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  • 将系统科学运用于生物学课堂教学(无锡 王荐)
  • 作者: 来源: 时间:2009-6-23 14:30:36 阅读次 【
  • 王荐     

    (无锡市第一女子中学  无锡   214002)

    摘要 现代科学以系统科学为基础,生物学是现代科学的前沿学科,在生物学课堂教学中应体现系统科学的基本原理,包括反馈原理、有序原理和整体原理。本文对中学生物学课堂教学中系统科学的运用进行了理论探讨和实践总结。

    关键词 系统科学 生物学 课堂教学

    近代科学以经典力学为基础,现代科学则以系统科学为基础,生物学则是现代科学的宠儿,它的发展集中体现了系统科学在生物学技术领域中的成功应用。在生物学课堂教学中也应体现系统科学的基本原理,即反馈原理、有序原理、整体原理。反馈原理指任何系统只有通过信息反馈,才可能实现有效控制,从而达到预期的目的。有序原理是指任何系统只有开放、有涨落、远离平衡态,才可能走向有序。整体原理是指任何系统只有通过相互联系,形成整体结构,才能发挥整体功能。遵循这三个原理,现代教学论归纳并提出教学的三个原则:明确意义、保持兴趣的原则;循序渐进、周期跃迁的原则;把握整体、发展能力的原则。作为生物学教师,应该在教学过程中,深刻领会系统科学指导下的三个教学原则,并在课堂教学中认真实践,不断探索生物学课程的教学方法和教学模式,这样才能收到较好的教学效果。

    一、培养学生学习兴趣,调动学生学习积极性

        明确意义、保持兴趣的原则,这一原则与反馈原理是一致的。在任何一门学科的教学中要获得成功,师生都应当明确该学科的意义,通过教学不断增强教与学的兴趣。怎样才能使学生明确所学学科的意义,从而兴趣盎然地学习呢?这就必须运用反馈原理,通过对话,通过知识反馈和情感反馈,才可能有针对性地进行教学,使学生乐于学习。热爱是最好的老师,培养学生学习兴趣,调动学生学习积极性,应当贯彻教学过程的始终。兴趣是产生动机的内部因素,学生对生物学发生了兴趣就会产生积极主动的学习意向,这种意向使学生感知清晰,思维活跃,情绪稳定,意志坚韧,有利于学习的成功,在成功的兴奋中再进一步激发新的学习兴趣,使其学习步入良性循环轨道。

        首先,以丰富多彩的生物世界来激发学生对生物学的兴趣。活生生的动植物最能吸引学生的注意力,引发他们的极大兴趣,教师应尽量将这些活体动植物引入课堂,引导学生注意观察,反复感知,抓住重点,掌握知识。另外,直观的模型、标本、挂图等教具也应尽量采用,为教学服务,避免一支粉笔讲到底。要充分利用利用现代教育技术的长处,特别是网络和电脑多媒体技术,把栩栩如生的大自然引入课堂,引导学生通过现代教育手段去探索生物世界中宏观的、微观的、缓慢的、瞬间的变化,从而揭开其中的奥秘。笔者认为,在教学活动中,学生兴趣的培养永远是第一位的,并且要贯彻于教学的全过程,“哀莫大于心死”,兴趣都没有了,还谈什么素质培养呢?此外,要用生物科学技术造福于人类的美好前景来感召学生,尤其是新闻媒体大量报导的与生物学有关的新闻,如袁隆平与杂交水稻、人类基因组计划、禽流感疫苗培养等,使学生深刻体会到在知识经济时代,智力资源将成为国家最重要的资源,包括生物科技在内的高技术产业将成为第一支柱产业,所以必须学好生物学。

       其次,教师要不断学习,自己开凿一眼喷涌不息的知识源泉,浇灌学生的知识心田。苏霍姆林斯基说过:教师的知识要丰厚到教科书在他眼里如同识字课本一样浅显,他才能真正驾驭课堂教学。做一个称职的教师,必须学识渊博,厚积而薄发,教学才会游刃有余,得心应手,左右逢源,常教常新。上课要做到开头新颖别致,有吸引力;中间起伏跌宕,有高潮;结尾回味无穷,有余韵。例如讲消化吸收内容时,可以设计这样的教学情境:上海有一女职员,由于肠坏死,生命垂危,只能将胃以下小肠、大肠全部割光,以后她每天靠输全营养液正常生活,居然还怀孕,生产了一个正常女婴,创造了医学史上的奇迹。生产这种全营养液的厂家就是无锡的华瑞制药有限公司。这种全营养液包括了人体所必需的全部营养物质:水、葡萄糖、氨基酸、无机盐、脂肪酸、维生素等,但没有大分子物质,如蛋白质、淀粉、脂肪等,为什么?为什么我们不能将鸡汤、鱼汤、蛋汤直接注入血液呢?今天我们就来研究这个问题。这样的教学情境既奇特新颖,又切合教学主题,学生的学习积极性就能得到激发,目的性更加明确。孔子说:“知之者不如好之者,好之者不如乐之者。”教师应不断挖掘生物学知识本身的内在趣味,设置教学情境,让知识体系与学生认知体系之间产生不平衡,从而使学生对生物学这门课程产生浓厚的学习兴趣。在学习食物链和富集作用的时候,可以引用一则新闻:2005年苏南新大米上市,价格却反常的低于陈米,这与稻飞虱大爆发有什么关系?为什么老百姓不买新米?在教学过程中,应该注重对学生学习情况的及时反馈,系统科学告诉我们,任何系统只有通过信息反馈,才可能实现有效控制,从而达到预期的目的,课堂教学是一个开放的系统,教师对学生的活动必须及时给予积极的评价,这样才能融洽师生感情,使教学进入良性循环。

