生物学教学中对学生结构和功能观的培养途径初探

李振海

摘要 通过对细胞、生物体、生态系统等生物知识等教学途径分析，对学生结构与功能观的培养进行了探讨。

关键词 生物教学 结构和功能观 生命观念

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

生物学核心素养认为，“生命观念”是指对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象，是经过实证后的观点，是能够理解或解释相关事件和现象的意识、观念和思想方法，包括结构与功能观等。生物学教学中培养学生的结构与功能观的途径有哪些呢？

1从细胞的角度入手，培养学生的结构与功能观

细胞的结构包括细胞膜、细胞质（细胞质基质和细胞器）、细胞核。

1.1从细胞膜的角度入手，培养学生的结构与功能观

在确定细胞膜的成分是脂质和蛋白质后，对于蛋白质位于细胞膜的位置，学生根据罗伯特森在电镜下看到细胞膜的暗—亮—暗三层结构，认同关于蛋白质和脂质位置关系模型——单位膜的模型（蛋白质—脂质—蛋白质），且认为膜的结构是静止的。

此时，有学生提出批判性问题：如果细胞膜的结构模型是单位膜模型，那么，细胞如何生长？变形虫如何变形？细胞膜复杂的功能如何实现？很显然，单位膜模型不能解释细胞膜结构与功能的适应关系。那么，蛋白质分子和磷脂分子应该是如何排布的呢？

在这些问题引导下，学生先进行小组讨论、设计实验方案；然后，进行全班交流；最后，展示科学家设计的实验——荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合的实验。这个实验说明蛋白质分子和磷脂分子都是可以运动的，同时说明细胞膜是流动的，而不是静止的。至此，细胞膜结构模型——流动镶嵌模型得以建立。生物膜流动镶嵌模型的基本内容是磷脂双分子层构成膜的基本支架，蛋白质分子或镶在表面，或嵌入其中，或贯穿于整个磷脂双分子层中，磷脂分子和蛋白质分子都是可以运动的。这样的结构特点就很好地解释了细胞膜是选择透过性的。

1.2从细胞器的角度入手，培养学生的结构与功能观

细胞质包括细胞质基质和细胞器。线粒体由双层膜组成，外膜与外界分开，内膜向内突起形成嵴，从而扩大了内膜面积，有利于酶的附着。同时，内膜和基质中有与呼吸作用有关的酶系统。正是因为这样的结构，线粒体才能有那么高的能量转换效率。

叶绿体是植物细胞特有的一种细胞器，具有双层膜。外膜与外界分开，一个叶绿体内有40～80个基粒，一个基粒有10～100个类囊体垛叠而成。类囊体上有与光合作用光反应有关的酶和色素，基质中有暗反应有关的酶系统和相关物质。也正因为基粒扩大了膜面积，色素吸收和转化光能，酶降低化学反应的活化能，叶绿体才能完成把光能转化为化学能的功能。

1.3从细胞核的角度入手，培养学生的结构与功能观

图1是细胞核结构和功能概念图。由图1中可看出，细胞核由核膜、染色质、核仁组成。核膜由双层膜组成，上有核孔，核孔上有复杂的结构，控制物质交换和信息交流。核仁与核糖体的形成和某些RNA的形成有关。染色质由蛋白质与DNA组成。再从DNA的结构特点看：（1）DNA分子是由两条链组成的，且两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。（2）DNA分子中的脱氧核苷酸和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基对排列在内侧。（3）两条链上的碱基通过氢键连接，并且碱基配对遵循碱基互补配对原则。正是由于DNA具有这样的结构，才使DNA具有“碱基排列顺序包含着遗传信息”的功能。通过这些遗传信息复制、转录、翻译可控制着生物体的性状。也正是由于细胞核的这些结构，细胞核才具有“遗传信息库”“细胞的代谢和遗传控制中心”的功能。

2从生物体的角度入手，培养学生的结构与功能观

生物体每一部分结构都能体现“结构和功能相适应”的观点。以小肠为例，教师首先展示消化系统结构的图片，学生就可看出肠具有长度长的结构特点。接着教师引导学生利用放大镜观察小肠内壁，学生可看到小肠内表面有环形皱襞，皱襞上有绒毛。教师再通过投影让学生观察小肠环形皱襞、绒毛、微绒毛，从而说明小肠内表面积大（约200 m²）这一结构特点。正是由于这些结构特点才有利于食物在小肠内进行充分的消化与吸收。教师再展示图片，表明绒毛壁和毛细血管的壁都很薄，只由一层上皮细胞构成，从而学生理解这种结构特点有利于营养物质的吸收。从而帮助学生理解小肠的结构和功能相适应。

3从生态系统角度入手，培养学生的结构与功能观

生态系统是指在一定空间范围内，生物与环境所形成的统一整体。

生态系统的结构包括生态系统的组成成分和营养结构。生态系统的组成成分包括生产者、消费者、分解者和非生物的物质和能量。生态系统的营养结构包括食物链和食物网。食物链是生物间由于捕食关系形成的链条，其中又分为第一营养级、第二营养级、第三营养级等，很多食物链交织形成食物网。

生态系统的功能主要包括物质循环、能量流动和信息传递。图3是生态系统碳循环图。从图3中可以看出，碳以二氧化碳的形式通过光合作用由生产者转化成有机物，进入生态系统，通过捕食以有机物形式进入各级消费者。而生产者和消费者的遗体，一方面以有机物形式传递给分解者，通过分解者的分解作用，以二氧化碳的形式释放到无机环境中。另一方面，生产者和消费者还可形成化石燃料，通过人们的开采、燃烧，以二氧化碳的形式释放到大气中。由此可见，碳在生物群落与无机环境之间以二氧化碳的形式在进行不断循环，碳在生物群落内部以有机物的形式进行流动，生态系统的碳循环依赖于生态系统的结构。

图4是生态系统能量流动图。从图中可以看出，能量流动的起点是太阳能，生产者把太阳能转化成化学能，储存在它们所制造的有机物中开始进入生态系统。通过捕食能量进入各级消费者的体内，分解者通过分解生产者和消费者的遗体残骸获得能量。同时三者通过呼吸把一部分能量释放到大气中。由此可以看出，能量流动的特点是单向流动、逐级递减的。能量流动依然依赖于生态系统的结构。

综上所述，无论是物质循环，还是能量流动，都離不开生态系统的结构。

总之，无论从细胞的角度、生物体的角度、生态系统的角度，都可以作为对学生进行结构与功能观的培养途径。