生物学的学科思想在“稳态与环境”模块中的渗透.doc

生物学的学科思想在“稳态与环境”模块中的渗透周先叶一、“稳态与环境”模块的构建(一)知识体系的构建1、稳态概念稳态概念源于人体内环境的研究。1857年法国生理学家贝尔纳（C. Bernard）首先提出“内环境恒定是机体自由与独立生存的首要条件”。1926年美国生理学家坎农（W.B. Cannon）发展了内环境稳定的概念，指出内环境的稳定是依靠体内各种生理过程不断地调节来实现的，他将这种有调节反应所形成的稳定状态称为稳态（homeostasis）.现在稳态的概念突破了生理学范畴，人们认识到不仅人体的内环境存在稳态，各个层次的生命系统都存在稳态。在微观领域，细胞内的各种理化性质也是大致维持稳定的。在宏观领域，种群、群落、生态系统都存在稳态。2、稳态调节概念稳态调节有个体水平的调节和生态系统的调节。人体的稳态（如体温、水盐、血糖等）是在神经、体液系统调节下实现的。生态系统具有一定的抵抗力稳定性和恢复力稳定性，一个成熟的生态系统，物质循环和能量流动是相对稳定的，系统能长时间保持一定的外貌和结构，也是稳态调节的结果。稳态是生命系统的重要特征，是生命系统在与外界环境的物质、能量和信息交流过程中，通过自身的调节机制而维持的相对稳定状态。本模块是以“系统”作为知识结构的本体论概念（核心概念），以稳态、调节、环境三个科学概念把有关内容组织起来。（二）模块内容设计的基本思路本模块内容构建的基本思路是：将生物的个体和群体看作不同层次的生命系统，它们都在与外界环境的相互作用中，通过自身的调节机智维持稳态。 植物体的激素调节 个体水平的稳态 动物体生命活动的调节 人体的内环境与稳态 稳态与环境 种群的数量变化 群体水平的稳态 群落的演替 生态系统的稳定性 （三）模块内容在知识、方法和情感态度价值观方面的侧重点在知识方面，本模块的核心概念是稳态和反馈。系统的稳态是通过反馈调节机制而实现的。在一个系统中，系统本身工作的效果，反过来又作为信息调节该系统的工作，这种调节方式叫做反馈调节。在科学方法方面，本模块重点在系统分析和构建模型的方法。在情感态度价值观方面，一是关注生物科学的发展与社会的关系，如“评述植物激素的应用价值”，“探讨动物激素在生产中的应用”，“关注艾滋病的流行和预防”；二是形成环境保护意识，树立人与自然和谐发展的观念，如“关注全球性生态环境问题”，“形成环境保护需要从我做起的意识”。二、 “稳态与环境”模块与原大纲在内容上的变化（一）新课标“稳态与环境”模块的具体内容3. 1 植物的激素调节具体内容标准活 动 建 议概述植物生长素的发现和作用。探究植物生长调节剂对扦插枝条生根的作用。列举其它植物激素。评述植物激素的应用价值。3. 2 动物生命活动的调节具体内容标准活 动 建 议概述人体神经调节的结构基础和调节过程。搜集有关利用神经调节原理的仿生学资料。说明神经冲动的产生和传导。概述人脑的高级功能。描述动物激素的调节。探讨动物激素在生产中的应用。调查某种动物激素的应用。3. 3 人体的内环境与稳态具体内容标准活 动 建 议说明稳态的生理意义。利用计算机辅助教学软件模拟人体某方面稳态的维持。举例说明神经、体液调节在维持稳态中的作用。描述体温调节、水盐调节、血糖调节。模拟尿糖的检测。概述人体免疫系统在维持稳态中的作用。调查青少年中常见的免疫异常。关注艾滋病的流行和预防。3. 4 种群和群落具体内容标准活 动 建 议列举种群的特征。尝试建立数学模型解释种群的数量变动。探究培养液中酵母种群数量动态变化。描述群落的结构特征。土壤中动物类群丰富度的研究。调查当地自然群落中若干种生物的生态位。阐明群落的演替。探究水族箱（或鱼缸）中群落的演替。3. 5 生态系统具体内容标准活 动 建 议讨论某一生态系统的结构。