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1、“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”模塊的解讀摘要 教育部2003年頒布的普通高中生物課程標準（實驗），將“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”作為高中生物學課程中3個必修模塊之一。本文闡述了本模塊的價值和地位，分析了本模塊的內容特點，對如何搞好本模塊的教學提出了建議。 關鍵詞 穩(wěn)態(tài) 環(huán)境 反饋 調節(jié) 知識 能力 科學方法 情感態(tài)度價值觀本模塊實際上包括兩大部分：一是個體水平上生命活動的調節(jié)；二是群體水平上生物與環(huán)境的關系。具體包括以下內容：植物的激素調節(jié)、動物生命活動的調節(jié)、人體的內環(huán)境與穩(wěn)態(tài)、種群和群落、生態(tài)系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境的保護。1 學生學習本模塊的目的和意義在知識方面，學生通過本模塊的學習，可以理解生物個體是如何在不斷變化的環(huán)境中，
2、通過自我調節(jié)機制維持自身的穩(wěn)態(tài)的；生物與生物之間、生物與無機環(huán)境之間又是怎樣通過復雜的相互作用形成一個統(tǒng)一的整體的。在能力方面，學生通過本模塊的學習，可以了解系統(tǒng)分析的思想和方法，逐步形成整體性思維的習慣，初步學會建立數(shù)學模型，提高從內因和外因相互作用的角度分析事物發(fā)展變化的能力。在情感態(tài)度與價值觀方面，學生通過本模塊的學習，可以提高對生命系統(tǒng)與環(huán)境關系的認識，為樹立人與自然和諧發(fā)展的觀念，形成生態(tài)意識和環(huán)境保護意識奠定基礎。2 本模塊在高中生物課程中的地位作為高中生物課程中三個必修模塊之一，本模塊具有獨特的地位和作用。第1，本模塊對學生理解生物學至關重要。生物學是研究生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的
3、科學。在我國的中學生物學課程中，初中階段側重于讓學生了解生命現(xiàn)象，高中階段側重于讓學生理解生命活動的本質和規(guī)律。生命世界從細胞到個體，從個體到群體，以至生態(tài)系統(tǒng)，都是不同層次的生命系統(tǒng)。生命系統(tǒng)有著自身的物質基礎和結構基礎，有著自身的發(fā)生、發(fā)展和衰亡的規(guī)律。分子與細胞模塊側重于使學生在細胞水平認識生命系統(tǒng)的物質基礎和結構基礎；遺傳和進化模塊側重于使學生在基因水平認識生命系統(tǒng)的發(fā)生和發(fā)展；本模塊則側重于使學生在個體和群體水平認識生命系統(tǒng)內部的調節(jié)機制以及與環(huán)境的關系。生命系統(tǒng)是開放系統(tǒng)，它們與外界環(huán)境之間不斷進行著物質交流、能量轉換和信息傳遞，這就決定了生命系統(tǒng)時刻處于動態(tài)變化過程中。生態(tài)系統(tǒng)的
4、動態(tài)變化都是在一定的范圍內進行的，否則就會解體，導致系統(tǒng)的崩潰。也就是說，穩(wěn)態(tài)是生命系統(tǒng)能夠獨立存在的必要條件。生物體內的各種代謝過程，都是將維持自身的穩(wěn)態(tài)作為目標。穩(wěn)態(tài)的維持靠的是生命系統(tǒng)內部的自動調節(jié)機制。本模塊中關于這種調節(jié)機制，在個體水平上主要闡述動物體和植物體的生命活動的調節(jié)，在群體水平上主要闡述生態(tài)系統(tǒng)的自動調節(jié)?？梢?，就理解生命活動的本質和規(guī)律來說，本模塊具有其他模塊不可取代的價值。第2，本模塊對于學生了解生物學在生活和生產(chǎn)中的應用十分重要。人體的許多疾病都與內環(huán)境穩(wěn)態(tài)的失調有關。例如，血糖的穩(wěn)定是穩(wěn)態(tài)的重要方面，它是通過胰島素等激素的調節(jié)而實現(xiàn)的，胰島素分泌失調就會導致糖尿?。?/p>
