現(xiàn)代生物科技專(zhuān)題模塊的解讀

1、“現(xiàn)代生物科技專(zhuān)題”模塊的解讀                    劉植義   河北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院“現(xiàn)代生物科技專(zhuān)題”是高中生物學(xué)課程的選修模塊。本模塊的內(nèi)容包括：基因工程、克隆技術(shù)、胚胎工程、生物技術(shù)的安全性和倫理問(wèn)題、生態(tài)工程5部分。1 學(xué)生學(xué)習(xí)本模塊的目的及意義11 開(kāi)拓視野，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)現(xiàn)代生物科學(xué)奠定基礎(chǔ)20世紀(jì)是生物科學(xué)發(fā)展史上最為輝煌的時(shí)代，特別是20世紀(jì)50年代以

2、來(lái)，隨著數(shù)理科學(xué)的廣泛而深刻地滲人到生物科學(xué)領(lǐng)域以及一些先進(jìn)的儀器設(shè)備和研究技術(shù)的問(wèn)世，生物科學(xué)已進(jìn)入從分子水平研究生命活動(dòng)過(guò)程及其規(guī)律以及生命體與環(huán)境相互作用規(guī)律的生命科學(xué)的新時(shí)代。由于應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，生命科學(xué)在微觀和宏觀兩方面都取得了豐碩的成果：特別是生命科學(xué)的理論成就為自然科學(xué)的發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)。遺傳物質(zhì)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的闡明被認(rèn)為是20世紀(jì)自然科學(xué)的重大突破之一。由于生命科學(xué)的進(jìn)步向數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)以及技術(shù)科學(xué)提出了許多新問(wèn)題、新概念和新的研究領(lǐng)域，生命科學(xué)已成為ZI世紀(jì)的主流科學(xué)之一。通過(guò)“生物科技專(zhuān)題”的學(xué)習(xí)，將涉及到許多現(xiàn)代生物科學(xué)的理論研究成果，特別是與生物技術(shù)發(fā)展相關(guān)的理

3、論基礎(chǔ)。例如，基因工程操作必須理解DNA的理化性質(zhì)、DNA在體內(nèi)復(fù)制和體外擴(kuò)增原理、基因重組、遺傳信息的流動(dòng)和基因表達(dá)的機(jī)制；克隆技術(shù)會(huì)涉及細(xì)胞的全能性、細(xì)胞的分化和脫分化機(jī)制、細(xì)胞的核、質(zhì)相互作用等原理；胚胎工程會(huì)涉及精子和卵細(xì)胞發(fā)生過(guò)程及其激素調(diào)節(jié)、受精作用機(jī)制及胚胎發(fā)育過(guò)程。生態(tài)工程所涉及的相關(guān)原理更多，其中有系統(tǒng)論、生物間的共生、抗生理論、生物多樣性及食物鏈理論，等等。這些原理的學(xué)習(xí)，不僅豐富了必修模塊所學(xué)的知識(shí)，還可以讓學(xué)生進(jìn)一步了解現(xiàn)代生物科學(xué)技術(shù)一些重要領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，開(kāi)拓學(xué)生視野，為以后進(jìn)一步學(xué)習(xí)現(xiàn)代生物學(xué)奠定基礎(chǔ)。12 增強(qiáng)科技意識(shí)，激發(fā)熱愛(ài)生物科學(xué)的情感 隨著生命

4、科學(xué)基礎(chǔ)研究的深入，必然與應(yīng)用科學(xué)相結(jié)合。因?yàn)樯茖W(xué)本身就與醫(yī)學(xué)農(nóng)學(xué)、環(huán)境科學(xué)有著不可分割的聯(lián)系，它既是應(yīng)用科學(xué)的基礎(chǔ)，也能從應(yīng)用學(xué)科中獲取基礎(chǔ)研究的源頭活水，為理論研究提出重大的研究課題。例如，“人類(lèi)基因組計(jì)劃”的實(shí)施和深入發(fā)展，將有可能從更深層次上了解人體生長(zhǎng)、發(fā)育、正常生理活動(dòng)以及各種疾病的病因和發(fā)病機(jī)理，并為醫(yī)學(xué)提供防治策略、途徑和方法。“水稻基因組計(jì)劃”的順利開(kāi)展，對(duì)ZI世紀(jì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，解決糧食問(wèn)題，將產(chǎn)生巨大的影響。當(dāng)今人類(lèi)面臨的人口、食品、健康、環(huán)境、資源等重大問(wèn)題都同生命科學(xué)有密切關(guān)系。由此看出，科學(xué)的目的在于認(rèn)識(shí)世界，技術(shù)的目的在于利用、改造和保護(hù)自然，造福人類(lèi)。生命科學(xué)要

