生物学范例

摘要:本文以叶绿体色素提取和分离实验的拓展设计为例，探讨了怎样通过“变定性为定量”“变验证为探究”“变个人为小组”来提高学生的科学探究核心素养水平。

关键词:科学探究;生物学核心素养;实验设计

1科学探究核心素养的要求

科学探究是生物学学科核心素养之一，是指学生发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及对结果的交流与讨论的能力。依据《普通高中生物学课程标准(2017年版)》(以下简称“新课标”)，高中阶段学生应达到的“科学探究”核心素养由低到高，共四个水平层次。从表1可见，高中学生生物学科学探究能力要求的起点是“能规范实施给定方案，得出所给定问题的结论”，最终要达到“在现实中发现有效问题，并能根据条件设计可行的方案，实施方案得出合理结论”。在此过程中，学生的实验操作技能、分析数据和现象的能力也在不断加强。在高中生物学教学中，实验是发展学生科学探究素养的最佳方式。然而，当前生物学教材中的实验，一是定性实验多，重现象观察，轻数据收集和分析;二是验证实验多，问题和方案均已给定，学生创新设计和探究的机会少;三是实验工作量少，学生单人即可完成实验，不利于培养学生沟通合作的能力。因此要使学生的科学探究素养得到真正发展，要将教材实验进行适当拓展，如变定性实验为定量实验，让数据收集与分析成为必需，让团队合作和交流成为必要;变验证实验为探究实验，让学生自主设计实验成为必然。

2实验拓展

2．1教材实验分析

“叶绿体色素提取和分离”是高中生物学中的经典实验。现有教材中，这是一个验证性实验，学生根据教材的步骤进行实验操作，最终层析得到叶绿体的四种色素条带。学生能掌握提取和分离色素的原理和具体的操作方法，证实叶绿体中光合作用色素的存在。实验设计简单，从新课标对科学探究水平要求看，属于水平一的要求。光合作用的内容，不仅涉及物质与能量转换等生物学机理，也涉及到环境因素对光合作用影响以及在生产实践中的应用等。因此，光合作用相关的实验可以设计成为适合更高水平层次要求的探究实验，培养学生的科学探究能力。

