生命科學(xué)的學(xué)科特征和生物教學(xué)改革

生命科學(xué)的學(xué)科特征和生物教學(xué)改革朱正威由于面向21世紀(jì)提高全體國民素養(yǎng)的需要，基礎(chǔ)教育正面臨著新一輪的課程和教學(xué)改革。中學(xué)生物課程，不管是分科設(shè)置依舊綜合（理科）設(shè)置，都需要結(jié)合生命科學(xué)的現(xiàn)代進(jìn)展來摸索它的學(xué)科特點(diǎn)問題。即使是還使用著原課程、原教材，也應(yīng)該盡可能地注入新的明白得、新的精神。還因?yàn)橐韵碌木壒?，更需要就生命科學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)多作一些探究和摸索。一是盡管生命科學(xué)和其他自然科學(xué)有其共性，遵循差不多的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。有相似的科學(xué)研究方法、相似的哲學(xué)摸索，但生命科學(xué)有其因研究的對(duì)象不同、進(jìn)展的歷史不同、運(yùn)用的方法不同等所形成的學(xué)科特證，即它的個(gè)性。二是關(guān)于中學(xué)生物科學(xué)教育目標(biāo)的研究和確定，課程教材的建設(shè)，教學(xué)的實(shí)施，教學(xué)的評(píng)判，都不能游離于生命科學(xué)的特點(diǎn)以外，而與其他自然科學(xué)教育雷同，專門對(duì)第一線教師來說，其教學(xué)行為是否符合生命科學(xué)特點(diǎn)的要求至關(guān)重要。在我國某些地區(qū)、某些學(xué)校，把中學(xué)生物課當(dāng)作人文學(xué)科來對(duì)待，任何課時(shí)不滿工作量的教師都可去“填補(bǔ)”生物課確實(shí)是一例，實(shí)在是太不了解生命科學(xué)的特點(diǎn)了。三是生命科學(xué)的特點(diǎn)未見有諸多專家們的論述，或許是生命科學(xué)進(jìn)展大快，難以恰當(dāng)?shù)馗爬ǎ驘o暇顧及。筆者和趙學(xué)漱先生合著的《中學(xué)生物教學(xué)》（光明日?qǐng)?bào)出版社，1987.12）曾概括為“生命性”“實(shí)驗(yàn)性”“廣延性”“現(xiàn)代性”四方面，現(xiàn)在看來也比較膚淺，仍需連續(xù)探究。返回頁首以下的認(rèn)識(shí)可能對(duì)立即推開的中學(xué)生物課程和教學(xué)改革會(huì)有一些啟發(fā)。生命物質(zhì)基礎(chǔ)的專門性一一生物大分子確實(shí)沒有什么專門的“生命物質(zhì)”或“生命元素”。組成生命體的全部元素都來自自然界。是非生命自然界普遍存在的。然而，生物化學(xué)的進(jìn)展，專門是從1953年沃森和克里克發(fā)覺并建立了脫氧核糖核酸（DNA）模型起，不僅把本世紀(jì)初建立的細(xì)胞遺傳學(xué)推向了分子遺傳學(xué)，而且產(chǎn)生和推動(dòng)了分子生物學(xué)及相應(yīng)的生物工程技術(shù)的飛速進(jìn)展。它的令人目不暇接的成果，不僅使我們認(rèn)識(shí)到遺傳信息是細(xì)胞內(nèi)生物大分子之間的轉(zhuǎn)移，而且從DNA到RNA到蛋白質(zhì)的信息流淌的“中心法則”，隨后的遺傳密碼和氨基酸分子對(duì)應(yīng)關(guān)系的破譯，還說明了從病毒、細(xì)菌、植物、動(dòng)物直至萬物之靈的人類，通用一份密碼，所有生物在分子進(jìn)化上是同源的。進(jìn)一步，對(duì)生物大分子一一以核酸和蛋白質(zhì)為主的大量研究，越出了遺傳學(xué)的范疇，揭示了生物的生長(zhǎng)、分化、神經(jīng)傳導(dǎo)、肌肉收縮、免疫等生命現(xiàn)象，無不與生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能，以及它們之間的相互作用有關(guān)。這是人類對(duì)生命本質(zhì)認(rèn)識(shí)的一次大飛躍。生命的重要特點(diǎn)之一是組成生物體的核酸、蛋白質(zhì)等大分子的運(yùn)動(dòng)和相互作用。這一認(rèn)識(shí)差不多越出了科學(xué)家的書齋和實(shí)驗(yàn)室、科學(xué)論文和專著，通過大眾傳媒進(jìn)入了千家萬戶，人人都可接觸到，包括青青年。從人類基因組打算到致癌基因；從轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物到克隆基因；從線粒體基因到人類始祖“非洲夏娃”；從餐桌上的轉(zhuǎn)基因食品到DNA偵破技術(shù)等等，慢慢地成為有文化的公民必備的常識(shí)，連被譽(yù)為中國硅谷的北京中關(guān)村的街心都豎立著DNA分子模型的雕塑。因此，作為基礎(chǔ)教育中的生物科學(xué)教育，就需要跟上時(shí)代的步伐，改革我們的課程和教材，查找淺顯、生動(dòng)的形式，使學(xué)生關(guān)懷它、了解它。許多國家。即使是小學(xué)、初中時(shí)期，分子水平的生物科學(xué)內(nèi)容差不多涉及。只是用了故事、圖畫（包括漫畫）、圖表及現(xiàn)代媒體技術(shù)等生動(dòng)爽朗的手段和形式。