浅谈“生命观念”中的“结构与功能观”在高中生物教学中的渗透

吕宏锟?张红亮?岳莉莉?李辉?未晓巍

摘 要：教育部制定的《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》中提出了高中生物学科核心素养的概念，其核心内容包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个方面。生命观念是能够理解或解释生物学相关事件和现象的意识、观念和思想方法，而结构与功能观作为生物学中的基础观念，也是生命观念的重要内容之一。结构与功能之间的关系在高中生物知识中有着非常广泛的体现。高中生物教材通过呈现具体教学内容，为学生的生命观念的整体培养做了文字上的准备，为学生生物学科核心素养的培育与形成奠定基础。文章着眼于高中生物学科教学的总体目标，从基础概念的引入、教学媒介的选择、真实情境的创设、知识点的立体延伸四个角度简要阐述如何在实际生物教学中渗透结构与功能观，旨在为同行的课堂教学提供思路，为培养学生的生物学科核心素养寻求可行的路径。

关键词：高中生物教学；结构与功能观；渗透

基金项目：2020年度吉林师范大学教育教学改革研究课题“‘互联网+背景下生物技术创新实验数字化课程体系的构建与实施”（202036）。

作者简介：吕宏锟（1987—），男，吉林师范大学在读硕士研究生，吉林省长春市第十七中学。

张红亮（1982—），男，吉林省长春市第十七中学。

岳莉莉（1986—），女，吉林省长春市第十七中学。

李 辉（1967—），女，吉林省长春市第十七中学。

通信作者：未晓巍（1986—），女，吉林师范大学。

结构与功能观是指对生命体完成正常活动所需的生物结构和对应功能之间的关系的了解和分析［1］。在结构与功能观中，结构和功能之间既辩证又统一［2］。在生物学中，探索物质、细胞、器官、组织或系统等层次的结构与其具有的功能之间的联系，是生物学科经久不衰的研究基础［3］。在过去较为传统的教学中，多数教师对于教学的认知更多是传授知识，经常指导学生死记硬背教师传授的知识，没有在教学中对结构与功能观进行有意识的渗透［4］。针对这种情况，教师应深刻领悟到传统的课堂教学理念中存在的方向上的错误和理论上的欠缺，要深刻理解结构与功能观，并以此指导教学，与教学内容有机结合，在教学过程中对结构与功能观等生命观念进行有准备、有意识的渗透，帮助并促进学生转变学习方式和观念，逐渐建立起生物学科核心素养［5］。

一、以基础概念为切入点

在高中生物学科教学中，掌握基础概念一直是教师的“教”与学生的“学”的重点。教学内容主要承载于基础概念中，教材中的知识点基本都由基础概念支撑［6］。调查发现，部分学生对生物学科知识点的理解相对较浅，未能形成系统的知识架构；部分教师仍停留在通过考查背诵情况评价学生的学习效果，并没有利用知识点去引领学生思考、探索生命的本质与相关规律。因此，教师应整体把握教材内容，不断挖掘其内涵，以基础概念为切入点，提炼出能用于结构与功能观的教学内容并将其应用于教学，在引导学生学习基础概念的过程中，将看似分散的细节知识上升到更为高阶的具有规律性的观念层次。

细胞的基本结构是生物学中的重要内容，它涵盖了多种细胞结构的基础概念［7］。在教学设计过程中，教师应注意挖掘和强调基础概念［8］。例如，细胞膜的基本骨架由磷脂双分子层构成，蛋白质分子以不同的方式“镶”“嵌”或“贯穿”在基本骨架中。由于骨架上的磷脂分子和大部分蛋白质分子是可流动的，导致细胞膜形成了具有一定流动性的结构特点。膜表面存在起到识别功能的蛋白质以及膜中存在特异性的转运蛋白，这些结构的存在为控制各种物质进出细胞创造了条件。细胞膜的这种结构决定了其具有对物质进出细胞进行控制的功能，也决定了细胞膜具有选择透过性的功能特点。

教师应在教学过程中阐明这种结构与功能的联系，而不只是让学生背诵关于细胞膜的结构与功能的知识内容。在完成细胞的基本结构的教学后，教师可以引导学生尝试通过概念图的方式呈现本单元的基础概念中所体现的结构与功能的关系。概念图的直观性可以帮助学生理解“细胞并非是简单的组分堆砌组成，而是需要通过组分之间的结构和功能联系来形成一个统一整体”的大概念，使学生在观念层次——结构和功能观上理解并整合所学内容。

