生命观念是生物核心素养的基础和支柱,运用生命观念的四大思想整合概念,形成概念网络,培养生命观念,探寻核心素养落地生根的路径意义重大。
一、生命观念的涵义
1.生命观念
生命观念是指对生命现象的相互关系或特性进行分析后所进行的抽象,是经过实证后的想法或观点,它有助于理解或解释较大范围内的生物学相关事件和现象。
2. 生物学中四个重要生命观点
结构与功能观:结构和功能相适应,是长期进化所形成的,是生物适应环境的体现。
物质与能量观:物质合成与分解总是伴随着能量的吸收与释放,生态系统的物质循环与能量流动密不可分。
进化与适应观:适者生存,不适者被淘汰,生物不断进化,适应环境;生物适应环境具有普遍性和多样性。
稳态与平衡观:生命系统是一个稳态和平衡的系统,稳态和平衡是通过调节实现的。
二、生命观念与生物概念的关系
1.生命观念跨概念性和上位性
生命观念不等同于生物学重要概念,其具有跨概念性和上位性,是众多概念的归纳、总结和提炼。迈尔说“生物学的进展大多是概念(或原则)发展的结果”,由此说明概念教学在高中生物教学中具有举足轻重的地位。
2.涵盖理解生命的生物基本概念分析
具备哪些知识才能理解生命?我们可以从回答“是什么?”、“怎么样?”和“为什么?”这样三个基本问题去阐述。
回答“是什么?”可以统领生物多样性及分类,生命的基本特征以及生命系统结构层次(分子、细胞、种群、群落、生态系统)等方面的基本概念。
回答“怎么样?”可以统领基因控制蛋白质合成(中心法则),细胞代谢(光合作用、呼吸作用),细胞生命历程(分裂、分化、癌变和衰老),生命活动调节以及种群、群落和生态系统的发展变化等方面的概念。
回答“为什么?”可以统领基因与环境的相互作用(根本原因)和长期自然选择和生物进化的结果(终极原因)等方面的概念。
有关专家通过研究台湾地区和西方国家高中生物教材编写体系,提出“涵盖理解生命的生物基本概念均应该纳入必修教材概念体系”。从这个角度分析,新教材编写时把原必修3教材的生命活动调节和生态系统的诸多概念纳入选修教材,是一种缺憾。
三、在概念教学中渗透生命观念的教学案例
有专家说:“今后将通过课程设计、教学实践、教育评价等三个方面进行落实(核心素养)”。高中生物一线教师最佳着力点即在“教学实践”环节,即加强案例教学研究,梳理支撑4大重要生命观念的概念,进行科学的生物学阐释,并通过归纳、总结、提炼生物概念,引导学生形成生命观念这一基本的生物核心素养。
1. 叶绿体与线粒体案例教学
——渗透结构与功能观、物质与能量观、进化与适应观
在学习线粒体与叶绿体这两类细胞器时,教师可以运用列表比较法引导学生从“存在范围”、“形状”、“结构”、“特有化学成分”、“功能”等维度来列表比较,进行概念学习。在列表比较过程中,侧重引导分析两者为什么都要增大膜面积?原因是叶绿体要增大光合作用色素和与光合磷酸化有关物质(如酶)的附着面积,提高光合作用效率,线粒体要增大氧化磷酸化有关物质(如酶)的附着面积,从而增大呼吸作用效率。这样阐释,学生很容易形成“细胞器结构与功能相适应”的生命观点,也基本了解到“叶绿体是光合作用场所”,“线粒体是有氧呼吸的主要场所”,即回答了“是什么?”的问题。
