王毅陽+張鋒

摘 要 生物學蘊含著許多科學思想，系統(tǒng)論思想就是其中的重要內容。在大多數(shù)情況下生物學的具體內容可以在系統(tǒng)思想的框架下得到解釋，因此，在高中生物學教學中引入系統(tǒng)論思想，能夠潛移默化地幫助學生優(yōu)化認知策略、改善思維品質，實現(xiàn)生物學科的科學教育價值。

關鍵詞 系統(tǒng)論思想 高中生物學教學 認知策略

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

任何一門學科都具有塑造學生特殊的思維品格、思辨能力和創(chuàng)造素質的獨特價值。然而，當前一些流行的教學模式和教學方法多是基于教與學規(guī)律，以強調基礎知識和基本技能為出發(fā)點的教學行為方式，其實并沒有觀照各個學科理論體系自身的邏輯，從而導致學科特色不鮮明，相對削弱了學科教育對學生的學科理性思維熏陶，也必然不能帶來課堂教學狀況的根本改變。

如何在教學過程中體現(xiàn)學科教育本身的價值，需要教師以學科思想方法、學科邏輯對學科教學的指向性要求為邏輯起點，依據(jù)學科獨有的規(guī)律、原理，努力體現(xiàn)學科理論體系的邏輯與教育教學規(guī)律的融合。只有理解了學科知識、學科能力與學科思想方法之間的內在關系，教師才能采用有效的教學組織方式，學生的學習才能做到綱舉目張。高中生物學必修模塊是現(xiàn)代生物學的核心內容，揭示了生命系統(tǒng)的本質和特征，對于提高學生的生物科學素養(yǎng)具有不可或缺的作用。這也是探討在高中生物學教學中引入系統(tǒng)論思想的初衷。

1 生物學科思想是生物科學教育的重要內容

現(xiàn)行《普通高中生物學課程標準（實驗）》明確指出：課程的基本理念是提高高中生的生物科學素養(yǎng)，也是課程標準實施中的核心任務?？梢?，生物科學教育的目標不只是讓學生獲得生物學知識，更主要的是使他們形成關于生命的基本觀點，獲得探索生物界客觀規(guī)律的方法，同時培養(yǎng)創(chuàng)新能力和科學精神。

生物學科思想反映了生物學的思維特點和學習規(guī)律，是生物學知識學習、產生和發(fā)展的動力，是學科能力發(fā)展的催化劑，是學生認知和理解生物學最具影響力的內容。

2 系統(tǒng)論思想是生物學科思想的重要內容

系統(tǒng)論思想是在生物學科思想的研究基礎上建立起來的，生物學家貝塔朗菲最早提出系統(tǒng)論的思想。他認為系統(tǒng)是由相互作用和相互依賴的若干組成部分結合成的、具有特定功能的有機整體，提出系統(tǒng)觀點、動態(tài)觀點和等級觀點。魏宏森教授進一步提出：“廣義系統(tǒng)論是把對象作為組織和自組織復雜系統(tǒng)進行專門的科學技術哲學研究的一般系統(tǒng)理論，是綜合現(xiàn)有的一般系統(tǒng)論、信息論、控制論、耗散結構、協(xié)同學和超循環(huán)論等現(xiàn)代復雜性系統(tǒng)理論中的科學基礎哲學問題的橫斷科學?！惫鹌饳嘟淌诟翘岢觥跋到y(tǒng)論可以看作是生物學理論背后的元理論”的觀點。

由此可見，生物學蘊含著許多科學思想，系統(tǒng)論思想是其中的重要內容，在大多數(shù)情況下生物學的具體內容可以在系統(tǒng)思想的框架下得到解釋。高中生物學教材也是用系統(tǒng)論思想來詮釋生命的。

3 高中生物學課堂引入系統(tǒng)論思想的基本要素

3.1 明確系統(tǒng)論思想在教材內容和編排上的體現(xiàn)

