把握稳态核心建构系统平衡.ppt

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1、把握稳态核心 建构系统平衡 苏州市教育科学研究院 马建兴 电话：13584849311 62951870 信箱：ma-,一. 初识稳态与环境 二.稳态与环境模块的教材设计思路 三.稳态与环境章节分析和教学建议 四.稳态与环境教学反思,一. 初识稳态与环境,1.为什么模块三称为“稳态与环境”？ 2.稳态与环境模块在高中生物中的地位？ 3.稳态与环境模块的核心概念是什么？ 4.稳态与环境的主要教育价值是什么？,（一）理清几个核心概念及概念间的关系,1.为什么模块三叫“稳态与环境”？ 细胞、组织、器官、系统、个体、种群、群落、生态系统（生物圈）是不同层次的生命系统，任何一个系统的存在和发展，都需要保

2、持稳态。 生命系统存在于一定的环境中，是一个开放的系统，要与环境不断进行着物质、能量和信息的交流。在不断变化的环境中，生命系统能够通过自我调节实现稳态。,2.稳态与环境模块的地位是什么？ (1)从认知发展的角度看本模块的地位,(2)从必修三个模块间的关系看本模块的地位,多层次生命系统的关系（基因是生命的核心；细胞是生命的基本系统；与环境综合作用，表现出了细胞、个体与群体水平的稳态）：,细胞,基因,基因选择性表达，细胞分裂、分化,环境,必修,选修,生物1：分子与细胞（其他模块的基础）,生物2：遗传与进化,生物3：稳态与环境,选修1：生物技术实践（侧重实验）,选修2：生物科学与社会（侧重生物科学与

3、社会联系）,选修3：现代生物科技专题（侧重现代生物科技的基本概念和原理）,基础,拓展,（3）从必修与选修的整体关系看本模块的地位,.稳态与环境的核心概念是什么？ 关键词：稳态、环境和反馈调节。,稳态 环境 (反馈）调节,引导学生围绕这些概念建立：良好的生命活动调节与生态系统的知识结构;从系统的视角认识生命活动的规律和本质;系统分析方法和建立数学模型分析问题的的方法。,(1)何谓“稳态”？,.稳定性与稳态,例1：桌面上的硬币,稳定,不稳定,但是值得注意的是以往的认识依据了以下的观点: 牛顿第一定律认为：物体在没有外力作用时，静者恒静，动者恒动。稳定性是事物固有的，根本属性；而运动或变化是外力强加

4、的。,？这是机械的静态稳定观，即稳定等于无变化。,结论一：稳定性一般是指系统具有的抗干扰性，从而保持自身原状的性质。一个系统抵抗外来的或内部的干扰的能力越强，就表示该系统的(抵抗力)稳定性越强。,例2：这些例子值得深思 每天都有成千上万的微生物进入我们的体内，但绝大多数人都没有生病。 人们每天饮水量不同，出汗多少不等，但体温、体内的pH值、血液粘稠度等基本上是恒定的。 一个稳定的种群，总有一部分个体出生、另一部分个体死亡，一部分个体迁出、另一部分个体迁入，但总体数量基本稳定。 随着昼夜、四季的变化，生物圈中的二氧化碳浓度会发生一定的变化，但总体基本稳定（人为干扰因素不太大的前提下）。,这些事例

5、用静态的稳定观都无法解释！,结论二:现代的稳定观不再是牛顿认为的静态稳定性，而是动态的稳定、发展状态的稳定。 静中有动，动中有静，是对立统一,稳态的概念,简单地理解：稳态即为动态稳定。,稳定的概念首先是由贝尔纳（C.Bernard）提出的。他认为（1857）： 细胞外液是细胞生活的直接环境，其整体构成机体的内环境。 内环境具有自我保持稳定的特性。 内环境稳定是机体生理活动正常进行的前提保证。,人类对稳态的认识是逐步发展的（一）,坎农（1926）： 内环境并不是处于静止的、固定不变的状态，而是动态的稳定。内环境的任何微小变化会触发机体调节机制的活动，从而消除或减少这些变化。他将这种由代偿性调节反

