生物學(xué)概念新視角與學(xué)生思維能力的培養(yǎng)教育論文
與其它自然學(xué)科一樣生物學(xué)有其自身獨(dú)特的概念體系，這些概念間存在著天然的內(nèi)在聯(lián)系。因此，在學(xué)習(xí)生物學(xué)時(shí)對(duì)于這些概念的準(zhǔn)確把握及深入尋求它們之間的內(nèi)在聯(lián)系將構(gòu)成生物學(xué)素養(yǎng)的基礎(chǔ)。但如果僅僅停留在對(duì)概念的字面描述上，那就很容易形成刻板、機(jī)械式的印象，少了對(duì)這些概念深層次的理解，從而不利于學(xué)生對(duì)這些概念的真正把握，也不能開拓學(xué)生思維更不能轉(zhuǎn)化為能力。所以，在涉及向?qū)W生引入某些重要的抽象的生物學(xué)概念時(shí)一定要突破字面的東西，采取引導(dǎo)思考、設(shè)疑解惑、舉一反三等方法，從而讓學(xué)生主動(dòng)地探究性地從一個(gè)新的視角去思考這些問(wèn)題，這樣就容易讓學(xué)生真正理解這些概念，甚至可以讓學(xué)生逐漸養(yǎng)成善于思辯、勇于探究的學(xué)習(xí)習(xí)慣。因此，還是值得在工作中嘗試的。下面是筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的幾個(gè)例子，不乏稚嫩,但愿做引玉之磚。
例1.生物界有一個(gè)很普遍的規(guī)則———相對(duì)表面積規(guī)則。假定一個(gè)細(xì)胞或生物體為一個(gè)球體，那么它的體積V、表面積為S，則單位體積所擁有的表面積為S/V=3/r.（r為半徑）。由此可知，隨著細(xì)胞或個(gè)體的體積增大其S/V反而減小。這個(gè)理論可以解釋很多生物學(xué)現(xiàn)象，在對(duì)學(xué)生引入時(shí)不妨做些闡釋和歸納。這些問(wèn)題有：a.細(xì)胞的體積為什么不能無(wú)限大？為什么細(xì)嚼有利于消化？為什么在做過(guò)氧化氫酶催化實(shí)驗(yàn)時(shí)要將新鮮肝臟研磨？為什么同樣一塊糖果嚼碎時(shí)溶解得快？為什么在做動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)要將動(dòng)物組織剪碎，并用胰蛋白酶處理成單個(gè)的細(xì)胞？b.為什么同物種的生物緯度越高體積越大？a類問(wèn)題涉及到物質(zhì)跨膜的運(yùn)輸能力或與溶液的接觸面積；b類問(wèn)題涉及到單位體積生物組織所擁有的與外界的接觸面積，這關(guān)系到保溫或散熱的能力。這樣處理之后學(xué)生不但容易理解還可能做到舉一反三，學(xué)會(huì)運(yùn)用它。相關(guān)趣例：電視報(bào)道一母獅產(chǎn)下一幼崽后無(wú)奶，無(wú)奈之下工作人員取來(lái)綿羊奶哺育，結(jié)果兩天后幼獅肚漲消化不良；情急之下找來(lái)只正在哺育幼仔的母山羊，用上山羊奶之后幼獅的狀況大為改善。經(jīng)檢查分析發(fā)現(xiàn)山羊奶中的脂肪顆粒要比綿羊奶中的小得多，所以就很容易消化了。
例2.光學(xué)顯微鏡使用中會(huì)遇到一些現(xiàn)象性的問(wèn)題。比如，低倍鏡下視野較亮，換成高倍鏡后視野變暗。似乎很抽象，只能被動(dòng)接受無(wú)法解釋的樣子。在處理這個(gè)問(wèn)題時(shí)如果只是單純地被動(dòng)記憶，那就無(wú)法激發(fā)學(xué)生對(duì)生物實(shí)驗(yàn)的探究興趣，效果當(dāng)然不佳。不如就此設(shè)問(wèn)：為什么會(huì)這樣？然后引導(dǎo)學(xué)生分析：光源沒變即光強(qiáng)沒變，光線從物鏡進(jìn)入從目鏡傳出進(jìn)入眼睛成像。高、低倍鏡下眼睛看到的視場(chǎng)的大小是一樣的，但視野大小不一樣。低倍鏡下視野大為S,高倍鏡下視野小為s，光源的光強(qiáng)為I，則低倍鏡下視場(chǎng)的通光量為SI,高倍鏡下的通光量為sI，SI>sI，故低倍鏡下視場(chǎng)較亮，換成高倍鏡后視場(chǎng)大小沒變而視野變小引起通光量減小，所以視場(chǎng)變暗。這樣一來(lái)，看似抽象乏味的東西反而能激發(fā)出學(xué)生的探究熱情，有利于思維能力的培養(yǎng)。 例３.一個(gè)種群在理想環(huán)境條件下其數(shù)量增長(zhǎng)符合J型曲線，但在現(xiàn)實(shí)環(huán)境條件下其增長(zhǎng)曲線會(huì)發(fā)生扭曲而成S型曲線。這一轉(zhuǎn)變過(guò)程中種群數(shù)量會(huì)減少一部分，一般的說(shuō)法是“由環(huán)境阻力引起的”，這種解釋就很抽象了，環(huán)境阻力是什么呢？有必要深入理解，簡(jiǎn)單地說(shuō)是指非理想條件即現(xiàn)實(shí)條件；詳解應(yīng)是對(duì)該種群而言的所有生存環(huán)境條件，有非生物因素的更有生物因素的限制。尤其要指明生物因素的影響：環(huán)境當(dāng)中同時(shí)存在著其它的種群，即所有生物是生活在群落當(dāng)中的。