设计并制作生态瓶。分析生态系统中的物质循环和能量流动的基本规律及其应用。调查或探讨一个农业生态系统中的能量流动。举例说出生态系统中的信息传递。阐明生态系统的稳定性。3. 6 生态环境的保护具体内容标准活 动 建 议探讨人口增长对生态环境的影响。关注全球性生态环境问题。调查当地生态环境中的主要问题，提出保护建议或行动计划。概述生物多样性保护的意义和措施。搜集应用生物技术保护生物多样性的实例。形成环境保护需要从我做起的意识。 （二）新课标内容主要由原大纲中“生命活动的调节”、“生物与环境”、“生态环境的保护”三个单元的内容构建的。生命活动的调节知识要点学生实验、实习和研究性课题植物的向性运动实验：植物向性运动的实验设计和观察植物生长素的发现植物生长素的生理作用及其应用研究性课题：设计实验，观察生长素或生长素类似物对植物生长发育的影响体液调节实习：动物激素饲喂小动物的实验（选做）神经调节动物行为产生的生理基础生物与环境知识要点学生实验、实习和研究性课题生态因素种群及其数量的变化活动：种群密度的取样调查生物群落的概念生态系统的概念和类型生态系统的结构生态系统的能量流动和物质循环生态系统的稳定性实习：设计并制作小生态瓶、观察生态系统的稳定性生态环境的保护知识要点学生实验、实习和研究性课题生物多样性及其保护研究性课题：收集并交流我国自然保护区的资料酸雨等全球性环境问题研究性课题：调查环境污染对生物的影响（三）新课标在内容上的变化、 删除的内容：初中学过，高中无法再深入的内容植物的向性运动动物行为产生的生理基础生态因素、 增加的内容：（）体现时代性、社会性列举其他植物激素探讨动物激素在生产中的应用说明神经冲动的产生和传导概述人脑的高级功能（2）体现生物学学科思想和方法的发展说明稳态的生理意义（系统论、控制论）举例说明神经、体液调节在维持稳态中的作用（系统分析方法、稳态调节）描述体温调节、水盐调节、血糖调节（系统分析方法、稳态调节）概述人体免疫系统在维持稳态中的作用（系统分析方法）举例说出生态系统中的信息传递（系统要素）探讨人口增长对生态环境的影响（系统分析方法）尝试建立数学模型解释种群的数量变动（数学模型）阐明群落的演替（系统发展的思想）（3）体现情感态度价值观关注艾滋病的流行和预防形成保护环境从我做起的意识、 改动的内容：按新课标理念进行改动植物生长素的应用评述植物激素的应用价值（STS、探究）体液调节描述动物激素的调节（原来难）种群及其数量的变化列举种群的特征（实践）生物群落的概念描述群落的结构特征（实践）生态系统的结构讨论某一生态系统的结构（探究）生态系统的能量流动和物质循环分析生态系统中的物质循环和能量流动的基本规律及其应用（探究、系统分析方法）酸雨等全球性环境问题关注全球性生态环境问题（情感）4、增加的活动内容搜集有关利用神经调节原理的仿生学资料调查某种动物激素的应用利用计算机辅助教学软件模拟人体某方面稳态的维持模拟尿糖的检测调查青少年中常见的免疫异常探究培养液中酵母种群数量动态变化土壤中动物类群丰富度的研究调查当地自然群落中若干种生物的生态位探究水族箱（或鱼缸）中群落的演替调查或探讨一个农业生态系统中的能量流动调查当地生态环境中的主要问题，提出保护建议或行动计划搜集应用生物技术保护生物多样性的实例总体上知识内容变化不大，主要是知识体系结构变化，但增加了大量的探究活动和实践活动。三、如何在教学中实现新课标理念（一） 注重引进新的学科思想，提高生物学教育的价值 不是结构化的知识是没有用的知识（布鲁纳）。要引进系统论、控制论、信息论的思想，提升生物学教育的价值。本世纪初生物学家贝塔朗菲针对当时流行的只着眼于将自然现象分解的机械论观点与方法，指出“不能只是孤立地研究部分和过程，还必须研究各部分的相互作用，应把生物作为一个整体或系统来考虑”，从而提出了存在适用于一般化系统的原理及规律，并称其为“一般系统论”。