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从系统的视角认识细胞
  作者:课程教材研究所李红  发布时间:2014-04-10

摘要人教版高中生物课程标准教材《分子与细胞》,引导学生从系统的视角认识细胞,将细胞看做基本的生命系统,按照系统的组成、结构、功能和系统的发展变化规律的顺序来建构整个模块的知识体系。本文对建构这一体系的科学思想方法基础,各章节内容的组织和呈现如何体现生命系统的特征进行解读,并提出教学中应当注意的问题。

关键词 分子与细胞  生命系统  知识体系  解读

人教版高中生物课程标准教材《分子与细胞》[1],引导学生从系统的视角认识细胞,将细胞看做基本的生命系统,按照系统的组成、结构、功能和系统的发展变化规律的顺序来建构整个模块的知识体系。这一体系的建构不仅突破了传统教学分别研究细胞各部分的结构和功能的局限,而且落实了《普通高中生物课程标准(实验)》关于必修模块“所选内容能够帮助学生从微观和宏观两个方面认识生命系统的物质和结构基础、发展和变化规律以及生命系统中各组分间的相互作用”[2]的要求,有助于学生建立生命系统的概念,从系统的视角认识生命及生命活动,了解生命系统的特征和发展变化规律,为后续必修模块和选修模块的学习打下了必要的基础。

1 系统论的思想方法是《分子与细胞》模块教材知识体系建构的重要理论基础

传统的大纲教材在讲述细胞时,是以细胞作为生物体结构和功能的基本单位来展开的。一般是将细胞分解成细胞膜、细胞质、细胞器、细胞核等各个组成部分,然后对每个组成部分进行具体地分析,以了解其结构特点和功能特点。这种方法的着眼点在于局部或要素,是人们熟悉的思维方法和研究方法。它的优点十分明显,对于局部或要素的研究很到位。但是它不利于反映事物内部各组分之间的联系和相互作用,不利于说明事物的整体性特征。在现代科学的整体化和高度综合化发展的趋势下,更需要人们在开展微观研究的同时,注重对事物整体运行规律的研究。细胞是一个精密的典型的生命系统,具备系统的基本特征,这就使得教材编者将系统论的思想方法引入对细胞的学习和研究成为可能。

系统的思想源远流长,但作为一门科学的系统论,人们公认是美籍奥地利人、理论生物学家贝塔朗菲(L. von Bertalanffy)创立的。现代系统观念与系统论的创立,是从生物学争论如何解释生命现象开始的。在生物学史上,存在着机械论和活力论之间的争论。机械论者认为“动物是机器”“人是机器”,用机械运动解释复杂的生命现象;活力论者提出生命来自“活力”和上帝的观点。他们都没能科学地解释生命现象。贝塔朗菲在20世纪30年代开始研究生物学领域的系统问题,“把生命看成是一个既具有高度的自主性,又与外界交换物质和能量的开放系统,强调生命的整体性、动态过程性、能动性和组织等级性”[3]1948年,贝塔朗菲出版了《生命问题——现代生物学思想评价》一书,阐述了机体系统论的思想。1968年,贝塔朗菲发表了《一般系统论——基础、发展、应用》,把机体系统论的原则推广到其他科学领域,将所研究的对象作为一个系统来看待,同时确立了系统所具有的基本特征,以及研究系统的基本方法,即系统论的基本思想和方法。系统论的创立,使人类的思维方式发生了深刻的变化。系统论反映了现代科学发展的趋势,反映了现代社会化大生产的特点,反映了现代社会生活的复杂性,所以它的理论和方法得到了广泛地应用,系统论的思想观念已渗透到科学研究和社会生活的各个领域。

把细胞作为一个基本的生命系统来学习和研究,并以此为主线建构《分子与细胞》模块教材的知识体系(图1),符合课程标准关于建立生命系统概念的要求,其中一以贯之的系统论思想方法,对于学生树立辨证唯物主义自然观,提升科学素养大有裨益。同时,该主线有序地把本模块的具体内容标准“细胞的分子组成,细胞的结构,细胞的代谢,细胞的增殖,细胞的分化、衰老和凋亡”组织起来,使本模块的知识结构化、条理化,逻辑清晰,层次分明。

            

