王毅陽(yáng)+張鋒

摘 要 生物學(xué)蘊(yùn)含著許多科學(xué)思想，系統(tǒng)論思想就是其中的重要內(nèi)容。在大多數(shù)情況下生物學(xué)的具體內(nèi)容可以在系統(tǒng)思想的框架下得到解釋，因此，在高中生物學(xué)教學(xué)中引入系統(tǒng)論思想，能夠潛移默化地幫助學(xué)生優(yōu)化認(rèn)知策略、改善思維品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)生物學(xué)科的科學(xué)教育價(jià)值。

關(guān)鍵詞 系統(tǒng)論思想 高中生物學(xué)教學(xué) 認(rèn)知策略

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

任何一門(mén)學(xué)科都具有塑造學(xué)生特殊的思維品格、思辨能力和創(chuàng)造素質(zhì)的獨(dú)特價(jià)值。然而，當(dāng)前一些流行的教學(xué)模式和教學(xué)方法多是基于教與學(xué)規(guī)律，以強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能為出發(fā)點(diǎn)的教學(xué)行為方式，其實(shí)并沒(méi)有觀照各個(gè)學(xué)科理論體系自身的邏輯，從而導(dǎo)致學(xué)科特色不鮮明，相對(duì)削弱了學(xué)科教育對(duì)學(xué)生的學(xué)科理性思維熏陶，也必然不能帶來(lái)課堂教學(xué)狀況的根本改變。

如何在教學(xué)過(guò)程中體現(xiàn)學(xué)科教育本身的價(jià)值，需要教師以學(xué)科思想方法、學(xué)科邏輯對(duì)學(xué)科教學(xué)的指向性要求為邏輯起點(diǎn)，依據(jù)學(xué)科獨(dú)有的規(guī)律、原理，努力體現(xiàn)學(xué)科理論體系的邏輯與教育教學(xué)規(guī)律的融合。只有理解了學(xué)科知識(shí)、學(xué)科能力與學(xué)科思想方法之間的內(nèi)在關(guān)系，教師才能采用有效的教學(xué)組織方式，學(xué)生的學(xué)習(xí)才能做到綱舉目張。高中生物學(xué)必修模塊是現(xiàn)代生物學(xué)的核心內(nèi)容，揭示了生命系統(tǒng)的本質(zhì)和特征，對(duì)于提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)具有不可或缺的作用。這也是探討在高中生物學(xué)教學(xué)中引入系統(tǒng)論思想的初衷。

1 生物學(xué)科思想是生物科學(xué)教育的重要內(nèi)容

現(xiàn)行《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》明確指出：課程的基本理念是提高高中生的生物科學(xué)素養(yǎng)，也是課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施中的核心任務(wù)?？梢?jiàn)，生物科學(xué)教育的目標(biāo)不只是讓學(xué)生獲得生物學(xué)知識(shí)，更主要的是使他們形成關(guān)于生命的基本觀點(diǎn)，獲得探索生物界客觀規(guī)律的方法，同時(shí)培養(yǎng)創(chuàng)新能力和科學(xué)精神。

生物學(xué)科思想反映了生物學(xué)的思維特點(diǎn)和學(xué)習(xí)規(guī)律，是生物學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)、產(chǎn)生和發(fā)展的動(dòng)力，是學(xué)科能力發(fā)展的催化劑，是學(xué)生認(rèn)知和理解生物學(xué)最具影響力的內(nèi)容。

2 系統(tǒng)論思想是生物學(xué)科思想的重要內(nèi)容

系統(tǒng)論思想是在生物學(xué)科思想的研究基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，生物學(xué)家貝塔朗菲最早提出系統(tǒng)論的思想。他認(rèn)為系統(tǒng)是由相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合成的、具有特定功能的有機(jī)整體，提出系統(tǒng)觀點(diǎn)、動(dòng)態(tài)觀點(diǎn)和等級(jí)觀點(diǎn)。魏宏森教授進(jìn)一步提出：“廣義系統(tǒng)論是把對(duì)象作為組織和自組織復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行專門(mén)的科學(xué)技術(shù)哲學(xué)研究的一般系統(tǒng)理論，是綜合現(xiàn)有的一般系統(tǒng)論、信息論、控制論、耗散結(jié)構(gòu)、協(xié)同學(xué)和超循環(huán)論等現(xiàn)代復(fù)雜性系統(tǒng)理論中的科學(xué)基礎(chǔ)哲學(xué)問(wèn)題的橫斷科學(xué)。”桂起權(quán)教授更是提出“系統(tǒng)論可以看作是生物學(xué)理論背后的元理論”的觀點(diǎn)。