系統(tǒng)論思想包含系統(tǒng)思想觀點和系統(tǒng)思想方法兩個方面。系統(tǒng)都具有整體性、關聯(lián)性、等級結構性、動態(tài)平衡性、時序性等基本特征。它們既是系統(tǒng)論的基本思想觀點，也是系統(tǒng)方法的基本原則。

教師可以從系統(tǒng)論視角理解高中生物學的三個必修模塊：

《分子與細胞》模塊突出細胞是基本的生命系統(tǒng)這條主線，選取了系統(tǒng)的層次、細胞的組成、結構、功能及細胞的生命歷程等知識。通過學習，學生能夠理解生命系統(tǒng)的非線性（整體不等于它的部分之和）與時序性（生命系統(tǒng)的組成要素在時空上有嚴格的確定的秩序或相對穩(wěn)定的位置以及生命活動的時序性）本質。

《遺傳與進化》模塊以基因的本質、功能及其發(fā)現(xiàn)歷程為主線，選取了減數(shù)分裂與受精作用、DNA分子結構和功能、遺傳和變異的基本原理、現(xiàn)代生物進化理論及物種形成等知識。通過學習，學生將會理解生命系統(tǒng)是開放的信息系統(tǒng)，它具有自我更新、適應、演化的特性。

《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》模塊的知識結構是更是凸顯了系統(tǒng)論思想。本模塊以生物個體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)各個層次生命系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)的干擾和維持為主線，選取了人體穩(wěn)態(tài)的調節(jié)和生態(tài)系統(tǒng)有關組成要素活動對生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的干擾和維持等知識。通過學習，學生將理解：生命活動過程的本質是物質的變化、能量的轉化和信息的傳遞過程;生命系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)實際上是一種動態(tài)平衡，其穩(wěn)態(tài)不僅有其自身的調節(jié)，還與所處的環(huán)境有著緊密的聯(lián)系，生命系統(tǒng)正是在穩(wěn)態(tài)不斷受到破壞而又同時得到恢復的過程中得以維持和發(fā)展的。該模塊的學習將進一步幫助學生從系統(tǒng)的角度認識生命。

3.2 將系統(tǒng)論思想融入生物學知識建構過程需要關注的問題

從系統(tǒng)論觀點出發(fā)，將系統(tǒng)論思想融入生物學知識建構過程，教師可以引導學生主要從三個方面入手。① 樹立系統(tǒng)的整體觀。在研究系統(tǒng)的一個要素時，還要觀察其他不同的、相互作用的要素，分析它們在多重要素的影響作用下作為一個整體的行為，以及表現(xiàn)出來的新的整體的性質和功能的。② 明確系統(tǒng)整體的性質和功能取決于系統(tǒng)內部的結構和聯(lián)系的認識。要搞清楚構成系統(tǒng)的要素的性質、數(shù)量、空間排列及時序組合，弄清楚系統(tǒng)要素間發(fā)生的物質、能量、信息的傳遞和交流狀態(tài)。認識系統(tǒng)就要弄清系統(tǒng)內的結構和聯(lián)系，改造系統(tǒng)就是調整系統(tǒng)的結構和聯(lián)系。③ 理解生命系統(tǒng)的開放性與動態(tài)性。每個系統(tǒng)都是一個更大系統(tǒng)的組成要素，因此系統(tǒng)的性質和功能受到環(huán)境的影響。生命系統(tǒng)是開放的，與外界交換物質、能量和信息，才能維持其生命，系統(tǒng)總是處在運動和變化的狀態(tài)之中。

以人教版高中生物《必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》中“血糖平衡的調節(jié)”的教學為例，筆者嘗試探討系統(tǒng)中要素與要素、要素與整體、整體與外界環(huán)境間的聯(lián)系，從系統(tǒng)論觀點出發(fā)將系統(tǒng)論思想融入生物學知識建構過程，說明系統(tǒng)的基本特性。