可进一步引导学生分析叶绿体和线粒体都是能量转换器,结合光合作用过程图解和有氧呼吸过程图解,引导学生理解光合作用是合成有机物,把光能转变为有机物化学能;有氧呼吸作用则是分解有机物,逐级释放能量,大约40%左右能量转移到ATP中,为各项生命活动供能,大约60%左右能量以热能形式散失。进一步分析生态系统中物质碳循环和能量流动与光合作用和呼吸作用的密切关系,即能量的进入、流动、利用和释放,与物质合成、转化及分解过程相辅相成。引导学生从分析叶绿体和线粒体两个概念为起点,延伸出光合作用和有氧呼吸概念,再拓展到生态系统物质循环和能量流动的概念,在归纳、整合这些概念过程中,物质和能量观悄然入脑入心,同时也综合细胞代谢、生态系统相关概念,知晓了叶绿体和线粒体怎样履行“能量转换器”的功能,即回答了“怎么样?”的问题
还可以进一步将这两类细胞器类比为香港和澳门,属于细胞中的“特区”:都含有少量DNA和少量RNA、都能自我复制,都属于半自主性细胞器。同时结合某些原核生物无叶绿体,但能进行光合作用;无线粒体,能进行有氧呼吸,从进化起源分析,说明光合作用的进化起源早于叶绿体,有氧呼吸的进化起源早于线粒体,两类细胞器的出现,通过膜结构,扩展了膜面积,分隔构建了微环境,从而大大提高了各自的工作效率。教师因势利导,向学生介绍“细胞内共生的假说”,激发学生探究生命起源的奥秘,认同进化与适应的生命观点,同时也大体知晓了叶绿体和线粒体的“前世今生”,即回答了“为什么?”的问题
2.同源染色体案例教学
——渗透进化与适应观、结构与功能观、稳态与平衡观
教师运用渗透进化与适应观,引导学生理解同源染色体这一核心概念,找到了一把开启“遗传与进化”诸多重点难点内容的金钥匙。人教版教材中同源染色体的概念是这样表述的:“配对两条染色体,形状、大小一般都相同,一条来自父方,另一条来自母方,叫做同源染色体。”
一些勤于思考的学生会提出疑问:“一条来自父方,另一条来自母方,来源不同啊?怎么叫同源染色体呢?”
教师要运用生物生殖方式进化的知识来答疑解惑,有必要花费一些时间,跟学生说明最原始的单细胞生物染色体是成单存在的,在进化过程出现了染色体复制之后不分裂或两个单细胞生物发生融合现象等,这样会产生染色体成对存在的单细胞生物个体,这种发生染色体加倍的生物个体,在适应环境方面占有明显优势,通过自然选择,这种变异得到了积累和发展,即出现了二倍体生物。所以这个“同源”是指染色体的进化起源相同,近期来源反而不同。这就回答了“为什么?”的问题。
教师引导学生解构染色体成分是DNA和蛋白质,再结合DNA是遗传信息的载体,染色体是基因的载体,引导学生分析有丝分裂过程中染色体的行为特征。如丝状的染色质为什么要复制?为什么要缩短变粗成为棒状的染色体?为什么要出现纺锤丝和纺锤体?为什么要先牵引、有序排列,着丝点再分裂?核仁和核膜在前期为什么要消失,末期为什么会重新出现?再结合有丝分裂过程中基因的行为特征,间期进行选择性表达,分裂期高度封闭等等,其目的都是“确保遗传物质精确的平均分配”。学生会运用结构与功能观,自然理解了染色体“是什么?”的深层问题。
教师结合染色体数目变异和结构变异所导致的各种疾病及其危害,分析引起如此严重后果的原因是打破了染色体和基因层面的稳态与平衡。这种稳态与平衡包括基因数量增减、基因选择性表达的程序发生改变等,如结构变异中的缺失、重复引起生物体性状的改变很容易解释,即基因的数目减少或增加导致基因数量平衡被打破。结构变异中的颠倒和易位,基因数目没有少,为什么引起相应疾病,就可以运用变异导致基因选择性表达的程序发生紊乱来解释。而且基因的失衡最终导致基因所控制蛋白质性质或剂量的改变,从而直接或间接导致生物性状的改变,学生运用“稳态与平衡”观知晓了染色体变异会导致“怎么样?”的严重后果。
总之,在高中生物概念教学中渗透结构与功能观、物质与能量观、进化与适应观、稳态与平衡观等四大生命观念,让高中生理解生命意义和人生价值,自觉地珍爱生命,这是生命教育的起点,是培养高中生生物核心素养的基石。