一般系统具有“整体性”，就是说，不能把系统割裂成要素孤立地去研究，应该注意研究要素及要素间的相互作用与相互影响。从系统整体性出发，就可引出一个基本的系统观，即“系统整体功能大于组织系统要素的功能和”。再有，一般系统多具有“层次性”，即从系统结构上看是分层的。还有，一般系统都具有“动态性”，就是任何系统都不是静止的，而是时时刻刻在运动着、发展着。如果系统与外界或它所处的外部环境有物质、能量和信息的交流，那么这个系统就是一个开放系统，否则就是一个封闭系统。开放系统具有很强的生命力，如人体就是一个开放系统，一个城市也是一个开放系统。对于开放系统来说，系统受外界环境的影响，有可能从无序态向着有序态方向发展，也可能从某一个有序态向另一种新的有序态方向发展。、对生命的系统化认识（1）生命系统的要素：物质、能量、信息激素作用机理中的“第二信使”（cAMP环一磷酸腺苷）兴奋在不同神经元（效应器）之间传导时突触中神经递质（乙酰胆碱等）生态系统中的信息传递（2）系统的存在和延续：生物最基本的特征：结构、与环境的联系、延续系统的结构高度有序的结构生态系统的结构：营养结构、空间结构和时间结构系统与环境的联系新陈代谢生态系统的功能：指系统水平的生命活动，也就是生态系统的整体代谢。一般包括能流、物质循环、稳态调节与信息流三个方面。系统的延续机制自我复制（3）系统的发展发展的内因：稳态是反馈调节的结果负反馈保持稳态正反馈建立新的稳态或毁灭种群数量的调节生态系统的稳定性群落的演替、系统分析的方法生命系统的最大特征是不确定性，因此因果关系分析很困难，定量分析也是统计学意义上的。因果关系分析是物理学的教育价值，物理实验通过去除其它因素进行单因子分析，对实验结果因果关系分析进行。由于生命系统的复杂性，生物实验主要是进行对比实验，对实验结果进行统计描述。 教会学生用系统分析的方法来分析问题，这是生物课程不同于物理化学等理科课程的优势所在。生物学要发挥自己的教育价值，重视系统分析方法和统计方法的应用，生物学目前做不到逻辑实证和公理化。系统分析包括定性分析和定量分析，定量分析是基于数学工具进行的，高中生物学教育一般只能做定性分析。标准要求（定性分析）：描述体温调节、水盐调节、血糖调节阐明生态系统的稳定性探讨人口增长对生态环境的影响（二）、应重视科学方法，使教学内容现代化 有广泛应用意义科学一般方法：观察、实验方法、逻辑方法。传统的生物学教育把观察、实验方法归入“双基”加以重视，而对逻辑方法不够重视。在科学探究中经常使用的两种逻辑方法模型方法和数学方法，在生物教育中应给予重视。1、模型方法（）物理模型标准要求：设计并制作生态瓶实物模型（）、数学模型确定性模型：用数学方法描述和研究必然性现象。标准要求：尝试建立数学模型解释种群的数量变动随机模型：用概率论和统计方法描述和研究随即现象。标准要求：用数学方法讨论基因频率的变化（Hardy-Weinberg定律）2、数学方法 高中生物学教育对数学方法的使用，应该包括以下4个方面：（1）定义概念标准要求：列举种群的特征（种群密度和基因频率都需用数学式定义）（） 对生命现象的空间关系和数量关系进行描述、分析和计算如以条形图、曲线图、统计图等来表现某一生命现象的统计数字大小及其变化。（）统计方法的运用描述统计方法大数过程的规律性标准要求：探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化选取统计方法从样本到总体的推理标准要求：土壤中动物类群丰富度的研究（4）用数学模型来表现生物学现象、特征和状态（三）、提升生物课程人文精神教育的价值 生物是人文性较强的科学课程，生物科学技术的重大发展很快就影响人类的思想。