一、复杂性研究概况   复杂性是相对于简单性而定义的。所谓的复杂性指的就是一种复杂的属性或状态。许多科学家相信自然界的基本规律是简单的。还原论的基本思想也就是找出复杂现象或事物背后的简单机制。自牛顿时代以来，经典力学和还原论就一直是科学研究的基石。然而，还原论和决定论无法分析和恰当地解释复杂系统特征性的突现性质。上世纪三四十年代随着系统科学的发展的不断深化，逐渐出现了新的发展阶段———复杂性研究。到了上世纪六七十年代自组织理论、非线性科学的兴起掀起了复杂性研究的第一个高潮。[1]从上世纪八十年代至今，伴随着协同学、软系统理论、耗散结构论、混沌理论等理论的出现和持续活跃，又掀起了复杂性研究的又一轮高潮，之后便产生了SFI和OCGS理论。当下，有的学者把复杂性研究主要分为三大学派：欧洲学派复杂性研究，以普里高津学派为主要代表；美国学派复杂性研究，以圣塔菲学派为主要代表；中国学派复杂性研究，主要是钱学森学派。   （一）普里高津学派   普里高津学派复杂性研究的主要特点是：在基础科学层次上———耗散结构论，探索复杂性，理论视角比较高；以自组织理论为其学术旗帜，他们认为复杂性是由于自组织而产生；同时他们对复杂性进行了深刻的哲学审视，提出了许多有代表性的思想。他们把自己的研究明确划归复杂性科学。普里高津学派被普遍认为是最早把复杂性研究称为复杂性科学，并对其进行系统的论述；其次，他们还拓宽了复杂性的意义。对于复杂性传统的认识是，只有在生命水平以上的层次才会出现复杂性，在物理和化学等领域出现的问题根本谈不上是复杂性问题。但是，普利高津从理论层面对其进行了反驳，并证明了，复杂性是客观世界普遍存在的，同样包括物理层面，而不同领域的复杂性之间具有显著的差别；除此之外，“他还首次系统的梳理了复杂性科学的概念体系，也称为‘复杂性词汇’，具体包括：非线性、非平衡、衡、远平衡、稳定性、自发性、不可逆性、有序、无序、反馈、突变、涨落、自组织、耗散结构、信息等。”[2]   （二）圣塔菲学派   圣塔菲学派对世界复杂性研究产生了非常广泛的影响，获有“世界复杂性研究中枢”的称号。该学派以圣塔菲研究所为中心，形成了一个流动的研究群体，世界各地的复杂性研究学者都可以被吸引参与。在这里他们拥有了交流、融合、升华的机会。因此，大量的复杂性研究成果在这里涌现。而圣塔菲自身就是科学前沿涌现出来的一个复杂适应系统。它的主要贡献有：发展了复杂性研究的自组织论进路；扩展了复杂性研究的信息论进路；丰富了复杂性研究的生成论进路；拓展了复杂性研究的计算机模拟进路；开辟了复杂性研究的涌现论道路。[3] （三）钱学森学派   我国开展对复杂性研究主要是从二十世纪八十年代开始的，研究队伍比较庞杂，凡是国外一些大的学派，基本上都有跟踪。但是都不成学派。所谓的中国学派，主要是指钱学森学派。钱学森对中国的复杂性研究最突出的贡献有两点：一是倡议和指导了“系统学讨论版”的学术活动，推进了国内对系统科学及其相关理论的深入探讨；另一个是在上世纪八十年代总结并提炼了“开放的复杂巨系统”理论以及“从定性到定量综合集成方法”的方法论。正是这一成就使得我国的复杂性研究能够在世界上独树一帜，同时这也是钱学森学派在复杂性科学研究中能够“独领风骚，屹立群伦”的根本原因。[4]   二、从三种生物组织水平看生物系统的复杂性   复杂性是生物学具有的固有属性。生物学系统，不论是从细胞还是到生态系统，都是由许多相互影响的复杂方式所构成的。虽然我们可以获得许多关于系统的各个构成部分的知识，但是，我们却很难获得一个复杂的生物学系统的真正定量的以及整体的知识。尤其是，当整个系统中的某一个组成部分发生改变或者是其所处的环境发生改变时，我们更难以获得这个系统是怎样调整其功能的。现代系统论之父冯•诺依曼早就说过，“阐明复杂性和复杂性概念应当是二十世纪科学的任务，就像十九世纪的熵和能量一样。”[5]对于生物学而言，目前为止最成功的、最有效的研究方法依旧是还原论思想指导下的描述性的研究方法。然而，当面对大量的有价值的数据信息时，这种方法就有可能会面临计算机科学中所讲的NP———complete问题，同时也不会对整体视野下复杂现象的定量解释有所帮助。但是，复杂性理论的出现对还原论的假定提出了质疑。它提出了新的概念框架，并且希望能够引导科学范式的迁移。生物的复杂性体现在各个方面，而我们主要从以下三种生物组织水平上———细胞、中枢神经系统以及自然生态系统，去体验生物系统中的复杂性问题研究。   （一）细胞系统   细胞是整个生物体系中复杂的一个系统。若干年来，科学家们在还原论方法论思想的指导下，利用不断革新的生物技术通过对某个基因、某个蛋白质或者是某个生物化学过程进行细致的分析和研究，使得生物学的分子领域取得了划时代的成就。我们也了解了许多关于基因及其产物如何运作的知识。但是，细胞是一个小而全的功能单位。我们只有综合细胞中所有基因及其产物的知识，才能知道细胞作为一个整体是如何工作的。这种“综合”也已经开始研究。例如，当不同的基因决定产物的序列时，一些信号通道的反应就可以被人们所预测。然而，这其中许多通道都是相互联系的，并且还会有多种调控步骤的层叠，同时又会有许多反馈步骤包含于这些多种调控步骤的层叠之中，这就使得人们对一些反应的预测变得尤为困难。细胞内绝大多数的情况都是相互联系的。为了从整体上把握这种相互联系，我们必须找到一个方法去对细胞内的许多组分和产物的等级结构进行分门别类，判定这些组分和产品如何相互影响和被控制，认识多数细胞过程如何适应环境条件的变化以及对变化的条件作出反应。[6]#p#分页标题#e#   （二）中枢神经系统   作为生命系统的指挥和协调中心———神经系统，其中枢功能结构为大脑，近十年来脑功能的科学研究是复杂科学领域中的一个热点。大脑的结构十分的复杂。按照空间尺度，它的组织层次可分为：分子、膜、突触、神经元、核团、回路、网络、层、投射、系统。在较低的层次上是无法观察到大脑所表现出来的某些高级功能的。因为，这些高级功能之中有些是由各个单元之间的相互作用而涌现出的集体行为。人的思维规律虽然是不断变化的，但是在最低层次的客观规律是不会变化的。脑功能的复杂性首先体现在各神经子系统自身的高度非线性、不稳定性和适应性；其次体现在它们之间相互连接的非均匀性及大规模并行等特点。不仅如此，即使在非常简单的神经系统中也存在着令人惊异的复杂性，这反映在它们的功能、演化历史、结构和编码方式。比如，单个神经元放电的时间序列包含复杂多样的时间模式，反映了神经细胞内的复杂的动力学过程。[7]   （三）生态系统   地球生态系统被定义为生物和其非生物环境的整合，包含着一种人类和自然界之间存在一个强烈的反馈作用，是一种典型的复杂系统。人们一直试图了解群落和生态系统水平上的复杂性与稳定性之间的关系。在这里，人们把生态系统看做是一种处于混沌的边缘或临界态的适应性复杂系统。生态系统内部的相互作用构成了其有序化、自组织及复杂化的主要动力。这里生态系统被看作一种适应性复杂系统，处于混沌的边缘或临界态。其内部作用是生态系统复杂化、有序化及自组织的主要动力。例如，史密斯森热带研究所（STRI）的KlausRuetzler领导的研究组对红树林生态系统中微生物与营养成分之间的相互关系的研究。他们利用CarrieBow珊瑚礁岛上海洋定位站的大量资料，对伯里兹、佛罗里达和巴章马的长期定位观察所取得的数据进行了非线性分析。他们的结果说明了红树林群落内部和群落之间的营养物质的分布并非是均匀的；土壤的肥力从氨到磷沿狭窄的空间梯度变化；人为的营养富集是主要因子。最后，这项研究说明了自然、农业、水产养殖和城市污染源的变化对红树林生态系统中各成分之间脆弱平衡的影响程度，也说明了网络分析方法有助于综合相关学科的发现以及模拟生物的复杂性。[8]   三、结语   科学研究的最终目的是为了理解自然世界。自牛顿时代以来，科学研究的基础一直被还原论和经典力学所占据。科学家们无论是在认识论的层面还是在本体论的层面都选取了还原论的方式，试图将世界的复杂性通过还原，并对其还原的最简单的组分的分析来得以解决。上个实际五十年代，分子生物学的研究逐渐增多。生物学家们也都是利用还原论的方法，通过对生物系统的还原并对其还原组分的物理和化学性质进行分析来解释生物系统。在分子生物学研究范式的指引下，生命科学取得了巨大的进展。正如DNA双螺旋模型的创立人之一克里克（1916—2004）所说，“现代生物学研究的终极目标是用物理和化学原理解释所有生物现象”[9]。在相当长的一段时间内，生物学的发展笼罩在一种还原论的思想下。然而，自上世纪末以来，基因组学、蛋白质组学、代谢组学以及生物信息学等生物学学科逐渐兴起并兴盛。这使得一场深刻的革命在生物学领域开始发生。很多生物学家开始逐渐认识到还原论的局限性，都认为复杂的生物系统需求一种新的研究范式的诞生。而复杂性理论恰好就可以提供这一新的概念理论。   对生物学的复杂性研究，从方法论上弥补了以前的单一的还原论模式，从方法论上为生物学的研究指出了新的道路，使生物学的发展由以前的还原论与决定论，走向了新的整体论。尽管，复杂性研究为生物学的研究指出了一个新的方向，但是到目前为止，生物复杂性研究还仅仅是一个开端。生物复杂性研究所面临的基础理论框架的建立、跨越多个生物系统的普遍量度、生物复杂性研究数据的、不确定性、弹性和脆弱性、系统分析与分子技术融合的信息处理问题等等将会是21世纪生物复杂性研究的新的挑战。

