基于系统论思想的高中生物学教学初探(2)

　　 《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细胞促进组织细胞加速摄取、利用和储存葡萄糖的作用减弱，最终抑制血糖进一步降低，达到升高血糖的目的。 
　　 由于人们对生命系统的研究是多层次、多方向的，在对生命系统研究时，教师需要从不同角度进行分类，所以，不同层次的要素具有相对性。基于系统论的思维方法，不只是考察单个事物，也不只是进行概念、判断、推理，还用模型来模拟、检验推理。它是通过对部分和整体作细致的观察研究、从整体上把握事物。在生物学教学的过程中，教师要注重生命系统的整体性，研究系统的内部结构及联系，强调系统的开放性与动态性。生命是一个复杂、开放、自组织的系统。由于生命系统的复杂性以及非线性、混沌的特点，使生物现象和生命活动规律大部分不遵从因果决定性原则。因此，用系统论的基本思想方法来指导学生的学习，更有利于学生理解生命现象和生物学事实，掌握生物学的概念和基本结构，养成系统思维的习惯，形成学科能力。 

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