《生物：生命的動力》關(guān)于細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能內(nèi)容的編排特色

鄭世德　劉競男

摘 要 “結(jié)構(gòu)與功能”是美國新版K-12科學(xué)教育框架中7個跨領(lǐng)域的概念之一，其在現(xiàn)代科學(xué)教育中發(fā)揮著極其重要的作用。立足于結(jié)構(gòu)與功能觀，從學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律出發(fā)，研究美國高中生物教材《生物：生命的動力》中關(guān)于細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能內(nèi)容的編排特點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，美國教材內(nèi)容銜接緊密，邏輯性強(qiáng)，彰顯其科學(xué)化與人性化，對我國課堂教學(xué)具有一定啟示作用。

關(guān)鍵詞 生物學(xué)教材 教材編排 生命的動力

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 B

2004年，美國麥格勞-希爾出版了美國高中主流理科教材Biology：The Dynamics of life，該教材的中譯本《生物：生命的動力》于2008年由浙江教育出版社出版（以下簡稱“美國教材”）。美國教材邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，知識聯(lián)系緊密，有利于中學(xué)生對生物學(xué)知識的建構(gòu)與遷移。筆者立足于結(jié)構(gòu)與功能觀，研究美國教材“分子與細(xì)胞”章節(jié)關(guān)于細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能內(nèi)容編排的方式及特點(diǎn)，旨在為我國課堂教學(xué)提供參考性意見。

1 結(jié)構(gòu)與功能觀的概述

結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)內(nèi)各成分之間相互聯(lián)系、作用的方式，是系統(tǒng)的基本屬性，又是系統(tǒng)具有整體性、功能性的依據(jù)。而功能是從系統(tǒng)外部反映系統(tǒng)的整體性，兩者所要揭示的內(nèi)容是不同的，但是兩者又是相互聯(lián)系，相互依存的。

一方面，結(jié)構(gòu)決定著功能。結(jié)構(gòu)是機(jī)體的組成成分，功能是機(jī)體組成成分相應(yīng)的功效。另外，兩者又是相互制約的，結(jié)構(gòu)決定著功能，功能也對結(jié)構(gòu)有限制作用，所以兩者是一個相對范疇。根據(jù)結(jié)構(gòu)與功能的聯(lián)系，在科學(xué)研究中要重視探究系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，依據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)去了解系統(tǒng)，進(jìn)而依據(jù)系統(tǒng)具有的結(jié)構(gòu)來判斷其具有的功能。

2 美國教材關(guān)于細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能內(nèi)容的呈現(xiàn)

2.1 組成細(xì)胞的分子

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定著系統(tǒng)的功能，認(rèn)識系統(tǒng)得首先了解其結(jié)構(gòu)。美國教材第13章“組成細(xì)胞的分子”以結(jié)構(gòu)的層次性為銜接，以物質(zhì)結(jié)構(gòu)的有序性來組織內(nèi)容，使知識邏輯化、網(wǎng)絡(luò)化，易于學(xué)生對知識的建構(gòu)與遷移。

如“組成細(xì)胞的分子”中第一節(jié)“原子及其相互作用”以分子結(jié)構(gòu)的層次性為銜接來組織內(nèi)容，以元素—原子—同位素—化合物和化學(xué)鍵—化學(xué)反應(yīng)—混合物與溶液的邏輯順序敘述，由簡單到復(fù)雜，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。所有的物質(zhì)都是由元素組成的，元素以原子的形式存在，原子的結(jié)構(gòu)決定了其功能，也決定了各種化學(xué)元素的性質(zhì)。所以教材尤其重視原子結(jié)構(gòu)對內(nèi)容的銜接，開始就以圖文結(jié)合的方式分別展示了質(zhì)子、中子、電子、電子能級的結(jié)構(gòu)，并且在化學(xué)鍵、化合物、化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)容中都有所體現(xiàn)。教材圍繞著原子結(jié)構(gòu)，試圖讓學(xué)生從微觀角度理解原子中的各種微粒，了解這些粒子的結(jié)構(gòu)與功能，為化合物、化學(xué)反應(yīng)、生物大分子等結(jié)構(gòu)與功能的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

又如第三節(jié)對細(xì)胞中有機(jī)物的介紹，以碳在生物中的作用—分子鏈—碳水化合物的結(jié)構(gòu)—脂類的結(jié)構(gòu)—蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)—核酸的結(jié)構(gòu)為邏輯順序呈現(xiàn)。因?yàn)樗械挠袡C(jī)物都含有碳原子，所以教材首先介紹碳原子的結(jié)構(gòu)，然后介紹碳原子的成鍵特點(diǎn)，包括單鍵、雙鍵、三鍵，直鏈、支鏈或環(huán)狀鏈知識，進(jìn)而介紹分子鏈、多聚體的知識，對碳原子的結(jié)合方式以及分子鏈的學(xué)習(xí)有利于糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸的結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。