5、注射胰島素就會使這類糖尿病患者得到治療。生產(chǎn)中應用或產(chǎn)生的激素類似物若大量釋放到環(huán)境中，又會對人體產(chǎn)生不良影響。本模塊還安排了人體的水鹽調節(jié)、體溫調節(jié)、免疫調節(jié)等內容，這些內容都與人體健康密切相關。植物激素在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及現(xiàn)代生物技術中都有著廣泛的應用，種群數(shù)量的變化、群落的演替、生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、生物多樣性的保護等內容，更是與人類的經(jīng)濟生產(chǎn)活動和社會的可持續(xù)發(fā)展密切相關。第3，本模塊對于學生認識生物與環(huán)境是一個統(tǒng)一的整體，進而樹立人與自然和諧發(fā)展的觀點十分重要，可以為學生形成環(huán)境保護意識打下理性的基礎。第4，本模塊對于學生全面領悟科學方法十分重要。分子與細胞模塊和遺傳與進化模塊，可以幫助學生領
6、悟觀察歸納、假說演繹等方法，本模塊可以幫助學生領悟系統(tǒng)分析、建立數(shù)學模型、取樣調查等方法。3 對本模塊內容要求的分析3.1 本模塊內容設計的基本思路 本模塊內容包括生命活動的調節(jié)和生物與環(huán)境兩大方面，但是，它并不是這部分內容的簡單合并，而是由穩(wěn)態(tài)這一核心概念統(tǒng)領的個體和群體兩個研究水平的內容。本模塊內容構建的基本思路是：將生物的個體和群體看作不同層次的生命系統(tǒng)，它們都在與外界環(huán)境的相互作用中，通過自身的調節(jié)機制維持穩(wěn)態(tài)（如下圖）。穩(wěn)態(tài)的概念源于人體內環(huán)境的研究。1857年，法國生理學家貝爾納（C. Bernard,18131878）首先指出，細胞外液是機體細胞直接生活于其中的外環(huán)境，也就是身體
7、的內環(huán)境。雖然機體的外部環(huán)境經(jīng)常變化，但內環(huán)境基本不變，從而給細胞提供了一個比較穩(wěn)定的理化環(huán)境。貝爾納認為，“內環(huán)境的穩(wěn)定是獨立自由的生命的條件。”失去了這些條件，代謝活動就不能正常進行，細胞的生存就會出現(xiàn)危機。1926年，美國生理學家坎農(nóng)（W.B.Cannon,18711945）發(fā)展了內環(huán)境穩(wěn)定的概念，指出內環(huán)境的穩(wěn)定狀態(tài)只有通過細致地協(xié)調各種生理過程才能達成。內環(huán)境的任何變化都會引起機體自動調節(jié)組織和器官的活動，產(chǎn)生一些反應來減少內環(huán)境的變化。他將這種由代償性調節(jié)反應所形成的穩(wěn)定狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)（homeostasis）。他認為穩(wěn)態(tài)并不意味著穩(wěn)定不變，而是指一種可變的相對穩(wěn)定的狀態(tài)，這種狀態(tài)是
8、靠完善的調節(jié)機制抵抗外界環(huán)境的變化來維持的。在坎農(nóng)之后，隨著生物學的發(fā)展，以及系統(tǒng)論和控制論的思想方法對生物學的影響，穩(wěn)態(tài)的概念突破了生理學范疇，延伸至生命科學的各個領域，成為整個生命科學的一大基本概念。人們認識到，不僅人體的內環(huán)境存在穩(wěn)態(tài)，各個層次的生命系統(tǒng)都存在穩(wěn)態(tài)。在微觀領域，細胞內的各種理化性質也是大致維持穩(wěn)定的，各種酶促反應的進行受到反饋調節(jié)；基因表達過程中同樣存在穩(wěn)態(tài)。在宏觀領域，種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)都存在穩(wěn)態(tài)。就人體的穩(wěn)態(tài)而言，通過神經(jīng)調節(jié)和體液調節(jié)而實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)的觀點也得到進一步發(fā)展，提出穩(wěn)態(tài)是通過神經(jīng)、內分泌和免疫調節(jié)網(wǎng)絡來維持的，強調免疫調節(jié)在穩(wěn)態(tài)維持中的作用。綜上所述，穩(wěn)態(tài)是
