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生命科学与生物学范文1
[关键词] 系统生物学；基因组学；蛋白质组学；计算生物学
[中图分类号] R34 [文献标识码]A [文章编号]1673-7210（2008）09（b）-020-03
近代生物学研究主要是以分子生物学和细胞生物学研究为主。研究方法皆采用典型的还原论方法。目前为止，还原论的研究已经取得了大量的成就，在细胞甚至在分子层次对生物体都有了很具体的了解，但对生物体整体的行为却很难给出系统、圆满的解释。生物科学还停留在实验科学的阶段，没有形成一套完整的理论来描述生物体如何在整体上实现其功能行为，这实际上是还停留在牛顿力学思想体系的简单系统的研究阶段。但是生物体系统具有纷繁的复杂性[1，2]。尽管对一个复杂的生物系统来说，研究基因和蛋白质是非常重要的，而且它将是我们系统生物学的基础，但是仅仅这些尚不能充分揭示一个生物系统的全部信息。这种研究结果只限于解释生物系统的微观或局部现象，并不能解释系统整体整合功能的来源，不能充分揭示一个生物系统的信息，且忽略了系统中各个层面的交互、支持、整合等作用,限制了生物学研究的发展。在这种现状下，20世纪末人类基因组计划完成后，生物学领域的科学家都在考虑一个问题：未来生物学研究的方向在哪里？为此学术界也不乏辩论。得出的共识是：生物学的发展未来主要面对如下问题：(1)如何弄清楚单一生物反应网络，包括反应分子之间的关系、反应方式等；(2)如何研究生物反应网络之间的关系，包括量化生物学反应及生物反应网络；(3)如何利用计算机信息及生物工程技术进行生物反应，生物反应网络，乃至器官及生物体的重建。
早在1969年，Bertalanfy LV就提出了一般系统理论(general systems theory)，他在文章中指出生物体是一个开放系统，对其组成及生物学功能的深入研究最终需要借助于计算机和工程学等其他分支学科才能完成[3]。1999年，由Leroy Hood创立的系统生物学(systems biology)则是在以还原论为主流的现代生物学中反其道而行之，把这种以整体为研究对象的概念重新提出。他给系统生物学赋予了这样的定义，系统生物学(systems biology)是研究一个生物系统中所有组成成分(基因、mRNA、蛋白质等)的构成，以及在特定条件下这些组分间的相互关系的学科。换言之，以往的实验生物学仅关心基因和蛋白质的个案，而系统生物学则要研究所有的基因、所有的蛋白质、组分间的所有相互关系。显然，系统生物学是以整体性研究为特征的一种大科学，是生物学领域革命性的方法论。以胡德的观点，基因、蛋白质以及环境之间不同层次的交互作用共同架构了整个系统的完整功能。因此，用系统的方法来理解一个生物系统应当成为并正在成为生物学研究方法的主流。利用系统的方法对其进行解析，综合分析观察实验的数据来进行系统分析。具体通过建立一定的数学模型，并利用其对真实生物系统进行预测来验证模型的有效性，从而揭示出生物体系所蕴涵的奥秘，这正是生物学研究方法的关键所在。
1 系统生物学的主要研究内容
系统生物学主要研究实体系统(如生物个体、器官、组织和细胞)的建模与仿真、生化代谢途径的动态分析、各种信号转导途径的相互作用、基因调控网络以及疾病机制等[4，5]。
系统生物学的首要任务是对系统状态和结构进行描述，即致力于对系统的分析与模式识别，包括对系统的元素与系统所处环境的定义，以及对系统元素之间的相互作用关系和环境与系统之间的相互作用的深入分析。具体如生物反应中反应成分之间的量的关系，空间位置，时间次序，反应成分之间的因果关系，特别是反馈调节和变量控制等有关整个反应体系的问题等。其次要对系统的演化进行动态分析，包括对系统的稳态特征、分岔行为、相图等的分析。掌握了系统的基本演化机制，使系统具有目标性和可操作性，使之按照我们所期望的方向演化，也有助于我们重新构建或修复系统，为组织工程学的组织设计提供指导。另外，系统科学对生物系统状态的描述是分层次的，对不同层次进行的描述可能是完全不同的；系统科学对系统演化机制的分析更强调整体与局部的关系，要分析子系统之间的作用如何形成系统整体的表现、功能，而且对系统整体的每一行为都要找出其与微观层次的联系。
系统生物学的研究包括两方面的内容。首先是实验数据的取得，这主要包括提供生物数据的各种组学技术平台，其次是利用计算生物学建立生物模型。因此科学家把系统生物学分为“湿”的实验部分（实验室内的研究)和“干”的实验部分（计算机模拟和理论分析)。“湿”、“干”实验的完美整合才是真正的系统生物学。
