多视角下基于结构与功能观的教学实践

梁荣君　阮庆元

摘要 以植物的茎为例，基于宏观视角，根据功能推刚结构的相似性;利用放大镜进行中观视角观察得出部分结构对应的功能;基于微观视角，横切显微图解释和完善结构对应的功能，纵切显微图证实输导结构存在。通过宏观现象，结合微观视角反推输导功能对应的具体结构，体现多视角下的结构与功能观。

关键词 结构与功能多视角生物学教学茎

中图分类号 C633.91 文献标志码 R

生物教学应体现结构与功能观，其内涵是一定的结构必有与之对应的功能，任何功能都需要一定的结构来完成。生命个体可以从宏观、中观和微观三个视角进行研究，因此结构与功能观在各个视角下都应有所体现。某些具体结构与其对应的功能在不同视角中有所不同的体现，但追寻其本质，细胞是生命体结构与功能的基本单位，因此，不同视角的结构与功能观最后都归结到微观视角的细胞层次。换而言之，各种视角下，结构与功能观是相互融合的。

“植物的茎与物质运输”是浙教版初中科学八年级下册第四章第四节内容。根据其节名可知，本节内容涉及的结构是“茎”，而其功能就是“物质运输”，教师应通过不同的视角，充分阐述结构与功能相适应的理念，并据此进行教学。

1 宏观视角切入：不同形态的茎基本功能相似，推测基本结构相似

自然界中植物的茎千姿百态。有些茎是直立的，如凤仙花、桉树、大叶黄杨树：有些茎是匍匐在地面的，如积雪草、草莓;有些茎是缠绕在其他物体上的，如牵牛花、菜豆：有些茎是沿着其他物体攀爬的，如爬山虎、葡萄。为便于研究，将自然界中茎进行分类，按照形态分为直立茎、匍匐茎、攀援茎和缠绕茎：按照组成分为草质茎和木质茎。

尽管茎的形态各异，但茎的生长目的是让植物获取更多的阳光。植物通过向外界获取水分、无机盐和二氧化碳气体等物质而不断生长。水分和无机盐通过根吸收，而二氧化碳通过叶吸收并用于光合作用，光合作用产生葡萄糖等有机物。但植物的任何部位都需要水分、无机盐和有机物，而植物通过茎将这些物质输送到各个部位，因此茎都应具有输导功能，基本功能是相同的，由此推測其基本结构是相似的。

2 中观视角观察：放大镜观察茎横向切面，得出部分结构对应具体功能

学生分组活动对大叶黄杨树的茎进行观察：首先观察外形，再通过刀片横切枝条，利用放大镜观察横切面，最后，用解剖针触碰。在观察横切面时，学生会发现切面分三层，通过解剖针触碰发现：最内层面较软，而中间层较硬，最外层较硬并可以撕开。教师提示，这三层由内到外分别为树皮、木质部和髓。学生结合自身生活经验，得出：树皮具有保护功能，木质部

本文是浙江省教育科学规划课题“基于TPACK的科学教师专业提升策略研究”（课题编号为2019sc252）的研究成果。具有支撑功能。教师提出问题：髓具有什么功能？茎的什么具体结构具有输导功能？从而转入微观视角，通过显微镜对茎的结构进行观察。

3 微观视角解释：横切显微印证结构决定功能，纵切显微证实输导结构存在

3.1 观察茎横切永久装片

学生观察椴树横切永久装片，发现：最外层的表皮细胞排列紧密，细胞间隙较小，起保护作用;稍往内部，在茎的横切面上有呈环状排列的两类细胞，分别为韧皮纤维和筛管，这一部分为韧皮部;再往内部是形成层，由2或3层细胞组成，呈环状排列，细胞较小。教师提出问题：形成层属于分生组织，此处细胞最大的特点是不断进行分裂。其不断分裂的结果是什么？学生进行思考并回答：向外形成韧皮部，向内形成木质部。学生从而得出形成层这一结构对应使茎变粗这一功能。修正中观视角下观察到的树皮结构包括表皮、韧皮部和形成层三种结构，增加“使茎变粗”这一功能，而韧皮部的筛管应具有另一种功能。