由此可見(jiàn)，生物學(xué)蘊(yùn)含著許多科學(xué)思想，系統(tǒng)論思想是其中的重要內(nèi)容，在大多數(shù)情況下生物學(xué)的具體內(nèi)容可以在系統(tǒng)思想的框架下得到解釋。高中生物學(xué)教材也是用系統(tǒng)論思想來(lái)詮釋生命的。

3 高中生物學(xué)課堂引入系統(tǒng)論思想的基本要素

3.1 明確系統(tǒng)論思想在教材內(nèi)容和編排上的體現(xiàn)

系統(tǒng)論思想包含系統(tǒng)思想觀點(diǎn)和系統(tǒng)思想方法兩個(gè)方面。系統(tǒng)都具有整體性、關(guān)聯(lián)性、等級(jí)結(jié)構(gòu)性、動(dòng)態(tài)平衡性、時(shí)序性等基本特征。它們既是系統(tǒng)論的基本思想觀點(diǎn)，也是系統(tǒng)方法的基本原則。

教師可以從系統(tǒng)論視角理解高中生物學(xué)的三個(gè)必修模塊：

《分子與細(xì)胞》模塊突出細(xì)胞是基本的生命系統(tǒng)這條主線，選取了系統(tǒng)的層次、細(xì)胞的組成、結(jié)構(gòu)、功能及細(xì)胞的生命歷程等知識(shí)。通過(guò)學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠理解生命系統(tǒng)的非線性（整體不等于它的部分之和）與時(shí)序性（生命系統(tǒng)的組成要素在時(shí)空上有嚴(yán)格的確定的秩序或相對(duì)穩(wěn)定的位置以及生命活動(dòng)的時(shí)序性）本質(zhì)。

《遺傳與進(jìn)化》模塊以基因的本質(zhì)、功能及其發(fā)現(xiàn)歷程為主線，選取了減數(shù)分裂與受精作用、DNA分子結(jié)構(gòu)和功能、遺傳和變異的基本原理、現(xiàn)代生物進(jìn)化理論及物種形成等知識(shí)。通過(guò)學(xué)習(xí)，學(xué)生將會(huì)理解生命系統(tǒng)是開(kāi)放的信息系統(tǒng)，它具有自我更新、適應(yīng)、演化的特性。

《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》模塊的知識(shí)結(jié)構(gòu)是更是凸顯了系統(tǒng)論思想。本模塊以生物個(gè)體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)各個(gè)層次生命系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)的干擾和維持為主線，選取了人體穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)和生態(tài)系統(tǒng)有關(guān)組成要素活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的干擾和維持等知識(shí)。通過(guò)學(xué)習(xí)，學(xué)生將理解：生命活動(dòng)過(guò)程的本質(zhì)是物質(zhì)的變化、能量的轉(zhuǎn)化和信息的傳遞過(guò)程;生命系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)實(shí)際上是一種動(dòng)態(tài)平衡，其穩(wěn)態(tài)不僅有其自身的調(diào)節(jié)，還與所處的環(huán)境有著緊密的聯(lián)系，生命系統(tǒng)正是在穩(wěn)態(tài)不斷受到破壞而又同時(shí)得到恢復(fù)的過(guò)程中得以維持和發(fā)展的。該模塊的學(xué)習(xí)將進(jìn)一步幫助學(xué)生從系統(tǒng)的角度認(rèn)識(shí)生命。