系统生物学的技术平台主要为各种组学研究。这些高通量的组学实验构成了系统生物学的技术平台。提供建立模型所需的数据，并辨识出系统的结构。其中包括基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、相互作用组学和表型组学计算生物学通过建模和理论探索。可以为生物系统的阐明和定量预测提供强有力的基础。计算生物学包括数据开采和模拟分析。数据开采是从各实验平台产生的大量数据和信息中抽取隐含其内的规律并形成假说。模拟分析是用计算机验证所形成的假说，并对拟进行的体内、体外生物学实验进行预测，最终形成可用于各种生物学研究和预测的虚拟系统。计算生物学涉及一些新的数学原理和运算规则，需要物理和数学来研究生物学的最基本的原理，也需要计算科学、信息学、工程学等进行生物工程重建和生物信息传递的研究。
2 系统生物学的研究思路及特点
系统生物学识别目标生物系统中的各种因素，然后构架一个系统模型，在其中赋予这个生物系统能动性。在此模型中研究细胞、组织、器官和生物体整体水平，研究结构和功能各异的各种分子及其相互作用，并通过计算生物学来定量描述和预测生物功能、表型和行为。系统生物学最大的特点即整合。这里的整合主要包括三重含义。首先，把系统内不同性质的构成要素(DNA、mRNA、蛋白质、生物小分子等)整合在一起进行研究；其次，对于多细胞生物，系统生物学要实现从基因到细胞、到器官、到组织甚至是个体的各个层次的整合。第三，研究思路和方法的整合。经典的分子生物学研究是一种垂直型的研究，即采用多种手段研究个别的基因和蛋白质。而基因组学、蛋白质组学和其他各种“组学”则是水平型研究，即以单一的手段同时研究成千上万个基因或蛋白质。而系统生物学的特点，则是要把水平型研究和垂直型研究整合起来，成为一种“三维”的研究[6]。
3 系统生物学的研究方法
系统生物学最重要的研究手段是干涉(perturbation)。系统生物学的发展正是由于对生物系统的干扰手段不断进步促成的。干涉主要分为从上到下(top-down)或从下到上(bottom-up)两种。从上到下，即由外至里，主要指在系统内添加新的元素，观察系统变化。例如，在系统中增加一个新的分子以阻断某一反应通路。而从下到上，即由内到外，主要是改变系统内部结构的某些特征，从而改变整个系统，如利用基因敲除，改变在信号传导通路中起重要作用的蛋白质的转录和翻译水平[7]。
目前国际上系统生物学的研究方法根据所使用研究工具的不同可分为两类：一类是实验性方法，一类是数学建模方法。实验性方法主要是通过进行控制性的反复实验来理解系统[8，9]。首先明确要研究的系统以及所关注的系统现象或功能，鉴别系统中的所有主要元素，如DNA、mRNA、蛋白质等，并收集所有可用的实验数据，建立一个描述性的初级模型(比如图形的)，用以解释系统是如何通过这些元素及其之间的相互作用实现自身功能的。其次在控制其他条件不变的情况下，干扰系统中的某个元素，由此得到这种干扰情况下系统各种层次水平的一些数据，同时收集系统状态随时变化的数据，整合这些数据并与初级模型进行比较，对模型与实际之间的不符之处通过提出各种假设来进行解释，同时修正模型。再设计不同的干扰，重复上面的步骤，直到实验数据与模型相一致为止。
数学建模[10，11]方法在根据系统内在机制对系统建立动力学模型，来定量描述系统各元素之间的相互作用，进而预测系统的动态演化结果。首先选定要研究的系统，确定描述系统状态的主要变量，以及系统内部和外部环境中所有影响这些变量的重要因素。然后深入分析这些因素与状态变量之间的因果关系，以及变量之间的相互作用方式，建立状态变量的动态演化模型。再利用数学工具对模型进行求解或者定性定量分析，充分挖掘数学模型所反映系统的动态演化性质，给出可能的演化结果，从而对系统行为进行预测。
4 当代系统生物学研究热点
基因表达、基因转换开关、信号转导途径，以及系统出现疾病的机制分析等四个方面是目前系统生物学研究的主要阵地。
基因组医学(genomic medicine)是以人类基因组为基础的生命科学和临床医学的革命。生命科学和临床医学结合，将人类基因组研究成果转化应用到临床实践中，是后基因组时代最重要的研究方向之一。人类基因组计划从完成和多种疾病相关的基因研究发现，迅速进入到蛋白质组学、染色体组和人类疾病基因的研究，通过单基因或复杂多基因疾病的相关基因研究和疾病易感因素分析，达到揭示基因与疾病的关系之目的；遗传背景与环境因素综合作用对疾病发生发展的影响；为疾病的诊断、预防和治疗、预后和风险预测提供依据。基因组医学将大大提高我们对健康和疾病状态的分子基础的认识，增强研制有效干预方法的能力。
后基因组(post-genome)的交叉学科研究是目前生命科学研究的前沿。交叉学科是一个新的研究领域，范围非常广阔，如基因组、蛋白质组、转录组等等，从而出现许多新的交叉学科。
