利用植物园培养学生的六维生命观*

张志祥 卢亭羽 赵沛荣

（1 宁波市惠贞书院 浙江宁波 315016 2 宁波市鄞州中学 浙江宁波 315105）

生物学核心素养是公民基本素养的重要组成成分，是学生在解决真实情境中的生物学问题时的必备品格和关键能力［1］。作为核心素养之一的生命观念是指能对观察到的生命现象及相互关系或特性进行理解和解释，是经过实证后的想法或观点，主要包括结构与功能观、进化与适应观、物质与能量观、稳态与平衡观等［2］。在高中生物学教学中，教师应教会学生在较好地理解生物学概念的基础上形成生命观念，能用生命观念认识生命的本质，形成科学自然观和世界观，指导探究生命活动规律，解决实际问题。

植物园是以植物学、生态学知识为主的露天科普教育基地，在普及文化知识、提高学生核心素养方面理应发挥重要作用。笔者以生物学选修课的开设为契机，在宁波植物园中开展实践教学，就实践形态下如何培养和构建学生的六维生命观念进行了些许探索。

1 调查植物种类，观察形态结构，形成结构与功能观

教师将学生分组后调查植物园植物，记录植物种类，肉眼观察植物形态特征；每组找出一种特殊形态结构的植物，并就根、茎、叶、花、果实和种子等进行详细介绍；利用显微镜对比观察旱生、中生、湿生和水生植物的叶片解剖结构。引导学生思考：①裸子植物和被子植物最主要的区别是什么？②植物的根、茎、叶、花、果实和种子等器官形状各异，是否具有与环境相适应的功能？③旱生和水生植物叶片显微结构存在较大差异，主要与什么因素有关？

学生按分组方案开展实践，共调查植物种类105 种，被子植物97 种，裸子植物8 种，其中旱生植物15 种，中生植物57 种，湿生植物16 种，水生植物17 种。在查阅《浙江植物志》和显微镜实验的基础上，得出：1）裸子植物和被子植物的主要区别是种子外有无果皮包被；2）植物的根、茎、叶、花、果实和种子等器官，都具有明显的适应性特征。蒲公英（Taraxacum mongolicumHand.-Mazz.）的花粉粒小而数量多，果实上生有白色毛冠，容易随风飘散，适应于风力传粉；苍耳（Xanthium sibiricumPatrin ex Widder）的果实表面有刺容易附着在动物的身体上，随动物的运动而携带到其他地方；3）旱生植物如龙舌兰（Agave americanaLinn.）、八宝［Hylotelephium erythrostictum（Miq.）H.Ohba］等植物，叶肥厚多汁，有发达的薄壁组织；仙人掌（Opuntia vulgarisMill.）的叶则完全退化，茎储存了大量水分，抗旱力极强。水生植物的叶则与旱生植物叶差异较大，黑藻［Hydrilla verticillata（Linn.f.）Royle］叶肉不发达、层次较少，但通气组织发达，以适应水中的生活。这些都体现出植物形态结构与功能的适应。

通过肉眼和显微镜观察活动，结合植物园中各植物生长的环境，渗透结构与功能观，学生从微观的细胞着眼，逐级放大，发现生命系统存在从细胞到生态系统的多个层次，均是结构有序的系统，均体现了结构与功能相适应。

2 调查、分析水生植物种类及环保应用，理解物质与能量观

基于学生形成的生态系统物质循环和能量流动概念，构建物质与能量观念有助于学生理解生命活动的基本规律，进而理解生命的本质［3］。植物园中的水生植物无疑是最好的教学材料。学生调查发现植物园中水生植物种类繁多。教师设疑：这些植物的种植纯粹是为了美观吗？在学生思考的基础上，教师引导学生寻求植物园专业人士的帮助。在查阅资料后学生整理得出：镇海是工业城市，种植水生植物是为了净化水体。不同的水生植物在处理水体污染时功效不同。例如：金鱼藻（Ceratophyllum demersumLinn.）能吸收底泥和水体中的氮、磷等营养物质，用于合成呼吸作用和光合作用所需物质；香蒲（Typha orientalisPresl）能释放植物毒素，抑制周围微生物和藻类的繁殖；睡莲（Nymphaea tetragona）和凤眼莲［Eichhornia crassipes（Mart.）Solms］均对含有汞、铅等重金属的污水具有很强的净化效果。而且，水生植物还能为水体复杂的食物链、食物网提供食物。水生植物的这些功能，均对水生生态系统物质和能量的传递朝良性方向发展起着一定的调控作用。如何选择合适的植物种类、如何搭配能最大限度发挥净化效果、如何使水生植物后期利用资源化等问题是教师留给学生的思考，随着知识的深入，必将引起学生的进一步探索。

