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人教版《普通高中教科书生物学 选择性必修2 生物与环境》教材介绍     

人教版《普通高中教科书生物学 选择性必修2 生物与环境》教材介绍

 

王颖(人民教育出版社课程教材研究所)

 

摘要  《生物与环境》教材围绕重要概念组织内容,分为四章,按照种群、群落、生态系统、人与环境的顺序编排。教材体现了系统观、生态观、稳态与平衡观、结构与功能观、物质与能量观、信息观等生命观念;注重训练学生的整体性思维、建立模型、理解因果关系等;增加了学生活动的数量,提高活动的开放性;并从培育爱国情怀、宣传生态文明思想、弘扬中华优秀传统文化、渗透科学精神、培育科学技术价值观等方面体现社会责任素养。

 

关键词  教材、选择性必修2、生物与环境、学科核心素养 

 

根据《普通高中生物学课程标准(2017年版)》(以下简称“课程标准”),原必修3模块“稳态与环境”被拆分为选择性必修1“稳态与调节”和选择性必修2“生物与环境”,拆分后的两个模块都增加了课程内容。在教材修订时,这两个模块的教材需重新组织内容,本文介绍选择性必修2“生物与环境”教材的修订情况。

 

教材内容的选取和组织

教材选取内容的主要依据是课程标准中的课程内容,选择性必修2模块的课程内容规定了一条大概念(即概念2)及多条下位概念。据此可确定教材内容包括种群、群落、生态系统,以及人与环境的关系等。

组织教材内容,需要考虑内容之间的逻辑关系,以及学生的认知规律。生态学是研究生物与环境相互关系、研究生态系统的结构和功能的科学。每种生物都不是孤立的,同一时空同种生物的集合就是种群;生活在同一区域的不同种群之间相互作用、彼此相依,并形成了群落;群落与无机环境的总和(即生物成分与非生物成分的总和)就是生态系统。人具有利用和改造自然界的能力,也影响着环境,生态学的研究逐渐衍生到人类生态学,关注人与环境的关系。基于对上述内容逻辑关系的分析,教材前三章依次介绍种群、群落和生态系统;第4章介绍人与环境。这四章内容层层递进,符合生态学研究从个体到种群、群落、生态系统,再到人类生态学的顺序。

在具体章节中,教材内容围绕大概念及下位概念展开。例如,概念2.1.3为“举例说明阳光、温度和水等非生物因素以及不同物种之间的相互作用都会影响生物的种群特征”。为落实这条概念,教材在种群一章新编第3节“影响种群数量变化的因素”。教材还有多种举措帮助学生建构概念。例如,用事实性材料作为学生建构概念的基础,用黑体字呈现重要概念,通过本章小结总结并体现概念间的联系等。

结合生态学内容的特点,编写本模块教材时还注意体现以下三个方面:(1)从群体水平介绍生命世界的客观规律,因此教材内容注重引导学生从群体水平思考问题。(2)体现种群、群落和生态系统等各个层面不同系统的动态平衡;而且这三章的章标题也突出了动态平衡,如第1章“种群及其动态”、第2章“群落及其演替”、第3章“生态系统及其稳定性”,各章内容均体现了稳态与平衡观。(2)充分联系生产生活,各章各节均安排了与生产实践、生活实际密切相关的内容,体现科学、技术与社会的关系,并进行社会责任教育。

 

教材章节内容的主要变化

根据课程标准的课程内容,新教材新增一些内容,以下按章分别简略介绍。

1章新增第3节“影响种群数量变化的因素”,分三个小标题:非生物因素、生物因素、种群研究的应用。其中“思考·讨论”活动“分析影响种群数量的其他生物因素”的素材,是实验版教材“群落的结构”一节中反映种间关系的实例(大草履虫和双小核草履虫的种间竞争、猞猁捕食雪兔的实例)。种间关系的类型多样,但“种间竞争”和“捕食”在自然界比较常见,因种间竞争或捕食而种群数量受影响的现象也易于理解,因此分析这两个实例,有助于学生理解影响种群数量的生物因素。种间关系的概念和类型,并非本节的重点,因此依然安排在群落一章。

