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关于概念图的研究起源于20世纪60年代末西方国家对于儿童是否能理解抽象概念的大讨论[4],直到1984年诺瓦克等人才首次提出了“概念图”及其相关理论。此后,各国学者从不同角度对概念图进行了详细的论述。“概念图”作为一种组织和表示知识的工具[5],通过由若干概念名词串联为命题的形式来显示它们之间的内在关系,从而将某一范围内不同层次的概念整合成知识网络。如图1所示,“绿色植物”、“氧气”、“二氧化碳”等概念名词通过彼此间可形成命题的连接词相连,介绍了氧气与二氧化碳在生态系统中的流通状态,形成了如“绿色植物制造氧气供自身或读物呼吸”等生物学命题。
二、基于概念图策略的重要概念教学
1.运用概念图凸显教学中的重要概念,准确把握学习重点。
重要概念是初中生物学科的灵魂和骨架,在引导学生进行思维训练以及提高学习效率方面有重要作用。在教学中,教师在每一节新课中都会根据学习目标强调教学重点,而运用概念策略凸显教学中的重要概念,可以帮助学生准确把握学习重点,有的放矢。例如,在“生物圈中的人”这一主题下,“泌尿系统包括肾脏、输尿管、膀胱和尿道,其功能是排除废物和多余的水”[3]是重要概念。为了使学生对关于“泌尿系统”的重要概念进行整体把握,教师可以运用如图2所示的概念图,强调各个器官之间的关系和功能,而且为废物和多余水(即尿液)的排除过程作了铺垫。利用此概念图能够凸显出这一重要概念,使学生的学习过程更具主题性,在准确把握学习重点的基础上提高学习的针对性。
2.运用概念图优化教学中重要概念的传递方式,深入理解重要概念。
生物教师在课堂上传递重要概念时,会用相互配合的两种方式进行授课。第一,将重要概念名词渗透在学习活动中,加强学生的记忆。第二,将重要概念以陈述句的形式引导学生在学习的过程中逐渐总结出来,加深学生的理解。为了优化其传递方式,教师可将重要概念分解为若干概念,分别呈现在不同的学习环节,使学习的过程由浅入深,环环相扣。例如,在讲解“人体的生殖系统可以产生两性生殖细胞,通过受精作用产生新的个体”[3]这一重要概念时,教师可利用图3所示的概念图,将其细化为以下两组概念。第一,人体的生殖系统有两性之分,各自包含不同的结构与功能。第二,人类通过生殖过程产生新的个体,它包括受精过程和胚胎发育过程。在学生学习不同的具体概念时,教师可以选取相应的小概念图作为重要概念的传递支架,使其变得丰富、立体,在优化传递过程的同时,加深学生对重要概念的理解。
3.利用概念图策略构建基于重要概念的知识框架,完善科学概念体系。
《标准》指出:在教学中,教学活动不应仅仅停留在让学生记住一些生物事实上,更要帮助学生通过对事实的抽象和概括,建立生物学重要概念,并以此来建构合理的知识框架,进而为学生能够在新情境下解决相关问题奠定基础。[3]在初中生物概念教学中,为了引导学生将重要概念进行系统归类,形成合理的知识框架,教师可以让学生绘制相应的概念图。这不仅有助于学生习得新概念,而且有助于其掌握重要概念之间的内在联系,进而完善科学的概念体系。例如,在“生物体结构层次”这一主题下,教师可以以“植物体”为例,让学生绘制如图4所示的概念图,把“细胞”、“组织”、“器官”等概念名词通过一定的关系连结起来,形成以“植物体的结构层次”为主题的知识框架。学生通过此图可以形成“细胞是生物体结构和功能的基本单位”,“多细胞生物体具有一定的结构层次,包括细胞、组织、器官(系统)和生物个体”等重要概念,使新习得的知识系统化,成为结构鲜明、内容科学的概念体系。
三、结论
关键词:钙;园林植物;生理代谢