5、為人類(lèi)造福轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，必然與技術(shù)相結(jié)合，才能在生產(chǎn)上發(fā)揮巨大作用。于是在20世紀(jì)70年代，隨著生命科學(xué)理論的不斷發(fā)展，與丁程技術(shù)相結(jié)合，開(kāi)辟了生物技術(shù)（也叫生物工程）新領(lǐng)域。例如，通過(guò)基因重組技術(shù)，PCR技術(shù)、DNA和蛋白質(zhì)序列分析技術(shù)、分子雜交技術(shù)、細(xì)胞和組織培養(yǎng)技術(shù)、細(xì)胞融合技術(shù)、核移植技術(shù)，等等，促進(jìn)了基因工程、蛋白質(zhì)工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程、酶工程、染色體工程、組織工程、胚胎工程等生物工程的誕生與發(fā)展，已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生和環(huán)境保護(hù)等方面得到了廣泛應(yīng)用，并取得了突破性進(jìn)展。通過(guò)“生物科技專(zhuān)題”的學(xué)習(xí)，學(xué)生將進(jìn)一步認(rèn)識(shí)科學(xué)與技術(shù)之間的關(guān)系，了解研究生物科學(xué)的重大意義，激發(fā)探索生命奧

6、秘和熱愛(ài)生物科學(xué)的情感，為規(guī)劃人生提供幫助。13 提高對(duì)科技進(jìn)步與社會(huì)發(fā)展關(guān)系的認(rèn)識(shí)，以適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)和生活 從當(dāng)今世界生物技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，研究成果層出不窮、日新月異，其產(chǎn)業(yè)化的勢(shì)頭強(qiáng)勁，國(guó)際間的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。在 20世紀(jì) 70年代，生命科學(xué)領(lǐng)域取得了兩項(xiàng)對(duì)人類(lèi)生活和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)具有深刻影響的技術(shù)突破：一個(gè)是重組DNA技術(shù)，另一個(gè)是淋巴細(xì)胞雜交瘤技術(shù)。這兩項(xiàng)革命性技術(shù)的出現(xiàn)，帶動(dòng)了生物技術(shù)的迅猛發(fā)展，初步形成了一個(gè)全新的現(xiàn)代生物技術(shù)群及新興產(chǎn)業(yè)。所謂現(xiàn)代生物技術(shù)，是指人們利用生物體及其亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和分子，研究、設(shè)計(jì)和制造新產(chǎn)品，或預(yù)期性地改變生物的特性乃至創(chuàng)造新的物種或品種，使之獲得人們所期望的品質(zhì)它

7、是一門(mén)以應(yīng)用為主的綜合性技術(shù)體系。在 20世紀(jì) 90年代，克隆羊多莉的誕生，體細(xì)胞克隆技術(shù)的重大突破，以及DNA擴(kuò)增PCR技術(shù)的問(wèn)世又進(jìn)一步推動(dòng)了生物技術(shù)革命性的發(fā)展。生物技術(shù)革命是20世紀(jì)末科技領(lǐng)域的重大事件，是蒸汽機(jī)和電能應(yīng)用以來(lái)世界近代史上的又一個(gè)里程碑，也是世界新技術(shù)革命的重要組成部分?，F(xiàn)代生物技術(shù)已經(jīng)成為人類(lèi)認(rèn)識(shí)和改造自然界，克服自身所面臨的人口膨脹、糧食短缺、環(huán)境污染、疾病危害。能源和資源匾乏、生態(tài)平衡破壞及生物物種消亡等一系列重大問(wèn)題的可靠手段和工具。我國(guó)在ZI世紀(jì)也將面臨著人日、資源和環(huán)境等一系列問(wèn)題的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。加強(qiáng)生物技術(shù)的發(fā)展，有利于解決糧食等涉及國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全的重大問(wèn)題；有