2章第1节增加了“群落的季节性”“生态位”等内容。生态位的内容比较抽象,但有助于学生理解每个物种在群落中独特的地位或作用。第2章还新增第2节“群落的主要类型”,介绍了荒漠、草原、森林三种生物群落的外貌、生物的适应性特征等。为什么只介绍了三种生物群落呢?这是因为该节的重点不是让学生了解生物群落的类型、特征等事实性知识,而是要通过分析不同群落中的生物具有的与该群落环境相适应的形态结构、生理特征和分布特点等,理解生物群落的形成是进化和适应的结果。

35节的安排维持不变,但在第2节“生态系统的能量流动”中新增生态金字塔的内容,介绍了能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔;在第3节“生态系统的物质循环”中增加了生物富集的内容,考虑到初中七年级上册介绍了DDT的生物富集,新教材此处以重金属铅为例进行介绍。

新教材第4章包括三节内容,第1节为“人类活动对生态环境的影响”,主要包括两方面:一是人口增长对环境造成的压力,二是关注全球性生态环境问题。第2节为“生物多样性及其保护”,包括生物多样性的价值、生物多样性丧失的原因以及保护生物多样性。第3节为“生态工程”,分两小节,第一小节为“生态工程的基本原理”,介绍了马世骏先生提出的整体、协调、循环、自生的基本原理;第二小节为“生态工程的实例和发展前景”,介绍了三个实例:农村综合发展型生态工程、湿地生态恢复工程和矿区废弃地的生态恢复工程。与实验版教材选修3中“生态工程”内容相比,这部分内容作了很大精简。

 

教材在学科核心素养方面的侧重点

课程标准凝练了生物学的学科核心素养,如何落实学科核心素养,是本次教材编写的重要任务。以下介绍本模块教材在学科核心素养方面的侧重点。

3.1 生命观念  

本模块教材内容主要体现了生命的系统观、生态观、稳态与平衡观、结构与功能观、物质与能量观、信息观等生命观念。

生命的系统观是从系统的视角认识生命的观念。所谓系统,是指同类事物按一定的关系组成的整体。[1]生物体本身就是一个系统。种群由同种生物的许多个体组成;群落是一定时空条件下不同物种的天然群聚;生态系统是由生物群落与环境组成的统一整体;生物圈可以视作地球上最大的生态系统。种群、群落、生态系统,分别是由很多个体按照一定的关系组成的群体,各自都是系统。每一个较小的系统都是高一级系统的子集。学习这些内容,学生可以逐步认识局部与整体、个体与群体的关系,并学会用整体性思维认识和处理问题。

生态观是生态学的核心观念。生态观是对生态系统结构与功能等基本规律的整体认识,包含对人与环境关系的认识。生态系统由多种组分组成,各组分之间相互作用、相互联系,使生态系统处于平衡中,因此生态系统具有整体性、层次性和稳定性等特点。随着人类社会的发展,人类既依赖于自然界,对自然界的影响也越来越大。学习本模块有助于学生形成尊重自然、顺应自然、保护自然的生态观,形成人与自然和谐共生等观念。

稳态与平衡观主要是对个体或系统保持相对稳定状态和平衡能力的理解。稳态并不是稳定不变,而是指一种可变的、相对稳定状态的维持。生物体内各个系统的相互联系、协调统一使个体处于稳态与平衡中。对种群、群落、生态系统而言,每个系统内因组成要素之间的相互作用而保持平衡;不同层次的系统之间又相互关联、不可分割,使更大一级的系统保持平衡。如果受到干扰,在一定限度内,生态系统也具有恢复生态平衡和生态系统稳定性的能力。学习本模块,有助于学生以运动、发展的观点看待问题,并认识到生态系统的稳态与平衡的实现是有限的,从而与生态观、系统观联系在一起。