钙是一种根重要的矿质元素,是植物生长发育的必需营养元素之一,在植物生理活动中,既起着结构成分的作用,也具有酶的辅助因素功能,它能维持细胞壁、细胞膜及膜结合蛋白的稳定性,参与细胞内各种生长发育的调控作用。由于钙在土壤中含量比较丰富,一向不被人们所重视。近年来,随着园林植物钙调素的发现与研究的深入,钙与园林植物的生理关系也逐渐引起人们的关注。本文就近年来钙素在园林植物生理代谢中的作用研究进展进行综述。
一、钙在细胞中的存在形式
植物从氯化钙等盐类中吸收钙离子,钙离子无色、无磁性,并且不参加任何氧化还原反应。钙在细胞中以多种形式存在,当细胞中的钙含量在0.1-10mmol/L时,可分为游离钙、结合钙和贮存钙。不同形态的钙具有不同的生理功能。钙主要存在于叶子或老的器官和组织中,它是一个比较不易移动的元素。
二、钙在植物体内的功能
(一)钙对细胞壁结构和功能的影响。细胞壁主要由纤维素、半纤维素和果胶3种多糖组成,电镜观察证实钙与细胞壁中果胶酸形成果胶酸钙,保护细胞中胶层结构。当钙在树体内以果胶酸钙形态存在时,是细胞壁和细胞间层的组成部分,它使相邻细胞相互联结,增大细胞的坚韧性。大量研究表明,钙在维持植物细胞的结构稳定性中起重要作用。
(二)钙对细胞膜结构和功能的影响。钙可维持细胞膜的完整与稳定。细胞膜和液胞膜均是蛋白质和脂肪构成,而钙又能影响膜磷脂和膜蛋白在细胞膜内表面的排布,进而维持了膜结构的稳定性。钙还能减低膜的透性,改变膜对离子的选择性和亲和性,对一些破坏膜完整性的因素有拮抗作用。细胞中钙可分为几个钙库,处于动态平衡中,它们调节细胞外的离子环境与质膜结构和功能,当钙库平衡失调时,则会发生代谢失调,引起生理病害。
(三)钙对细胞内酶活性的调控作用。在植物细胞内,钙离子作为第二信使与钙调素结合形成ca2+一钙调素复合物,可活化NA激酶、环式核苷磷酸脂酶和Ca-ATP酶等;参与多种代谢活动。其机理为:当植物体细胞受到外界环境的刺激时,可引起细胞质游离ca2+的增加,随后ca2+便与CaM结合而活化,作用于一些生理生化反应的位点上,将刺激的信息转化为具体的生化反应。缺钙会造成果实对各种体外刺激反应迟钝,导致生理病害的发生。
三、钙对植物激素作用的影响
植物激素的生理作用十分广泛,对园林植物生长发育的许多生理生化过程都有调节控制作用。经研究表明,植物激素的这些作用与钙素有关。钙对植物内源激素的调节功能起着修饰作用,钙对激素的反应不仅有放大的作用,而且在某些方面也有缩小作用。目前已知,外源高浓度ca2+抑制乙烯生成,延缓衰老:胞质内ca2+增加,促成乙烯生成,加速衰老。钙对乙烯的生成影响较为复杂,这可能与乙的生成遭受的影响因素复杂有关。钙对生长素运输的影响体现在生长素的结合位点上,第一结合位点位于细胞膜上,这个结合位点可被其它二价阳离子所替代,而第二结合位点直接参与生长素的分泌,可能引起第二信使的使用。这个结合位点对钙具有专一性。其它植物激素与钙关系也根密切。如苹果喷施激动索可促使ca向成熟叶片中移动。其作用机制有人认为可能是延迟了叶片衰老,或提高了叶片的蒸腾强度。
四、钙与果实品质的关系
钙是决定果实品质的一种重要矿质营养元素。果实中的钙有两种存在形式,即非原生质体钙和原生质体钙,前者与果实的强度有关,在细胞中起骨架作用:后者与细胞膜的韧性有关。
(一)钙与果实采后生理病害。许多果实的生理失调症状与缺钙有密切的关系,研究表明。缺钙时,细胞的功能减弱,细胞膜的流动性和透性发生改变,中胶层中钙与果胶的连结被破坏,进而影响细胞之间的黏结性,使组织衰老或坏死。许多果实采后,随着贮藏时间的增加,成熟度会提高,而细胞壁的果胶会降解,水溶性钙含量提高,这样就使细胞壁上结合的钙大量减少,以致细胞壁区域与细胞质内的浓度差受到破坏,这对维持细胞功能和延缓衰老非常不利,导致缺钙产生的病害加剧。