 2 《分子与细胞》模块章节内容的安排体现了生命系统的特征

细胞作为基本的生命系统,具有生命系统的层次性、整体性、开放性、动态性的特征。这些特征在教材的各章节中得到了一定程度的体现(图1)。

2.1生命系统的层次性  人教版《分子与细胞》模块的第1章“走进细胞”,首先解决的问题,是帮助学生认识什么是系统,什么是生命系统,生命系统有哪些结构层次,在这些结构层次中,本模块将研究哪一个系统。使学生初步学会从系统的视角看问题。

在帮助学生初步建立细胞是最基本的生命系统这一观念之后,按照课程标准的要求,还应该让学生认识细胞的多样性和统一性,并通过分析细胞学说建立的过程,进一步了解细胞学说的内容及其重要性,使学生充分认识学习和研究细胞对于研究其他生命系统的重要意义。因此,这一章的重要地位和作用在于不仅为本模块后续各章的学习打基础,而且为后续两个必修模块的学习打基础。

2.2生命系统的整体性   任何系统都是一个有机的整体,它不是各个部分的机械组合或简单相加,系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的新质,即“整体大于部分之和”[4]。生命系统也不例外。因此,第2章“组成细胞的分子”,研究细胞这个基本生命系统的组成成分及其功能;第3章“细胞的基本结构”,剖析细胞的结构及其功能,揭示系统的整体性以及结构的有序性。

从系统的视角出发,第2章首先研究最重要的组成物质:生命活动的主要承担者——蛋白质,遗传信息的携带者——核酸。然后是糖类、脂质、水和无机盐。实际上也就是研究细胞这个生命系统的物质基础。学生将通过第2章的学习,树立生命的物质性和生命物质的特殊性的辩证唯物主义观点。

“系统不是其组分的简单堆砌,而是通过组分间结构和功能的密切联系,形成的统一整体” [1]。为体现这一观点,在第3章中,学生将进一步学习细胞膜、细胞质和细胞器、细胞核等基本结构,了解这些结构如何密切配合,共同完成生命活动。通过学习,学生将理解“细胞作为基本的生命系统,其结构复杂而精巧;各组分之间分工合作成为一个整体,使生命活动能够在变化的环境中自我调控、高度有序地进行……”[1]

2.3生命系统具有能动性和开放性,不断地与外界环境进行物质、能量和信息的交流  贝塔朗菲谈到,活机体相对于周围环境而言,是一个开放系统,这个开放系统不停地将物质排出到外界,又从外界吸收物质,它在这种连续的交换中以稳态方式维持自身[4]

4章“细胞的物质输入和输出”,让学生了解细胞对于物质的吸收和排出是有选择性的,这是生命活动的体现。选择性一旦消失,细胞的生命活动就停止了,系统也将解体。运输什么物质,以何种形式运输,是由细胞生命活动的需要所决定的,即生命系统是能动的。

细胞要维持系统的运转,需要不断地从周围环境中获取能量。能量供应是维持生命活动有序性的必要条件。第5章“细胞的能量供应和利用”的学习,将涉及生命系统如何通过获取能量实现功能上的有序性。

信息交流对于生命系统的维持,与物质流、能量流同样重要。第3章“细胞的基本结构”关于细胞膜进行细胞间信息交流的功能,使学生可以从中窥见一斑。学生将通过《遗传与进化》模块的学习,加深对这一观点的理解。

细胞的物质交换、能量供应、信息交流,体现了生命系统的开放性特征。

2.4生命系统是演变的和动态的  任何一个系统,都有其发生、发展、衰退、消亡的过程,细胞也不例外。第6章“细胞的生命历程”通过细胞的增殖、分化、衰老和凋亡,展示了细胞这一系统的演变,体现了生命系统的动态性。

生命系统在其发展变化的过程中,具有自创生、自生长、自校正、自适应、自维持、自更新等特点。细胞的增殖,在精密的调控机制下有序地进行。细胞的生长,具有特定的规律。细胞的分化,是基因“遵照”遗传信息提供的生命“蓝图”,在不同的细胞中,按照一定的时间顺序选择性表达。细胞的衰老和凋亡,是自然的生理过程,受到严格的由遗传机制决定的程序调控。而癌变,是由于细胞自我调控失常导致。从增殖、生长、分化到衰老、凋亡,细胞所经历的生命历程,正是系统演变的普遍规律,这是运动的观点,也是辩证的观点。