为什么系统可以保持相对稳定的状态呢?这与系统的结构密切相关。生态系统的结构越复杂,该生态系统抵抗外界干扰的能力就越强。生态系统的结构不同,其外貌、功能也会不同。维持生态系统稳定性的关键是能量的持续摄入,在能量流动的过程中,太阳能首先转化为化学能,能量就有了物质载体,能量沿食物链流动,伴随着物质的变化。物质循环往复;能量驱动生命运转。物质与能量是生命、生态系统存在的前提。在这个过程中,信息起着调控作用,生态系统也是物质、能量和信息的统一体。多种不同的生态系统,其中的生物各异,各种生物具有的适应环境的形态结构、生理特征和分布特点等,都是长期进化与适应的结果。

由此可见,生命的系统观、生态观、物质和能量观、信息观、稳态与平衡观、进化与适应观都是相互关联,要理解其中任何一个观念,应该从整体上理解,认识它们之间的相互关系。

3.2 科学思维 

新教材重视科学思维的落实,与前几个模块教材一致,本模块新教材注重培养学生的质疑精神、证据意识,以及训练逻辑思维能力,还设计了显性的“科学方法”“思维训练”等栏目。[2]除此之外,本模块新教材在训练整体性思维、建立模型、理解因果关系等方面有独特价值。

3.2.1 整体性思维  

生态学思维就是整体性思维的典范。它关注事物和过程的网状因果关系和环状因果关系,重视非线性的和循环因素的分析;注重将人类生态系统作为各种组分相异相依、相克相生、共存共荣的有机整体。[3]教材注重引导学生从整体上分析问题。例如,分析种群的数量变化受哪些因素的影响。影响种群数量变化的因素分为非生物因素和生物因素;也可以分为种群内的因素(内因)和种群外的因素(外因),外因通过内因起作用,在理解种群变化时,应从整体上综合理解这些影响因素。又如,生态系统稳定性与生态系统的组分和结构直接相关,设计提高生态系统稳定性的方案,应从物种多样性、结构复杂性以及人工林的经济效益、生态保护等多方面综合考虑。

此外,教材通过“科学方法”栏目有针对性地设计了“视角决定问题”“研究能量流动的基本思路”等,这两个“科学方法”栏目都引导学生从整体来分析问题。例如,“视角决定问题”以种群和群落研究为例,分析了两个不同层次的研究所关注问题的差异。

3.2.2  建立模型  

模型是人们按照特定的科学研究目的,在一定的假设条件下,再现原型客体某种本质特征(如结构特性、功能、关系、过程等)的物质形式或思维形式的类似物。[4]模型分为物理模型、数学模型、概念模型等。建立模型可以将复杂的内容用简易、直观的模型予以呈现。前三册教材已经设计了一些建立模型的内容,如“建立减数分裂中染色体变化的模型”“制作DNA双螺旋结构模型”“自然选择学说的解释模型”“用数学方法讨论基因频率的变化”等。本模块继续加强建立模型能力的培养。“科学方法”栏目介绍了如何建立种群增长的数学模型,接着正文通过具体案例,引导学生推演出数学公式和曲线图。然后教材在“J形增长”内容部分,介绍如何构建J形模型。这样学生就完成了用建立数学模型的方法来表征种群数量变化的学习任务,从而用模型表征了复杂抽象的概念。

此外,教材的其他模型还有生态系统的结构模型、研究能量流动的基本思路、碳循环模型、负反馈调节模型等。

3.2.3 生物学因果关系  

因果关系是一个事件与另一个事件的相互作用关系。前一事件的发生,必然导致后一事件,则这两个事件为因果关系,前一事件为因,后一事件为果。生物学中的因果存在多种可能性;既有线性因果,也有循环因果。