二、選用直观的教学媒介

有的生物教师在课堂教学中倾向于使用纯理论的方式，以文字和图示为媒介来实现相关教学目标。然而，这种方式的实际效果并不理想，当教师要求学生机械地学习概念性内容时，往往会让学生产生错误的认知方式，导致学生对学科的本质产生误解，很难对学习内容产生兴趣，甚至产生排斥和厌烦的情绪。生物学中不乏分子水平及细胞水平层面的解释，但这些微观结构很难通过肉眼观察或根本无法观察，因此，用文字和图示去阐释物质、细胞和生命活动的相关规律并不够直观［9］。此时，教师应该选用更加直观的媒介辅助教学，例如视频资源，结合声音和动态画面的视频资料比文字和图示更加直观。多媒体能够提高学生对相关内容的学习兴趣，并且可以更有效地对一些抽象的现象进行展示和解释［10］。

人教版高中生物必修一第五章《细胞的增殖》涉及细胞的有丝分裂，但由于细胞的有丝分裂的过程是无法直接用肉眼观察到的，如果教师直接给学生展示显微结构或亚显微结构下拍摄的照片，图像的清晰度问题可能会使学生对细胞各部分结构的认识更加模糊。因此，更合适的方法是使用经过处理的较为规则的示意图去展现。但是有丝分裂的过程是动态的，静态图片不如动画直观，因此，这些内容适合用动画的方式去呈现。教师在准备教学的过程中可以搜集一些精心制作的有丝分裂相关的三维动画作为教学资源。在进行教学时，教师可以先让学生观看有丝分裂的三维动画录像，再展示静态示意图。录像和图片最好配合一些文字指示，这样有丝分裂过程中发生的细胞核、染色体和细胞质等结构的变化就能以非常直观的形式呈现。教师可以在适宜的时机提出问题，如核膜、核仁、染色体形态结构产生了什么变化，纺锤体的组成及功能分别是什么等问题。通过直观的教学媒介，学生更容易弄懂这些问题，更容易理解结构和功能的关系。

在进行人教版高中生物必修二第三章《DNA的结构》教学的过程中，学生阅读关于DNA分子结构的文字部分的介绍后，能对DNA的结构有初步的印象。但由于我们无法直接观察到DNA的真实结构，因此这部分内容比较抽象。尽管教材中有相应的平面及空间结构示意图，教师也可以向学生展示关于DNA分子的三维结构动画，但这些形式仍然不够直观。因此，教师可以采用物理模型作为辅助，帮助学生更好地理解DNA分子的结构，理解DNA分子适合储存大量的遗传信息的原因。教师可以在课堂中向学生展示制作好的DNA分子的物理模型，并设计活动指导学生在课堂中使用准备好的材料制作DNA分子的物理模型。通过制作物理模型，学生可以更好地观察和理解DNA分子的结构，同时也更容易理解DNA分子结构与功能之间的联系。

三、创设真实情境

学习的最终目的并非存储知识，而是将知识用于指导实践，并在实践中继续完善知识［11］。教师要倡导学生多留意身边的生命现象，鼓励学生用已学的生物学知识去解釋或解决在生活中遇到的问题［12］。

学生学习了“细胞不能无限长大的原因”这部分内容后，能了解到细胞在体积增大的同时，其细胞相对表面积却在变小，导致细胞运输物质的效率变低。教师可以通过列举一些蕴含此原理的常见生活现象作为问题来提问学生。例如，在腌制咸菜时，为什么将蔬菜切成小块比切成大块更容易入味？在炎热的夏季，剩饭、剩菜很容易遭到细菌的“攻占”而快速腐败，为什么在夏季细菌的繁殖速度如此之快？许多学生对这些生活现象熟视无睹，在日常生活中，这些问题并不会引起他们的关注。但是，当他们真正理解了细胞的相对表面积与细胞大小的关系之后，经过教师的提问，学生就会注意到这些问题，并尝试运用所学原理去解释这些现象。例如，小块的蔬菜相对于大块蔬菜的表面积更小，所以更容易入味；细菌的存活和繁殖需要适合的温度，因此有的细菌在夏季繁殖速度很快。通过教师的指引，学生会注意到生活中许多结构与功能观的实例，并产生好奇心。他们甚至会主动寻找这些问题并思考，开始自行尝试运用已掌握的知识解释生活中的现象。通过教师创设的真实情境，学生可以及时地将所学知识加以运用，使知识有了用武之地，同时也让学生收获了不同于传统教学的体验。学生通过教师创设的真实情境，举一反三，摆脱了以往对知识点的死记硬背，非常自然地加强了对结构与功能观的理解和运用。