因此，不同種生物間就存在著復(fù)雜的種間關(guān)系，生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)和能量就會(huì)通過(guò)這些種間關(guān)系（比如以食物鏈的形式）在各種群間進(jìn)行分配，群落穩(wěn)定時(shí)其中各種群的數(shù)量變化幾乎都是符合S型增長(zhǎng)曲線的。如此闡釋學(xué)生就容易從宏觀上理解：在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)和能量是屬于群落的而不是單一的種群。這樣的尋根問(wèn)底無(wú)疑對(duì)學(xué)生建立生物間相互聯(lián)系的觀點(diǎn)是有益的，也增強(qiáng)了學(xué)生分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
例4.生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的特點(diǎn)之一為逐級(jí)遞減。一般來(lái)說(shuō)，在自然生態(tài)系統(tǒng)中輸入到某一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的'能量中只有10%~20%的能量能夠流動(dòng)到下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)。也就是說(shuō)，能量在相鄰的兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)間的傳遞效率大約是10%~20%。由于能量是沿食物鏈進(jìn)行跨營(yíng)養(yǎng)級(jí)流動(dòng)的，所以經(jīng)常會(huì)有人舉‘肉比糧食貴’的例子。但這里需要指出的是在人工飼養(yǎng)的條件下，飼料中儲(chǔ)存在有機(jī)物中的能量經(jīng)消化吸收被動(dòng)物同化固定下來(lái)，其傳遞效率要遠(yuǎn)高于10%~20%。這一點(diǎn)是由于在自然生態(tài)系統(tǒng)中，一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)所擁有的有機(jī)物形態(tài)的能量并未全部經(jīng)食物鏈進(jìn)行流動(dòng)，相當(dāng)大一部分仍以有機(jī)物形態(tài)存在著。另外，從能量金字塔看，在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，營(yíng)養(yǎng)級(jí)越多，在能量流動(dòng)中消耗的能量就越多。這里只是直觀地從圖表上觀察得出的結(jié)論，因而接受時(shí)難免有些被動(dòng)，況且，在生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)也是符合能量守恒定律的。所以，有必要對(duì)流動(dòng)中能量的轉(zhuǎn)化進(jìn)行分析。生態(tài)系統(tǒng)中某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)所擁有的能量存在于有機(jī)物當(dāng)中，除自身呼吸消耗轉(zhuǎn)化為熱能和做功外，還有一部分經(jīng)食物鏈被下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物同化，參與下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物能量耗散結(jié)構(gòu)———細(xì)胞的構(gòu)建，并同樣經(jīng)呼吸作用氧化分解，將有機(jī)物中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為其它形式，如熱能和其它種有機(jī)物中的能量。由于同化作用過(guò)程中伴隨有異化作用的進(jìn)行，所以有機(jī)物當(dāng)中的化學(xué)能會(huì)有很大一部分不斷地轉(zhuǎn)化為熱能而釋放出來(lái)。因此，在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，營(yíng)養(yǎng)級(jí)越多，在能量流動(dòng)過(guò)程中同化作用和異化作用進(jìn)行的越頻繁，有機(jī)物當(dāng)中的化學(xué)能就越快地以熱能的形式釋放出來(lái)。所以存在于有機(jī)物當(dāng)中的能量隨營(yíng)養(yǎng)級(jí)的提高會(huì)越來(lái)越少，但總能量是不變的，只不過(guò)是能量形式發(fā)生了轉(zhuǎn)化而已。
所以，對(duì)于許多生物學(xué)概念多問(wèn)幾個(gè)為什么，嘗試從一個(gè)新的視角去分析、理解，對(duì)思維的煅煉是很有益的，有助于學(xué)生養(yǎng)成勤于思考的習(xí)慣。
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