以生命系统结构层次为主线的高中生物知识体系构建策略

贵州

从局部来看，高中生物教学内容具有较强的逻辑联系，但整体上看所有知识点却较为分散，联系不明显。深入分析可发现，高中生物知识中存在很多跨模块的大线索可以加以应用，以生命系统结构层次为例，必修教材基本符合这条主线。笔者以本文就如何指导学生构建完整的学科知识体系，使学生能灵活地迁移并应用所学知识、适应新高考的变革和新时代发展的需要等方面展开研究。

一、生命系统结构层次与高中生物教学内容的关联性分析

生命系统结构层次的主要内容是：细胞→组织→器官→系统→个体→种群→群落→生态系统→生物圈。2004 年版和2019 年版的人教版教材中都将相关内容排在了必修1 首章首节中，必然有其用意。

仔细分析后不难发现，必修1 从“细胞的分子组成”开始，到“细胞的结构和功能”“细胞的代谢”“细胞的生命历程”等内容，其核心词主要就只有“细胞”。但从“细胞分化”开始，事实上已经开始提到了“组织”这一层次。必修3 在“动物和人体生命活动的调节”“植物的激素调节”的部分，主要是对应“个体”层次，但却反复在强调各种器官、系统间的相互协调作用。接下来的生态学部分则按“种群→群落→生态系统”的顺序延伸。

这里似乎与必修2《遗传与进化》的内容没什么关系，实则不然。必修2“遗传的细胞学基础（减数分裂）”显然还是“细胞”层次的内容。而“遗传的分子学基础”（包括DNA 是主要的遗传物质、DNA 的结构与复制、基因表达、变异等内容在内）实际上就是必修1 中“核酸”这一内容的延伸。生物进化这个板块从“进化的实质（种群基因频率的定向改变）”这个角度来看，与“细胞（细胞的分子组成）”和“种群”都有明显联系。从这个层面上来看，以“生命系统结构层次”为主线的知识体系，基本涵盖了高中生物必修教材的所有知识点，由此可以认为，以生命系统结构层次为主线构建高中生物知识体系这一方法在客观上具有很强的可行性。依据此方法将生命系统结构层次与必修部分教学内容的关联构建为图1。

图1 生命系统结构层次与必修部分教学内容的关联

二、构建知识体系的方法论

知识体系的构建需要一些必要的方法和理论做支撑，此处以知识体系矩阵为基本方法参考，如图2 所示（根据微信公众号“L 先生说”相关理论改编）。

图2 知识体系矩阵

其中知识体系矩阵的基本概况如下：

（1）三种知识类型：①通识是指具有“范式、广博、客观”三个主要特征的知识积累，大量的知识点储备是形成知识体系的前提条件。②应用是人们对通识的“意义辨析”，在“问题与意义驱动”下，辨析知识的价值和应用。③资讯相当于知识组成部分的信息输入点，知识体系并非一成不变的，而是需要不断地输入新信息。

（2）三种学习方式：①大量通识的获取需要一个高明的导师，对学校教育来说，就是教师（或导师制的导师），即“自己领悟不如名师指路”。②最好的学习方式实际上是输出。将储备的知识通过“输出”的手段加以“应用”，不仅会在“重复”的过程中使知识的记忆更牢固，也能加强对知识脉络的理解。这也是教师随着教龄的增加教学方法会逐渐成熟的原因。③“渠道”专指获取“碎片信息”的方式。对学校教育来说，“教材——课堂——教师”是主要学习方式，以此获得大量的知识（通识）。但同时有必要通过报刊、杂志、书籍、网络等渠道，获取更多的零散知识来补充知识的缺陷和不足。

（3）三种学习思维：①孤立地去理解任何一个知识点都是毫无意义的，任何知识都只有在特定的背景下才被赋予一定的含义。比如“DNA 是遗传物质”和“DNA 是主要的遗传物质”这两句生物课上经常辨析的话，单独来看都是对的，但在解释为什么对的时候，往往需要假设一些基本条件。“联系”的思维就是要求尽可能地将新知识与已有知识产生关联。②“系统”是一个与“联系”相似，但比“联系”更高的概念。系统中有明显的层次感，比如“高中生物——《分子与细胞》——细胞的结构与功能——细胞核的结构与功能——核仁与rRNA 的合成和核糖体的形成有关”，这就是一个知识点的系统。由此可以看出，“系统”具有很强的层次感和清晰的逻辑联系。③“开放”的根本是让学生在已有的知识体系中接纳新信息，这也是很多人学习过程中最不容易做到的。人们总会有一种“刻板印象”，更容易接受和记住第一印象的事物，而与此相关的新信息则会被排斥。例如曾经很多的教辅资料写到“胞吞和胞吐属于非跨膜运输方式”，这个信息被很多的师生广泛接受，以至于2016 年全国卷Ⅰ面世之后一片哗然，很多教师和学生用了很久才“回过神来”。由此可见，一个“开放”的思维模式对学习有多重要。