3.2 將系統(tǒng)論思想融入生物學(xué)知識(shí)建構(gòu)過(guò)程需要關(guān)注的問(wèn)題

從系統(tǒng)論觀點(diǎn)出發(fā)，將系統(tǒng)論思想融入生物學(xué)知識(shí)建構(gòu)過(guò)程，教師可以引導(dǎo)學(xué)生主要從三個(gè)方面入手。① 樹(shù)立系統(tǒng)的整體觀。在研究系統(tǒng)的一個(gè)要素時(shí)，還要觀察其他不同的、相互作用的要素，分析它們?cè)诙嘀匾氐挠绊懽饔孟伦鳛橐粋€(gè)整體的行為，以及表現(xiàn)出來(lái)的新的整體的性質(zhì)和功能的。② 明確系統(tǒng)整體的性質(zhì)和功能取決于系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和聯(lián)系的認(rèn)識(shí)。要搞清楚構(gòu)成系統(tǒng)的要素的性質(zhì)、數(shù)量、空間排列及時(shí)序組合，弄清楚系統(tǒng)要素間發(fā)生的物質(zhì)、能量、信息的傳遞和交流狀態(tài)。認(rèn)識(shí)系統(tǒng)就要弄清系統(tǒng)內(nèi)的結(jié)構(gòu)和聯(lián)系，改造系統(tǒng)就是調(diào)整系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和聯(lián)系。③ 理解生命系統(tǒng)的開(kāi)放性與動(dòng)態(tài)性。每個(gè)系統(tǒng)都是一個(gè)更大系統(tǒng)的組成要素，因此系統(tǒng)的性質(zhì)和功能受到環(huán)境的影響。生命系統(tǒng)是開(kāi)放的，與外界交換物質(zhì)、能量和信息，才能維持其生命，系統(tǒng)總是處在運(yùn)動(dòng)和變化的狀態(tài)之中。

以人教版高中生物《必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》中“血糖平衡的調(diào)節(jié)”的教學(xué)為例，筆者嘗試探討系統(tǒng)中要素與要素、要素與整體、整體與外界環(huán)境間的聯(lián)系，從系統(tǒng)論觀點(diǎn)出發(fā)將系統(tǒng)論思想融入生物學(xué)知識(shí)建構(gòu)過(guò)程，說(shuō)明系統(tǒng)的基本特性。

首先，在教學(xué)中將血糖平衡的調(diào)節(jié)看做由多重要素構(gòu)成的整體——系統(tǒng)，參與調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)如胰島細(xì)胞（胰島A細(xì)胞和胰島B細(xì)胞）、消化系統(tǒng)、下丘腦等都是系統(tǒng)中單獨(dú)存在的各個(gè)要素，系統(tǒng)的整體大于部分之和，即要素在系統(tǒng)中所具有的性質(zhì)和功能，不同于其獨(dú)立于系統(tǒng)之外的性質(zhì)和功能。相同的要素在不同的系統(tǒng)中有不同的性質(zhì)和功能，如下丘腦在血糖平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的性質(zhì)和功能與下丘腦在體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的性質(zhì)和功能是不同的。系統(tǒng)整體的性質(zhì)和功能往往取決于系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和要素聯(lián)系。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和要素的聯(lián)系方式不同，系統(tǒng)的性質(zhì)和功能可能就不同，如血糖平衡的調(diào)節(jié)系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和要素聯(lián)系不同，也就具有與神經(jīng)系統(tǒng)不同的性質(zhì)和功能。要素的數(shù)量和質(zhì)量也對(duì)系統(tǒng)的功能產(chǎn)生影響，如胰島B細(xì)胞分泌的胰島素不足會(huì)使血糖平衡系統(tǒng)的調(diào)節(jié)失衡。因此，教師在教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生厘清系統(tǒng)內(nèi)的結(jié)構(gòu)和構(gòu)成系統(tǒng)的要素的性質(zhì)、數(shù)量、比例、空間排列及時(shí)序組合等。

