生物学概念新视角与学生思维能力的培养

生物学概念新视角与学生思维能力的培养

与其它自然学科一样生物学有其自身独特的概念体系，这些概念间存在着天然的内在联系。因此，在学习生物学时对于这些概念的准确把握及深入寻求它们之间的内在联系将构成生物学素养的基础。但如果仅仅停留在对概念的字面描述上，那就很容易形成刻板、机械式的印象，少了对这些概念深层次的理解，从而不利于学生对这些概念的真正把握，也不能开拓学生思维更不能转化为能力。所以，在涉及向学生引入某些重要的抽象的生物学概念时一定要突破字面的东西，采取引导思考、设疑解惑、举一反三等方法，从而让学生主动地探究性地从一个新的视角去思考这些问题，这样就容易让学生真正理解这些概念，甚至可以让学生逐渐养成善于思辩、勇于探究的学习习惯。因此，还是值得在工作中尝试的。下面是笔者在教学中发现的几个例子，不乏稚嫩,但愿做引玉之砖。
　　例1. 生物界有一个很普遍的规则———相对表面积规则。假定一个细胞或生物体为一个球体，那么它的体积V、表面积为S，则单位体积所拥有的表面积为S/V=3/r.（r为半径）。由此可知，随着细胞或个体的体积增大其S/V反而减小。这个理论可以解释很多生物学现象，在对学生引入时不妨做些阐释和归纳。这些问题有：a.细胞的体积为什么不能无限大？为什么细嚼有利于消化？为什么在做过氧化氢酶催化实验时要将新鲜肝脏研磨？为什么同样一块糖果嚼碎时溶解得快？为什么在做动物细胞培养时要将动物组织剪碎，并用胰蛋白酶处理成单个的细胞？b.为什么同物种的生物纬度越高体积越大？a类问题涉及到物质跨膜的运输能力或与溶液的接触面积；b类问题涉及到单位体积生物组织所拥有的与外界的接触面积，这关系到保温或散热的能力。这样处理之后学生不但容易理解还可能做到举一反三，学会运用它。相关趣例：电视报道一母狮产下一幼崽后无奶，无奈之下工作人员取来绵羊奶哺育，结果两天后幼狮肚涨消化不良；情急之下找来只正在哺育幼仔的母山羊，用上山羊奶之后幼狮的状况大为改善。经检查分析发现山羊奶中的脂肪颗粒要比绵羊奶中的小得多，所以就很容易消化了。
　　例2. 光学显微镜使用中会遇到一些现象性的问题。比如，低倍镜下视野较亮，换成高倍镜后视野变暗。似乎很抽象，只能被动接受无法解释的样子。在处理这个问题时如果只是单纯地被动记忆，那就无法激发学生对生物实验的探究兴趣，效果当然不佳。不如就此设问：为什么会这样？然后引导学生分析：光源没变即光强没变，光线从物镜进入从目镜传出进入眼睛成像。高、低倍镜下眼睛看到的视场的大小是一样的，但视野大小不一样。 低倍镜下视野大为S,高倍镜下视野小为s，光源的光强为I，则低倍镜下视场的通光量为SI,高倍镜下的通光量为sI，SI>sI，故低倍镜下视场较亮，换成高倍镜后视场大小没变而视野变小引起通光量减小，所以视场变暗。这样一来，看似抽象乏味的东西反而能激发出学生的探究热情，有利于思维能力的培养。例３.一个种群在理想环境条件下其数量增长符合J型曲线，但在现实环境条件下其增长曲线会发生扭曲而成S型曲线。这一转变过程中种群数量会减少一部分，一般的说法是“由环境阻力引起的”，这种解释就很抽象了，环境阻力是什么呢？有必要深入理解，简单地说是指非理想条件即现实条件；详解应是对该种群而言的所有生存环境条件，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响：环境当中同时存在着其它的种群，即所有生物是生活在群落当中的。因此，不同种生物间就存在着复杂的种间关系，生态系统中的物质和能量就会通过这些种间关系（比如以食物链的形式）在各种群间进行分配，群落稳定时其中各种群的数量变化几乎都是符合S型增长曲线的。如此阐释学生就容易从宏观上理解：在一个生态系统中物质和能量是属于群落的而不是单一的种群。这样的寻根问底无疑对学生建立生物间相互联系的观点是有益的，也增强了学生分析、解决实际问题的能力。
　　例4. 生态系统能量流动的特点之一为逐级递减。一般来说，在自然生态系统中输入到某一个营养级的能量中只有10%~20%的能量能够流动到下一个营养级。也就是说，能量在相邻的两个营养级间的传递效率大约是10%~20%。由于能量是沿食物链进行跨营养级流动的，所以经常会有人举‘肉比粮食贵’的例子。但这里需要指出的是在人工饲养的条件下，饲料中储存在有机物中的能量经消化吸收被动物同化固定下来，其传递效率要远高于10%~20%。这一点是由于在自然生态系统中，一个营养级所拥有的有机物形态的能量并未全部经食物链进行流动，相当大一部分仍以有机物形态存在着。另外，从能量金字塔看，在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动中消耗的能量就越多。这里只是直观地从图表上观察得出的结论，因而接受时难免有些被动，况且，在生态系统中能量流动也是符合能量守恒定律的。所以，有必要对流动中能量的转化进行分析。生态系统中某一营养级所拥有的能量存在于有机物当中，除自身呼吸消耗转化为热能和做功外，还有一部分经食物链被下一个营养级的生物同化，参与下一个营养级生物能量耗散结构———细胞的构建，并同样经呼吸作用氧化分解，将有机物中的化学能转化为其它形式，如热能和其它种有机物中的能量。由于同化作用过程中伴随有异化作用的进行，所以有机物当中的化学能会有很大一部分不断地转化为热能而释放出来。因此，在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中同化作用和异化作用进行的越频繁，有机物当中的化学能就越快地以热能的形式释放出来。所以存在于有机物当中的能量随营养级的提高会越来越少，但总能量是不变的，只不过是能量形式发生了转化而已。
　　所以，对于许多生物学概念多问几个为什么，尝试从一个新的视角去分析、理解，对思维的煅炼是很有益的，有助于学生养成勤于思考的习惯。 

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