9、生命系統(tǒng)的重要特征，是生命系統(tǒng)在與外界環(huán)境的物質、能量和信息交流過程中，通過自身的調節(jié)機制而維持的相對穩(wěn)定狀態(tài)。理解生命系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)，一是要將生命系統(tǒng)放在與外界環(huán)境的相互作用中來理解，二是要理解不同生命系統(tǒng)內部的自動調節(jié)機制。這也正是本模塊標題定為“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”的基本考慮。3.2 本模塊內容在知識、方法和情感態(tài)度價值觀方面的側重點 在知識方面，本模塊的核心概念是穩(wěn)態(tài)和反饋。系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)是通過反饋調節(jié)機制而實現(xiàn)的。在一個系統(tǒng)中，系統(tǒng)本身工作的效果，反過來又作為信息調節(jié)該系統(tǒng)的工作，這種調節(jié)方式叫做反饋調節(jié)。人體內血糖含量升高時，刺激胰島B細胞，促進它分泌胰島素，同時作用于胰島A細胞，使之減少胰高血糖
10、素的分泌。當胰島素隨血液運輸?shù)礁魏图∪獾绕鞴倩蚪M織時，能促進細胞對葡萄糖的攝取和利用，還可促進肝細胞和肌肉細胞將葡萄糖合成為糖原儲存起來，從而使血糖含量下降。當血糖含量降低到一定程度時，就會抑制胰島素的分泌，增加胰高血糖素的分泌，從而促進肝糖原的分解，形成較多的葡萄糖，使血糖含量升高。可見胰島素的作用結果會反過來影響胰島素的分泌，胰高血糖素也是如此。這就是反饋調節(jié)。在生態(tài)系統(tǒng)中，當氣候適宜時，植物生長茂盛，為植食性動物提供了充足的食物，植食性動物的數(shù)量會增加；植食性動物數(shù)量的增長，會吃掉大量的植物，同時也會使肉食性動物數(shù)量增加，這兩方面的變化又都導致植食性動物數(shù)量的增長趨勢得到遏制。這也是反饋
11、調節(jié)。這只是兩個關于反饋調節(jié)的簡化的例子，在生物體和生態(tài)系統(tǒng)內部，實際上都存在復雜的反饋調節(jié)網(wǎng)絡，穩(wěn)態(tài)是通過網(wǎng)絡化的反饋調節(jié)而實現(xiàn)的。學生要建構穩(wěn)態(tài)和反饋的概念需要一定的生物學事實做基礎。與此有關的生物學事實內容很多，課程標準在內容的選取上有主有次。在個體水平上，本模塊重點是人體的穩(wěn)態(tài)，動物生命活動的調節(jié)也大都以人體為例。在群體水平上，本模塊重點是生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)。在科學方法方面，本模塊重在系統(tǒng)分析和建構模型的方法。系統(tǒng)分析是明確系統(tǒng)的邊界后，在分析系統(tǒng)組成要素、層次結構的基礎上，分析系統(tǒng)各組分間相互影響的定量關系，建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，并利用計算機對系統(tǒng)結構優(yōu)化，使系統(tǒng)具有功能整合作用的問題分析
12、方法。一般包括四個階段：第一階段是定性分析，包括劃分系統(tǒng)邊界、確定系統(tǒng)組分、分析系統(tǒng)層次、明確問題及研究目標；第二階段為定量研究階段，包括定量研究各組分間的影響關系、建立系統(tǒng)數(shù)學模型；第三階段為模型分析階段，是在認識系統(tǒng)動態(tài)規(guī)律的基礎上，確定系統(tǒng)模型的參數(shù)，進行模型試驗，優(yōu)化系統(tǒng)功能；第四階段為系統(tǒng)結構優(yōu)化階段，是通過模擬分析，優(yōu)化系統(tǒng)結構，實行系統(tǒng)調控，使系統(tǒng)具有系統(tǒng)功能整合特性，實現(xiàn)優(yōu)化的系統(tǒng)功能。限于高中學生的發(fā)展水平和需要，本模塊并不要求學生掌握如此完整的系統(tǒng)分析方法，而是重在領悟系統(tǒng)方法的思想，初步學會從系統(tǒng)的整體出發(fā)，分析整體與局部、部分與部分、整體與外部環(huán)境之間的相互關系。在進行