采前或采后钙处理对防止或是减轻生理病害的发生起到良好的作用,钙提高果实抵抗力的机理可能是:(1)钙促进伤口木栓化。(2)钙离子与细胞壁中的果胶结合,维持细胞膜结构,减少细胞壁的透性,防止果实软化,从而提高果实抗性。
(二)钙与果实的储藏关系。钙对果实成熟衰老的调控作用已有相关研究。许多试验表明,果实组织中维持较高的钙素水平,可以保持果实硬度,降低呼吸速率,抑制乙烯的生成,延长果实的贮藏寿命,提高果实的品质。用cac12处理采后荔枝表明,一定浓度中的钙果实中果胶酶,多聚半乳糖酸活性发生作用,推迟这种酶活性高峰的来临,从而延迟果实的衰老。经钙处理的梨和水蜜桃、柑橘、杨梅、猕猴桃、苹果均能改善果实品质,延长贮藏期。
(三)果实增钙措施。许多研究表明,果实内钙含量的增加,可以明显降低果实贮藏期的呼吸强度,提高抗寒能力。通常生产实践中,采用采前或采后钙处理,这样对防治或减轻生理病害发生起到很好的效果。生产实践证明,给苹果树补钙可有效促进果实着色和果面蜡质形成,减轻病虫害的发生,大大提高果品质量。
1.1微生物学教学方法优化
《微生物学》在实际教学中存在“知识点多且散、内容覆盖面广、知识点易混淆”等缺点,加之微生物本身肉眼看不见,在实际教学中抽象性概念及描述较多。教师在课堂讲授过程中容易犯照本宣科、“填鸭式”教学的错误方法,造成学生学过就忘、考完就忘的问题,难以在脑海中形成完整的知识网络结构,容易使学生失去学习兴趣。由于《微生物学》实践性较强,而且与人类健康休戚相关。因此,需要在绪论内容讲述方面就充分调动学生的学习积极性,要让学生意识到微生物虽然个体小,但是其作用却是一点也不小;从日常生活中衣物与食品的发霉现象,到生产中酿酒、制作腐乳等工艺,到微生物致病性和引起人类恐慌的传染性疾病的蔓延等具体事例,引起学生对微生物的重视,激发学生对微生物学的学习兴趣。在知识讲述方法上,注意前后结合,融会贯通,比如原核微生物的细胞结构与真核微生物的细胞结构差异、病毒一步式生长曲线与细菌群体生长曲线的对比、微生物分解代谢与微生物的营养之间的关系等。前后知识点系统联系,对比记忆,归纳总结。以提纲式教学的方法向学生讲授知识点、重点及难点,一方面既巩固了知识,又加强学生综合运用知识的能力,使学生在脑海中形成一套完整的理论知识体系和一张系统的知识脉络结构网,帮助学生快速高效的学习知识。
1.2紧跟科学前沿,放眼学科动态微生物学作为一门专业基础课程,与科技发展紧密相连,教师在课堂讲述过程中,除了系统介绍课本知识外,还应穿插当今科学研究前沿,以充满激情的科学态度向学生展示微生物学的发展动态及当前的热门话题。比如:介绍与微生物相关的诺贝尔获奖者的研究成果;近期发表在Nature、Science、Cell等国际顶尖杂志上的科学文章;在讲授病毒这一章内容时,结合目前流行的埃博拉病毒、甲型H1N1流感病毒等疾病的感染与治疗讲述病毒的特点等。以当今的科技成果和热点话题,激发学生对微生物学的学习兴趣和对微生物科研工作的崇拜感。
1.3充分调动学生参与课堂的积极性引导学生积极参与课堂,变“被动”教学为“主动”教学。以往的理论内容教学就是以老师为主体,老师讲学生听,教师与学生互动较少,学生参与课堂的积极性也不高。在教学过程中应该采用“启发式”教学和“参与式”教学,例如:安排学生提问,让学生提问老师,创造学生参与课堂及师生互动的机会,增加学生的个人成就感;布置课后问题,组成3-5人的科研小组,让学生在课下积极思考,查阅资料,获得自己的科研成果;开展“翻转课堂”“微课”“慕课”等活动,以丰富多彩的教学形式充分调动学生参与课堂的积极性,其知识面和创新意识也得到了极大的提升,有效培养了学生自主学习的能力。