细胞信号转导(signal transduction)的研究是当前细胞生命活动研究的重要课题。细胞信号转导蛋白质组学是功能蛋白质组学的重要组成部分。系统地研究多条信号转导通路中蛋白质及蛋白质间相互关系及其作用规律，细胞信号转导通路网络化，其作用模式、通路、功能机制、调控多样化，细胞信号转导结构、功能、途径的异常在癌症、心血管疾病、糖尿病和大多数疾病中起重要作用。对细胞信号转导机制的了解，已成为创新药物、防病治病的关键。细胞信号转导不是一门单一学科，而是多种学科，如细胞学、生物化学、生物物理学和药理学等多学科的交叉学科。
5 现阶段系统生物学存在的问题
目前的系统生物学研究还只是初步使用动力学建模方法来定量描述系统的动态演化行为，这种方法对简单巨系统是适用的，但是在运用到复杂适应性系统时就会表现出很多的局限性，有很多问题就不能解决。生物体系统的复杂程度超乎我们的想象，现阶段不宜研究整个生物体系统，可以从研究“小系统”(生物体中具有一定功能、相对独立的部分，将其看成一个“系统”)开始，当然如何正确地分析这个小系统本身也不是件易事。
5.1现有技术水平的限制
着眼于整体的系统生物学对技术、仪器的依赖性大大超过传统的分子生物学。高通量、大规模的基因组及蛋白质组等的发展都是建立于新技术、新仪器出现基础之上。就目前的技术水平来讲，距系统生物学所要求达到的理想水平还相差很远。由于技术发展的不均衡造成了系统中各个水平上的研究不均衡。基因组和基因表达方面的研究已经比较成熟，而在其他水平如蛋白质、小分子代谢物等的研究仍处于起步阶段。各种蛋白质在数量上的巨大差异是全面分析低丰度蛋白质的一大障碍。而低丰度蛋白往往是最重要的生物调节分子，如何加强对低丰度蛋白的高通量研究，将是对蛋白质组应用前景的重要保障。同样，如何研究系统内存在的非遗传性分子即细胞中存在的成百上千的独立的代谢底物及其他各种类型的大小分子，它们在基因表达、酶的构象形成等方面有着重要作用。建立适当的方法来系统检测这些分子的变化是系统生物学能否发展的关键。
5.2分析水平的限制
系统的复杂性决定了全面分析的复杂性。人类基因组计划的实施提供了庞大的信息资源，已让人眼花缭乱，而对于较核苷酸复杂得多的蛋白质及代谢物等的分析将是更大的挑战。如何系统而详尽地为公共数据库中的信息加上注解，对这些复杂数据进行储存和分析将成为系统生物学发展的瓶颈。
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生命科学与生物学范文2
一、生物学科高考命题的特点
高考生物学科命题充分体现考试大纲的要求,以考查学科主干知识为主,重视能力和素质考查。从历年生物学高考的情况来看,高考命题以能力立意为主,试题的覆盖面较广,生物的新陈代谢、遗传和变异两章仍是考查的重点。
要求学生能应用学过的知识和专业术语,正确阐述基本的生物学现象、概念、方法和原理;理解、分析生物学中以图表、图解等表达的内容和意义,并能用图表等多种表达形式准确地描述生物学现象和实验结果;理解生物体的结构和功能、部分与整体及生物与环境的关系,并能运用所学的生物学知识解释和解决生物个体、环境和社会生活中的某些生物学问题;理解所学实验的实验内容,包括实验原理、方法和操作步骤,掌握相关的操作技能;了解生命科学发展中的重大热点问题及其对科学和社会发展的影响和意义。
另外,生物科高考还适度体现“提高生物科学素养,面向全体学生,倡导探究性学习,注重与现实生活的联系”的学科理念。
二、生物学科高考备考策略
1.夯实“三基”,重视基(下转第237页)(上接第236页)础是生物学高考备考的根本策略。“三基”是指基本概念、基础知识和基本技能。只有基本概念清楚、基础知识系统完整、基本技能扎实熟练,学生的各种能力才能形成和发展。
2.培养能力,突出能力训练的策略是高考备考的制胜策略。培养和训练学生的科学思维方式和思维习惯,生物学知识包括知识本身和发现知识的过程。知识发现过程有利于激发学生学习积极性、启发学生创新思维,培养和训练学生科学思维方式和思维习惯。
3.指导学生善于发现问题,培养和训练学生发现问题的能力。紧密联系实际,重视实验分析和设计。目前高考非常重视实验原理、实验程序、实验现象、实验结论和实验设计等的考查。
4.优化课堂,追求课堂高效率的策略。课堂优化与否,课堂效率的高低,直接关系高考备考的成败。重视基础的策略和培养能力,突出能力训练策略都必须通过优化的课堂加以实施。
生命科学与生物学范文3
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关键词 化学观 化学学科特色 生命活动 蛋白质 葡萄糖
1 教材分析和教学理念
苏教版《有机化学基础》专题五“生命活动的物质基础”是由2个单元组成的，重点介绍了糖类、油脂、氨基酸、蛋白质等物质，与人类的生命活动密切相关。由于这部分内容与生物学科交叉，如果教师没有作好处理，会让学生感觉有重复之嫌，故如何在这个章节中突显化学的研究手段、化学的思维方式、化学的关注焦点，从而体现化学学科的特色，揭示“化学观”，就显得格外重要。
