河北 尹利軍 邵國典

學科知識、學科能力、學科思想是學科體系的三個要素，生物科學經(jīng)歷了長期的研究發(fā)展過程，逐漸形成了自身特有的知識體系和方法體系，且在此基礎上形成了哲學層次的學科思想，并將該思想貫穿于生物學科本身，指導生物學教學，培養(yǎng)學生的學科核心素養(yǎng)，落實立德樹人的育人目標。經(jīng)過凝練，生物學科思想包括生命觀念中的物質(zhì)與能量觀、結構與功能觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、進化與適應觀等，這些學科思想在教學中的應用，有利于學生對生物學重要概念、原理的理解和掌握，以及對生物學科本質(zhì)的理解，最終讓學生形成自身獨特的生命觀念。生物學科思想也是高考命題的主要依據(jù)之一，它可以對學生的知識系統(tǒng)、能力系統(tǒng)進行檢驗，實現(xiàn)為國選拔英才的教育目標。為提高復習針對性，筆者在高三復習中，運用生物學科思想之一——“穩(wěn)態(tài)與平衡”思想串聯(lián)復習，讓學生在生命系統(tǒng)中掌握知識，將碎片化的知識網(wǎng)絡化、結構化，取得了良好的教學效果，現(xiàn)以生命系統(tǒng)結構層次為基礎，從細胞→個體→群體等方面分析生命系統(tǒng)信息交流與各層次系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的關系，以期為教師教學提供參考。

1.利用問題串建構知識網(wǎng)絡，初步建構不同層次的穩(wěn)態(tài)與平衡

生命系統(tǒng)是一個開放的系統(tǒng)，它與外界環(huán)境之間不斷進行物質(zhì)交流、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞（交流），使生命系統(tǒng)時刻處于一種動態(tài)平衡之中，讓各層次的生命活動有序、高效地進行，進而適應不同的環(huán)境。筆者在復習中，要引導學生將教材中不同模塊中有關穩(wěn)態(tài)與平衡的碎片化知識進行整合，使知識系統(tǒng)化、結構化，進而理解穩(wěn)態(tài)與平衡思想對生命系統(tǒng)的重要性。為實現(xiàn)這一目標，筆者要先找到能將不同教材中相關知識點串聯(lián)的“線”，經(jīng)過師生共同思考研究，最終定位到人教版高中生物教材必修1“細胞膜的功能”中敘述的信息分子上，筆者設計以下問題引導學生思考：①教材中涉及的信息分子有哪些，其化學本質(zhì)分別是哪種物質(zhì)？②信息分子在不同的生命結構層次中的作用有哪些（舉例說明），信息分子最終使生命系統(tǒng)達到何種狀態(tài)？不同生命層次的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)方式是什么，其調(diào)節(jié)的基礎是什么？

經(jīng)過學生獨立思考及學習小組討論，最終師生達成一致意見，認同信息交流是各層次生命系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的基礎，它能將不同生命系統(tǒng)形成統(tǒng)一整體，調(diào)節(jié)生命系統(tǒng)的生長、發(fā)育及細胞、個體的繁殖活動，提高各系統(tǒng)的工作效率，使其適應復雜多變的環(huán)境。此過程中筆者引導學生梳理知識，建構信息交流與生命系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)關系的概念圖（如圖1），讓學生初步形成穩(wěn)態(tài)與平衡觀的學科思想。

圖1 信息交流與生命系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的關系

2.從不同層面深化學習，理解信息交流與穩(wěn)態(tài)的關系

（1）細胞間的信息交流使細胞生命活動有序進行

細胞是生命系統(tǒng)最基本的結構和功能單位，必須保證它的完整性及內(nèi)部的穩(wěn)定與平衡才能使各種生命活動正常進行，而該過程離不開細胞間及細胞內(nèi)部的信息交流，如植物細胞生長與各種激素分子有關；神經(jīng)元完成反射活動及免疫細胞與抗原作用，需要神經(jīng)遞質(zhì)、淋巴因子等信號分子傳遞信息，使細胞內(nèi)部遺傳信息的表達及代謝活動得以正常進行。正是由于這些信息交流，才讓細胞這一最基本的生命系統(tǒng)結構層次保持自身的穩(wěn)態(tài)與平衡，讓細胞生命活動高效、有序地進行。