在初中生物学教学中，可以让学生了解到基本的生命科学知识。初中生物学教学已经进入现代化阶段，大部分生物学知识教学主要围绕着生命科学开展。应用完善的生物学教育理念，可以提升初中生物学课堂教学质量，增强学生创新能力与学习能力。在生物学教学中应用生物学教育理念依然受到多方面因素的影响，初中生物学教学需要做好改革工作，从学科教育特性出发，完善生物学理念应用的细节部分，保证初中生物学教学的稳定发展。

一、生物学教育理念对初中生物学教学产生的重要影响

初中生物学教学主要针对生命体发展进行研究，属于自然科学的教学内容，在生物学教学理念的应用过程中，教师需要遵循生物学科学发展规律，对教学知识进行深入研究，寻找生命发展和生命产生之间的联系。在确定基础教学方式后，提高学生对生物学知识的认知能力。在初中生物学教学中，教师要重视生物学教育理念的重要地位，为学生提供独立的思考空间，增强学生理解能力。我们在对自然科学进行研究中，需要拥有尊重生命和尊重自然的思维。在生物学教学理念出现后，初中生物学教学体系发生了变革，需要让学生主动学习教学内容，增强生物学学习意识，让学生具备社会公益感，提升学生的个人修养，为学生的日后发展奠定基础。

二、初中生物学教学现状与教学策略研究路径

（一）初中生物学教学中遇到的问题

从现实角度来看，初中教学过程中，部分教育人员没有关注学生的实际学习状态，让学生被动学习大量的生物学知识，解决学习过程中遇到的问题。但部分学生缺乏主动思考的意识，没有对生物学知识点进行透彻的理解，从而对学生思维成长造成了影响。另外，生物学教学开展中，教师将重点放在基础知识学习上，没有关注学生综合能力的发展，课堂教学缺乏趣味性，增加了学生的学习负担。在教学改革背景下，初中生物学教师需要寻找更多路径，改变传统教学思维和教学方案，为学生创造理解生物学知识点的环境，解决教学过程中存在的现实问题。教师在研究教学问题时，仅从自身角度出发，忽视了学生的主体地位，过多关注学生课后的巩固学习。最后，初中生物学教学使用的教学方法缺乏针对性，使学习优异的学生获得相对较多的学习资源。所以，初中生物学教学需要关注所有学生的状态，逐渐拉近学生之间的学习差距，帮助学生树立学习自信，才能达到生物学教学的理想目标。