在新课程背景下，专家和教师们都越来越关注“观念教学”。“化学观”是居于学科中心，具有超越课堂之外的持久价值和迁移价值的关键性概念、原理或方法。“观念教学”有利于培养学生深层理解力和学科素养，使现在的学生、未来的公民具备并长久地运用化学这一“科学工具”。专题五的教材内容充分体现了化学中的“元素观”“分类观”“变化观”和“实验研究观”，是教师进行化学观教育的有效知识载体和良好契机。
任何一个学科都有其独特的视角和关注焦点。如何利用专题五的教学展现化学学科特色，以区别于其他学科呢？这就需要教师在教学中应用化学研究手段和思维方式，将“化学实验”、“化学思维方法”和“化学语言”这3大特色融入到学生的学习和探究中。事实上，专题五是高中化学别能让学生感受化学学科特色的部分。正是与生物学科存在内容上的交叉，才有机会让学生认识到不同学科关注的焦点是不同的，从而学会对比整合，促成自身认知结构层次的提升。
学习化学有3个层次：宏观现象、微观结构和化学符号。专题五的教材内容安排了许多学生平时生活中熟悉的现象，学生可以通过阅读教材认识到形形的宏观现象，这是化学学习的第一层次。在这之后，教师应该引导学生思考如何由常见的生活现象转入到背后微观结构的变化，领悟“结构决定性质”的化学观，再用特定的化学符号将这些过程进行表述，形成统一的化学专业语言，从而实现化学学习的3个层次。
基于上述观点，笔者将“化学观”教学融入到传统的复习课堂中，让“化学特色”成为复习课堂的方法主线，促成学生在复习课堂中实现学习化学的“3个层次”。
复习课的核心任务是让学生建构知识网络、提升知识的应用能力、掌握复习方法。笔者在教学设计时以生活现象为平台，创设情境，以实验为载体，挖掘理性思维，揭示微观结构，以化学符号的表征为抓手，训练化学语言能力，并以方法指导为重点，培养学习和解决问题的能力。整个教学过程，笔者从一瓶饮料出发，让学生挖掘其中折射出的化学知识和化学思维，再深入到生命活动，让学生体会到处处都存在化学语言和化学观念，最后将观察的视角拓宽到自然界乃至整个宇宙，发现化学原理依然渗透其中。在解决这些实际问题的过程中，提升学生的知识应用能力，掌握“分类法”、“结构决定性质”的学习方法，同时培养学生用化学的眼光去观察生活、生命和整个自然界，感受“事物是普遍联系”和“特性与共性是辩证统一”的哲学观。于是，确定了课堂的教学框架：从化学视角看食品一从化学视角看生活一从化学视角看自然界，形成了本节课的教学流程。
2 教学流程
2.1 从化学视角看食品
首先由营养快线饮料的广告（最营养的蛋白饮品+含维生素最丰富的果汁饮品=最营养的饮料、纯正果汁与香浓牛奶的完美结合）和成分等图片人手，激发学生的学习兴趣，也引发了学生关于“饮料中究竟含有哪些营养成分”的疑问。接着，笔者展示一瓶营养快线，并将它缓缓倒入烧杯中。当看到饮料缓缓流出时，学生发出“哇塞”的叫声。此时笔者提问：“你看到了什么？想到了什么？”学生说好稠，肯定很营养。笔者反问：“为什么稠就营养？”学生推测：应该富含蛋白质吧？笔者追问：“你的判断依据是什么？”学生说：“感觉吧，鸡蛋清就是黏稠的”。笔者赞许地微笑，继而启发学生：“你们能很好地结合生活经验。那能否设计显性的实验证明自己的推断呢？”学生开始议论，有的说用浓硝酸，有的说用双缩脲试剂，还有的说可以用茚三酮试剂，甚至有说丁达尔效应的。笔者在肯定学生的答案之后，选择了前面2种试剂进行演示验证。在学生期待的目光下，饮料中的蛋白质得到了检验，学生也露出了满意的笑容。笔者发问：“大家知道为什么蛋白质溶液是黏稠的吗？”学生再次陷入了思考。“平常大家看倒水，会出现这种现象吗？”学生摇头。“你能从微观的结构解释蛋白质和水倾倒出的不同现象吗？”有学生说因为蛋白质是高分子，也有学生说蛋白质溶液是胶体，还有说是不是蛋白质分子有黏性的原因。此时，教师需要鼓励学生的大胆想象。“蛋白质不仅是大分子，而且还是长条状的分子。它在水中的粒子直径在1～100 nm范围内，故形成胶体。而许多胶体在加热过程中，黏度会增强，形成胶状物质。”学生恍然大悟。
“那么，组成蛋白质高分子的基本单元是什么？为什么它们能形成高分子？能否用电子式表示出这些基本单元的官能团？”此时学生迅速回忆氨基酸的特有结构。“营养快线的厂商标明饮料中含有一种氨基酸，叫做半胱氨酸。大家能写出半胱氨酸形成二肽的方程式吗？”学生根据提供的键线式练习氨基酸的脱水反应，进而体会到氨基酸缩聚成多肽的原理。“氨基酸和蛋白质是非常重要的营养物质，是生命组成的物质基础。所以市场上有氨基酸口服液、蛋白粉等物质。大家在平常的饮食中需要适当摄入这些物质”。