三、知识体系构建的重要策略

构建知识体系是一个历时较长的过程，一般在整理已有知识的同时，也会遇到新的问题并产生新的信息输入，常需要从几个关键的方面入手。

1.明确主线

高中生物学有多条主线并存，如DNA（遗传的分子学基础）、生命系统结构层次等。确定一条主要线索是构建知识体系的核心。由前文分析可知，“生命系统结构层次”这条主线最明显，联系也最全面。在教学中需要紧扣主线，有意识地分析教学内容与“生命系统结构层次”的关联，促进知识体系的形成和完善。例如进行“酶和ATP”的相关教学时，在新课导入和教学总结时就可以有意识地将相关知识归入生命系统结构层次的体系中。具体如图3 所示。

图3 “酶和ATP”与生命系统结构层次的关联简图

2.打牢基础

构建知识体系是将诸多零散知识进行整合的手段，但整合的前提条件是必须有足够的知识储备。所以在教学（复习）过程中，对每个重要概念、方法、过程等核心知识必须理解透彻。每一部分的知识结构必须逻辑严密，条理清晰。比如“动物和人体生命活动的调节”部分的教学内容，其中以“神经调节”中的“神经冲动的产生与传递”为例，需要大量运用“物质跨膜运输”“离子的分布”“生物膜的结构与功能”等相关知识。一方面只有对这些知识达到熟练掌握和能迁移应用的程度才能深入理解“神经调节”的相关知识；另一方面，深入分析相关知识之间的联系，能促进知识体系的完善，有利于知识的记忆和应用。其关系如图4 所示。

图4 “神经冲动的产生与传递”与生命系统结构层次的关联简图

3.强化巩固

在教学（复习）的过程中需要经常有意识地强调知识体系的主要线索以及知识间的关联性。并时常提醒学生有意识地按一定的思路进行复习。在多次的重复后，学生在潜意识里就会形成知识的相关性链接，从而逐渐构建成知识体系。如在“细胞分化”的教学中就可以明确指出“细胞分化形成组织”，并借此复习巩固“生命系统结构层次”的内容；而在生态学的教学中，可按“种群→群落→生态系统→生物圈”的顺序依次进行学习，这条线索具有明显的层次关系，但仍然需要教师提醒学生将这个层次关系完整地重复一遍，并注重相关知识与“生命系统结构层次”的联系。具体如图5 所示。

图5 生态学与生命系统结构层次的关联简图

4.整体梳理

尽管经过一步步的积累，学生对于知识在整体上已经基本掌握。但在知识的整体性上还会存在一定欠缺，必须进行系统的梳理。以“生命系统结构层次”为例，将必修1 每一个板块的知识学习（复习）完之后学生可以进行一次小范围的梳理，而必修1 整体完成之后，需要在“细胞”的层次上进行梳理。顺着整条线索，逐步完成全部必修内容的学习（复习）之后，还需要在整条主线的引领下，进行整体的梳理。只有通过反复的推演，知识之间的联系才更清晰明了，知识体系也才能更完善。

四、“生命系统结构层次”知识体系的构建思路

通过前文的分析可以明确两个问题：一是在新课的教学中要帮助学生积累大量知识，因为只有对知识有了足够的积累之后才能形成知识体系，并且需要不断向知识体系中输入新信息（新知识）；二是以“生命系统结构层次”为依据构建高中生物知识体系是可行的。高中生物知识体系构建并不是一步到位的，需要经过新课学习和复习巩固两个主要环节，同时需要注重对学科交叉信息的梳理。具体可概括为以下流程。

1.新课教学中的知识储备

新课教学中一定要注重对基本概念和基础知识的积累，为构建知识体系提供保障。一方面是教师需要尽可能地保证知识的主干清晰，知识点巨细无遗；另一方面是教师必须监督好学生对知识的记忆情况。

例如，生命系统结构层次的相关内容：首先是各结构层次的连接顺序“细胞→组织→器官→系统→个体→种群→群落→生态系统→生物圈”必须厘清、记牢；其次是各层次之间的关系需理解（如细胞分化形成组织等）；再次是多个层次的概念要熟知（如种群是指一定区域内同种生物的全部个体的总称）。

