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基于系统论思想的高中生物学教学初探

作者：王毅阳 张锋

来源：《中学生物学》2016年第01期

摘 要 生物学蕴含着许多科学思想，系统论思想就是其中的重要内容。在大多数情况下生物学的具体内容可以在系统思想的框架下得到解释，因此，在高中生物学教学中引入系统论思想，能够潜移默化地帮助学生优化认知策略、改善思维品质，实现生物学科的科学教育价值。 关键词 系统论思想 高中生物学教学 认知策略 中图分类号 G633.91 文献标志码 B

任何一门学科都具有塑造学生特殊的思维品格、思辨能力和创造素质的独特价值。然而，当前一些流行的教学模式和教学方法多是基于教与学规律，以强调基础知识和基本技能为出发点的教学行为方式，其实并没有观照各个学科理论体系自身的逻辑，从而导致学科特色不鲜明，相对削弱了学科教育对学生的学科理性思维熏陶，也必然不能带来课堂教学状况的根本改变。

如何在教学过程中体现学科教育本身的价值，需要教师以学科思想方法、学科逻辑对学科教学的指向性要求为逻辑起点，依据学科独有的规律、原理，努力体现学科理论体系的逻辑与教育教学规律的融合。只有理解了学科知识、学科能力与学科思想方法之间的内在关系，教师才能采用有效的教学组织方式，学生的学习才能做到纲举目张。高中生物学必修模块是现代生物学的核心内容，揭示了生命系统的本质和特征，对于提高学生的生物科学素养具有不可或缺的作用。这也是探讨在高中生物学教学中引入系统论思想的初衷。 1 生物学科思想是生物科学教育的重要内容

现行《普通高中生物学课程标准（实验）》明确指出：课程的基本理念是提高高中生的生物科学素养，也是课程标准实施中的核心任务。可见，生物科学教育的目标不只是让学生获得生物学知识，更主要的是使他们形成关于生命的基本观点，获得探索生物界客观规律的方法，同时培养创新能力和科学精神。

生物学科思想反映了生物学的思维特点和学习规律，是生物学知识学习、产生和发展的动力，是学科能力发展的催化剂，是学生认知和理解生物学最具影响力的内容。 2 系统论思想是生物学科思想的重要内容

系统论思想是在生物学科思想的研究基础上建立起来的，生物学家贝塔朗菲最早提出系统论的思想。他认为系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的、具有特定功能的有机整体，提出系统观点、动态观点和等级观点。魏宏森教授进一步提出：“广义系统论是把

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对象作为组织和自组织复杂系统进行专门的科学技术哲学研究的一般系统理论，是综合现有的一般系统论、信息论、控制论、耗散结构、协同学和超循环论等现代复杂性系统理论中的科学基础哲学问题的横断科学。”桂起权教授更是提出“系统论可以看作是生物学理论背后的元理论”的观点。

由此可见，生物学蕴含着许多科学思想，系统论思想是其中的重要内容，在大多数情况下生物学的具体内容可以在系统思想的框架下得到解释。高中生物学教材也是用系统论思想来诠释生命的。

3 高中生物学课堂引入系统论思想的基本要素 3.1 明确系统论思想在教材内容和编排上的体现

系统论思想包含系统思想观点和系统思想方法两个方面。系统都具有整体性、关联性、等级结构性、动态平衡性、时序性等基本特征。它们既是系统论的基本思想观点，也是系统方法的基本原则。

教师可以从系统论视角理解高中生物学的三个必修模块：

《分子与细胞》模块突出细胞是基本的生命系统这条主线，选取了系统的层次、细胞的组成、结构、功能及细胞的生命历程等知识。通过学习，学生能够理解生命系统的非线性（整体不等于它的部分之和）与时序性（生命系统的组成要素在时空上有严格的确定的秩序或相对稳定的位置以及生命活动的时序性）本质。

《遗传与进化》模块以基因的本质、功能及其发现历程为主线，选取了减数分裂与受精作用、DNA分子结构和功能、遗传和变异的基本原理、现代生物进化理论及物种形成等知识。通过学习，学生将会理解生命系统是开放的信息系统，它具有自我更新、适应、演化的特性。

