高中生物教学中系统论思想的实践研究

张韬

高中生物新课程倡导全面提高学生的生物科学素养。人教版教材涉及系统论思想，教师在生物知识教学中应渗透这一理念，有利于学生从生物课程学习中获得科学世界观和方法论的启示，促进思维能力的发展。

高中生物新课程倡导全面提高学生的生物科学素养，体现了生命科学与现代教学理念的完美结合，体现了科学教育与人文教育的完美结合。几个典型教学模块所选的内容可以帮助学生从微观和宏观两个方面理解生命系统，其中涉及到系统论的思想。在教学中，注意避免将系统论作为知识进行教学，应在生物知识的教学中渗透系统论思想，这将有助于学生从生物课程的学习中获得科学世界观和方法论的启示，促进思维能力的发展。

一、概念解读

系统（system）一词，来源于古希腊语，是“由部分构成整体”的意思，通常指同类事物彼此间相互作用、相互依赖的组有规律地结合而形成的整体。在这个定义中包括了系统、要素、结构、功能四个概念，表明了要素与要素、要素与系统、系统与环境三方面的关系。其功能是各组成要素在孤立状态时所没有的，它具有结构和功能在涨落作用下的稳定性，具有随环境变化而改变其结构和功能的动态性。系统思想源远流长，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L.V. 贝塔朗菲（L.Von. Bertalanffy）创立的。他在1952年发表“抗体系统论”，提出了系统论的思想。系统论是研究系统的一般模式、结构和规律的学问，它研究各种系统的共同特征，用数学方法定量地描述其功能，寻求并确立适用于一切系统的原理、原则和数学模型，是具有逻辑和数学性质的一门科学。

系统论的核心思想是系统的整体概念。贝塔朗菲强调，任何系统都是一个有机整体，而不是机械组合或各个部分的简单相加。系统的整体功能是每个元素在孤立状态下不具备的性质。他用亚里士多德的名言“整体大于部分之和”来解释系统的完整性，并反对机械论的观点，即如果元素的性能好，则整体性能必须好，并且整体由部分来解释。同时，认为系统中的元素不是孤立存在的，每个元素都处于一定的位置，在系统中起着特定的作用。这些要素相互关联，构成一个不可分割的整体。元素是整体中的元素，如果它们与整个系统分离，它们将失去其作用。正如人的手是人体的一个劳动器官，一旦手从人体上被切断，它将不再是一个劳动器官。

二、高中阶段涉及的系统论思想

高中阶段，考虑到学生的知识水平与接受能力，在教学中并不需要达到以上深度。但是，应该使学生知道，生命是物质运动的一种形式，而构成物质的蛋白质、核酸、脂质、糖类和其他分子，都不能单独完成生命过程。只有当这些分子按一定方式组织起来，构成各种生命系统（如细胞、组织、器官、个体、种群、群落、生态系统等）后，才能表现出生命现象。而系统，作为物质的存在方式，指的是“由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合的具有特定功能的有机整体。”它包括以下四个方而的内容：1. 系统是由一些要素组成的集合;2. 系统的要素是相互联系的，有一定的结合方式即结构;3. 系统都有特定的功能;4. 系统都有特定的环境。“要素、结构、功能、环境”是系统的四个组成部分，它们之间相互联系、相互影响，成为一个有机体。