8、利于改善廣大群眾的健康狀況，提高生活質(zhì)量；有利于促進(jìn)那些高污染、高耗能的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造和產(chǎn)業(yè)升級(jí)；有利于帶動(dòng)有效需求，產(chǎn)生新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。發(fā)展生物技術(shù)將是對(duì)世紀(jì)我國(guó)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要手段，必將帶動(dòng)和促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。正如信息技術(shù)支持著今天蓬勃發(fā)展的經(jīng)濟(jì)一樣，生物技術(shù)也將成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要推動(dòng)力。現(xiàn)代生物技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)將會(huì)成為21世紀(jì)重要的高技術(shù)領(lǐng)域和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一。許多科學(xué)家預(yù)言：生物經(jīng)濟(jì)時(shí)代即將到來(lái)。面對(duì)新技術(shù)革命的今天，讓學(xué)生初步了解現(xiàn)代生物科技研究的進(jìn)展和展望，以及對(duì)現(xiàn)代社會(huì)和生活的影響，對(duì)他們直面人生，發(fā)展批判性思維，提高辨別是非和決策能力，以適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)和生活是

9、非常有益的。綜上所述，在高中生物學(xué)課程中設(shè)置“現(xiàn)代生物科技專(zhuān)題”模塊，不僅是科技發(fā)展的需要，也是社會(huì)進(jìn)步的要求，是適應(yīng)現(xiàn)代生活的必備知識(shí)，它對(duì)進(jìn)一步提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)具有不可或缺的作用。2 本模塊的特點(diǎn)21 以專(zhuān)題的形式呈現(xiàn) 本模塊不同于必修模塊，是以專(zhuān)題的形式呈現(xiàn)，各專(zhuān)題之間無(wú)內(nèi)在聯(lián)系，但專(zhuān)題的排序是按從微觀到宏觀安排的。由于基因工程是現(xiàn)代生物技術(shù)的核心內(nèi)容，所以課程標(biāo)準(zhǔn)首先介紹基因工程的原理及其應(yīng)用，先從基因水平介紹生物工程；然后再?gòu)募?xì)胞水平和組織水平介紹體細(xì)胞克隆技術(shù)和胚胎移植與分割技術(shù)，講述細(xì)胞工程和胚胎工程的原理、方法和應(yīng)用前景；最后從生態(tài)水平介紹生態(tài)工程。22 注意技術(shù)的原理與應(yīng)用

10、的結(jié)合 本模塊是以生物技術(shù)中的四大工程為主體，本應(yīng)以介紹生物技術(shù)的操作方法為重點(diǎn)，但是由于本模塊是生物學(xué)教材，不是生物技術(shù)讀本，所以在講述各種生物技術(shù)時(shí)側(cè)重于技術(shù)的生物學(xué)原理，從中貫穿一些生物學(xué)的基本知識(shí)。例如，在胚胎工程中要求簡(jiǎn)述動(dòng)物胚胎發(fā)育的基本過(guò)程和胚胎工程的理論基礎(chǔ)，在基因工程和生態(tài)工程中都要求介紹該工程的基本原理。關(guān)于各工程的具體操作技術(shù)可以從簡(jiǎn)，不做重點(diǎn)，只讓學(xué)生作為一般性的了解。23 以講述為主，活動(dòng)為輔 本模塊是屬于高科技的內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)復(fù)雜，要求實(shí)驗(yàn)設(shè)備、精密儀器和藥品較多，限于目前學(xué)校的設(shè)備條件和資金的限制，課程標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有安排實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，在“活動(dòng)建議”中只安排了一些搜集和

