生物学的学科思想.ppt

1、,生物学的学科思想 在“稳态与环境”模块中的渗透 周先叶 华南师范大学生科院 E-mail: ,模块的特征,具有独特的教育价值 应反映本学科的一个或一组核心概念 应有主要的科学思想和科学方法 具有学习和探究的相似情景 具有自己内在的逻辑联系,一、“稳态与环境”模块的构建(一)知识体系的构建,稳态概念 稳态（homeostasis）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，

2、他将这种有调节反应所形成的稳定状态称为稳态.,一、“稳态与环境”模块的构建(一)知识体系的构建,稳态概念 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。,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。,一、“稳态与环境”模块

3、的构建(一)知识体系的构建,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。,一、“稳态与环境”模块的构建(一)知识体系的构建,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，通过自身的调节机制维持稳态。,一、“稳态与环境”模块的构建 (二)模块内容设计的基本思路,一、“稳态与环境”模块的构建 (二)模块内容设计的基本思路,在知识方面： 本模块的核心概念是稳态和反

4、馈。系统的稳态是通过反馈调节机制而实现的。 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。,一、“稳态与环境”模块的构建 （三）在知识、方法和情感方面的侧重点,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”,一、“稳态与环境”模块的构建 （三）在知识、方法和情感方面的侧重点,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

5、的。 总体上知识内容变化不大，主要是知识体系结构的变化，同时增加了大量的活动内容。,二、 与原大纲相比在内容上的变化,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,二、 与原大纲相比在内容上的变化,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,二、 与原大纲相比在内容上的变化,增加的内容： （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

6、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）,二、 与原大纲相比在内容上的变化,增加的内容： （2）体现生物学学科思想和方法的发展 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）,二、 与原大纲相比在内容上的变化,增加的内容： （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,二、 与原大纲相比在内容上的变化,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）

7、 体液调节描述动物激素的调节（核心内容） 种群及其数量的变化列举种群的特征（联系实际） 生物群落的概念描述群落的结构特征（联系实际）,二、 与原大纲相比在内容上的变化,改动的内容： 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、联系实际） 酸雨等全球性环境问题关注全球性生态环境问题（情感）,二、 与原大纲相比在内容上的变化,增加的活动内容： 为实现新课标的三维教学目标 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

8、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,二、 与原大纲相比在内容上的变化,增加的活动内容： 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,二、 与原大纲相比在内容上的变化,不是结构化的知识是没有用的知识（布鲁纳）。要注重引进系统论、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

9、，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，称为“一般系统论”。,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,一般系统的特征： 1、整体性：即系统整体功能大于组织系统要素的功能和。 2、层次性：从系统结构上看是分层的，即“系统+环境=高一级系统”。 3、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。,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,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

10、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，一个生态系统也是一个开放系统。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。,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,从系统论的观点来看，生命系统是一个： 高度有序的系统：结构和生命活动 开放的系统：新陈代谢 具有耗散特征的系统：生命的维持需不断地伴随着物质和能量的消耗 而又是远离平衡态的系统：生长、发育、群落演替、生态结构变迁,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,1

11、、生命系统的要素：物质、能量、信息 在前分子生物学时代，生物学家把生命视为具有特殊“活力”的有机体，遵循着无机界不存在的法则进行生命活动。在分子生物学时代，研究者们把生命视为一架精密的机器，由基因和蛋白质根据物理、化学的规律来运转。在后基因组时代，科学家开始把生命视为信息的载体，一切特性都可以从信息的流动中得到实现。,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,1、生命系统的要素：物质、能量、信息 根据系统论的观点，构成系统的关键不是其组成的物质，而是组成部分的相互作用或部分之间的关系。这些相互作用或者关系，从本质上说就是信息。 胡德（ Hood L.，2

12、002）提出，应该把生物学视为一门信息科学。 信息传递存在于生命系统的各个层次,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,1、生命系统的要素：物质、能量、信息 课标要求： 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,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,分子层次的信息传递,中心法则,免疫细胞,细胞层次的信息传递,组织层次的信息传递,长鼻蝙蝠靠发送超声波, 折回后, 再接受, 来探路,蚂蚁把太阳当作指南针,个体层次的

13、信息传递,蚂蚁原始的路线,蚜虫接受警戒信号后逃避危险,蜜蜂的摇摆舞,种群层次的信息传递,蛾释放信息素,雄松鸡向雌松鸡做求偶表演,警戒色,蝶恋花,猎 豹 追 赶 狒 狒,群落层次的信息传递,生态系统中信息传递的基本模式,2、系统的存在和延续 生命系统最基本的特征：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,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

14、的价值,3、系统的发展 发展的内因：稳态是反馈调节的结果 反馈：当系统中某一成分发生变化的时候，它必然会引起其它成分出现一系列的相应变化，这些变化最终又反过来影响最初发生变化的那种成分，这个过程就叫做反馈。 负反馈：反馈的结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化 保持稳态 正反馈：反馈的结果是加速最初发生变化的成分所发生的变化 远离稳态或建立新的稳态,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,3、系统的发展 课标要求： 描述体温调节、水盐调节、血糖调节 种群数量的调节 生态系统的稳定性 群落的演替,三、如何在教学中实现新课标理念 （一）注重引进

15、新的学科思想，提高生物学教育的价值,甲状腺素分泌的调节,种群数量的调节,生态系统的负反馈调节,原生演替的过程,地衣阶段,苔藓阶段,草本植物阶段,灌木阶段,森林阶段,1、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，生物实验主要是设置对照实验(在维持各种条件同一而仅单一因素改变的情况下，观察对生命活动的影响)，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

16、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。,三、如何在教学中实现新课标理念 （二）应重视科学方法，使教学内容现代化,1、系统分析的方法 系统分析就是从生命系统的各个组成部分的联系和相互作用中，从它们和外界环境的联系和相互作用中来了解整体。 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,三、如何在教学中实现新课标理念 （二）应重视科学方法，使教学内容现代化,有广泛应用意义的科学一般方法：观

17、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。,三、如何在教学中实现新课标理念 （二）应重视科学方法，使教学内容现代化,2、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）,三、如何在教学中实现新课标理念 （二）应重视科学方法，使教

18、学内容现代化,3、数学方法 应该包括以下4个方面： 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。 普遍应用，但没有提升到方法层面。,三、如何在教学中实现新课标理念 （二）应重视科学方法，使教学内容现代化,3、数学方法 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 用数学模型来表现生物学现象、特征和状态,三、如何在教学中实现新课标理念 （二）应重视科学方法，使教学内容现代化,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。 生物的存在和发展是群体行为而非个体行为 加强群体意识教育 人类中心和种