1.4突出微生物学的课程特点,避免与其他课程知识重复微生物学作为一门专业基础课,与普通生物学、生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学等多门课程存在交叉重复的内容。而且这些课程在授课时间安排上不统一,有前有后,那么如何在有限的课时里详尽的向学生讲述微生物学的知识但是又避免知识的重复累赘?如何突出本课程的教学特点,优化课程讲授内容?这就需要教师在课前做好充分的准备,首先与其他课程的老师互相交流,相互协调授课内容,对于重复的知识点不做过多的赘述,仅作重点提示或简单的复习;其次,注意倾听学生的意见反馈,由于知识学习存在遗忘过程,针对这种情况,如果重复知识内容在不同学期或者学年开课,要注意适当加强复习,以课堂提问及重点提示的形式完成知识内容的学习。对于同学期开设的平行课程,有些重复知识内容仅作简单的带过。如,在微生物遗传育种一章内容中,同学期生物专业开设了《微生物遗传育种学》课程,那么在微生物学讲授过程中,这部分的内容完全可以略过,提示学生此部分内容在其他课程中有详细的学习。总之,需要授课教师在其他任课教师和学生之间建立联动的关系,既与相关课程的教师经常交流,保证各课程在内容上互为补充、相互协调、相互促进;又要及时关注学生对知识的理解情况,将教学内容有顺序有逻辑有重点的呈现给学生,建立优质课堂教学,既让学生系统学习理论知识又突出了本门课程的学习特色。
2微生物学实验课程教学改革
由于微生物学是一门实践性极强的学科,微生物实验教学是微生物教学中的重要组成部分,是现代生物学技术的重要基础,其独特的实验技术在学科的发展中占据着突出的位置。
2.1微生物学实验教学存在的问题
微生物实验教学对于学生加深对理论知识的学习理解、提高学生动手实验技能、培养学生团队意识与创新精神、树立严谨求实的科学态度至关重要。现阶段关于微生物实验课程建设仍然存在着一些问题:在微生物实验课程建设方面重点培养学生动手能力的同时忽略了对学生独立思考及创新能力的锻炼;课程讲授与实验课程课时安排存在着不一致性;实验课时相对较少,实验课教学最容易受到课时及实验室具体条件的限制,对于实验周期长或缺乏仪器无法直接完成的实验,以往只能选择不做。
2.2微生物学实验教学改革措施
作为实验课程建设及改革,应针对不同专业的专业特色及专业优势,根据课程内容适当调整实验方向及实验内容,凸显专业优势;同时注重基础理论知识的巩固加强以及不同专业优势互补和专业交叉合作。通过微生物实验课程改革及完善能够使学生熟练掌握微生物学实验技术和操作规程,培养他们观察、思考、分析和解决问题的能力,增强他们的创新意识,树立实事求是、严肃认真的科学态度以及勤俭节约、爱护公物的良好作风。其主要内容包括:
(1)让学生参与实验准备工作:实验课程的建设不单单是实验过程,前期实验准备工作也是非常重要的,让学生亲自参与到前期实验准备工作能够培养学生的认真负责的态度,同时也让学生对整个实验过程有全面的认识与学习。
(2)实验内容及课时的调整:应结合学生在微生物课程上学习到的理论知识,将理论课与实验课合理安排。做到先学习理论知识,打牢基础,再培养实验技能,在实验过程中真正理解书本知识,将理论与实践合理结合。
(3)凸显专业优势与专业交叉:针对各个专业的优势,设计有针对性的专业微生物实验,并设计能够将生物专业、食品专业和烟草专业等各个专业优势合并的大实验课程,增加探索性实验,鼓励学生自己成立科研小组,独立开展创新实验。
(4)开展录像实验教学:由于实验条件或实验经费的限制,对于暂时不能开展的实验内容不能弃之不做,虽然实际实验条件不能满足,但是借助于多媒体教学手段,让学生对实验原理、过程及操作要点有清晰的认识。通过对微生物实验课程的优化改革,能极大丰富实验课程,培养学生创新意识,提高学生实验技能与实践能力。力争做到:凸显专业优势及专业互补,避免内容的重复及雷同;鼓励学生独立参与科研课题,拓展视野;通过实验课程的讲授培养学生对实验的兴趣及实事求是、严肃认真的科学态度和团队合作意识。
3结论