11、分析有關(guān)資料，交流或討論有關(guān)生物技術(shù)中的熱點(diǎn)問(wèn)題等可行的活動(dòng)內(nèi)容。不過(guò)，對(duì)于一些設(shè)備條件比較好的學(xué)校，也可以自行安排一些實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，或與科研單位、大專(zhuān)院校協(xié)作開(kāi)展有關(guān)基因重組、質(zhì)粒提取、組織培養(yǎng)等實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，豐富本模塊的教學(xué)內(nèi)容。24 注意培養(yǎng)批判性思維能力 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是人類(lèi)文明的重要標(biāo)志。新的科學(xué)技術(shù)成果在社會(huì)生活中的推廣應(yīng)用往往具有“雙重”作用。任何新的技術(shù)都是一把“雙刃劍”，生物技術(shù)也不例外，有利也有弊。無(wú)論是轉(zhuǎn)基因技術(shù)還是克隆技術(shù)都有安全性問(wèn)題，同時(shí)會(huì)帶來(lái)一系列的倫理道德等問(wèn)題。由此，在課程標(biāo)準(zhǔn)中除了重點(diǎn)介紹生物技術(shù)在推進(jìn)社會(huì)發(fā)展中的積極作用以外，還要說(shuō)明可能帶來(lái)的負(fù)面影響。為了進(jìn)一步

12、說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題單列一章“生物技術(shù)的安全性和倫理問(wèn)題”，其目的在于培養(yǎng)學(xué)生明辨是非，對(duì)事物具有分析、判斷、決策的批判性思維能力，提高他們的生物科學(xué)素養(yǎng)。3 本模塊的內(nèi)容要求本模塊選擇的學(xué)習(xí)內(nèi)容，由于學(xué)時(shí)的限制只確定了當(dāng)今人們普遍關(guān)注的生物技術(shù)中的4項(xiàng)工程技術(shù)。這4項(xiàng)技術(shù)都是與當(dāng)今農(nóng)業(yè)、工業(yè)以及醫(yī)療事業(yè)緊密相關(guān)的生物技術(shù)。目前一些轉(zhuǎn)基因作物已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；一些基因工程藥物已開(kāi)始投放市場(chǎng)；生態(tài)工程的崛起，正在改善著人類(lèi)生產(chǎn)和生活環(huán)境；植物的組織培養(yǎng)已開(kāi)始實(shí)現(xiàn)工廠化栽培；動(dòng)物體細(xì)胞克隆技術(shù)逐漸成熟所有這些技術(shù)成果正在改變著人們的生產(chǎn)和生活面貌。由此，人們普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題：轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品和克隆動(dòng)物的安

13、全性、克隆人的危害。胚胎干細(xì)胞的移植、生物武器對(duì)人類(lèi)的威脅等等，都列入了課程標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)內(nèi)容。由于本模塊安排的學(xué)習(xí)內(nèi)容都是高新技術(shù)內(nèi)容，在高中學(xué)習(xí)階段，不是專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的培訓(xùn)，因此涉及的學(xué)習(xí)內(nèi)容，在理論原理上不應(yīng)講解過(guò)深，在操作技術(shù)上不應(yīng)介紹過(guò)細(xì)，只要求學(xué)生一般性了解即可。本模塊設(shè)計(jì)的目的不在于讓學(xué)生掌握多少專(zhuān)業(yè)知識(shí)，而重在開(kāi)拓學(xué)生視野，理解科學(xué)技術(shù)與社會(huì)發(fā)展的關(guān)系，增強(qiáng)科技意識(shí)，激發(fā)學(xué)生熱愛(ài)生物科學(xué)技術(shù)的情感，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。4 本模塊的教學(xué)建議41 本模塊的教學(xué)以專(zhuān)題講座和學(xué)生討論為主要教學(xué)形式。在專(zhuān)題講座過(guò)程中仍要注意啟發(fā)式教學(xué)，激發(fā)學(xué)生積極思考，善于動(dòng)腦，主動(dòng)探索有關(guān)問(wèn)題，注意提高他們的批判性思維能力。42 由于本模塊所涉及的領(lǐng)域進(jìn)展迅速，教師不僅在教學(xué)主要不斷更新