（二）生物学教育理念下教学策略创新的原因

一、高中生物实验教学中存在的问题

1．学校、老师对实验课的重视度不高

大多数生物教师在传统教学理念的影响下，认为生物实验教学只是生物教学的一种辅助工具而存在，没有理论课来的重要．这就导致许多学校的实验课基本上是讲解、背诵实验目的，实验原理，实验器材，实验步骤，实验结果，考试时也仅仅是粗略地考查实验，片面强调实验操作的熟练化，注重实验的结果，轻视在实验中发现问题，分析看到的实验现象，实验课沦为一种简单的实验技能训练，而研究方法的探寻不被重视，它的重要科学价值被抹杀．常此以往学生不仅失去了独立思考的机会，更会变成只会机械背诵，应付考试的机器，创新精神的缺失将更加严重．生物学的教学形式迫切需要变革，生物实验教学急需改进，一定要将生物实验教学落到实处才能培养出具有创新精神的新时代学生．另一方面，实验室利用率很低，大都闲置着．大部分学校都有单独的生物实验室，但平均利用率很低．学校在进行课程安排时将大部分的时间安排在理论课教学上，学生的实验课时间被大大压缩，理论与实践存在脱节的现象．

2．学校的硬件设施没有跟上

学校硬件设施的配备与学校对生物实验的重视程度，学校所在地的经济文化的发展程度有着极其密切的关联．总体而言，当前大多数地区的经济发展程度都可以满足基本的硬件设施配备需要，只要学校更加重视这方面的教育，加大一定的投入，基本的实验器材还是可以满足的．但生物学实验受外界客观因素的影响较大．客观条件的限制是实验课开设度不高的重要影响因素．有一些生物学实验需要用到较为先进的观察仪器，但这些仪器的价格高昂，大多数学校很难拿出足够的经费引进．另一些实验需要用到活体，像家兔，小白鼠，蟾蜍等，这些实验材料的储存需要找专人看管，投入的人力物力较大．其次，在一些偏远地区或者比较偏远的农村，想达到和大城市学校一样的实验配备在现有的经济条件下是不允许的，许多农村中学缺乏实验课程必备实验器材，开设实验课困难重重．

3．缺乏实验研究意识

当前学校开设的一些生物学实验，仅仅是从书本中选取一些操作相对简便，耗费的人力物力相对较少，没有危险性的最基本的实验，这已经远远不能满足新课程的需要．理想与现实总是存在一定的差距，当前的生物学教学中存在一些薄弱环节需要加强．