    二、精心设计教学过程,注意选择教学方法

    循序渐进、周期跃迁的原则指出,在任何一门学科的教学中,要获得成功,教学过程必须是循序渐进,逐步深化,周期跃迁。有序才能使教学过程在结构上显得清晰明确,层次分明。比如在学习“生态系统功能”时,教师可以提出以下问题,组织学生自学:①生态系统的功能有哪些?②主要功能是什么?③能量流动和物质循环为什么是主要功能?④能量流动的源是什么?⑤能量流动渠道是什么?⑥能量流动效率、特点分别是什么?⑦研究能量流动目的是什么?⑧物质循环为什么又叫地化循环?⑨物质循环特点是什么?⑩碳元素如何循环?能量流动、物质循环的关系是什么?有序原理在强调有序性的同时,也强调波动性,两者结合就使课堂教学活动高低起伏、节奏鲜明,行中有止,自然流畅。教师应根据教学内容,精心设计课堂教学过程,使教学过程有涨有落,通过设置一些适当的矛盾冲突,增加教学的活力。比如在学习有丝分裂时,通过多媒体或挂图,逐步展现植物细胞有丝分裂各时期的图像,引导学生自学归纳总结各时期特点:(间期)制造核酸蛋白质,(前期)膜仁消失体丝现,(中期)点排中央锤明显,(后期)单体分开拉二极,(末期)膜仁重现体丝隐。然后打乱次序随机展示分裂各时期图像,请学生分辨并说出特点,最后指导学生逐幅分析计算每幅图中染色体、染色单体及DNA数量,在此基础上,绝大多数学生能自己画出DNA及染色体变化曲线图,使感性的有丝分裂的知识上升为理性的认识,接下来的有丝分裂意义的学习变得水到渠成。由于学生的学习活动有张有弛,学练相辅,自己建构知识,所以印象极深,不易遗忘。有序原理要求教学方法的选用要因地制宜,比如为了培养学生的实际操作技能,增强理论联系实际的能力,可采用操作实习法;而在传授理论知识,发展学生思维能力时,则采用讲授法;在培养学生的创新能力和自学能力方面,可用问题探索法。教学方法的选择是教学效率高低的关键所在,“教学有法,但无定法,贵在得法”。

    发挥学生的主动性,培养学生的创造性思维,是课堂教学追求的目标。课堂上教师设计好学习任务,学生在教师引导下围绕如何解决这些任务去掌握各个知识要点,师生互动使教学过程真正实现有序与波动的结合。比如学习了恩吉尔曼的光合作用实验后,可引导学生进行知识迁移,设计实验来证明叶绿素吸收光谱是红橙光和蓝紫光,学生往往能够触类旁通,设计用三棱镜将光折射于水绵,好氧性细菌会聚集于红橙光和蓝紫光照射的水绵区域。教师要运用自己的教学思想、方法和丰富的知识储备,把生物学教学内容转换成更加贴近学生认知结构的教学内容,创设问题的情境,激发学生思维的积极性,引导学生专注的去思维,进而达到充分发挥学生的主动精神,促使他们高效率地获取新知识。学完细胞一章后,可引导学生归纳问题:细胞中有哪些单层膜结构、双层膜结构、非膜结构,哪些结构有遗传物质;学完代谢一章后归纳:细胞中哪些结构能生成水,哪些结构能生成ATP;学完遗传一章后归纳:细胞中哪些结构能发生碱基配对。通过这些过程,学生逐渐加深了对细胞的认识,知识发生了从量变到质变的飞跃,实现了周期跃迁。

    三、注意能力培养,全面提高学生的素质

    美国著名教育家布鲁纳在《教育过程》中指出:“不论我们选教什么学科,务必使学生理解该学科的基本结构。”把握整体、发展能力的原则是指在任何一门学科的教学中,要获得成功,师生都必须重视掌握学科结构,发展各种能力,学会迁移。系统论的创立者生物学家贝塔朗菲正是不满意孤立、分离、机械的研究方法,提出生物学中的有机论概念,强调把有机体当作一个整体或系统来考察。他认为生物学的主要目标就在于发现不同层次上的组织原理。因此,教师要引导学生认识细胞、组织、器官、个体、种群、群落、生态系统、生物圈等结构层次;理解各个层次的结构特点,及层次之间的相容关系。比如在总复习阶段,可以引导学生对染色体相关知识进行归纳整理,总结出以下图解:

    图1

    通过这张图解,学生了解了这些概念的联系和区别,建立了完整的有关染色体的知识体系。孔子强调:由博返约,一以贯之,就是强调整体和统一。在复习生物育种时,教师可引导学生把各种育种的方法和优缺点列表比较,提高综合应用遗传学知识的能力,深刻理解生物育种的统一性在于改变遗传物质。基因自由组合定律的题目千变万化,尤其是基因互作题,在9:3:3:1的基础上,有多种后代分离比,如12:3:1,9:3:4,9:7,15:1,9:6:1,13:3。但万变不离其宗,它们都可以从孟德尔的豌豆杂交实验迁移而来,因此要强调基础知识、基本技能的训练,帮助学生牢固掌握基础知识。在复习测定细菌数目的红细胞法时,引导学生分析取样调查种群密度的标志重捕法和它的模拟法所运用的数学思想:通过比例从局部推算全体。再以染色体为例,教师可以引导学生对课本相关插图进行层次排列,理解各层次的递进关系,树立整体概念,加深对生命活动整体性的认识。

    图2

    生物学教学对象是处于成长中的青少年,他们既是学习的主人,也是处于认知能力发展中的群体,教师必须遵从他们的认知规律,有创造性地运用系统科学原理设计课堂教学环节,使课堂成为一个开放有序的系统,使课堂教学充满生命的活力。

     

     本文发表于《生物教学与实验》2008年5期

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