《生物：生命的动力》关于细胞结构与功能内容的编排特色

摘 要 “结构与功能”是美国新版K-12科学教育框架中7个跨领域的概念之一，其在现代科学教育中发挥着极其重要的作用。立足于结构与功能观，从学生的认知规律出发，研究美国高中生物教材《生物：生命的动力》中关于细胞的结构与功能内容的编排特点。研究发现，美国教材内容衔接紧密，逻辑性强，彰显其科学化与人性化，对我国课堂教学具有一定启示作用。

关键词 生物学教材 教材编排 生命的动力

中图分类号 G633.91 文献标识码 B

2004年，美国麦格劳-希尔出版了美国高中主流理科教材Biology：The Dynamics of life，该教材的中译本《生物：生命的动力》于2008年由浙江教育出版社出版（以下简称“美国教材”）。美国教材逻辑严谨，知识联系紧密，有利于中学生对生物学知识的建构与迁移。笔者立足于结构与功能观，研究美国教材“分子与细胞”章节关于细胞结构与功能内容编排的方式及特点，旨在为我国课堂教学提供参考性意见。

1 结构与功能观的概述

结构是系统内各成分之间相互联系、作用的方式，是系统的基本属性，又是系统具有整体性、功能性的依据。而功能是从系统外部反映系统的整体性，两者所要揭示的内容是不同的，但是两者又是相互联系，相互依存的。

一方面，结构决定着功能。结构是机体的组成成分，功能是机体组成成分相应的功效。另外，两者又是相互制约的，结构决定着功能，功能也对结构有限制作用，所以两者是一个相对范畴。根据结构与功能的联系，在科学研究中要重视探究系统的结构，依据结构的特点去了解系统，进而依据系统具有的结构来判断其具有的功能。

2 美国教材关于细胞的结构与功能内容的呈现

2.1 组成细胞的分子

系统的结构决定着系统的功能，认识系统得首先了解其结构。美国教材第13章“组成细胞的分子”以结构的层次性为衔接，以物质结构的有序性来组织内容，使知识逻辑化、网络化，易于学生对知识的建构与迁移。

如“组成细胞的分子”中第一节“原子及其相互作用”以分子结构的层次性为衔接来组织内容，以元素—原子—同位素—化合物和化学键—化学反应—混合物与溶液的逻辑顺序叙述，由简单到复杂，符合学生的认知规律。所有的物质都是由元素组成的，元素以原子的形式存在，原子的结构决定了其功能，也决定了各种化学元素的性质。所以教材尤其重视原子结构对内容的衔接，开始就以图文结合的方式分别展示了质子、中子、电子、电子能级的结构，并且在化学键、化合物、化学反应的内容中都有所体现。教材围绕着原子结构，试图让学生从微观角度理解原子中的各种微粒，了解这些粒子的结构与功能，为化合物、化学反应、生物大分子等结构与功能的学习奠定基础。

又如第三节对细胞中有机物的介绍，以碳在生物中的作用—分子链—碳水化合物的结构—脂类的结构—蛋白质的结构—核酸的结构为逻辑顺序呈现。因为所有的有机物都含有碳原子，所以教材首先介绍碳原子的结构，然后介绍碳原子的成键特点，包括单键、双键、三键，直链、支链或环状链知识，进而介绍分子链、多聚体的知识，对碳原子的结合方式以及分子链的学习有利于糖类、脂类、蛋白质、核酸的结构的认识。

可以看出，教材从原子的结构过渡到化学键、化学反应的知识，从碳原子的结构及分子链的知识过渡到生物大分子，知识逻辑严谨，内容衔接紧密，彰显了结构的层次性与有序性，既遵照了知识的逻辑性，也符合学生的认知规律。

2.2 真核细胞的结构

细胞器的结构多而复杂，而且其关联性不强，对学生来说比较抽象，在教材中如何呈现是一大难题。美国教材以细胞器所具有的功能将细胞器进行分类，巧妙地以细胞器功能的有序性来编排细胞器的结构。教材共分为7个小标题叙述真核细胞器的结构：细胞的边界、细胞核与细胞调控、组装运输和贮存、液泡与储存、溶酶体与循环再利用、能量转换器、用于支持和运动的细胞器。

教材首先介绍细胞的边界——细胞膜和细胞壁，“但是植物细胞、真菌、细菌和一些原生动物还有一层边界：细胞壁”，为细胞提供支持和保护；然后介绍细胞这个生命系统是如何运行的。细胞需要调控，相当于团队需要一个人来领导，细胞的“领导人”就是细胞核。教材根据细胞核指导蛋白质合成的基本程序相继介绍染色质、核仁、核糖体、细胞质四种细胞器；接着教材以一个问题“蛋白质合成的指令从细胞核输送到细胞质后，究竟发生了哪些变化呢？”引出组装和运输蛋白质：内质网-高尔基体；储存：液泡；循环再利用：溶酶体；接着叙述能量来源，“蛋白质的合成、修饰、运输和消化这些细胞活动都需要能量”，引出能量转换器：叶绿体和线粒体；最后介绍用于支持和运动的细胞器：细胞骨架-微管和微丝、中心粒、 纤毛和鞭毛。可以看出，教材以功能的有序性把繁杂的细胞器的内容知识进行了有效的整合，结构与功能联系紧密，逻辑清晰，易于学生对细胞器的整体把握，深刻体现了结构与功能相适应的生物学学科思想，值得我国学习与借鉴。

3 对我国高中生物课堂教学的启示

基于前面对美国教材关于细胞的结构与功能内容编排的分析，笔者对我国高中生物课堂教学有以下建议。

3.1 注重概念之间的联系

认知主义学习理论强调新知识的学习必须与学习者已有的认知结构有联结，建构主义强调知识的结构性。生物学是一门综合性很强的学科，知识概念多而抽象，如果在生物教学中不注重概念与概念之间的联系，将不利于学生系统、全面的掌握生物学知识，容易导致学生知识记忆的片段化，也不利于学生对结构与功能相统一思想的学习，难以落实我国高中生物新课程标准中要求学生初步形成结构与功能相统一的情感与态度价值观。所以，在中学生物课堂教学中教师不仅要重视学生对概念的理解，而且也要重视概念之间的联系，这样学生才能对抽象的概念有一个系统、全面的理解。

3.2 关注学生对知识的理解

美国教材关注生活，提倡像科学家那样思考、探索，教材重视知识理论的论证过程，喜欢问“为什么”，注重学生对知识的理解。而我国传统生物课堂教学喜欢将知识理论生硬的抛给学生，喜欢用“是什么”的知识呈现方式展现科学理论，不利于学生有意义学习的发生，缺少科学、人文气息，不利于提高学生科学素养。所以在中学生物课堂教学中教师要重视拓展学生的思维，引导学生对问题的思考，鼓励学生进行探究式学习，激发学生的学习兴趣，培养学生的创新能力。