生物学核心概念是高中生物教学的重点，也是高考的重点。下面以人教版必修三教材中“生态系统的结构”一节中出现的两个核心概念为例谈生物学概念教学中应该注意的“前概念”和“概念的外延”两个问题。   1概念一：生态系统   1.1问题   生态系统的概念的理解是学生学好生态系统的结构、功能和稳定性的基础。在考试时，学生往往在具体实例分析时判断不准什么属于生态系统，什么属于群落。   1.2问题探讨   在实际教学过程中，学生往往只知道生物群落和无机环境构成了生态系统，但缺乏对其前概念的理解以及概念的外延理解，在具体实例分析判断时才容易出错。   1.3具体教学设计   教师先引导学生思考“：什么是系统？”学生根据自己的认知水平可能回答不出。在学生思考后，教师总结“：系统是指彼此之间相互作用、相互依赖的组分有规律地结合而成的整体。”然后教师用教材中问题探讨中土壤与生物的实例给予解释，学生很快会理解生态系统概念中“相互作用”的含义。接着再举教材中的实例提问：动物园里饲养着各种动物，也栽培了多种植物。一个动物园中的全部动物是一个系统吗？全部动物和植物是一个系统吗？这样使学生进一步巩固对“系统”这一概念的理解。学生在理解了“系统”的概念后，教师进一步引导思考“：系统既然是一个整体，它应该有一个范围，生态系统的范围有多大呢？”这时，教师可以指导学生阅读教材88页的下面一段有关内容，然后教师总结：“生态系统的范围有大有小，地球最大的生态系统就是生物圈。”对于生态系统的类型则要求学生自主阅读了解。接着教师提问：“生态系统既然有边界，那么，在系统内部能不能实现物质的循环利用呢？”学生思考片刻，教师引导：“如果把我们生活的这个城市看成是城市生态系统的话，冬天时我们呼吸的氧气都来自城市内部吗？”学生自然想到冬天城市中多数植物都落叶了不能进行大量的光合作用产生足够的氧气，得出氧气这种物质在系统内不能实现自给自足循环利用。教师接着引导学生思考：“地球与宇宙之间有没有物质的交换？”学生会回答“：几乎没有。”教师接着引导：“对于生物圈这个地球上最大的生态系统来说，物质能不能实现物质循环利用而自给自足？”学生回答：“能”。教师总结“：地球上只有最大的生态系统———生物圈能实现物质的循环利用。”教师提问：“在生态系统内能量（比如光能）能不能循环利用？”学生自然想到：能量必须源源不断输入，才能维持生态系统的正常运转，能量不能循环利用。教师讲解了生态系统的概念中的几个外延后，可以出一个问题让学生巩固学生的理解。如：一个阳光明媚的上午，树林里有一棵倒在地上的枯木，上边生长了蘑菇、木耳，还有以木材为食的蚂蚁等各种生物，这棵枯木构成了什么（生态系统）？枯木上的所有生物构成了一个什么（群落）？   1.4教学反思   生态系统的概念教学中，其前概念是“系统”，通过讲述以及举例让学生熟悉“系统”的概念是理解生态系统概念的内涵的关键，然后引入生态系统范围、生态系统中物质和能量的利用等生态系统的概念的外延问题，最终使学生能够全面理解生态系统的概念。   2概念二：生态系统的结构   2.1问题   生态系统的结构包括生态系统的组成成分、食物链和食物网。这些很简单的内容，教师经常强调但学生总是忘记。为什么学生记不住呢？   2.2问题探讨   因为教师过于强调让学生记住这句话，而轻视了生态系统的结构这一概念本身的含义的理解。教学中，教师若先让学生理解什么是生态系统的结构，理解了这个概念，学生自然就容易记住它所包含的内容了。   2.3具体教学设计   教师先引导学生思考“：什么叫结构？”学生思考半分钟，但在学生的认知水平上很难回答出来。然后教师逐步引导：“砖混结构的建筑物中包括有哪些组成部分？”学生容易回答出“：包括砖、沙子、水泥等”。在这个认识基础上，教师总结出结构的概念：各个组成部分的搭配和排列（现代汉语词典）。教师进一步引导学生思考：“什么是生态系统的结构？”学生回答：“生态系统中各个组成部分的搭配和排列”。教师接着问“：生态系统中有哪些组成成分？这些组成成分之间如何搭配和排列？”引导学生阅读教材90页和91页，可以先提问学生回答，根据学生的回答教师给予引导，然后总结：“组成成分有非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者；生物成分之间通过营养关系以食物链和食物网的形式搭配和排列，这些就构成了生态系统的结构。”教师再具体讲述组成成分、食物链和食物网的具体内容。   2.4教学反思   生态系统的结构概念的理解重点是让学生理解“结构”这一概念的含义“，结构”是“生态系统的结构”的前概念。只有通过例举生活中学生熟悉的例子让学生理解了前概念，本概念也就容易理解，只要理解了概念所包含的含义，即“：生态系统中各个组成部分的搭配和排列”，学生才能够牢固记住“生态系统的结构包括生态系统的组成成分、食物链和食物网”这一本节的核心内容。   3讨论   前概念是前科学概念的简称，也有人称为日常概念。它是指个体在正式学习某个科学概念之前已形成的与公认的科学概念相悖的观念和理解。前概念不仅来自日常生活经验，而且在教学学习中也会令学生形成前概念。前概念认识的有限性甚至错误性影响了科学概念的理解。所以，对于一个新的概念的学习中，需要先学习或纠正学生的前概念，这样符合学生对新知识的认知规律。另外，概念的外延是全面理解概念，明确本概念与其他概念的相互联系，建立概念的知识结构的必要条件。在这两个概念的教学中，教师要注重概念的内涵和外延的理解和实例反馈。概念的引入上要注重学生已有的前概念，由浅入深地在教师的引导下，由学生逐渐接近概念的实质。所以，在教学方法上，注重教师的引导，采用教师提问、适时点拨的方式引起学生的思考，最终把基本概念理解深入，取得了较好的教学效果。#p#分页标题#e#

21世纪的今天，学生核心素养的培养已经成为学校教学的重点，新课程的改革也在有条不紊地进行，变得更加注重培养学生的创新思维和实践能力，因此教材的结构和内容也发生了一些变化。学习在一些人看来都是枯燥无味的，让学生们聚精会神地听一节课是很难的，课程刚开始的时候学生可能会全神贯注听讲，但随着一节课时间慢慢流逝，学生的注意力就会有所分散，开始集中于自己天马行空的想象或者与别人的窃窃私语。这时候就需要化学生物学实验来再次集中学生的注意力，调动起学习的兴趣，教学实践表明，学生在教师演示实验的过程中注意力非常集中，学习效果也会得到提高。并且在此后的每一节课，学生都会对实验有所期待，这不仅可以有效激发学生学习化学生物学的兴趣，而且可以培养他们的创新能力，以及在现实生活中运用所学知识解决问题的能力。

因此，如今化学生物学的教学更加倾向于利用各种实验来激发学生的探索精神，这种教学方式也非常有助于提高学生的学习效率及老师的教学质量，同时，虽然这种教学方式在各个学校得到了有效的推广和应用，但是在实际教学过程中也出现了一些问题，怎样才能在教学过程中融入实验，有效提高教师的教学效果以及学生的学习效果成为亟需解决的问题。舒广文、洪宗国、尹世金等编著的《化学生物学实验》（化学工业出版社，ISBN：9787122259684）一书旨在为高校一线化学生物学教师开展基础实验教学提供新的视角，更为如何有效地将实验融入到教学活动中提供实践参照。作者多年从事化学生物学理论课及实验课教学工作，具备丰富的实践经验。书中采用具体实验操作的方式，对高校化学生物学教学工作者具有较大的参考价值。