“饮料主要成分中还标明有糖类，其中含有葡萄糖。大家认为该如何证实产品的这一说法呢？”学生马上想到用银氨溶液或新制氢氧化铜溶液。笔者取用了前面加入双缩脲试剂（检验蛋白质）的营养快线进行加热，结果出现了砖红色沉淀。由此，学生理解了生物中的双缩脲和化学中的新制氢氧化铜溶液在成分上是基本相同的。之后，笔者要求学生书写出现砖红色沉淀的化学方程式，再根据葡萄糖的结构列举它还可能进行的反应。在学生交流校对后，笔者投影工业中葡萄糖制备银镜、葡萄糖作电镀的还原剂、葡萄糖成酯作食品添加剂、葡萄糖检验方法在医院中的特殊作用等图片让学生感受葡萄糖在生活生产中的应用。
针对营养快线中的2种主要成分，笔者又设计了“如何分离营养快线中的糖类和蛋白质”的问题让学生对2者性质进行区别。学生提出了盐析、渗析、结晶和调节pH等方法。笔者再追问“根据这2种物质的性质，该如何保存饮料”的现实问题。学生提到了要避光避热防止蛋白质变性、密封防止葡萄糖被氧化。笔者及时展示营养快线上“低温、避光、密封”和“开盖后需冷藏，清当天内饮完”等标签让学生感受化学知识的意义。至此，学生从化学的视角分析了营养快线的成分，认识到饮料中蕴含的化学知识。这样，笔者再让学生总结蛋白质、氨基酸和葡萄糖的性质也就水到渠成了。
教学意图：利用熟悉的饮料所含成分的检验并表征过程中的变化，意在突出“微粒观”、“变化观”和“实验研究”等化学观的教育，体现“结构决定性质”，“宏观与微观联系”的学习方法，并训练化学语言，在关注“双基”的同时，促进学生化学思维的培养。
2.2 从化学视角看生命活动
在这一环节，笔者由“为什么广告商还不忘宣传营养快线中的维生素、无机盐和脂肪呢？”的问题引入。学生马上联系到这些物质在生命活动中的重要作用。于是，笔者进入到本专题的核心知识：（1）完成生命活动需要哪些物质？为什么称它们是生命活动的物质基础？（2）这些物质在生命活动中都发生了哪些化学反应？笔者让学生阅读教材并回答上述问题，解释营养快线中添加这些成分的原因。这时候学生阅读教材的心理就发生了变化，因为此时学生需要主动寻求知识解决他们遇到的实际问题。在结合油脂可以水解生成营养物质、可以水解制备肥皂，并且许多食品中都含有氢化油、单甘酯、双甘酯等添加剂后，学生认识到油脂不仅是重要的营养物质，还起着改善食品味道的重要作用。随即，笔者要求学生书写油脂的通式和水解反应式以加深对油脂应用的理解。通过这2个环节的学习，学生认识到每种营养物质在人体中都有特定作用，无论哪种营养成分不均衡都会引起生理疾病，于是学生学会用化学的眼光看待生命活动，感悟到化学能让我们的生活更美好。
为了让学生科学看待食品和生命活动，笔者在此还设计了2个实际问题：（1）如今，人们呼吁健康饮食，提倡低热量的食品，于是大面积地出现了“零脂肪”的饮料或其他食品，大家认为这些广告可信吗？为什么？（2）娃哈哈公司“用营养快线代替早餐”的广告以说明饮料的营养价值。请大家展开讨论“营养快线能否代替早餐”？
教学意图：通过2个核心问题引导学生整理归纳本章节主要知识内容，自主建构知识网络，促进融会贯通，再呈现生活中的2个实际问题，让学生学会运用化学知识，培养理论联系实际的能力。
2.3 从化学视角看自然
在完成上述2个环节后，笔者让学生思考：学了专题五，你认为该专题与前面专题有哪些联系？你在学习本专题时都应用了哪些已学知识？学生提到了“分类”、“结构决定性质”的思想方法。笔者一进行小结强化，并提出问题：在本专题中还涉及到了立体异构的知识，葡萄糖是D型，氨基酸是L型。我们的宇宙是否就存在这样的对称性呢？于是让学生阅读相关资料，提出宇宙中是否存在“有智慧的右旋氨基酸生命”的质疑，也引出了科学家们的困惑：宇宙中是否存在着一种奇特的普适性的对称规律？课堂最后鼓励学生今后继续运用科学知识的武器去探索自然之谜。
教学意图：透过化学视角看自然才能让学生感知化学无所不在，领悟化学的学科魅力。那么，如何才能解决自然界中许许多多的化学问题呢？掌握化学方法才是根本。这就需要学生学会学习，这也是复习课中非常重要的一项教学任务，正是本节课设置这一环节的目的所在。
3 教学反思
生命科学与生物学范文4
【关键词】生命科学史 科学素养 人文价值
【中图分类号】G632 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2014）25-0143-02
生命科学史揭示了科学家们思考和解决生物学问题的思想历程，其中记载着科学家的生平事迹和探究过程，呈现了科学家们的科学态度、科学精神和科学价值观。如果能把它们渗透到生物教学中，对于培养学生的生物学素养、科学素养、人文素养都具有积极的教育意义。
近年来，生命科学史的教育价值越来越被肯定，新课标教材的编写也注重了科学史的运用。人教版高中生物学新教材必修模块中的科学史素材有20多处，这些材料在教材多处都有出现（如科学家访谈、科学史话、科学家的故事、科学前沿、资料分析或章节的正文等），其数量和详细程度远远超过以往教材。为此，本人就人教版《必修1・分子与细胞》《必修2・遗传与进化》《必修3・稳态与环境》3个必修模块为例，对其中体现科学史人文教育的内容进行统计分析，并试图在生物教学中能有效地将科学史教育融入其中，引导学生培养正确的人文价值取向和良好的科学素养。