三、系统论在高中生物教学中的实践

系统论思想在必修1《分子与细胞》、选择性必修1《稳态与调节》和选择性必修2《生物与环境》三个模块显得很突出。必修1《分子与细胞》中第1章《走进细胞》第1节《细胞是生命活动的基本单位》初次提到生命系统以及生命系统的结构层次。生命系统由微观到宏观，具体说是由细胞、组织、器官、系统到个体;由个体、种群、群落、生态系统到生物圈。必修1《分子与细胞》模块建立了生命是一个系统的思想观念。举例来说，必修1《分子与细胞》第3章《细胞的基本结构》的教学中，细胞器之间如何协调配合呢？以分泌蛋白的合成和运输為例，让学生分组讨论分泌蛋白的合成和运输过程，讨论完之后教师进行总结。分泌蛋白最初是在内质网上的核糖体中由氨基酸形成肽链，肽链进入内质网进行加工，形成有一定空间结构的蛋白质。内质网可以“出芽”，也就是鼓出由膜形成的囊泡，包裹着要运输的蛋白质，离开内质网，到达高尔基体，与高尔基体膜融合，囊泡膜成为高尔基体膜的一部分。高尔基体还能对蛋白质做进一步的修饰加工，然后形成包裹着蛋白质的囊泡。囊泡移动到细胞膜，与细胞膜融合，将蛋白质分泌到细胞外。在分泌蛋白的合成，加工和运输的过程中，需要消耗能量。这些能量的供给来自线粒体。在这些知识理解的基础上，让学生体会各个细胞器以及细胞膜之间在结构和功能上是一个统一的整体，只有在各个细胞结构都完整的情况下，分泌蛋白的合成和运输才能顺利完成。然后让学生设想这些结构单独存在时，能不能行使这些功能。之后顺理成章地得出细胞的生物膜系统的概念，通过生物膜系统的概念，进一步认识到系统内各个结构要素紧密联系，行使特定的功能。选择性必修1《稳态与调节》和选择性必修2《生物与环境》两个模块建立生命系统的稳态与调控的思想观念。以生物个体、种群、群落和生态系统各个层次生命系统的稳态的维持为主线，构建生命系统的稳态与环境的关系，强化人体稳态的调控和健康，以及人类活动对生态系统稳定性的干扰和保护这一知识体系。以选择性必修1《稳态与调节》中甲状腺激素分泌的分级调节为例，教师对这部分知识进行讲解：当人处于寒冷环境时，身体的温度感受器受到寒冷刺激，相应的神经冲动传到下丘脑。下丘脑就会分泌促甲状腺激素释放激素（TRH），TRH运输到垂体，促使垂体分泌促甲状腺激素（TSH）。TSH随血液运输到甲状腺，促使甲状腺增加甲状腺激素的合成和分泌。但是当血液中的甲状腺激素含量增加到一定程度时，又反过来抑制下丘脑和垂体分泌相关激素，进而使甲状腺激素的分泌减少，这样体内的甲状腺激素含量就不至于过高，这就是负反馈调节。调节的结果是使甲状腺激素在血液中的含量保持相对稳定。这个例子既有神经调节又有体液调节。其中涉及到几个系统和多个器官的参与。在理解这些的同时，得出人体各器官、系统协调一致地正常运行，是维持内环境的基础。人体就是一个统一的整体，即使在外界环境发生剧烈变化的情况下，人体仍能通过各个组分即各个系统、器官的的相互作用（共同调节），维持内环境的相对稳定，从而使体内的细胞拥有稳定而适宜的存活条件。如果某种器官的功能出现障碍，就会引起稳态失调。或者，当外界环境的变化过于剧烈，内环境的稳态就会遭到破坏，让学生认识到作为生命系统来说，其稳态不仅仅有其自身的调节，还与所处的环境有着紧密的联系。

在选择性必修2《生物与环境》第3章《生态系统及其稳定性》关于生态系统的结构教学中，也涉及到这种系统论思想。生态系统的组成成分有生产者、消费者、分解者以及非生物的物质和能量，学生学习完这部分知识后，让他们讨论：1. 生态系统中没有生产者会如何？2. 各级消费者不能光合作用，还要直接或间接以生产者为食，所以生态系统中没有它们，可以吗？3. 在一个生态系统中生产者、消费者和分解者能单独存在吗？这些生物成分能离开非生物的物质和能量吗？通过学生的讨论，得出生产者、消费者、和分解者是紧密联系，缺一不可的。在生态系统中，生产者通过光合作用，把太阳能固定在它们所制造的有机物中。太阳能变成化学能，从而可以说是生态系统的基石。消费者通过自身的新陈代谢，能将有机物转化为无机物（CO2、水等），这些无机物排出体外后又可以被生产者重新利用。可见消费者的存在，能够加快生态系统的物质循环。此外，消费者对于植物的传粉和种子的传播等具有重要作用。分解者能将动植物遗体和动物的排遗物分解成无机物，如果没有分解者，动植物遗体和动物的排遗物会堆积如山，生态系统就会崩溃。正是由于生态系统中各组成成分之间的紧密联系，才使生态系统成为一个有机的统一整体，行使物质循环和能量流动的功能。可以让学生联系到生物圈这个最大的生态系统，将系统思想上升到更高的层次，并强调人类的行为是干预生命系统稳态变化发展的重要因素。让学生很自然地想到保护环境的重要性。

以上是很典型的几个例子，此外在学习完每章之后，教师可以引導学生对本章内容进行整体性概括，并把有关知识点进行联系。学习完一个模块后，把一个模块的知识也进行概括，让学生从中体会整体的思想，并且能够把所学知识联系起来，使生物学知识成为一个有明显结构层次的学科。线条清晰而成网络的知识体系，对培养学生的学科内综合能力有良好的效果。重要的是，学生在分析问题时，能够考虑到这种整体的思想，尤其是在做高考题时，很多题目涉及到几个模块的知识点，如果没有整体的思想和联系的观点，学生将无从下手。所以在传授知识的同时，就要渗透这种思想。高中生物学教学内容很多，不是每节课、每个知识点都要刻意去渗透这种思想，教师可以根据教学内容的特点，适度地进行。

总之，系统论的思想在其他学科如数学、物理、化学和地理中也可以用来分析和解决问题。客观世界也是由许多大小、相互关联和不同的系统组成的。在生物教学中不断对学生进行系统科学的启蒙教育，可以使学生形成从系统论的角度观察和分析世界万物的意识。它的好处不仅是学好生物学，而且是终身受益的。