素养。