一 生命科学史教育的意义
生命科学史是一门反映生物科学进程的人文科学，有助于学生在认识上跨越自然科学与人文科学的鸿沟，是高中生物教学中一项宝贵的教学资源。生命科学史教育对于实现新课标理念具有重要的意义，生命科学史既包括科学家对生命现象的研究过程，也包括科学家研究生命现象时所持有的科学观点和态度；既包括生物学理论和方法的形成演变，又包括生命科学与各个学科之间的联系和对社会的影响。
1.生命科学史揭示了自然科学的本质
生命科学史揭示了自然科学的本质，同时阐述了每个观点产生与发展的科学过程。如20世纪初，萨顿和鲍维里在孟德尔遗传学及19世纪末在染色体的变化、体细胞与生殖细胞的分裂等方面的成果上，提出了染色体学说，即孟德尔所说的遗传因子可能就在染色体上。但是当时没有足够的证据证明他们的观点。直到1910年，摩尔根利用果蝇作为实验材料通过一系列实验发现，控制果蝇眼色的基因位于性染色体上，才证明了萨顿、鲍维里的假说。从“基因位于染色体上”的形成过程可以看到科学观点产生的历程。
2.生命科学史揭示了人们思考和解决生物学问题的思想历程
生命科学史是一部思想史，它揭示了人们思考和解决生物学问题的思想历程。但是这些思想受到了当时文化背景和科学技术水平的制约。生物学新知识的产生，首先都需要从思想方法上有所突破。例如，“物种是演变的”这一思想的确立就是对“物种是不变的”思想的一个突破。人类对生命个体发育的探究历程也体现了思想方法上的创新。这些事实反映了当时的思想氛围并影响着人们对事物的认识，科学家的思想以及思想转变与他们从事的科学探究是密切相关的。这对学生形成正确的思想认识具有积极的教育意义。
3.生命科学史教育能培养学生正确的科学价值观
“杂交水稻之父”袁隆平院士的事迹被广为传颂，从而使学生感受到坚持不懈的重要性；遗传学奠基人孟德尔发现了遗传的基本规律，创立了遗传学。然而遗憾的是，这一伟大的理论被埋没了30多年才为世人所知晓。这个例子从反面让学生深刻体会到科学之路并不是一帆风顺的，而是充满了艰辛与挫折，要想获得成功，就必须树立正确的科学价值观，勇于面对挫折和失败，培养对科学百折不挠、坚持不懈的意志和品质。
二 对人教版必修模块科学史人文教育内容的统计
经过深入细致的挖掘，高中生物人教版《必修1・分子与细胞》中，共有5个章节插入了科学史人文教育，篇幅也是3本教材中比例最多的。主要集中在“科学前沿”“科学史话”和“资料分析”等栏目中，涉及科学家们不为人知的科研历程和一些与教材知识点有关的前沿领域的发展。既有自然科学学说观点的产生过程，又能体现科学家们坚持创新的人文精神。这不仅使学生对高中生物学产生浓厚的兴趣，也为接下来的人文科学学习做了铺垫。
在《必修2・遗传与进化》、《必修3・稳态与环境》两本教材中，涉及的生命科学史人文教育的具体内容主要集中在课本正文以及“科学家访谈”栏目中，因为在学习了第一册的细胞学知识后，学生们对高中生物学的认识有了一个基本的框架和一定的基础，因此在必修2和必修3教材的正文中，学生们可以一边阅读知识点，一边渗透科学史人文教育，充分了解遗传、进化、生态等领域的重要科学观点的产生过程以及孟德尔、摩尔根、沃森、克里克等生物科学家们的艰辛历程。更值得一提的是，学生们应当从《必修3・环境与生态》的学习过程中联想到我们国家一直所倡导的“可持续发展”政策，明白保护生态环境就是造福子孙后代。
三 生命科学史教育在高中生物教学中的应用
新一轮的高中生物新课程改革的主要目标是进一步提高学生的生物科学素养，生命科学史中蕴涵的教育价值对于实现这样的课程目标具有积极的意义。因此，将科学史教育恰当的应用于生物教学中，对于培养学生的科学素养具有很大的促进作用。
1.结合生命科学史，进行科学方法的教育
在必修2中有这样一个例子：DNA双螺旋结构的发现堪称现代生物学史上一项划时代的杰出成就，因为它把人们对生物学的研究视野从细胞水平推向了分子水平，并为分子生物学的创立奠定了重要基础。在DNA双螺旋结构的发现中做出了重大贡献的科学家有四位：弗郎西丝・克里克、詹姆斯・沃森、莫里斯・威尔金丝、罗萨琳・富兰克林。然而在这四位科学家中，只有沃森毕业于生物学专业，克里克和威尔金丝均毕业于物理专业，而富兰克林所学专业为化学。在此之前，有许多著名的生物学家研究过这一课题，但都没有取得突破性的进展，而在研究DNA方面知识最欠缺的沃森和克里克为什么最终能取得如此巨大的成功呢？学生自然会有疑问。这四位科学家在大学学的是不同的专业，具有不同的知识背景，然而正是这一特点帮助他们走向了成功，沃森和克里克以威尔金斯和富兰克林提供的DNA X射线衍射图谱的有关数据为基础，着手建立DNA分子模型，其间也屡屡失败，后来在查哥夫实验的启发下，解决了“碱基配对”的问题，经过反复讨论，终于在1953年初提出了DNA 双螺旋结构的分子模型，他们把这个用金属材料制作的模型与拍摄的X射线衍射照片比较发现二者完全相符。这是科学史上由于学科交叉而产生的一次重大的科研成果。这几位科学家结合了生物学、化学、数学等不同学科进行综合研究，并创造性地运用了模型构建的方法，把复杂的科学理论转化为简单易懂的实物模型。这一巨大的研究成果使学生对科学方法的运用有了深刻的体会：生命科学需要利用其他学科中的思想和研究手段；同样，其他科学也在吸收生物学的灵感。任何一门学科都不是独立的，而是相互渗透、相互影响、共同发展的。