在研究生物学问题时,由于生物学研究对象的特殊性和复杂性,不能仅仅用简单的线性因果决定论来思考。[2]以种群为例,影响种群数量的因素有很多,既有内因,也有外因,影响往往是多因素的共同作用。所以,某地捕食者(狼)和猎物(兔)的种群数量变化既相互影响,也受环境因素影响。捕食者和猎物的种群数量往往呈现循环因果现象,其机制表现为负反馈调节。本模块专门设计了“分析循环因果关系”的思维训练,解释了何为循环因果,并引导学生从生物学个体水平、群体水平两方面分析实例。实际上,循环因果也是一种思维方式,体现了生态学思想注重整体性思维的特点。

3.3 科学探究

3.3.1 设计多样的探究活动 

新教材有8个“探究·实践”,其中2个是新增的,为“调查当地的环境状况,提出保护环境的建议或行动计划”和“搜集保护生物多样性的实例”。其余6个是实验版教材就有的,修订时略作修改。例如,将“调查当地农田生态系统中的能量流动情况”改为“调查当地某生态系统中的能量流动情况”,后者扩大了活动的开放性。

新教材共有25个“思考·讨论”活动,新增的有“分析自然界种群增长的实例”“影响种群数量的其他生物因素”“分析种间关系对群落的影响”“分析当地自然群落中某种生物的生态位”“群落中生物的适应性”“不同森林群落中植物对环境的适应”“分析人类活动影响群落演替的实例”“人口增长过快带来的环境压力”等。这些活动为启发学生思维、建构概念及概念网络等提供了脚手架。

3.3.2  提高探究活动的情境性和开放性  

建构式的科学探究提倡在情境中,引导学生主动学习。新增的“思考·讨论”活动大多以真实的科学研究为素材。例如,“分析当地自然群落中某种生物的生态位”的活动以崇明东滩鸟类国家级自然保护区中4种鸟类生境情况的调查数据为情境内容;“分析人类活动影响群落演替的实例”使用了两个情境,分别是我国黄土高原环境变迁的过程(过去曾郁郁葱葱,现在却出现濯濯童山);长江中游某湖泊生物多样性下降的事实。这些科学研究成果经简化处理,既真实,也具有可操作性。

新教材提高了活动的开放性。例如,教材靠前章节中的“探究·实践”活动大多给出了活动方案或参考案例,靠后的如“调查当地的环境状况,提出保护环境的建议或行动计划”只给出提示,探究计划由学生自己完成,这样学生可根据当地实际情况开展活动。此外,考虑到一些章节的实践活动便于在课后继续开展,教材还安排了两个“课外实践”:验证昆虫之间是否存在化学信息的传递,参观庭院生态系统或生态园,让学生根据实际情况设计和实施相应的活动。

3.4 社会责任

3.4.1 培育爱国情怀

1)充分反映我国的科技成就  

教材充分反映我国在生态学领域取得的科技成就。例如,“科学家访谈”介绍了我国生态学家方精云先生以及他的研究成果。第1章第1节介绍了我国科学家调查东北豹数量的成果,该节“生物科技进展”解释了调查大熊猫、东北豹等种群数量的方法。“科学家的故事”介绍了马世骏先生治理蝗灾的经历。第2章分析生态位时,介绍了对崇明东滩国家级自然保护区4种占优势的水鸟的生境和食物种类等的研究结果。“科学·技术·社会”栏目先后介绍了我国“间作套种”的农业生产方式“板栗—茶树结构”“稻—鱼—蛙结构”。第4章第2节讲述生物多样性的价值时,介绍了诺贝尔生理学或医学奖得主屠呦呦从黄花蒿中提取出治疗疟疾的药物——青蒿素;第4节以北京奥林匹克森林公园为例,引入对生态工程的学习;生态工程的基本原理部分,介绍了马世骏提出的整体、协调、循环、自生等生态学基本原理,这部分内容也回扣了第1章第1节有关马世骏的“科学家的故事”;该章末尾的“生物科技进展”介绍了由方精云领衔完成的我国定量评估陆地生态系统固碳效应的研究,与“科学家访谈”首尾呼应。