接著教師要讓學(xué)生明確各要素間存在著密切的聯(lián)系。消化系統(tǒng)中的糖類的消化和吸收是人體血糖的主要來(lái)源之一，根據(jù)飯后血糖含量變化曲線圖（圖1）可以看出：早餐后血糖含量逐步升高，升高到一定程度后又逐漸回落到正常值（0.9g/L）附近，而早餐后較長(zhǎng)時(shí)間不再進(jìn)食也不會(huì)引起血糖含量的劇烈變化。從一般系統(tǒng)科學(xué)的因果關(guān)系類型分析方法出發(fā)，消化系統(tǒng)的作用使血糖含量升高，隨著細(xì)胞的氧化分解、糖原的合成以及非糖物質(zhì)的轉(zhuǎn)化使血糖降低，血糖含量變化又引起胰島細(xì)胞和下丘腦兩個(gè)系統(tǒng)要素行使相應(yīng)的激素調(diào)節(jié)功能，最終使血糖含量維持正常，體現(xiàn)了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡性。血糖平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)又從屬于一個(gè)更大的系統(tǒng)——內(nèi)分泌系統(tǒng)，說(shuō)明系統(tǒng)同時(shí)具有等級(jí)結(jié)構(gòu)性。

最后，教師要讓學(xué)生明確系統(tǒng)中還存在反饋，即系統(tǒng)本身工作的效果會(huì)反過(guò)來(lái)作為信息調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的工作。反饋有正、負(fù)反饋之分，正反饋促進(jìn)加強(qiáng)控制信息的作用，使生理過(guò)程逐步加強(qiáng)，不可逆地進(jìn)行，直至最終完成;負(fù)反饋則抑制減弱控制信息的作用，起到不斷“糾正”控制信息的效果。正反饋和負(fù)反饋對(duì)于生命體維持穩(wěn)態(tài)都具有重要作用，人體血糖平衡的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中同時(shí)存在著正反饋和負(fù)反饋。當(dāng)血糖濃度低于正常時(shí)，血糖濃度降低這一信號(hào)將啟動(dòng)胰島A細(xì)胞和下丘腦的正反饋過(guò)程，一方面使胰高血糖素分泌增加，促進(jìn)肝糖原的分解和非糖物質(zhì)的轉(zhuǎn)化;另一方面增加腎上腺素分泌，促進(jìn)糖原分解，最終達(dá)到使血糖升高的目的。同時(shí)，血糖濃度降低也會(huì)作為負(fù)反饋啟動(dòng)的信號(hào)，抑制胰島B細(xì)胞分泌胰島素，使胰島B細(xì)胞促進(jìn)組織細(xì)胞加速攝取、利用和儲(chǔ)存葡萄糖的作用減弱，最終抑制血糖進(jìn)一步降低，達(dá)到升高血糖的目的。

由于人們對(duì)生命系統(tǒng)的研究是多層次、多方向的，在對(duì)生命系統(tǒng)研究時(shí)，教師需要從不同角度進(jìn)行分類，所以，不同層次的要素具有相對(duì)性。基于系統(tǒng)論的思維方法，不只是考察單個(gè)事物，也不只是進(jìn)行概念、判斷、推理，還用模型來(lái)模擬、檢驗(yàn)推理。它是通過(guò)對(duì)部分和整體作細(xì)致的觀察研究、從整體上把握事物。在生物學(xué)教學(xué)的過(guò)程中，教師要注重生命系統(tǒng)的整體性，研究系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及聯(lián)系，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的開(kāi)放性與動(dòng)態(tài)性。生命是一個(gè)復(fù)雜、開(kāi)放、自組織的系統(tǒng)。由于生命系統(tǒng)的復(fù)雜性以及非線性、混沌的特點(diǎn)，使生物現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律大部分不遵從因果決定性原則。因此，用系統(tǒng)論的基本思想方法來(lái)指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)，更有利于學(xué)生理解生命現(xiàn)象和生物學(xué)事實(shí)，掌握生物學(xué)的概念和基本結(jié)構(gòu)，養(yǎng)成系統(tǒng)思維的習(xí)慣，形成學(xué)科能力。