首先，在教學中將血糖平衡的調節(jié)看做由多重要素構成的整體——系統(tǒng)，參與調節(jié)的結構如胰島細胞（胰島A細胞和胰島B細胞）、消化系統(tǒng)、下丘腦等都是系統(tǒng)中單獨存在的各個要素，系統(tǒng)的整體大于部分之和，即要素在系統(tǒng)中所具有的性質和功能，不同于其獨立于系統(tǒng)之外的性質和功能。相同的要素在不同的系統(tǒng)中有不同的性質和功能，如下丘腦在血糖平衡調節(jié)系統(tǒng)中的性質和功能與下丘腦在體溫調節(jié)系統(tǒng)中的性質和功能是不同的。系統(tǒng)整體的性質和功能往往取決于系統(tǒng)內部的結構和要素聯(lián)系。系統(tǒng)的結構和要素的聯(lián)系方式不同，系統(tǒng)的性質和功能可能就不同，如血糖平衡的調節(jié)系統(tǒng)與神經系統(tǒng)的結構和要素聯(lián)系不同，也就具有與神經系統(tǒng)不同的性質和功能。要素的數(shù)量和質量也對系統(tǒng)的功能產生影響，如胰島B細胞分泌的胰島素不足會使血糖平衡系統(tǒng)的調節(jié)失衡。因此，教師在教學中要引導學生厘清系統(tǒng)內的結構和構成系統(tǒng)的要素的性質、數(shù)量、比例、空間排列及時序組合等。

接著教師要讓學生明確各要素間存在著密切的聯(lián)系。消化系統(tǒng)中的糖類的消化和吸收是人體血糖的主要來源之一，根據(jù)飯后血糖含量變化曲線圖（圖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漸回落到正常值（0.9g/L）附近，而早餐后較長時間不再進食也不會引起血糖含量的劇烈變化。從一般系統(tǒng)科學的因果關系類型分析方法出發(fā)，消化系統(tǒng)的作用使血糖含量升高，隨著細胞的氧化分解、糖原的合成以及非糖物質的轉化使血糖降低，血糖含量變化又引起胰島細胞和下丘腦兩個系統(tǒng)要素行使相應的激素調節(jié)功能，最終使血糖含量維持正常，體現(xiàn)了系統(tǒng)的動態(tài)平衡性。血糖平衡調節(jié)系統(tǒng)又從屬于一個更大的系統(tǒng)——內分泌系統(tǒng)，說明系統(tǒng)同時具有等級結構性。

最后，教師要讓學生明確系統(tǒng)中還存在反饋，即系統(tǒng)本身工作的效果會反過來作為信息調節(jié)該系統(tǒng)的工作。反饋有正、負反饋之分，正反饋促進加強控制信息的作用，使生理過程逐步加強，不可逆地進行，直至最終完成;負反饋則抑制減弱控制信息的作用，起到不斷“糾正”控制信息的效果。正反饋和負反饋對于生命體維持穩(wěn)態(tài)都具有重要作用，人體血糖平衡的調節(jié)系統(tǒng)中同時存在著正反饋和負反饋。當血糖濃度低于正常時，血糖濃度降低這一信號將啟動胰島A細胞和下丘腦的正反饋過程，一方面使胰高血糖素分泌增加，促進肝糖原的分解和非糖物質的轉化;另一方面增加腎上腺素分泌，促進糖原分解，最終達到使血糖升高的目的。同時，血糖濃度降低也會作為負反饋啟動的信號，抑制胰島B細胞分泌胰島素，使胰島B細胞促進組織細胞加速攝取、利用和儲存葡萄糖的作用減弱，最終抑制血糖進一步降低，達到升高血糖的目的。