该书在内容上主要分为两大部分。首先介绍了化学生物学实验中涉及的基本实验技术，包括天然小分子化合物和蛋白质的提取分离技术、化学生物学实验分析技术以及细胞培养技术;其次系统概述了化学生物学的综合实验，从化学生物学因素的分离提取与相互作用、化学生物学因素对细胞生命活动的影响和化学生物学因素对动物生命活动的影响三个不同角度，安排了35个操作性较强的学生实验进行介绍，其中化学生物学因素的分离提取与相互作用部分的实验最多，共有18个实验，基本囊括了科研中常用的以及学生必须掌握的实验；化学生物学因素对细胞生命活动的影响部分实验最少，共有7个实验，具备“精”的特点，通过这7个实验，学生将会更加深入地了解如何利用MTT法来测定5-氮杂胞苷对乳腺癌细胞的毒性，如何基于γ-H2AX的免疫荧光法检测细胞中DNA双链断裂，以及利用AnnenV-FITC/PI双标记流式细胞术来检测细胞凋亡等；最后化学生物学因素对动物生命活动的影响部分包括10个实验，主要讲述了动物生命活动与化学生物学因素的关系。

总而言之，随着社会经济的不断发展，对人才的创新能力要求也变得越来越高，促使高校将培养学生的核心素养作为教学重点。化学生物学作为可以为疾病治疗发挥重要作用的学科，应该为社会输出综合素养较高的创新型人才。时代的不断发展迫使高校化学生物学教学做出改革，实验教学的创新实践为提升高校化学生物学教学质量提供了重要途径，应该被广泛重视。该书以教学实践为依托，适应高校化学生物学教学发展的新要求，以及国家对高校化学生物学的教学目标和培养目标，深度探析了如何在教学过程中融入化学生物学实验，为促进高校化学生物学的教学质量提供了重要的实例借鉴，可以在一定程度上帮助提高高校化学生物学课堂教学质量以及高校学生的化学生物学核心素养。通过本书的学习，学生不仅可以锻炼化学生物学基本实验技能，巩固化学生物学基础理论知识，而且可以培养日后从事化学生物学科研工作的基本能力以及创新能力。因此，本书在很大程度上有助于高校化学生物学教师开展实验教学工作，培养学生核心素养。

作者:董献刚 顾显明 单位:菏泽市牡丹区卫生职业中等专业学校

【摘要】《普通生物学》涵盖了生命科学的众多领域，目前高校的普通生物学在教学过程中非常注重生物学理论、规律和知识点的讲述和讨论。中国传统文化博大精深，几千年的文化其中包括唯物辩证思想和各种涉及生物学的知识。因此，试图在普通生物学教学过程中不断融入一些传统文化，同时达到专业与传统文化相结合的模式，提高教学质量。

【关键词】传统文化；普通生物学；教学理念；朴素唯物主义；辩证思想

《普通生物学》具有基础性、通论性和入门性的特点，课程涵盖了动物、植物、微生物、遗传、进化和生态学等内容，几乎涉及到生物学的各个领域，开设本课程有利于帮助学生了解生命科学的全貌，深刻理解生命的内含，具有普适性。基于此，近年来，许多高校陆续开设该课程。通过该课程的学习，学生对于生物学的基本原理和知识有一定的了解，为培养“宽口径，厚基础”的相关人才打下基础[1]。作为四大文明古国中唯一传承至今的国度，我国的传统文化自成体系、别具一格、成就斐然[2]，其中朴素唯物辩证思想以及传统文化中对于生命和自然的理解是其中最耀眼的花朵和结晶。《礼记》中所述“大道之行也，天下为公”，《论衡•自然》中说：“天地合气，万物自生。”《神灭论》“形存则神存，形谢则神灭”是典型的朴素唯物辩证思想的典型代表。本文从普通生物学课程特点以及中国传统文化所蕴含唯物辩证思想和古人对于生命的认知，结合自身教学实践，探讨在普通生物学教学过程中融入传统文化，同时初步达到生物专业适应与传统文化相结合的目的，在提高教学质量的时同，试图利用传统文化影响学生。最终实现让学生更好的理解生命，并为后续课程的学习打下基础。