3.3 將系統(tǒng)論思想融入生物學(xué)知識(shí)體系建構(gòu)過(guò)程

布魯納說(shuō)過(guò)：“學(xué)生對(duì)所學(xué)材料的接受必然是有限的，怎樣能使這種接受在他們以后一生的思考中有價(jià)值？回答是：不論他們選取什么學(xué)科，務(wù)必使學(xué)生理解該學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)?！痹诮虒W(xué)組織過(guò)程中，教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用系統(tǒng)論思想方法，對(duì)本節(jié)課的所學(xué)知識(shí)和概念進(jìn)行逐一分析，構(gòu)建學(xué)科內(nèi)容結(jié)構(gòu)的基本思路（圖2），明確本節(jié)內(nèi)容在不同學(xué)習(xí)階段的呈現(xiàn)形式和學(xué)習(xí)重點(diǎn);明確所學(xué)知識(shí)與先前學(xué)習(xí)內(nèi)容以及將來(lái)學(xué)習(xí)內(nèi)容的邏輯關(guān)系;厘清不同內(nèi)容與學(xué)科方法的實(shí)然聯(lián)系，把握學(xué)習(xí)的核心內(nèi)容，構(gòu)建學(xué)科的內(nèi)容體系。在系統(tǒng)論的思想的指引下運(yùn)用生物學(xué)方法方法分析生命現(xiàn)象和解決問(wèn)題，使得復(fù)雜的生命現(xiàn)象和問(wèn)題變得簡(jiǎn)單，使生物學(xué)科內(nèi)容更生動(dòng)、形象、深刻，也有利于學(xué)生領(lǐng)會(huì)了相應(yīng)的生物學(xué)方法，避免學(xué)生出現(xiàn)學(xué)科知識(shí)碎片化和淺表化，技能與方法運(yùn)用的機(jī)械、模仿的現(xiàn)象。同時(shí)，也使得抽象的學(xué)科思想得以彰顯，學(xué)生對(duì)系統(tǒng)論的思想方法也有一個(gè)清晰認(rèn)識(shí)。

在血糖平衡模型構(gòu)建成功的基礎(chǔ)上，學(xué)生能夠很容易構(gòu)建起分級(jí)調(diào)節(jié)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。下丘腦作為內(nèi)分泌系統(tǒng)的樞紐，不僅作為血糖調(diào)節(jié)中樞，通過(guò)傳出神經(jīng)直接作用于胰島細(xì)胞與腎上腺，調(diào)節(jié)激素分泌，還通過(guò)分級(jí)調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)甲狀腺的活動(dòng)。在甲狀腺激素分泌的分級(jí)調(diào)節(jié)中，利用一般系統(tǒng)科學(xué)的空間結(jié)構(gòu)方法分析下丘腦-垂體-甲狀腺構(gòu)成的整體系統(tǒng)：下丘腦分泌的促甲狀腺激素釋放激素（TRH）作用于垂體，促使垂體釋放促甲狀腺激素（TSH），促甲狀腺激素（TSH）隨血液運(yùn)輸?shù)竭_(dá)甲狀腺，使甲狀腺激素的合成和分泌增加，體現(xiàn)了系統(tǒng)論思想的等級(jí)結(jié)構(gòu)性。血液中的甲狀腺激素的含量同時(shí)也能作為負(fù)反饋信號(hào)，反過(guò)來(lái)抑制下丘腦和垂體的分泌。生命系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜開(kāi)放的自組織系統(tǒng)，與環(huán)境相互作用的同時(shí)，會(huì)進(jìn)行一定的調(diào)整以適應(yīng)外界環(huán)境變化，如在寒冷環(huán)境中生命體會(huì)增加甲狀腺激素的合成與分泌。在當(dāng)前所學(xué)的甲狀腺激素分泌的分級(jí)調(diào)節(jié)基礎(chǔ)上，學(xué)生能夠更容易理解水鹽平衡調(diào)節(jié)以及體溫調(diào)節(jié)（將來(lái)需學(xué)）等內(nèi)容。

在高中階段，考慮到學(xué)生的知識(shí)水平與接受能力，將系統(tǒng)論思想引入生物學(xué)的學(xué)習(xí)過(guò)程的目的，不是要求學(xué)生完整的理解系統(tǒng)的概念，而是期望他們?cè)诮鉀Q問(wèn)題的過(guò)程，關(guān)注整個(gè)系統(tǒng)，以便理解和處理整個(gè)系統(tǒng)的問(wèn)題或現(xiàn)象。

教師從系統(tǒng)論思想入手，組織教學(xué)活動(dòng)，能夠潛移默化地幫助學(xué)生優(yōu)化認(rèn)知策略、改善思維品質(zhì)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程更有意義，更好地實(shí)現(xiàn)生物學(xué)科的科學(xué)教育價(jià)值，為提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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