3 用系统论的思想方法统领《分子与细胞》模块教学时应注意的问题

由于本模块教材引导学生从系统的视角认识细胞,以系统论的思想方法为指导建构教材的知识体系,比传统大纲教材的思想新,立意高,教师在进行本模块教学时,需要注意以下两个方面的问题。

3.1 注意处理好章节内容与全书主线的关系  无论系统论的思想方法,还是生命系统的基本特征,在教材中都是隐性的,渗透在教材内容的组织和呈现当中。教师宜细细体会,融会贯通,做到心中有数。备课时应通观全局,处理好章节内容与全书主线的关系。

例如,有的教师将第3章第1节“细胞膜——系统的边界”和第4章第2节“生物膜的流动镶嵌模型”合并为一节课。如果认真考察这两节在全书中的位置及其教育价值,就会发现把这两节合并是不合适的。其原因可能是教师没有完全领会教材的编写意图。

3章第1节是把细胞膜作为系统的边界,让学生了解边界的功能。本节与后两节——系统内的分工合作、系统的控制中心,共同构成完整的一章,旨在让学生了解细胞这个基本的生命系统的结构,树立生命系统的整体性观点,而不仅仅是把细胞膜作为知识来学习。第4章第2节在本章中起承上启下的作用,与第1节“物质跨膜运输的实例”和第3节“物质跨膜运输的方式”共同完成了对细胞这个开放的系统,如何完成与外界环境物质交换的介绍。同时本节在科学方法和科学价值观方面有较高要求,这一目标的达成,需要给学生提供足够的学习时间。

如果把上述两节合并,学生将难以通过清晰的教材主线体会生命系统的特征,领悟系统论的思想方法,而且在教学时间的安排上会很仓促,三维目标难以得到有效落实。

3.2 系统论的思想方法重在领悟  《分子与细胞》虽然以系统论的思想方法统帅全书,但是系统论的思想对于高中学生是抽象、难理解的。高中生物课程不要求学生全面掌握系统论,而是希望学生通过对生命系统的特征及运行规律的学习,在潜移默化中逐步培养以系统的观点看待世界、分析事物的思想方法。

美国著名的认知派教育心理学家奥苏伯尔在其著作《教育心理学——认知观点》中提出,教学内容的顺次展开不能只考虑学术逻辑,也要考虑学生的学习心理特点和认知发展规律[5]。在开展《分子与细胞》的教学时,应注意避免把渗透在学习内容之中的思想、观点、方法过于显性化,避免把思想方法当做知识来教学。

人教版《分子与细胞》模块教材引导学生从系统的视角认识细胞,有助于建构“活”细胞的概念,避免支离破碎地认识细胞,“只见树木,不见森林”;有助于在微观层面深入地理解生命系统的特征,建立细胞结构和功能统一的观点,细胞生活中物质、能量、信息变化统一的观点,生物体部分和整体统一的观点,促进辩证唯物主义自然观的形成,落实课程标准的要求;有助于形成以系统论的思想方法来观察和分析世间万物的意识,使高中阶段的生物课程学习,起点更高,视野更广。

主要参考文献

[1] 人民教育出版社课程教材研究所生物课程教材研究开发中心.2004.普通高中课程标准实验教科书 生物1 分子与细胞(必修). 北京:人民教育出版社

[2]中华人民共和国教育部. 2003.  普通高中生物课程标准(实验). 北京:人民教育出版社

[3] 吴国盛. 2002. 科学的历程. 北京:北京大学出版社

[4] 路德维希•冯•贝塔朗菲著,吴晓江译. 1999. 生命问题——现代生物学思想评价. 北京:商务印书馆

[5] 奥苏伯尔等著,佘星南等译. 1994. 教育心理学——认知观点. 北京:人民教育出版社

 