学生继续往内部观察发现，位于形成层内侧的细胞分为两类：其中一类是较大型的细胞称为导管，另一类较小的细胞是木纤维。木纤维细胞的结构较长，属于机械组织，具备支撑功能，解释中观视角下的木质部具有支撑功能的原因。修正中观视角下观察到的木质部除了支撑功能外，导管还应具有另一种功能。位于茎最内部的细胞较大，细胞壁较薄，具有营养组织的结构特点，具有贮藏营养物质的功能。对应中观视角茎的最内层结构为髓，因此得出髓具有的功能为贮藏营养。然而，茎最重要的输导功能的具体结构还未得出，通过猜测这些结构应是纵向分布的，因此可通过观察茎的纵向切片，寻找输送物质的具体结构。

3.2 观察茎纵切永久装片

学生观察南瓜茎纵切示导管的装片，发现导管的存在与横向切片中木质部的导管对应，确定导管在木质部，而且纵向贯穿于植物的茎中。通过观察南瓜茎纵切示筛管的装片，发现筛管、筛板等结构，与横向切片中韧皮部的筛管对应，确定筛管在韧皮部，宏观视角而言位于树皮中，而且纵向贯穿于植物的茎中。

教师提出问题：导管和筛管是输导组织应具有输导功能。植物所需的物质有水分、无机盐和有机物，无机盐溶于水中，因此水分和无机盐应通过同一管道进行输送。有机物是否可以通过同一通道输送？学生进行猜想推断：水是植物的根吸收的，要输送到茎和叶应自下而上输送，而有机物是叶进行光合作用形成的，输送到茎和根应自上而下输送。因此，输送有机物和水、无机盐的应该是两条独立的管道。

4 宏微视角结合：依托宏观现象，反推实现输导功能的具体结构

为确定具体物质利用哪一具体结构进行输送，利用实验和观察的方法。

4.1 输送水分和无机盐结构的确定

采用探究实验的方法，利用实验中所呈现的宏观实验现象得出结论。

提出问题：茎运输水分和无机盐的部位是什么？

建立假设：

（l）茎对水分和无机盐的运输是通过木质部的导管进行的。

（2）茎对水分和无机盐的运输是通过韧皮部的筛管进行的。

实验步骤：

（1）取粗细大小相似、叶片数基本相同的3根大叶黄杨树枝的枝条，将每枝条的下端用刀片削成面积相似的斜面、

（2）对其中2根枝条进行处理，其中一条利用刀片剥去树皮记为A树枝，另一条去除木质部记为B树枝，不作处理的记为C树枝。将3根枝条插入到盛有红墨水的烧杯中，其中B枝条用夹子固定。

（3）将实验装置置于温度和光照充足的地方，15min后取出枝条，分别对枝条的中上部进行横切处理，观察并记录实验现象。

实验结果：A树枝木质部被染成红色，B树枝未被染色，C树枝木质部被染成红色。取被染色的A树枝的一段进行纵切处理，发现纵切面越靠近枝条的顶端，染色变得越浅。

实验结论：水分和无机盐在木质部中自下而上输送的。

实验所呈现的现象是宏观表现，确定了输送水分和無机盐的结构在木质部，与微观视角融合，得出输送水分和无机盐的结构是导管。

4.2 输送有机物结构的确定

采用观察的方法，展示带有树瘤的树木是制作木雕的良好材料。树瘤是植物有机物的堆积。一株盆栽木本植物的一个枝条被环剥树皮之后，经历了一段时间后，在环剥部位的上方形成树瘤，确定有机物是通过树皮中的筛管进行自上而下的输送。观察所发现的是宏观现象，确定输送有机物的结构在树皮，与微观视角融合，得出输送有机物的结构是筛管。

在得出了导管和筛管分别是水分、无机盐和有机物输送的结构后，教师要引导学生利用该结论解释生活中的现象，使对应的结构与功能相适应的观点更为准确：

①空心树为什么仍然可以存活，空心树的木质部有何特点？

②在生活中一般在晚上在橡胶树的基部割橡胶，请解释这一现象。

总之，在生物学教学中应体现结构与功能观，并且这一观点是多视角的。在具体某一视角中，某些结构与功能相适应的特点表现的比较明显，随着研究视角的不断深入，对应的结构与功能也不断细化，而且结构决定功能，功能反映结构。多视角下茎的结构与功能关系如图1所示。文中选择多样的具体植物进行观察和实验，原因是多样的研究对象说明茎的功能与结构相适应观点的普遍性，说明教学的实践性和观察与实验的可操作性。虽然细胞是生命体结构与功能的基本单位，也就是说所有结构与功能关系均应在微观视角得以体现，但某些具体的结构与功能关系可以在宏观视角或中观视角得以表现，这也是多视角下结构与功能观的多样内涵的体现。