1传统文化思想和生物学理论结合

《普通生物学》的课程讲授内容几乎涉及到生物学的各个领域，涵盖范围之广、基本原理规律之多、学说假说之繁杂在高校各课程之中罕有。单个知识点的学习与掌握并不困难，如果将知识点进行成线成面，系统化，对于低年级的学生，尤其是其学习方法尚未完全建立和哲学思想尚不成熟的时期，则相对困难。学习《普通生物学》得方法容易让学生固化单个知识点，进而会用形而上学的观点看待该课程。上述观点的形成对于《普通生物学》和随后的专业课的深入学习以及对于自身的成长十分不利。例如，学生对于普通生物学中生命的“生与死”的概念看待的比较固化。阴阳学说脱胎于《周易》，认为世界是物质性的整体，自然界的任何事物都包括着阴和阳，是事物相互对立的两个方面，而对立的双方又是相互统一的[3]。《素问•阴阳应象大论》说“阴阳者，天地之道也，万物之纲纪，变化之父母，生杀之本始”。阴阳的矛盾对立统一运动规律是自然界一切事物运动变化固有的规律，世界本身就是阴阳二气对立统一运动的结果。五行学说认为宇宙万物，都由木火土金水五种基本物质的运行（运动）和变化所构成。它强调整体概念，描绘了事物的结构关系和运动形式[4]。如果说阴阳是一种古代的对立统一学说，则五行可以说是一种原始朴素五元分形集的普通系统论。以阴阳学说中的矛盾对立的观点看待生命的生死可以帮助学生更好的理解多细胞生物的生长、发育和消亡。在多细胞生物的生长发育过程中，生和死是共同存在、相互依存的。多细胞生物的受精卵或幼体在生长发育过程中，细胞的分化、生长以及程序性凋亡是同时存在的，三者在基因的程序性表达的控制下被精确调控，才能发育成特定的组织、器官和个体[5]。在此过程中，细胞的程序性凋亡（死）和细胞的分化与生长（生）二个矛盾最终以互相合作最终，深合阴阳学说中的事物矛盾对立统一。某些恶性肿瘤的发生与病毒的感染密不可分（HIV与卡波西肉瘤，人类乳头瘤病毒与宫颈癌，乙型肝炎病毒与肝癌）。病毒能直接作用于细胞基因使其增生或由于机体免疫系统受到抑制，诱发细胞恶性变异最终形成癌症。恶性肿瘤可以理解为无限增值的细胞，从对立统一的观点出发，病毒从根本上来说就具有诱发宿主发生恶性肿瘤的倾向，因为只有宿主有更多的细胞的时候，病毒才有更有寄主供自身的繁殖，因为繁殖是任何生物的第一生物学目标。五行学说强调整体概念，描绘了事物的结构关系和运动形式，是一种原始的普通系统论。高血压、II型糖尿病以及心脏病等疾病，普遍认为是由于先天遗传、饮食不当、压力过大以及缺乏运动等原因造成的，从进化和事物矛盾的对立统一的观点，人类在数百万年的进化过程中身体已经适应了每天必需长途跋涉的寻食物、由于食物的限制而经常不得饱腹、食物的来源以素食为主样品百搭、糖类摄入的机会很少[6]。适应上述进化环境过程的人类身体和现代文明提供给人类的生活方式是矛盾的，失配的。基于此，如果人类长时间在食物充足（尤其是糖类的供应过剩），缺乏运动以及长时间在压力过大的情形下生活，多数人身患上述疾病就不足为奇了。当学生真正理解上述过程以及所含的哲学道理，能以整体概念看待上述问题，在应付上述失配性疾病的时候会有的放矢得心应手。在生命的进化过程中，真核细胞中线粒体和叶绿体的来源问题是一道迈不出去的坎，同时，线粒体和叶绿体的出现本身在进化过程中就占据着重要位置。真核细胞中细胞核和线粒体以及叶绿体都有自身完整的一套基因组，预示着上述细胞器最初来自不同的生命体[7]。生物学的共生假说可从一定程度上解释这个问题。在进化的特定时期，体型较大的原核微生物吞噬了光合细菌，尖锐的矛盾，正常的结果体型较大的微生物吞噬并消化了光合细菌或者是光合细菌经过挣扎破胞而出，可事实是矛盾的双方在进化的特定时候和场合都进行了妥协，光合细菌舍弃了其它组分只保留了叶绿体，后者作为独立的细胞器保留在体型较大的微生物体内，叶绿体保全了自身的基因，作为保护费叶绿体源源不断提供糖类物质，而体型较大的微生物体从叶绿体中获得糖类物质，作为回报提供叶绿体所需要的内环境以及其它所需要的组分。利用整体一概念理解上述问题会简单很多。

2以传统文化典籍为切入点引入授课内容

《普通生物学》主要面向高校低年级学生开设的生物学相关专业的专业基础课或其它专业公共基础课。高校入学阶段的学生对于专业基础课的学习方法大多尚未建立，学习多停留在以老师授课，课堂观讲，书本为主的阶段，缺乏引导式的学习以及自学的能力。在此阶段，在新课程的学习中，在每一次授课之前根据课程所授内容以恰当的方式以引入新课程的学习是十分必要的。例1，在讲述种群动态与数量调控之始，可引入陶渊明的《归园田居》中的诗句“种豆南山下，草盛豆苗稀”，借此可清楚的描述物种间的竞争关系，为种群的动态和数量控制的学习做一个很好的引言。例2，在讲述动物的行为之初，可引入杨万里的《宿新市徐公店》中的诗句“篱落疏疏一径深，树头花落未成阴。儿童急走追黄蝶，飞入菜花无处寻”，该诗句清晰的阐明了动物的保护色以及作用。可为动物行为的学习奠定一个很好的基础。例3，《刘向•说苑•第九卷•正谏》中“园中有树，其上有蝉，蝉高居悲鸣饮露，不知螳螂在其后也！螳螂委身曲附，欲取蝉而不顾知黄雀在其傍也！黄雀延颈欲啄螳螂而不知弹丸在其下也！”正是直截了当的描述了螳螂捕蝉黄雀在后的生态链，在讲述生态链时作为引言是再适合不过的诗句了。