6、应所形成的稳定状态称为稳态（homeostasis).并指出稳定的相对性。,人类对稳态的认识是逐步发展的（二）,稳态的现代概念： 稳态不局限于内环境的范畴，而是适用于生命科学的一大基本概念。分子水平上有基因表达的稳态调节、酶活性的稳态调节，器官水平上如血压、心率的稳态，个体水平的渗透压、T、pH、血糖浓度等的稳态，宏观水平上如种群数量的稳态、生态系统的稳态、生物圈稳态。,人类对稳态的认识是逐步发展的（三）,稳态在自然界中普遍存在,在生物学中，稳态也不局限于内环境的范畴，而是适用于生命科学的一大基本概念。分子水平上有基因表达的稳态调节、酶活性的稳态调节，器官水平上如血压、心率的稳态，宏观水平上个

7、体内环境稳态、如种群数量的稳态、生态系统的稳态。,贝塔朗菲（L.Bertalanffy）在一般系统论一书中说，系统观的中心问题是对稳定性的理解。 注意：系统分析方法是本模块的重要方法。,稳态即为动态稳定,稳态通过调节而实现,稳态通过调节而实现： “所有的生命系统都存在于一定的环境中，在不断变化的环境条件下，依靠自我调节机制维持其稳态”。 普通高中生物课程标准,人类对稳态的认识是逐步发展的（四）,图中草履虫个体通常生活的外界环境是什么?,(2)什么是环境?,图中组织细胞生活的液体环境是什么?,种群（桦木）中某一个个体生活的外界环境是什么?,主体存在的场所，即把某个主体的外界称为这个主体的环境。

8、主体一般是指个体或个体的集群，此外，把单个的细胞、组织等当作主体来研究也是不少的。 生物学词典（科学出版社）,强调所有的生命系统都存在于一定的环境(生命与非生命的)之中，在不断变化的环境条件下，维持其稳态需要依靠自我调节机制。,控制论中关于反馈的定义：来自受控部分的、反映输出变量变化的信息,传向控制部分,称为反馈 （feedback）,(3)反馈调节的概念,（来自于工程学的自动控制理论）,反馈调节：在一个系统中，系统本身的输出，反过来调节该系统的输入的方式。,+,+,负反馈和正反馈： 负反馈：调节的结果反过来使调节的原因或过程减弱，称为负反馈 正反馈：调节的结果反过来使调节的原因或过程加强，称

9、为正反馈,下丘脑,垂 体,甲状腺,寒冷等刺激,促甲状腺激素释放激素(TRH),促甲状腺激素(TSH),甲状腺激素,促进,促进,抑制,抑制,新陈代谢，抵御寒冷,案例1,例3：（2004年北京高考题）右图为雌性高等动物性激素分泌的调节示意图。请根据图示回答下列问题： （1）性激素分泌活动的调节枢纽是 _ 。 （ 2）促性腺激素可以调节 _ 的分泌活动。 （3）雌激素作用的靶器官主要是 ；靶细胞主要是 。 （4）孕激素能促进子宫内膜的生长发育，为 _ 着床准备条件。 （5）当血液中的雌激素和孕激素达到一定水平时，反过来会影响 _ 和 _ 的分泌活动，这种调节方式称为 _ 。,参考答案：（1）下丘脑

10、（2）卵巢 （3）雌性生殖器官（包括乳房等） 初级卵母细胞 （4）受精卵 （5）下丘脑 垂体 反馈（或负反馈）,迁移应用,案例2,寒冷,炎热,冷觉感受器,温觉感受器,体温调节中枢(下丘脑),血管收缩 血流,皮肤,散热,立毛肌收缩,骨骼肌战栗,产热,体温恒定,传入神经,传出神经,血管舒张 血流,散热,汗液,皮肤,传出神经,甲状腺,代谢,垂体,甲状腺素,传入神经,案例3：,4.稳态与环境的主要教育价值是什么？,(1)在知识方面的教育价值： 从系统的视角认识生命活动的规律和本质。 个体水平：动物（人）和植物生命活动的调节方式和机理。 群体水平：种群、群落和生态系统的自我调节。 系统水平:生态系统的物

11、质循环、能量流动与信息传递中的动态平衡。 深入理解稳态、反馈调节、环境等核心概念。,(2)在科学方法（态度与技能）方面的价值,系统分析方法 模型方法,(1)系统分析方法： 2002年3月，美国周刊周刊登载了生物学专辑，该专辑导论中的第一句话这样写道：”如果对当前流行的、时髦的关键词进行一番分析；那么人们会发现，系统高居在排行榜上”。,系统生物学的灵魂整合： 系统科学的核心思想：“整体 部分之和”,整合的层面（多层次多角度整合）： 1.系统内不同性质的构成要素（基因、mRNA、蛋白质、生物小分子等等）的整合 2.从基因到细胞、到组织、到个体的各个层次的整合 3.研究思路和研究方法的整合 4.学科