利用水生植物在污水处理中的应用，学生从物质和能量的视角观察生命现象，理解生命活动的规律和原理，进而形成生态系统是物质的，生命活动依赖于物质的运输和变化，且往往与能量的供应和流转相伴随的观点。

3 辨析同属不同种、同种不同个体植物特征，探讨遗传与变异观

为了使学生更好地认识、研究和利用植物资源，在布置学生观察植物形态任务的同时，要求学生在保证自身安全和植物正常生长不受影响的情况下，对植物的茎和叶进行采集（如果植物存在花和果实也适量采集）。教师指导学生通过拍照比对植物器官，配合显微镜观察分析其内在结构和功能。学生还进行了腊叶植物标本的制作。在对杜鹃（Rhododendron simsiiPlanch.）的花瓣形状和颜色、叶片形状及花蕊形状进行观察和比较后，学生发现不同品种的杜鹃叶片或花瓣主体轮廓大致能重合，仅边沿部分有细小差异；但花瓣颜色、花瓣数量和香味却存在较大差异。教师借此引申遗传与变异的知识，指出同一物种的观赏植物出现性状的差异是生物变异的结果。学生查阅资料后还发现许多植物的学名中均出现“var.”字眼，这其实是拉丁文varietas（变种）的缩写。教师适时引入生物遗传与育种的知识讲解：1）观赏植物新品种起源和形成主要有基因突变、基因重组、嫁接嵌合体和多倍体起源4 种类型；2）分子育种为当前观赏植物育种的研究热点，在花型、花色、株形、花香等方面的改变均有较多应用。

实地采集和制作植物标本，不仅激发了学生对植物遗传现象的兴趣，同时也培养了学生观察、比较、分析等初步探究能力。通过对同科属不同物种植物拉丁学名的比较及遗传与育种方式的介绍，教师引导学生明了遗传和变异是对立的统一体，遗传使物种得以延续，基于基因工程技术等的定向变异使物种向某一方面不断优化。

4 探寻植物过冬方式与适者生存现状，形成进化与适应观

学生观察发现有的植物在寒冬依然枝繁叶茂，有的早已落叶。冬季枯萎、落叶的植物是否已经死亡？经查询资料和实地调查，学生得到以下结论：植物的过冬方式各种各样，主要有留芽过冬、利用蜡制膜或油脂过冬、种子过冬、根过冬等。有些植物虽然形态各异，例如柳树（Salix matsudanaKoidz.）和蒲公英，分别为木本和草本植物，但它们都选择留芽过冬；种子过冬和根过冬虽然方式不同，但其实都是植物为了保存实力，将营养物质贮存在种子或根系中，待到来年春暖花开之时，重新蓄积力量繁衍后代。无论以哪一种方式过冬，其实都是植物在漫长的进化过程中对寒冷环境的适应。如今全球生态问题日益尖锐，全世界很多珍稀动、植物都处于濒危状态。教师指导学生以濒危植物水杉（Metasequoia glyptostroboidesHu&W.C.Cheng）为样本进行调查研究。学生查阅大量资料后得出水杉濒危的主要原因包括：1）相比群落中其他树种，水杉竞争力弱、繁殖能力不强、遗传变异低、适应性差；2）历史上人类大量砍伐水杉作为木材和毁林开荒等破坏了水杉种群；3）自然灾害，例如洪水、病虫害、大气污染等也可能危害水杉生境。如何保护濒危植物？学生讨论回答：1）可利用植物组织培养等人工方法加快濒危植物繁殖，增加其数量；2）合理开发和利用野生植物资源，制定相关法律保护濒危植物资源。

学生从植物过冬方式进行调查研究，不仅丰富了知识，也对于植物在漫长的进化过程中对自身结构的选择性改造和对环境的适应有了初步的认识。多渠道搜集相关资料分析水杉濒危的原因并提出合理保护措施，学生从生物进化和适应的角度理解和解释生命相关的现象和本质。