 
  相关评论 点击数:904     评论数:14    
游客     发表评论于:2014-6-25 14:57:37
模块教材引导学生从系统的视角认识细胞,有助于建构“活”细胞的概念,避免支离破碎地认识细胞
刘明艳     发表评论于:2014-10-17 14:04:29
传统的大纲教材在讲述细胞时,是以细胞作为生物体结构和功能的基本单位来展开的。一般是将细胞分解成细胞膜、细胞质、细胞器、细胞核等各个组成部分,然后对每个组成部分进行具体地分析,以了解其结构特点和功能特点。
刘明艳     发表评论于:2014-10-17 14:05:03
系统的思想源远流长,但作为一门科学的系统论,人们公认是美籍奥地利人、理论生物学家贝塔朗菲(L. von Bertalanffy)创立的。现代系统观念与系统论的创立,是从生物学争论如何解释生命现象开始的。在生物学史上,存在着机械论和活力论之间的争论。
杨永珍     发表评论于:2014-10-20 16:39:14
摘要人教版高中生物课程标准教材《分子与细胞》,引导学生从系统的视角认识细胞,将细胞看做基本的生命系统,按照系统的组成、结构、功能和系统的发展变化规律的顺序来建构整个模块的知识体系。本文对建构这一体系的科学思想方法基础,各章节内容的组织和呈现如何体现生命系统的特征进行解读,并提出教学中应当注意的问题。
李伟     发表评论于:2014-10-21 14:29:23
细胞的物质交换、能量供应、信息交流,体现了生命系统的开放性特征。 信息交流对于生命系统的维持,与物质流、能量流同样重要
杨永珍     发表评论于:2014-10-20 16:39:44
生命系统具有能动性和开放性,不断地与外界环境进行物质、能量和信息的交流 贝塔朗菲谈到,活机体相对于周围环境而言,是一个开放系统,这个开放系统不停地将物质排出到外界,又从外界吸收物质,它在这种连续的交换中以稳态方式维持自身
李军     发表评论于:2014-10-23 11:07:04
一般是将细胞分解成细胞膜、细胞质、细胞器、细胞核等各个组成部分,然后对每个组成部分进行具体地分析,以了解其结构特点和功能特点。
李军     发表评论于:2014-10-23 11:07:27
人们公认是美籍奥地利人、理论生物学家贝塔朗菲(L. von Bertalanffy)创立的。现代系统观念与系统论的创立,是从生物学争论如何解释生命现象开始的。在生物学史上,存在着机械论和活力论之间的争论。
李军     发表评论于:2014-10-23 11:07:55
引导学生从系统的视角认识细胞,将细胞看做基本的生命系统,按照系统的组成、结构、功能和系统的发展变化规律的顺序来建构整个模块的知识体系。本文对建构这一体系的科学思想方法基础,各章节内容的组织和呈现如何体现生命系统的特征进行解读,并提出教学中应当注意的问题。
李军     发表评论于:2014-10-23 11:08:20
细胞的物质交换、能量供应、信息交流,体现了生命系统的开放性特征。信息交流对于生命系统的维持,与物质流、能量流同样重要
李军     发表评论于:2014-10-23 11:08:49
生命系统具有能动性和开放性,不断地与外界环境进行物质、能量和信息的交流 贝塔朗菲谈到,活机体相对于周围环境而言,是一个开放系统,这个开放系统不停地将物质排出到外界,又从外界吸收物质,它在这种连续的交换中以稳态方式维持自身
游客     发表评论于:2014-10-25 12:47:57
本模块教材引导学生从系统的视角认识细胞,以系统论的思想方法为指导建构教材的知识体系,比传统大纲教材的思想新,立意高.虽然是高中部分知识,但对我们初中生物的学习也很有帮助,谢谢分享
安昊     发表评论于:2014-12-1 20:16:21
传统的大纲教材在讲述细胞时,是以细胞作为生物体结构和功能的基本单位来展开的。一般是将细胞分解成细胞膜、细胞质、细胞器、细胞核等各个组成部分,然后对每个组成部分进行具体地分析,以了解其结构特点和功能特点。
游客     发表评论于:2014-7-22 16:41:53
从系统的视角认识细胞,有助于建构“活”细胞的概念,避免支离破碎地认识细胞,“只见树木,不见森林”;促进辩证唯物主义自然观的形成,落实课程标准的要求;有助于形成以系统论的思想方法来观察和分析世间万物的意识,使高中阶段的生物课程学习,起点更高,视野更广。
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