【例1】圖2中a表示某動物細胞中的蛋白質(zhì)分泌的基本途徑與類型，b為含氮類激素和類固醇類激素的作用原理，據(jù)圖2回答下列問題：

圖2 細胞間、細胞內(nèi)部信息交流與穩(wěn)態(tài)的關系

（1）圖2的a中①和⑦表示的生理過程可以發(fā)生在細胞的____________中，以滿足細胞內(nèi)生命活動的正常進行，其圖2的a中內(nèi)膜上進行的生理過程為______________。

（2）圖2的a中途徑②和⑧分別表示蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運的非分泌途徑和分泌途徑。據(jù)圖2的a分析，決定其不同途徑的因素是______________________。如果⑧或⑨過程受阻，則會影響溶酶體功能，進而影響細胞生命活動，那么，溶酶體具有______________功能。

（3）若激素為抗利尿激素，則其合成和釋放的部位分別是________________，該激素在圖2的b中的受體為___________（填圖中標注），激素與受體結合后引起的生理效應是____________________________，該過程體現(xiàn)細胞膜的__________功能。

【答案】（1）細胞核、線粒體 氧氣與[H]結合產(chǎn)生水，釋放大量能量 （2）信號（肽）序列 分解衰老、損傷的細胞器，吞噬并殺死侵入細胞的病毒或病菌 （3）下丘腦、垂體 受體b 使腎小管和集合管對水的重吸收作用增強 信息交流（傳遞）

【分析】例1以細胞生理活動圖為命題情境，綜合考查信息交流與細胞結構和功能的密切關系。從知識層面，該題考查細胞的物質(zhì)組成、細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的合成與運輸、信息分子的作用原理、遺傳信息的表達等內(nèi)容；從能力層面，該題考查學生識圖能力，結合所學知識，運用歸納與推理、批判性思維等科學思維方法分析、解決問題的能力。（1）圖2的a中①和⑦表示的生理過程為轉(zhuǎn)錄，在真核細胞中能進行轉(zhuǎn)錄的場所是細胞核、葉綠體和線粒體，結合題干信息可確定答案為細胞核和線粒體，圖2的a中線粒體內(nèi)膜是有氧呼吸第三階段的場所，所以發(fā)生的生理過程是氧氣與[H]結合產(chǎn)生水，釋放大量能量；（2）從圖2的a中可以分析出核糖體合成的蛋白質(zhì)運輸途徑取決于蛋白質(zhì)的信號序列，有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號序列的則運輸?shù)絻?nèi)質(zhì)網(wǎng)，否則進入不同細胞器中，溶酶體內(nèi)的酶需要內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體加工，如果⑧或⑨過程受阻，會影響溶酶體分解衰老、損傷的細胞器，吞噬并殺死侵入細胞的病毒或病菌等功能，進而影響細胞自身生命活動；（3）抗利尿激素是多肽類物質(zhì)，不能進入細胞內(nèi)，它由下丘腦內(nèi)的分泌細胞合成和分泌，通過下丘腦-垂體束運送至垂體中，需要時則由垂體釋放，它作用于腎小管和集合管相關細胞膜上的受體，導致相應細胞對水的通透性增強，促進對水的重吸收，該過程涉及受體與信息分子識別和結合，故能反映細胞膜的信息交流功能。

（2）個體穩(wěn)態(tài)及生長發(fā)育離不開信息交流

由細胞構成的具有復雜組織、器官的個體，只有各組織、器官的功能協(xié)調(diào)統(tǒng)一，才能讓個體完成復雜的生命活動，適應復雜多變的外界環(huán)境。而能完成此項調(diào)節(jié)任務的主要信息分子是各種激素、神經(jīng)遞質(zhì)等，它們通過不同方式影響細胞的代謝途徑或細胞遺傳信息的表達，使機體的內(nèi)環(huán)境處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，保證由多種細胞構成的個體正常進行生命活動。

【例2】甲、乙、丙三人在一次社區(qū)健康日活動中檢測出尿糖超標，為進一步確定是否患糖尿病，他們依據(jù)規(guī)定又進行了血液檢測。圖3中a、b所示為空腹及餐后測定的血糖及胰島素濃度，圖4為胰島素對血糖調(diào)節(jié)原理示意圖。糖尿病患者血糖濃度標準為空腹≥7.0 mmol/L，餐后2 h≥11.1 mmol/L，請回答下列問題：