2.通过科学史教育培养学生的人文价值
从整个必修模块来看，在科学史这一方面，该套教材隐含着生命科学史所具有的“追求韧性品质、创新精神、坚持不懈、求实、合作、交流、责任感”等人文素养内容。其中，创新这一思想所占的比例很大，这与中国追求培养创新型人才方针有密切的关系。在学习生物学知识中，应当让学生有意无意地感受到这些史实人文素材当中的人文思想。具体来说，“探索生物大分子的奥秘――与邹承鲁院士的一席谈”这则人文素材中，邹承鲁院士告诉大家，做课题需要很大的勇气和创新思维，同时，他做学问的基本原则是：努力追求科学真理，跟踪最新发展前沿。并且材料中也出现了“做研究需要锲而不舍，永不自满，为祖国做贡献，办老实事，说老实话，做老实人”等体现求实、合作交流、责任等人文思想情感。这些科学史教育素材对于培养学生的科学态度和科学精神及人文价值取向都有很大的积极意义。
生物学是一门博大精深、具有丰富历史的自然科学，与传统的数理化等课程相比，既包含了复杂深邃的科学知识，同时又具有丰厚的人文底蕴。学习生物科学史能使学生沿着科学家探索生物世界的道路，理解科学的本质和科学研究的方法，学习科学家的精神。这对提高学生的科学素养和人文价值观具有重要的意义。教师不仅要注重学生们科学知识的学习，更要注重他们科学素养的提高，以史为鉴，增强学生的学习兴趣，培养他们的观察能力、识别能力、探索精神以及坚韧不拔、锲而不舍的优秀品质，使学生能成为勇于创新、开拓进取的有用之才。
参考文献
[1]邓过房.人教版高中生物教材科学史人文价值取向[J].基础教育研究，2010（1）：31
[2]杨瑞林、王永胜.生命科学史的教育价值[J].课程・教材・教法，2005（4）：22
[3]徐江平.让生物科学史教育渗透于教学之中[J].生物学通报，2010（11）：24
生命科学与生物学范文5
1.信息蕴涵在试题中的文字中
2.信息蕴涵在图解、表格中
图表能将复杂问题简单化,抽象问题直观化,能调动学生多种感官参与学习活动,从而提高学习兴趣,促进学生形象思维的发展,起到语言文字所不能起到的作用。
3.信息蕴涵在社会科技热点中
考试大纲要求考生关注对科学、技术和社会发展有重大影响和意义的生物学新进展,但只是要求对“重大”进展予以“关注”。至于什么是重大进展,没有明确界定,但至少应该几乎是家喻户晓的、全社会都能加以关注的内容,同时又是学生能够接受的,又与中学教材内容有联系的内容。
因此,“获取信息的能力”具体表现为考生通过对题干的阅读,迅速且准确地获取与试题问题相关信息的能力。需要考生从试题给出的文字、图表中捕获与解决问题相关的有效信息,然后与所学知识相结合,从而解决相关问题。
历年来的高考大纲(理综生物)的能力要求第三部分都是“获取信息的能力”,老教材要求:(1)会鉴别、选择试题给出的相关生物学信息,并能运用这些信息,结合所学知识解决相关生物学问题。(2)关注对科学、技术和社会发展有重大影响和意义的生物学新进展。
新课程要求(1)能从课外材料中获取相关的生物学信息,并能运用这些信息,结合所学知识解决相关生物学问题。(2)关注对科学、技术和社会发展有重大影响和意义的生物学新进展以及生物学发展史上的重要事件。
1.从传播媒体中自主获取生物学科的前沿知识
在实际教学中,可以引导学生通过课外各种媒体关注生命科学研究的最新动态的报道,来了解生命科学的新进展。如报刊、杂志以及互联网、电视节目、广播新闻、图书馆、新华书店等。
2.从生活实际中自主获取生物学科的日常知识
生命学科知识具有很强的实用性,我们日常生活中处处都能接触到,只是有的学生视而不见,没有给予它们更多的关注。在教学中,我鼓励同学关心生活、关心身边小事,善于发现问题并予以重视,尝试把生产生活实际与教材中生命科学知识相联系,从中获取相应信息。
3.从社会热点中自主获取生物科学的相应知识
生命学科不仅与生活实际有着广泛联系,还与许多社会事件、社会问题密切相关。在教学中,根据知识点,有机地与相关社会热点、事件相联系,拓展知识,使学生对某一热点问题有较全面的认识,从而获取生物科学的相应知识。
4.尝试改编、整理或命制生物学情景习(考)题
生物学情景题是指以一些经典实验或当前的社会热点问题为背景命制而成的试题,要求学生运用所学知识分析、解释甚至解决材料中的问题。
实践成效:
1.增强了学生课外获取信息的意识