2)介绍我国特有的生物资源  

教材介绍了大量我国的动植物资源或生态系统。例如,4个章首页分别以东北豹、华北地区的人工林、大兴安岭森林和呼伦贝尔草原交界处、云南省红河州哈尼梯田为情境。第1章第1节以东北豹创设了贯穿整节的情境;第2章介绍群落的物种组成时,讲述我国新疆北部的针叶林和福建武夷山的常绿阔叶林;介绍群落的季节性时,搭配候鸟飞抵鄱阳湖越冬的照片;分析群落中生物的适应性时,介绍天山山脉北麓的群落类型。第4章第2节“问题探讨”以中华蛩蠊为例引入。此外,在习题中,大树杜鹃、普氏原羚、貂熊、大熊猫、亚洲象等动植物,长白山北坡、江南水乡等我国特有的生态环境,都成为习题的情境。

3.4.2 宣传生态文明思想  

生态文明建设关系人民福祉,关乎民族未来。在教材中体现生态文明思想,是修订教材时重点落实的内容。新教材既介绍生态文明思想内涵,又介绍了我国在生态文明建设方面取得的突出成就。

1)突出反映生态文明思想  

教材多处内容介绍了生态文明思想的内涵。例如,“科学家访谈”以“尊重自然、顺应自然、保护自然”为标题,访谈就生态文明思想设计问题,介绍生态文明是我国的重大战略之一,解释“尊重自然、顺应自然、保护自然”的内涵,说明生态学与生态文明建设的关系等。第4章第1节,介绍我国政府十分重视生态文明建设,并写道:“建设生态文明,要求每一个公民从我做起,积极投身到生态文明建设中。对于节能环保的绿色生活方式,我们不仅要深入理解,身体力行,而且要广为宣传,使之成为全社会的共识”,这实际上反映了生态文明思想中的“坚持建设美丽中国全民行动”的内涵。

教材还多次呈现“生态兴则文明兴”“人与自然是命运共同体”“绿水青山就是金山银山”等生态文明思想的要点,多次强调我国党和政府高度重视生态文明建设。例如,第4章末尾写道:“在党的十九大报告中,首次把美丽中国作为建设社会主义现代化强国的重要目标,对生态文明建设提出了一系列新思想、新目标、新要求和新部署,为建设美丽中国提供了指导方针和行动指南。”

2)展示我国生态文明建设成就  

近年来,我国着力解决突出的环境问题,并用严格的制度、严密的法治来保护生态环境,也取得了很多成就。教材积极反映我国的生态文明建设成就。第1章介绍东北豹一度濒危,但经过我国政府一系列治理,环境得到改善,东北豹数量持续增加。第2章第2节以三江源国家公园为“问题探讨”的情境;在第3节群落的演替中,介绍我国人工治沙实现了从“沙进人退”到“沙退人进”“人沙和谐”的历史性转变,我国实施退耕还林、还草、还湖以来取得的成就,并配有陕西省延安市吴起县实施退耕还林前后的对比照片。第3章讲生态系统的稳定性时,介绍了我国的“三北防护林”工程。第4章介绍湿地生态恢复工程时,讲述了厦门筼筜湖生态恢复的过程等。课外阅读栏目讲述了塞罕坝人克服重重困难,创造荒原变林海的绿色奇迹的故事;讲述我国兴建青藏铁路时修建了许多涵洞或高架桥,以尽量避免干扰藏羚羊等野生动物的正常生活等;介绍我国科学家对我国陆地生态系统固碳作用的研究,为我国应对气候变化的国际谈判提供重要支撑。