2015年12月5日至6日，第七次全国生物学哲学学术研讨会暨生物哲学专业委员会换届选举会议在北京召开。会议由北京师范大学哲学与社会学学院、山西大学科学技术哲学研究中心和中国自然辩证法研究会生物哲学专业委员会联合主办。来自全国各高校以及科研院所的50余名相关学者参加了会议。从科学哲学的脉络来看，生物学哲学缘起于逻辑经验主义范式的发展与衰落。从默顿•贝克纳在《生物学模式的思考》(1959)中提出囊括众多解释形式于统一意义结构下的生物学模式以来，有关生物学作为科学，其逻辑检验以及认识论的、形而上学方面的问题成为对生物学进行哲学讨论的焦点。这种另类且饱受争议的科学哲学门类由此逐渐成型。尽管内格尔、亨普尔等学者期望将生物学哲学纳入逻辑经验主义的框架之下，但依然无法掩盖其独特的研究价值，随着鲁斯、赫尔、索博等一批先行者的推动，以及类似迈尔、威尔逊、古尔德这样的重量级生物学家们的倡导，生物学哲学迸发出难以掩盖的活力。而在最近几十年，科学哲学成为一般哲学中越来越居于核心地位的部分，与此同时表现出新的趋势，那就是科学哲学不仅关注科学性质及其有效性的一般问题，也越来越特别关注具体科学中出现的一些特殊问题，生物学哲学首当其冲。伴随着生物学在20世纪后半叶里取得的巨大跨越，生物学哲学也与此相伴，突飞猛进，其价值不仅仅在于生物学取得的进展本身，更在于它在实现其跨越的过程中，积极参与到许多影响巨大的公众议题之内，例如进化、进化的心理学、达尔文主义、克隆等话题，成为众多公众以及学术讨论的核心，也对哲学产生了引人注目的影响。像是什么类型的过程叫进化，是否道德和意义能够还原为生物学，生命分子基质的意义为何、人工生命的界定与定义等等此类问题，需要通过哲学视角的参与才能够得到很好的回答。这些共同构成了生物学哲学研究者们的研究对象和研究使命。在这种良好局面之下，举办本次会议能够加深学术同行间交流，促进观点碰撞，开拓研究视野，提升国内生物学哲学研究的水平。会议开幕式由北京师范大学李建会教授主持。会议首先邀请北京师范大学哲学与社会学学院院长吴向东教授致词，并代表北京师范大学哲学与社会学学院对本次会议的举办表示衷心祝贺。之后，中国自然辩证法研究会副理事长、北京师范大学科学史与科学哲学研究所所长刘孝廷教授和广东医学院生命文化研究院王小燕教授也分别致词。作为会议主办方之一，山西大学科学技术哲学研究中心赵斌副教授代表中心主任郭贵春教授、副主任殷杰教授致词，并预祝会议成功。本次会议选取了30场具有代表性的学术报告，共分为五个场次进行。第一场次主题为“国际生物学哲学研究前沿”;第二场次主题为“进化生物学的哲学问题”;第三场次主题为“生态学的哲学问题”;第四场次主题为“当代生物学哲学中的重大问题”，由国家社会科学基金重大项目“当代生物学哲学中的重大问题”的几位子课题负责人分别就各自的研究内容进行报告;第五场次主题为“生命的本质、生物学的解释方式和生物学的理论结构”。

一、国际生物学哲学研究前沿

1．生态学实验。

中国社会科学院哲学研究所的肖显静教授做了题为“生态学实验的‘自然性’特征分析”的报告。他从生态学实验的原则及问题的提出，将生态学实验分为:野外实验，其特点是回归自然;操纵实验，其特点是处理自然;测量实验，其特点是观测自然;宇宙实验，其特点是模拟自然;自然实验，其特点是追寻自然。他认为生态学实验与传统科学实验的本质区别是将实验室搬到自然中，在处理的基础上进行现象的还原，其目标是自然的发现，追求的是科学事实的实在性和自然性。然而自然的复杂性，使得实验结果的准确性受到挑战，为此他提出改善生态学实验的人工建构方面来达到实验中自然性与建构性的平衡。

2．生物进化与人类认知进化。

北京师范大学生命科学学院的梁前进教授做了题为“生物进化和人类认知进化的逻辑符合性分析”的报告，探究人类起源以及人类进化的缘由、过程和结果中蕴含的科学哲学问题，其中的重点在于探寻生物进化和人类认知发展的逻辑符合性。他引入人类的血型系统进行分析，认为血型系统是在进化过程中决定，而长期的演化形成了不同群体中的遗传平衡，群体的演变伴随着血型平衡的打破和新平衡建立。以人类性别进化为例，两性的起源必有先后，而自然的演化是突破原有格局，产生有罪与无罪之争、生错与纠错、美与和谐的对比过程。自然起源的时序性与人类起源认知的发展高度契合。

3．生物学理论变化。