圖3 空腹及餐后血糖及胰島素濃度

圖4 胰島素作用原理

（1）正常人血糖濃度一般在_____________g/L范圍內(nèi)，血糖的來源有___________________。

（2）據(jù)圖3初步判斷__________是糖尿病患者，需復查血糖。患者常因血糖濃度升高導致細胞外液滲透壓升高，__________產(chǎn)生渴感，表現(xiàn)為“多飲”。

（3）除糖尿病外，尿糖超標的原因還可能有____________（填序號）。

①一次性攝糖過多

②低血糖患者

③抗利尿激素分泌不足

④腎小管重吸收功能障礙

（4）結合圖3的a、b中的曲線分析，乙出現(xiàn)上述檢測結果的原因是自身抗體競爭性結合靶細胞膜上的胰島素受體，該種情況向患者注射高濃度胰島素______（填“有效”或“無效”），原因是____________________________。

（5）圖4為胰島素調(diào)節(jié)血糖原理，當胰島素與________結合后，一方面促進____________的合成；另一方面使細胞膜上__________________增加，促進葡萄糖進入細胞。除此之外，胰島素的作用還表現(xiàn)在能促進________________，同時抑制非糖物質(zhì)（脂肪、蛋白質(zhì)等）轉(zhuǎn)化為葡萄糖。影響胰島素分泌的主要因素是________，其一方面可以直接作用于胰島B細胞以調(diào)節(jié)胰島素的分泌；另一方面也可作用于胰島組織中的神經(jīng)末梢或血管內(nèi)的感受器，反射性地引起胰島素分泌。因此血糖平衡受____________共同調(diào)節(jié)。

【答案】（1）0.8～1.2 食物中糖類的消化吸收、肝糖原的分解、非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化 （2）甲、乙 大腦皮層 （3）①④ （4）有效 乙出現(xiàn)的原因是自身抗體競爭性結合靶細胞膜上的胰島素受體，注射高濃度胰島素能增強胰島素的競爭能力 （5）胰島素受體蛋白質(zhì)、脂肪、糖原 葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白 糖類的氧化分解 血糖濃度 神經(jīng)-體液（激素）

【分析】例2以曲線圖和示意圖為載體，以糖尿病發(fā)病原因及調(diào)節(jié)為命題背景，考查人體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)及其調(diào)節(jié)的相關知識，從知識角度考查血糖調(diào)節(jié)過程和水鹽平衡調(diào)節(jié)過程，從學科核心素養(yǎng)角度考查學生識圖分析能力、語言表達能力和運用歸納與推理、批判性思維等科學思維解決問題的能力，促使學生關注社會上有關生物學的熱點問題，培養(yǎng)學生宣傳健康的生活方式等社會責任意識。（1）人體血糖的濃度及來源的設問主要是考查學生對教材知識的掌握程度；（2）根據(jù)題干敘述并結合圖3可以判斷甲、乙血糖和胰島素含量異常，為糖尿病患者，患者不能有效利用血糖導致血糖通過尿液排出，該過程使細胞外液滲透壓升高，下丘腦滲透壓感受器興奮，分泌抗利尿激素增加，大腦皮層興奮，產(chǎn)生渴覺，主動飲水；（3）尿糖超標原因較多，除糖尿病外，正常人一次攝入糖類較多或腎臟對原尿中葡萄糖重吸收發(fā)生障礙，也能導致尿糖超標；（4）糖尿病出現(xiàn)原因有胰島素分泌不足，胰島素不能與相應受體結合，及組織細胞上的胰島素受體受損或不足等，如果糖尿病人發(fā)病的原因是自身抗體競爭性結合靶細胞膜上的胰島素受體，可注射高濃度胰島素，使胰島素與抗體在與受體結合中占有優(yōu)勢，能有效治療糖尿?。唬?）正常人進食后分泌的胰島素與胰島素受體結合，可以促進葡萄糖進入組織參與氧化分解、促進肝糖原和肌糖原的合成，還可以促進葡萄糖轉(zhuǎn)化為非糖物質(zhì)。同時會抑制肝糖原分解及非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化為葡萄糖，從而達到降血糖的目的。學生結合圖4及所學知識，可以準確答出胰島素降低血糖的原理及調(diào)節(jié)方式。