《稳态与环境》模块的知识结构是更是凸显了系统论思想。本模块以生物个体、种群、群落和生态系统各个层次生命系统的稳态的干扰和维持为主线，选取了人体稳态的调节和生态系统有关组成要素活动对生态系统稳定性的干扰和维持等知识。通过学习，学生将理解：生命活动过程的本质是物质的变化、能量的转化和信息的传递过程;生命系统的稳态实际上是一种动态平衡，其稳态不仅有其自身的调节，还与所处的环境有着紧密的联系，生命系统正是在稳态不断受到破坏而又同时得到恢复的过程中得以维持和发展的。该模块的学习将进一步帮助学生从系统的角度认识生命。

3.2 将系统论思想融入生物学知识建构过程需要关注的问题

从系统论观点出发，将系统论思想融入生物学知识建构过程，教师可以引导学生主要从三个方面入手。① 树立系统的整体观。在研究系统的一个要素时，还要观察其他不同的、相

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互作用的要素，分析它们在多重要素的影响作用下作为一个整体的行为，以及表现出来的新的整体的性质和功能的。② 明确系统整体的性质和功能取决于系统内部的结构和联系的认识。要搞清楚构成系统的要素的性质、数量、空间排列及时序组合，弄清楚系统要素间发生的物质、能量、信息的传递和交流状态。认识系统就要弄清系统内的结构和联系，改造系统就是调整系统的结构和联系。③ 理解生命系统的开放性与动态性。每个系统都是一个更大系统的组成要素，因此系统的性质和功能受到环境的影响。生命系统是开放的，与外界交换物质、能量和信息，才能维持其生命，系统总是处在运动和变化的状态之中。

以人教版高中生物《必修3·稳态与环境》中“血糖平衡的调节”的教学为例，笔者尝试探讨系统中要素与要素、要素与整体、整体与外界环境间的联系，从系统论观点出发将系统论思想融入生物学知识建构过程，说明系统的基本特性。

首先，在教学中将血糖平衡的调节看做由多重要素构成的整体——系统，参与调节的结构如胰岛细胞（胰岛A细胞和胰岛B细胞）、消化系统、下丘脑等都是系统中单独存在的各个要素，系统的整体大于部分之和，即要素在系统中所具有的性质和功能，不同于其独立于系统之外的性质和功能。相同的要素在不同的系统中有不同的性质和功能，如下丘脑在血糖平衡调节系统中的性质和功能与下丘脑在体温调节系统中的性质和功能是不同的。系统整体的性质和功能往往取决于系统内部的结构和要素联系。系统的结构和要素的联系方式不同，系统的性质和功能可能就不同，如血糖平衡的调节系统与神经系统的结构和要素联系不同，也就具有与神经系统不同的性质和功能。要素的数量和质量也对系统的功能产生影响，如胰岛B细胞分泌的胰岛素不足会使血糖平衡系统的调节失衡。因此，教师在教学中要引导学生厘清系统内的结构和构成系统的要素的性质、数量、比例、空间排列及时序组合等。

接着教师要让学生明确各要素间存在着密切的联系。消化系统中的糖类的消化和吸收是人体血糖的主要来源之一，根据饭后血糖含量变化曲线图（图1）可以看出：早餐后血糖含量逐步升高，升高到一定程度后又逐渐回落到正常值（0.9g/L）附近，而早餐后较长时间不再进食也不会引起血糖含量的剧烈变化。从一般系统科学的因果关系类型分析方法出发，消化系统的作用使血糖含量升高，随着细胞的氧化分解、糖原的合成以及非糖物质的转化使血糖降低，血糖含量变化又引起胰岛细胞和下丘脑两个系统要素行使相应的激素调节功能，最终使血糖含量维持正常，体现了系统的动态平衡性。血糖平衡调节系统又从属于一个更大的系统——内分泌系统，说明系统同时具有等级结构性。

最后，教师要让学生明确系统中还存在反馈，即系统本身工作的效果会反过来作为信息调节该系统的工作。反馈有正、负反馈之分，正反馈促进加强控制信息的作用，使生理过程逐步加强，不可逆地进行，直至最终完成;负反馈则抑制减弱控制信息的作用，起到不断“纠正”控制信息的效果。正反馈和负反馈对于生命体维持稳态都具有重要作用，人体血糖平衡的调节系统中同时存在着正反馈和负反馈。当血糖浓度低于正常时，血糖浓度降低这一信号将启动胰岛A细胞和下丘脑的正反馈过程，一方面使胰高血糖素分泌增加，促进肝糖原的分解和非糖物质的转化;另一方面增加肾上腺素分泌，促进糖原分解，最终达到使血糖升高的目的。同时，血糖浓度降低也会作为负反馈启动的信号，抑制胰岛B细胞分泌胰岛素，使胰岛B细胞