再比如，细胞的结构与功能的相关知识中，细胞膜的成分、结构和功能；细胞核的结构和功能；细胞质（各种细胞器）的结构、分布和功能等知识，是必备的基础知识。

2.新课学习中的阶段性整理

从局部来看，高中生物的教学内容均具有较强的逻辑联系，因此在各板块的教学中，有必要进行阶段性的整理。

比如，在完成“细胞结构与功能”的相关教学以后，就需要以“细胞结构”为关键词对相关知识进行梳理和总结，便于形成知识网络。基本框架如图6 所示。

图6 细胞结构与功能部分知识框架图

类似的框架结构还有“细胞的物质基础”“细胞代谢”“细胞的生命历程”等与细胞相关的内容。当所有必修1《分子与细胞》的内容学完之后，还需要对整体的知识再次进行全面的梳理与总结。

同样等级的板块还有很多，比如必修2《遗传与进化》中的“遗传的细胞学基础”“遗传的分子学基础”“遗传的基本规律”“生物变异与进化”等；必修3“稳态与调节”板块中的“植物的激素调节”“内环境与稳态”“内环境稳态的调节”等；必修3“生态与环境”板块中的“种群”“群落”“生态系统”“生物多样性与环境保护”等。

3.新课学习中学生对知识的应用与输出

如前文所说，最好的学习是“输出”，也就是对知识的“应用”。学校教育中，对知识最常见的应用无非是“测验”。但是做试题是对知识的机械应用，这种输出对知识体系的形成效果甚微，这就是为什么“题海战术”不可取。但做试题并不是完全没有作用。对于涵盖较多知识点的、综合性较强的试题，需要进行针对性的深度剖析，将相关的知识点挖掘出来，并深层分析知识点之间的联系。如此一来，不仅能帮助学生更好地理解相关的知识点，同时还能提高学生利用相关知识解决问题的能力。

学校教学过程中，学生输出知识的另外一些常见的有效途径包括编写思维导图（或知识框图）、合作学习（学生之间相互讲解、提问等）等多种模式。通过在对知识的应用过程中形成局部的知识网络，并有意识地将知识网络补充（联系）到生命系统结构层次之中。

4.复习课中的整体梳理与补充

在新课教学中若能做好以上三个环节的工作，则很多知识已经形成了一定的联系，并在局部范围内形成小的知识网络。那么进入复习阶段，只需要在原有知识的基础上，梳理清楚各知识网络之间的联系，便可以初步构建出知识体系。但是新课学习难免有些疏漏的知识，复习过程中要着重查缺补漏，同时，新课学习过程中对于一些涉及不深的知识，在复习的时候要注意对其深入浅出地加强理解。

整个复习过程中，需要随时在与“生命系统结构层次”相关的节点、或者在跨模块交叉的知识点处，下意识地进行连接，即“知识体系矩阵”里说到的“联系”。

5.注重学科交叉的思维能力培养

教学中经常会发现一种情况，即学生对跨学科的知识很难联系在一起，正如前文所说的“联系”“开放”等方面的心理因素。在新课学习时，存在不同学科相关知识的教学不同步的情况，比如高中生物“氨基酸结构”“氨基酸脱水缩合”是在必修1，而“核苷酸脱水缩合形成核酸（转录、DNA 复制等）”在必修2 中，都属于高一年级的教学内容，而高中化学的“有机化学”部分则属于选修，属于高二年级的教学内容。这样就存在生物教学中一些内容前置，且由于没有化学的基础，学生对相关内容不容易理解。相似的还有“酶促反应速率”“光合速率”等内容与化学的“化学反应原理”的不同步，导致相关内容成为难点，甚至学生在复习课中也因为“刻板印象”而影响学习效率。再比如叶绿体色素的吸收光谱（波长与颜色）与物理知识的交叉；利用数学“排列和组合”的知识与方法，解决遗传学的计算问题等。

生物教学中有诸多与化学、物理等学科的交叉点，需要教师有意识地引导学生利用相关学科知识解决生物学问题。打破学科限制，是学生形成完整知识体系的重要前提。尤其在复习课中教师要有意识地利用其他学科知识来突破这样的局限思维，使学生对知识的理解和应用得以升华。

五、结束语

构建知识体系是在反复的“输入—修正—合并”的过程中进行的。“知识”并不是“终点”，而是“在路上”。构建知识体系是为了更好地“输出（应用）”知识，而在构建过程中，“输出”也是获得“应用”类知识的手段。知识体系会随着个人的生活经历和学习经历不断改变，只有拥有“开放”思维，不断地输入并合并新信息，修正旧信息，才能促进知识体系的更新，从而适应社会变化和需求。而学校教学中，学科的知识体系要确定明确的主线，同时也要考虑跨学科的知识交叉，打破学科界限，促进大体系的完善。