许多学生从原来只看课外传播媒体中的文体新闻、娱乐节目到现在有意识的关注生命科学的报道和资料,有的同学说:现在看报纸、杂志、上网、陪父母逛超市买东西,都要留意有关生命学科的相关知识,产品介绍、说明、成分。这说明学生已有意识开始关注获取课外的信息。
2.增强了学生关注生活、关注健康、关注社会的责任感和情感,激发学习兴趣
生命科学与生物学范文6
一、选择《生命科学导论》研究型教学方法
《生命科学导论》涉及基础生物学、生物科学史、细胞生物学、遗传学、分子生物学、生态学、现代生物技术与伦理学等多学科内容，知识面广博、热点问题颇多、综合性较强、更新速度快；而我院非生物专业的学生理论基础知识参差不齐、生物知识结构不完整，因此，选择研究型教学能有效地提高教学效果。经过多年教学经验的积累，在教学中，我们将《生命科学导论》课程的教学内容以专题的形式结合学生的基础和专业进行展示，即“生命系统与生物科学史”、“生物与营养健康”、“生物多样性及其保护”、“生物与环境”、“细胞与细胞工程”、“基因与基因工程”、“生物信息与生物芯片”、“仿生学与生物材料”、“生命科学伦理”。以专题形式将教材内容的主要知识点进行提炼和概括，结合学科发展的全过程动态，把相关的基础理论知识和最前沿的东西展示给学生。每个专题都有一条线索，以这条线索创设情境，让学生进行各种形式的探究、讨论来学习掌握这一线索穿起的生命科学的理论知识及相对应的生物技术。这样不仅可以照顾到各个专业不同层次的学生，而且能在教学过程中很好地将不同学科融会贯通、交叉渗透，容易形成培养学生科学素养和创新意识的教学环境，促进学生全面发展。
二、利用网络资源辅助研究型教学
研究型教学改变了学生单纯地、被动地接受知识传授的学习方式，在传统教学的基础上，更加注重发挥教师的主导作用和学生的主体作用，构建了一种开放的学习环境，为学生提供了一个多渠道获取知识并将学到知识综合应用于实践的平台。随着生命科学的快速发展，为让学生更好、更多地了解和掌握生命科学前沿和热点问题，便捷的互联网便成了研究型教学的好帮手。学生可以通过网络获知国内外生物学最新科研成果，关注生物学发展的最新动态。在教学过程中，授课老师可结合容易引起学生关注的有关课程知识点（战胜癌症、学习和记忆、基因工程、保护生物多样性、生命伦理学等）设立专题，让学生通过网络查阅国内外相关文献，然后由授课老师指导学生进行综述和汇报查阅的结果。这样不仅提高了学生的学习兴趣，加强了师生之间的交流，而且开拓了学生的知识面和研究思路，锻炼了学生阅读和分析文献的能力，培养了学生自主学习的能力，提高了学生思考和归纳能力。在课后，授课教师还可利用网络教学平台，将所讲专题与相关网站进行链接，或把学生感兴趣的话题通过精美的图片、FLASH和3D动画等方式展示，与学生继续进行讨论，交换信息，从而取长补短，促进研究型教学的深入开展。四、运用科学的方法进行多层次考核研究型教学的考核制度要体现研究型教学的过程，要运用科学合理的方法对教师和学生进行全面客观地评价。以往《生命科学导论》课程以期末考试的形式进行考核，在平常上课时间不组织任何形式的考核，考查结果只能体现学生对基础知识的掌握，这样忽略了学生学习兴趣的激发，不利于学生灵活运用基础知识能力的培养，制约了学生创新意识和创新能力的提高。实施研究型教学后考核制度实行多样综合性的评价，考核评价包括两部分：平时考查成绩（50%）和期末考查成绩（50%）。平时考查主要包括学生学习态度（20%平时考勤和上课纪律）、课堂表现（30%回答问题、上课讨论及提出问题）和平时作业（50%写小论文、课程设计、案例分析、实践操作、总结报告）；期末考查以闭卷形式考核学生基础知识、素质能力和情感价值观。考查结果不仅能体现学生对基础知识的掌握，而且也促进和提高了学生运用知识，自主地发现问题、研究问题和解决问题的能力。对学生考核结束后，教师在学生中可以进行访谈或者问卷调查，查缺补漏，不断反思，从而摸索出利于学生积累知识、培养能力和锻炼思维的新型教学及考核模式。对学生进行多元化、综合性的评价，不仅能真正全面地评价学生的综合能力，而且对教师的教学态度、教学内容和教学手段也是有效的评价，这样，不仅调动了教师工作和学生学习的积极性，而且促进了研究型教学正常有序地深入开展。实践证明《生命科学导论》课程采用研究型教学，能引起学生学习的兴趣，激发每个学生的潜能，培养学生创新意识、创新思维和创新能力。但在《生命科学导论》课程实施研究型教学的过程中，授课教师不仅要对该学科具有深刻的理解和宏观的调控，而且对学生的基础必须进行准确地把握，才能与学生真正进行交流，并能很好地掌握课堂上生成性的问题，做到真正启发、引导、指导学生进行研究型学习。因此，研究型教学的实施对授课教师的教学水平提出了新的、更高的要求，所以我们应不断进行积极探索与实践，并总结经验教训，循序渐进，不断地提高自己的研究型教学水平。
作者：武林芝 单位：太原大学教育学院