12、的整合,系统生物学的基础信息 生物信息的交流方向： DNA mRNA蛋白质 蛋白质相互作用网络细胞器官个体群体环境,需要强调的是：每个层次的信息都对理解生命系统的高效运行提供有用的视角。因此，系统生物学的重要任务之一就是要尽可能地获得每个层次的信息并将它们进行有效整合。,认识、理解系统的方法系统分析 根据系统论的观点，构成系统的关键：不是其组成的物质，而是组成部分的相互作用或部分之间的关系。这些相互作用或者关系，从本质上说就是： 一方面要了解生命系统的边界、结构组成， 一方面是要揭示系统的相互作用方式（组成成分间、与开放环境间等的作用方式、行为）、发展变化,信息,生命系统是开放的,第一阶段：定

13、性分析划分边界，确定组分， 分析层次、明确问题及研究目标； 第二阶段：定量研究定量研究各组分间的 影响关系，建立系统数学模型； 第三阶段：模型分析确定系统模型的参数， 进行模型实验，优化功能； 第四阶段：结构优化优化系统结构，实行 系统调控，实现优化的系统功能。,系统分析一般步骤,具体研究一个生命系统,本模块的系统分析方法的侧重点：, 重在领悟系统分析方法的思想，初步学会从系统的整体出发，分析整体与局部、部分与部分、整体与外部环境之间的相互关系。 在进行相关探究活动时，主要做系统分析的第一阶段的工作，有些活动可以深入到第二阶段，如建立种群增长的数学模型。,系统分析实例,确定组分、分析层次,迁移

14、应用 例1：以箭头表示能量流动方向，在图一中建立能量流动的模型。,例2：据图建立生态系统的碳循环模型,35.(2007广东生物)近年来在防治稻田虫害方面进行了多种尝试，如构建稻一萍一鱼生态系统，在该系统中，虽有危害水稻的病菌、害虫和杂草，但鱼的活动可起到除虫、松土和增氧的作用，红萍叶片内的蓝藻固氮可促进红萍和水稻生长；培育转Bt基因抗虫水稻，减少虫害。此外，一些水稻遭遇虫害时会释放某些物质，引来天敌消灭害虫，科学家称之为稻田三重营养关系。 根据上述材料，请回答下列问题： （4）画出稻一萍一鱼生态系统的能量流动图（不考虑与人的联系）。,立意：考查考生对生态系统基本知识的掌握，考查构建知识网络、运

15、用分析与归纳等方法从材料中获取信息、运用概念图精确表达有关生态学现象的能力，正确理解生态学的基本原理、运用所学生态学知识指导农业生产实践的能力。,系统分析实例,划分边界，确定组分,系统分析实例,（2）什么是模型方法？,美国国家科学教育标准中的表述：模型是与真实物体、单一事件或一类事物对应的而且具有解释力的试探性体系或结构。,模型：人们为了某种特定目的而对认识对象所做 的一种简化的描述。 这种描述可以是定性的，也可以是定量的； 有的借助于具体的实物或其他形象化的手段 有的则通过抽象的形式来表达,模型方法,模型的形式： 物理模型 概念模型 数学模型,本模块主要让学生学习构建数学模型的方法,模型方法

16、使生命科学走向真正的科学,既包括静态的结构模型，又包括动态的过程模型，如教材中学生动手构建的减数分裂中染色体变化的模型、血糖调节的模型等，就是动态的物理模型。,物理模型,物理模型实例,核心概念：“稳态” “环境” “调节”,（1）抓好“关节点”,（2）概念网络化,以“关节点”为纽带，指导学生构建概念图。在用好教材中每章已有的概念图的基础上，设计出更细或更粗的概念图。,概念模型,构建概念图,淋巴,人体细胞与外界环境的物质交换模型,概念模型（第6页“技能训练” ）,淋巴,图片、框架相结合的概念图,框架为主体的概念图,图集为主体的概念图,1右图是由 3个圆所构成的类别关系概念图，其中为大圆，和分别为大圆之内的小圆。下列各项中符合这种类别关系的是 A特异性免疫、体液免疫、抗体 B细胞分化、基因选择性表达、细胞的形态、结构和生理功能稳定性差异 C生态系统的信息、行为信息、物理信息 D种群数量变化、种群数量增长、“J”型增长,表格为主体的概念图,例2.下表中、所对应的概念由大到小排列正确的是,将概念图用于探究活动,任重道远 天道酬勤 谢 谢 大 家 ！,