四、立体延伸知识点

结构与功能的相呼应不仅仅在生物教材的某一章节有所体现，在许多章节也同样有所体现，因此可以说结构与功能观贯穿整个教材［13］。教师在讲到某一章节的某个知识点时，可以适当对知识点进行横向或纵向的立体延伸［14］。

例如，人教版高中生物教材必修一中有一个关于蛋白质的知识点：蛋白质因受某些物理或化学因素的影响，分子的空间构象被破坏，从而导致其理化性质发生改变并失去原有的生物学活性的现象，称之为蛋白质的变性。教师可以将这一知识点进行横向延伸。例如，教学人教版高中生物必修二中关于基因突变的内容时，教师可以介绍镰状细胞贫血患者的基因突变情况。患者细胞中指导血红蛋白合成的基因发生突变，导致构成血红蛋白的肽链中的某个氨基酸被替换，使得血红蛋白结构异常，进而引起红细胞变形，导致运输氧气的能力大大降低，造成患者出现严重的贫血症状。

教师还可以进行纵向延伸，如人教版高中生物选择性必修二《生态系统的结构》一节中，可以介绍生态系统的结构与功能的关系：生态系统的结构一旦遭到破坏，生态系统的能量流动、物质循环和信息传递这三大功能就会失调，导致整个生态系统全面失衡。再如，选择性必修一中的“神经元的结构”知识点：轴突一般比较长，能将接收到的信号传递到其他神经元，而树突一般比较短但数量多，有利于接收来自其他神经元传递的化学信号。在课堂教学中，将知识点进行立体延伸主要适用于复习课，教师通过设计恰当的知识立体延伸，可以引导学生探求不同生命现象的共性规律，进一步强化学生对结构与功能观的体会。

综上所述，基础概念是观念渗透的切入点，直观的教学媒介可以将抽象的观念具体化，真实情境的创设将观念从生活场景中再现，知识点的立体延伸强化了观念的树立。教师在教学中应尝试从多个角度对结构与功能观进行渗透，包括但不限于以上所提及的几种途径。同时，教师也要注意以下几个重要的问题：第一，观念的形成是循序渐进的，需要时间与过程，不能急于求成；第二，教师应对所授教材开展全面的阅读与研究，准确理解教材，树立全局观，对教学内容进行整体的规划与设计，切忌断章取义、随意发挥；第三，教师要将生命观念融入练习题的设计当中，强化学生运用生命观念分析题目的能力，促进学生运用规范性的语言阐释生命观念。

对高中生结构与功能观的培养，旨在为他们生命观念的形成打下坚实的基础，有利于学生客观看待生命现象及其本质，理解生命的意义。教师应努力强化学生思维的逻辑性，将生物学知识由浅显的知识层次上升到观念层次，逐步提升学生的思维，使学生建立符合时代、社会所需的价值观，形成必备品格和获得关键能力，培养学生生物学科核心素养。

［参考文献］

刘丹.高中生物必修教材中渗透结构与功能观的研究［J］.中学生物教学，2016（21）：4-6.

唐庆圆.例析高中生物中的“结构与功能观”［J］.中学生物学，2016（6）：3-4.

张燕.高中生物教学中“结构与功能观”的培养与渗透［J］.中学课程辅导（教学研究），2021（8）：110.

何文伟.初中生物学学科核心素养下结构与功能观的形塑策略［J］.新课程，2021（14）：42-43.

肖安庆，颜培辉.高中生物核心素养的内涵与培养策略［J］.中学生物学，2017，33（3）：71-73.

庄庆芬.新课程高中生物概念教学研究［J］.新课程研究（基础教育），2009（6）：38-40.

赵广宇，张良，罗诗语.“细胞基本结构”的概念教学设计［J］.生物学通报，2016，51（7）：25-27.

刘清锋.例谈“逆向教学设计”在生物学教学中的应用［J］.中学生物学，2017，33（5）：11-13.

张同盼.直观教学在高中生物课堂中的设计与应用研究［C］//十三五规划科研管理办公室.十三五规划科研成果汇编（第五卷），2018：411-414.

伍冬梅.通过直观性教学，提高高中生物课堂的有效性［J］.新课程（中旬），2012（6）：39-40.

王文姣.“应用→原理→创新”教学模式在高中生物课堂教学中的实践与研究［D］.上海：华东师范大学，2009.

林志海.探究性实践教学模式在高中生物教学的应用［J］.时代教育（教育教学版），2008（6）：195-196.

黄书尧.人教版初中生物学教材中的“结构与功能相适应”实例［J］.生物学教学，2013，38（6）：70-71.

周志国.浅谈立体教学法在高中生物课堂上的应用［J］.科学导报，2015（1）：36.