由于人們對生命系統(tǒng)的研究是多層次、多方向的，在對生命系統(tǒng)研究時，教師需要從不同角度進行分類，所以，不同層次的要素具有相對性?；谙到y(tǒng)論的思維方法，不只是考察單個事物，也不只是進行概念、判斷、推理，還用模型來模擬、檢驗推理。它是通過對部分和整體作細致的觀察研究、從整體上把握事物。在生物學教學的過程中，教師要注重生命系統(tǒng)的整體性，研究系統(tǒng)的內部結構及聯(lián)系，強調系統(tǒng)的開放性與動態(tài)性。生命是一個復雜、開放、自組織的系統(tǒng)。由于生命系統(tǒng)的復雜性以及非線性、混沌的特點，使生物現(xiàn)象和生命活動規(guī)律大部分不遵從因果決定性原則。因此，用系統(tǒng)論的基本思想方法來指導學生的學習，更有利于學生理解生命現(xiàn)象和生物學事實，掌握生物學的概念和基本結構，養(yǎng)成系統(tǒng)思維的習慣，形成學科能力。

3.3 將系統(tǒng)論思想融入生物學知識體系建構過程

布魯納說過：“學生對所學材料的接受必然是有限的，怎樣能使這種接受在他們以后一生的思考中有價值？回答是：不論他們選取什么學科，務必使學生理解該學科的基本結構?！痹诮虒W組織過程中，教師引導學生運用系統(tǒng)論思想方法，對本節(jié)課的所學知識和概念進行逐一分析，構建學科內容結構的基本思路（圖2），明確本節(jié)內容在不同學習階段的呈現(xiàn)形式和學習重點;明確所學知識與先前學習內容以及將來學習內容的邏輯關系;厘清不同內容與學科方法的實然聯(lián)系，把握學習的核心內容，構建學科的內容體系。在系統(tǒng)論的思想的指引下運用生物學方法方法分析生命現(xiàn)象和解決問題，使得復雜的生命現(xiàn)象和問題變得簡單，使生物學科內容更生動、形象、深刻，也有利于學生領會了相應的生物學方法，避免學生出現(xiàn)學科知識碎片化和淺表化，技能與方法運用的機械、模仿的現(xiàn)象。同時，也使得抽象的學科思想得以彰顯，學生對系統(tǒng)論的思想方法也有一個清晰認識。

在血糖平衡模型構建成功的基礎上，學生能夠很容易構建起分級調節(jié)的知識網絡。下丘腦作為內分泌系統(tǒng)的樞紐，不僅作為血糖調節(jié)中樞，通過傳出神經直接作用于胰島細胞與腎上腺，調節(jié)激素分泌，還通過分級調節(jié)方式調節(jié)甲狀腺的活動。在甲狀腺激素分泌的分級調節(jié)中，利用一般系統(tǒng)科學的空間結構方法分析下丘腦-垂體-甲狀腺構成的整體系統(tǒng)：下丘腦分泌的促甲狀腺激素釋放激素（TRH）作用于垂體，促使垂體釋放促甲狀腺激素（TSH），促甲狀腺激素（TSH）隨血液運輸?shù)竭_甲狀腺，使甲狀腺激素的合成和分泌增加，體現(xiàn)了系統(tǒng)論思想的等級結構性。血液中的甲狀腺激素的含量同時也能作為負反饋信號，反過來抑制下丘腦和垂體的分泌。生命系統(tǒng)是一個復雜開放的自組織系統(tǒng)，與環(huán)境相互作用的同時，會進行一定的調整以適應外界環(huán)境變化，如在寒冷環(huán)境中生命體會增加甲狀腺激素的合成與分泌。在當前所學的甲狀腺激素分泌的分級調節(jié)基礎上，學生能夠更容易理解水鹽平衡調節(jié)以及體溫調節(jié)（將來需學）等內容。

在高中階段，考慮到學生的知識水平與接受能力，將系統(tǒng)論思想引入生物學的學習過程的目的，不是要求學生完整的理解系統(tǒng)的概念，而是期望他們在解決問題的過程，關注整個系統(tǒng)，以便理解和處理整個系統(tǒng)的問題或現(xiàn)象。

教師從系統(tǒng)論思想入手，組織教學活動，能夠潛移默化地幫助學生優(yōu)化認知策略、改善思維品質，使學生的學習過程更有意義，更好地實現(xiàn)生物學科的科學教育價值，為提高學生的科學素養(yǎng)和學生的終身發(fā)展奠定基礎。

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