3)反映环境现状,树立保护环境的情感  

除了从正面宣传生态文明建设的成就,教材还列举了人口增长、环境污染等突出问题。第1章第1节通过“与社会的联系”介绍了我国出生人口的男女性别比例持续升高的现状,列举了我国政府进行综合治理所采取的多项措施。第3章介绍了生物富集,说明人类活动向环境中排放的有害物质,最终会危害位于食物链顶端的人类自己。第4章第1节从人口增加、全球性生态环境问题等两个方面反映了人类活动对生态环境的影响,激发学生保护生态环境的意愿;第2节介绍了生物多样性正在丧失,引导学生保护生物多样性。

3.4.3  弘扬中华优秀传统文化  

本模块教材选用了不少古诗词,弘扬传统文化中的语言文化。例如,“问题探讨”用白居易《赋得古原草送别》中的诗句“离离原上草,一岁一枯荣。野火烧不尽,春风吹又生”形容我国北方原野上草本植物的生长变化。课后习题用《诗经·小雅·小宛》中“螟蛉有子,蜾蠃负之”为情境,考查蜾蠃与螟蛉的种间关系;用《诗经·国风》“燕燕于飞,差池其羽”“燕燕于飞,上下其音”创设情境,考查对信息传递的理解。第4章章首页记录了庄子的名言“天地与我并生,而万物与我为一”,反映了我国古代先人的人与自然和谐共生的哲学思想。

在讲群落的结构时,介绍我国最晚在明代就开始将四大家鱼进行混养,与群落垂直结构的知识建立联系;介绍立体农业时,记载了我国古籍《氾胜之书》所记载的我国西汉时期的“间作套种”的农业生产方式,反映了我国先民的智慧。

3.4.4  培育科学精神  

科学精神的教育也是科学教育的目标之一,教材则是融入科学精神的载体。 “科学家访谈”描写了方精云为了研究我国的植被,几乎踏遍了全国所有重要的山脉;回忆了他在北极开展科学考察的艰苦历程;分享了他进行科学研究的秘诀,展现了他敬业、求真、探索等科学精神。“科学家的故事”讲述了马世骏治理蝗灾的过程,体现了敬业、合作、探索等科学精神。

探究活动也在培养学生的科学精神,例如,“调查草地中某种双子叶植物的种群密度”活动中强调要随机取样;“培养液中酵母菌种群数量的变化”说明要做重复实验;等等。

3.4.5  形成正确的科学技术价值观  

落实科学、技术和社会的关系,形成正确的科学技术价值观也是贯彻生物学课程、提升社会责任素养的重要任务,本模块教材凸显了科学知识与生产实践、生活实际的联系。大部分章节在介绍知识内容后,都安排了联系社会的内容,例如,第1章第3节最后一个小标题是“种群研究的应用”;第2章第3节的后两个小标题分别为“人类活动对群落演替的影响”“退耕还林、还草、还湖”,介绍人类根据群落演替的知识影响生态环境的实例。第3章第2~4节分别介绍了研究能量流动的实践意义、研究物质循环对于改进农业生产方式的启示,信息传递在农业生产中的应用等内容。第4章生态工程部分,大量介绍了人类对生态系统进行改造的原理和实例,反映了科学、技术与社会的关系。这些内容均反映了科学技术与生产实践、生活实际的关系,反映了科学技术帮助人类社会朝有利于人类生存的方向发展。


 

参考文献:

1】中国社会科学院语言研究所词典编辑室. 现代汉语词典(第7版)[M]. 20161407.

2】王颖建立生命观念,发展科学思维——《生物学·必修2·遗传与进化》修订情况介绍(一)[J]. 中学生物教学,201923):4-7.

3】赵占良试论中学生物学的学科本质[J]. 中学生物教学,20161-2):4-8.

4】谭永平高中生物学新课程中的模型、模型方法及模型建构[J]. 生物学教学,20091):11-12.

 


转自《生物学教学》2020年第11

 

 0  已被阅读了103次  楼主 2020-12-14 19:26:30
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