5 比较植物花的类型和授粉方式，构建多样性与统一性观

植物园中一年四季均有花盛开，但花的颜色、形态、大小等存在较大差异。对花进行解剖后发现：大部分的花均有雌蕊和雄蕊，但是柳树、玉米（Zea maysL.）、葫芦［Lagenaria siceraria（Molina）Standl.］等植物的一朵花中只有雄蕊或雌蕊。学生查阅资料后得出：一朵花中只有雄蕊或雌蕊的花为单性花，又分为雌雄同株异花和雌雄异株异花2 种。教师设疑：两性花和单性花分别采用什么方式授粉？两性花都进行自花授粉吗？异花传粉的方式主要有哪些？这些问题引起了学生极大的兴趣，学生分组进行实地观察、资料查询和总结探讨后得到以下结论：1）两性花可以自花授粉也可以异花授粉，单性花只能进行异花授粉；2）《遗传与进化》一书中介绍的两性花植物豌豆（Pisum sativumLinn.）不仅能自花传粉，还能在开花前就完成闭花授粉，所以自然状态下为纯种；3）异花授粉的方式主要分为昆虫传粉和靠风传粉，根据传粉途径不同，分为虫媒花和风媒花。教师进一步设疑：虫媒花是靠什么吸引昆虫的？风媒花又有什么特点？学生调查后发现，植物园中虫媒花的花朵一般较大，色彩鲜艳，具有芳香的气味；而风媒花则没有这些特征，花粉多而轻，柱头分叉有粘液。总之，虫媒花和风媒花的特征均与借助外力进行授粉有着密切的联系。

在调查、分析植物花的类型和授粉方式的基础上，学生比较不同植物花的类型的异同点，比较虫媒花和风媒花的差异性，理解生物的多样性和统一性，进而构建“生物在种类上具有多样性，但在模式上具有统一性”的观点。

6 观察和解释植物光合午休现象，渗透稳态与平衡观

在进行植物园夏季实践时，学生经过葫芦科种植区时，发现葫芦均出现萎蔫现象。这引起了学生很大的疑惑：这些植物都死了吗？教师解释这其实是植物的光合午休现象。学生开展了调查活动：1）寻找园区中出现萎蔫的植物并记录；2）傍晚时分再次观察植物，并与中午进行对比；3）找寻园区中没有出现光合午休的植物。学生经调查发现，不仅是葫芦，大豆［Glycine max（Linn.）Merr.］、南瓜［Cucurbita moschata（Duch.ex Lam.）Duch.ex Poiret］、小麦（Triticum aestivumL.）等均出现光合午休现象，傍晚时萎蔫现象消失；而园区的大部分植物没有出现此现象。教师提出问题串：1）有些植物为什么会出现光合午休？2）光合午休的机理是什么？3）引起光合午休的因素有哪些？4）是否有方法可以解除光合午休现象？学生带着问题查阅资料，分析探讨，并在课堂上进行汇报展示。学生总结：光合午休现象是因高温低湿引起的，在高温下，叶片蒸腾速率增加，严重失水，造成气孔关闭，使二氧化碳供应不足，最终导致光合速率急剧下降。大豆、小麦和水稻（Oryza sativaLinn.）等C3植物都存在光合午休现象；而玉米、甘蔗（Saccharum officinarumLinn.）、高粱（Sorghum vulgarePers）等C4植物及仙人掌类、水生植物则不会。光合午休现象是植物为了保持自身稳态的一种应急方式，其本质是植物的生活习性和生理过程与环境相适应的结果。

通过这样的一系列稳态教学活动，学生掌握蒸腾作用、光合作用、水分平衡等稳态与平衡的重要概念，理解每一个植物个体是一个相对稳定的系统，而个体的稳态和平衡是通过调节实现的，应综合、整体地理解个体与环境、局部与整体的平衡关系。

7 体会

以上植物园实践教学活动的开展仅例析了学生6 个维度的生命观念的部分培育措施。实际上，生命观念还有信息与调控、生殖与发育、群体与共存等许多方面的体现。实践教学中，教师应以实际情境、具体活动作为生命观念建立的途径，对生命观念也应有整体的、系统的把握，不可顾此失彼。而且，生命观念的达成是需要体现生命性的，教师在教学过程中应将生命观念的培养整合到具体的教学内容中，渗透到课堂教学的每一个细节中，真正落实到情感价值的培育上，从而使学生充分认识生命世界，理解生命本质。所有这些还有待于进一步探索。