13、有關系統(tǒng)分析的探究活動時，主要做系統(tǒng)分析的第一階段的工作，有些活動可深入到第二階段，比如建立種群增長的數(shù)學模型。在情感態(tài)度價值觀方面，一是關注生物科學的發(fā)展與社會的關系，如“評述植物激素的應用價值”、“探討動物激素在生產(chǎn)中的應用”、“關注艾滋病的流行和預防”；二是形成環(huán)境保護意識，樹立人與自然和諧發(fā)展的觀念，如“關注全球性生態(tài)環(huán)境問題”、“形成環(huán)境保護需要從我做起的意識”等。4 對教學策略、教學活動的建議4.1 關于基本概念和原理的教學，教師應積極組織學生開展相關活動，通過活動來建構知識 個體水平的調節(jié)與穩(wěn)態(tài)，內容比較抽象，如果僅憑教師講述，學生很難真正理解?？梢栽O計資料分析、模型建構、思考與
14、討論等活動，讓學生通過探究性學習活動，來完成知識的建構。例如，關于動物的激素調節(jié)，可以讓學生分析人們對激素的認識過程，從而建構激素的概念；再聯(lián)系日常生活中的實例，如飯后大量的葡萄糖吸收到體內，但血液中的葡萄糖濃度只有短暫的升高，很快就恢復正常，讓學生討論吸收到體內的大量的葡萄糖到哪里去了，為引出胰島素的知識做鋪墊；然后做模型建構活動：用不同顏色的卡片代表葡萄糖、糖原、胰島素、胰高血糖素，以小組為單位模擬吃飯后和運動后體內葡萄糖、糖原、胰島素、胰高血糖素的變化，建構血糖調節(jié)模型。種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)的內容，屬于宏觀生物學范疇，教師應當多聯(lián)系生產(chǎn)和生活實際，比如，聯(lián)系有關蝗災的報到，讓學生討論蝗災
15、大發(fā)生的原因是什么；聯(lián)系漁業(yè)生產(chǎn)中合理捕撈量的確定問題，引導學生討論種群數(shù)量的變化規(guī)律。教師還應當提供較多的考察當?shù)胤N群、群落和生態(tài)系統(tǒng)的機會。比如關于課程標準中規(guī)定的“討論某一生態(tài)系統(tǒng)的結構”，教師可組織學生實地考察一個生態(tài)系統(tǒng)，如一個池塘、一塊農(nóng)田等，然后引導學生討論這個生態(tài)系統(tǒng)的組成成分以及各組分之間的關系。課程標準的活動建議中提出的“探究培養(yǎng)液中酵母種群數(shù)量的動態(tài)變化”等，應當積極指導學生完成。4.2 應當通過各種活動讓學生領悟有關科學方法 本模塊涉及的科學方法主要有以下幾個方面：系統(tǒng)分析的方法、建構數(shù)學模型的方法、取樣調查的方法以及實驗方法等。對于這些內容，教師應當避免將方法論當做知
16、識來講授，應當讓學生通過活動來領悟。比如關于取樣調查的方法，常見的有樣方法和標志重捕法等。樣方法應當讓學生通過實地調查來體會和運用，標志重捕法可以通過模擬活動讓學生領悟。4.3 應當落實科學、技術、社會相互關系的教育 本模塊中個體和群體水平的穩(wěn)態(tài)與環(huán)境的內容，都與人們的日常生活和生產(chǎn)實踐有著密切的關系，比如，人體的許多疾病都是穩(wěn)態(tài)失調的結果，諸多環(huán)境問題又是生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)失調的結果?？茖W技術成果的運用，在滿足人們某些愿望的同時，往往又帶來一些始料不及的問題，如環(huán)境激素的問題、生物多樣性銳減的問題、臭氧層破壞的問題等。教師應當鼓勵學生親自調查或廣泛搜集資料，再通過課堂討論，加深對科學、技術、社會相互關系的認識，提高參與社會事務的討論和公眾決策的能力。5用心 愛心 專心
高中生物教學論文 “穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”模塊的解讀 必修3