可以看出，教材從原子的結(jié)構(gòu)過渡到化學(xué)鍵、化學(xué)反應(yīng)的知識，從碳原子的結(jié)構(gòu)及分子鏈的知識過渡到生物大分子，知識邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，內(nèi)容銜接緊密，彰顯了結(jié)構(gòu)的層次性與有序性，既遵照了知識的邏輯性，也符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。

2.2 真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)

細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)多而復(fù)雜，而且其關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，對學(xué)生來說比較抽象，在教材中如何呈現(xiàn)是一大難題。美國教材以細(xì)胞器所具有的功能將細(xì)胞器進(jìn)行分類，巧妙地以細(xì)胞器功能的有序性來編排細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)。教材共分為7個小標(biāo)題敘述真核細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)：細(xì)胞的邊界、細(xì)胞核與細(xì)胞調(diào)控、組裝運(yùn)輸和貯存、液泡與儲存、溶酶體與循環(huán)再利用、能量轉(zhuǎn)換器、用于支持和運(yùn)動的細(xì)胞器。

教材首先介紹細(xì)胞的邊界——細(xì)胞膜和細(xì)胞壁，“但是植物細(xì)胞、真菌、細(xì)菌和一些原生動物還有一層邊界：細(xì)胞壁”，為細(xì)胞提供支持和保護(hù)；然后介紹細(xì)胞這個生命系統(tǒng)是如何運(yùn)行的。細(xì)胞需要調(diào)控，相當(dāng)于團(tuán)隊(duì)需要一個人來領(lǐng)導(dǎo)，細(xì)胞的“領(lǐng)導(dǎo)人”就是細(xì)胞核。教材根據(jù)細(xì)胞核指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的基本程序相繼介紹染色質(zhì)、核仁、核糖體、細(xì)胞質(zhì)四種細(xì)胞器；接著教材以一個問題“蛋白質(zhì)合成的指令從細(xì)胞核輸送到細(xì)胞質(zhì)后，究竟發(fā)生了哪些變化呢？”引出組裝和運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-高爾基體；儲存：液泡；循環(huán)再利用：溶酶體；接著敘述能量來源，“蛋白質(zhì)的合成、修飾、運(yùn)輸和消化這些細(xì)胞活動都需要能量”，引出能量轉(zhuǎn)換器：葉綠體和線粒體；最后介紹用于支持和運(yùn)動的細(xì)胞器：細(xì)胞骨架-微管和微絲、中心粒、 纖毛和鞭毛?？梢钥闯觯滩囊怨δ艿挠行蛐园逊彪s的細(xì)胞器的內(nèi)容知識進(jìn)行了有效的整合，結(jié)構(gòu)與功能聯(lián)系緊密，邏輯清晰，易于學(xué)生對細(xì)胞器的整體把握，深刻體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生物學(xué)學(xué)科思想，值得我國學(xué)習(xí)與借鑒。

3 對我國高中生物課堂教學(xué)的啟示

基于前面對美國教材關(guān)于細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能內(nèi)容編排的分析，筆者對我國高中生物課堂教學(xué)有以下建議。

3.1 注重概念之間的聯(lián)系

認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)新知識的學(xué)習(xí)必須與學(xué)習(xí)者已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)有聯(lián)結(jié)，建構(gòu)主義強(qiáng)調(diào)知識的結(jié)構(gòu)性。生物學(xué)是一門綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，知識概念多而抽象，如果在生物教學(xué)中不注重概念與概念之間的聯(lián)系，將不利于學(xué)生系統(tǒng)、全面的掌握生物學(xué)知識，容易導(dǎo)致學(xué)生知識記憶的片段化，也不利于學(xué)生對結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一思想的學(xué)習(xí)，難以落實(shí)我國高中生物新課程標(biāo)準(zhǔn)中要求學(xué)生初步形成結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的情感與態(tài)度價值觀。所以，在中學(xué)生物課堂教學(xué)中教師不僅要重視學(xué)生對概念的理解，而且也要重視概念之間的聯(lián)系，這樣學(xué)生才能對抽象的概念有一個系統(tǒng)、全面的理解。

3.2 關(guān)注學(xué)生對知識的理解

美國教材關(guān)注生活，提倡像科學(xué)家那樣思考、探索，教材重視知識理論的論證過程，喜歡問“為什么”，注重學(xué)生對知識的理解。而我國傳統(tǒng)生物課堂教學(xué)喜歡將知識理論生硬的拋給學(xué)生，喜歡用“是什么”的知識呈現(xiàn)方式展現(xiàn)科學(xué)理論，不利于學(xué)生有意義學(xué)習(xí)的發(fā)生，缺少科學(xué)、人文氣息，不利于提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。所以在中學(xué)生物課堂教學(xué)中教師要重視拓展學(xué)生的思維，引導(dǎo)學(xué)生對問題的思考，鼓勵學(xué)生進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。