（3）群體信息交流使生態(tài)系統(tǒng)保持穩(wěn)態(tài)

生物個體間及生物與環(huán)境間通過共同進化，形成生態(tài)系統(tǒng)的多樣性。在生態(tài)系統(tǒng)中，信息種類主要有三種，分別是物理信息、化學信息、行為信息，這些信息對于個體的生存和種群的繁衍有重要作用，同時對于調(diào)節(jié)種間個體數(shù)量、維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)與平衡具有重要意義。

【例3】生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與能量的輸入和輸出有關，也與信息傳遞有關。圖5中甲是一個草原生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動的示意圖，乙是該生態(tài)系統(tǒng)中鼠攝食后能量流向的示意圖（a～e代表過程，A～C代表能量）。請據(jù)圖5回答下列問題：

圖5

（1）草原群落中的碳元素進入無機環(huán)境的途徑是________（填圖5甲中的字母），若該草原向森林群落進行演替，則這一過程中，生產(chǎn)者對CO2的吸收量將________（填“大于”“小于”或“等于”）整個生物群落排出的CO2量，生態(tài)系統(tǒng)的_________穩(wěn)定性逐漸增強。

（2）圖5乙中的A表示鼠同化的總能量，B的含義為________________________________。

（3）為控制草原鼠害，對鼠的種群密度調(diào)查宜采用__________法；某時期調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該草原鼠種群的年齡組成如圖5丙，該鼠種群數(shù)量變化趨勢是__________。

（4）狼能夠依據(jù)鼠留下的氣味去捕食，鼠同樣也能夠依據(jù)狼的氣味或行為躲避獵捕，狼和鼠的種間數(shù)量保持相對穩(wěn)定說明信息傳遞能__________________，以維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

【答案】（1）d 大于 抵抗力 （2）鼠用于生長、發(fā)育和繁殖的能量（或鼠體內(nèi)儲存的能量） （3）標志重捕 逐漸增加 （4）調(diào)節(jié)種間關系

【分析】例3以生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量輸入和輸出關系為命題情境，考查生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響因素。從知識的角度考查生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與物質(zhì)循環(huán)和能量流動的關系，以及生態(tài)系統(tǒng)種群特征中的年齡組成對種群數(shù)量的影響；從能力與學科核心素養(yǎng)的角度考查學生運用推理、判斷等科學思維方法分析、解決問題的能力，試題難度不大，主要考查學生對所學知識的運用。（1）草原群落中的碳元素，是通過動植物的細胞呼吸以及分解者的分解作用進入無機環(huán)境的，其途徑為圖5甲中的d，若此草原向森林群落進行演替，則生產(chǎn)者及消費者的種類和數(shù)量會越來越多，營養(yǎng)結構趨于復雜，生產(chǎn)者對CO2的吸收量將大于整個生物群落排出的CO2量，生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性逐漸增強；（2）圖5乙是該生態(tài)系統(tǒng)中鼠攝食后能量流動的示意圖，其中A表示鼠同化的總能量，B表示鼠用于生長、發(fā)育和繁殖的能量；（3）對鼠的種群密度進行調(diào)查宜采用標志重捕法，圖5丙中幼年個體數(shù)明顯多于老年個體數(shù)，即出生率大于死亡率，屬于增長型，因此該鼠種群數(shù)量變化趨勢是逐漸增加；（4）狼能夠依據(jù)鼠留下的氣味去捕食，鼠同樣也能夠依據(jù)狼的氣味或行為躲避獵捕，這說明信息傳遞能調(diào)節(jié)種間關系，維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

總之，通過本節(jié)的復習，讓學生能感受到“信息交流在生命系統(tǒng)中是普遍存在的，是各種開放的生命系統(tǒng)成為統(tǒng)一整體的前提，是實現(xiàn)各級生命系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的生理基礎”這一核心概念在高中生物教材各模塊知識中的分布，體現(xiàn)出“穩(wěn)態(tài)與平衡”這一學科思想是貫穿高中生物教材的一條重要主線，是理解和掌握高中生物大概念及大概念下的重要概念、原理的基石，為學生建構生命觀念奠定基礎，使學生認識并適應高考對教材知識綜合考查的命題特點。通過教師引導，師生共同總結，最終達到掌握知識，提升學生運用所學知識分析、解決問題的能力，進而提高復習備考的針對性和實效性。