假如我們圃于成見，低估了青青年的同意能力，小學(xué)接觸17世紀(jì)?18世紀(jì)的生物科學(xué)，初中接觸19世紀(jì)的生物科學(xué)，高中才有現(xiàn)代的.那太保守和機(jī)械了。生命自然界的多層次性生命自然界的復(fù)雜性之一是它的多層次性。細(xì)胞是一個(gè)差不多的結(jié)構(gòu)和功能單位，其下有細(xì)胞器、分子和原子；其上有組織、器官、系統(tǒng)、個(gè)體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)和生物圈。每一層次都能夠成為獨(dú)立的研究對(duì)象和學(xué)科.這一層次和那一層次之間的關(guān)系又不可忽略。從自然演化的角度來看，存在著病毒界、原核生物界、真核生物界，真核生物中又有菌物界、植物界、動(dòng)物界等。每一界又有許多層次。它們都可成為獨(dú)立的研究對(duì)象，同時(shí)相互之間的關(guān)系，從進(jìn)化到生態(tài)都要涉及。而隨著細(xì)胞工程、基因工程的進(jìn)展，更深入地研究和應(yīng)用它們之間相互關(guān)系的規(guī)律，又突顯出來。關(guān)于中小學(xué)生來說，了解生命科學(xué)，既不可忽略這種多層次性，又不可能去窮究多個(gè)層次一一連生物科學(xué)家都不可能。因此基礎(chǔ)教育中的生物課程內(nèi)容的取舍和組合就成了一種艱巨的情況。返回頁首應(yīng)運(yùn)而生的改革，看起來是從以下幾個(gè)方一直展開的。一是用綜合理科（科學(xué)課）的方法，與理、化、地結(jié)合起來，重建一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)框架，多學(xué)科相通的物質(zhì)世界的組成、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)以及應(yīng)用成為新課程的“脊梁”。在這種情形下，各門學(xué)科只能“入選”那些差不多的事實(shí)和規(guī)律。生命科學(xué)也一樣，高度的精簡(jiǎn)了。這看來更適合初中和小學(xué)時(shí)期，就環(huán)球教育來看，它風(fēng)行160多個(gè)國家和地區(qū)。其二是以美國（60年代開始）為代表的高中BSCS（生物科學(xué)課程研究，Biologica1SciencesCurriclumStudy）教材。它有三種教科書，分別以藍(lán)色、黃色和綠色為教科書封面的顏色。藍(lán)色以生理和生物化學(xué)為中心，黃色以發(fā)育和遺傳為中心，綠色以生態(tài)和進(jìn)化為中心。如此以各有側(cè)重點(diǎn)來解決多層次性。這套教材對(duì)世界高中生物課程阻礙甚大。我國在北京大學(xué)吳相鈺教授主持下已翻譯出版了其綠皮本，1999年9月起，擬在有條件的學(xué)校試用。其三是席卷當(dāng)代的課程改革的主導(dǎo)理念，差不多把知識(shí)、能力、態(tài)度、價(jià)值觀的教育目標(biāo)，從以知識(shí)為主到突出能力、態(tài)度、價(jià)值觀的培養(yǎng)，可能有助于生命自然界的多層性在中小學(xué)生物課程和教學(xué)中的妥善解決。生命是一個(gè)復(fù)雜的開放系統(tǒng)一樣系統(tǒng)論，是一門運(yùn)用邏輯和數(shù)學(xué)方法研究一樣系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論。它的創(chuàng)立者是一位奧地利生物學(xué)家、心理學(xué)家貝塔朗菲（LudwigVonBeriatanffy，1901?1972）。本世紀(jì)20年代，他在批判生物學(xué)中流行的機(jī)械論和活力論中創(chuàng)立了機(jī)體論，強(qiáng)調(diào)“系統(tǒng)”是中心的概念，從而提供了一種新的系統(tǒng)思維方式。他認(rèn)為生命是一個(gè)開放系統(tǒng)，是在同環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換的過程中出現(xiàn)輸入和輸出，自身物質(zhì)組分的組建和破壞才能存在和進(jìn)展的系統(tǒng)。他說：“生命的形式不是存在著，而是發(fā)生著，它是通過有機(jī)體同時(shí)又是組成有機(jī)體的物質(zhì)和能量的永恒流淌的表現(xiàn)形式?！蓖瑫r(shí)那個(gè)開放系統(tǒng)的重要特點(diǎn)是穩(wěn)態(tài)（流淌的平穩(wěn)，不是封閉系統(tǒng)中的真平穩(wěn)）、自主和自組織性，處處表現(xiàn)出有肌體的自我調(diào)整。生物大分子不管多么重要，但本身不具備生命屬生，只有形成細(xì)胞如此的復(fù)雜系統(tǒng)（病毒沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，必須依靠活細(xì)胞而生存），才表現(xiàn)出生命現(xiàn)象。沒有活的分子，只有活的系統(tǒng)。生命是系統(tǒng)活動(dòng)的整體表現(xiàn)，整體不是部分的線性疊加，是非線性的動(dòng)力系統(tǒng)。如此的現(xiàn)代明白得，應(yīng)該更好地反映在基礎(chǔ)教育的生物課程和教學(xué)之中，不管在生理、發(fā)育、遺傳、進(jìn)化、生態(tài)、行為等方面，用系統(tǒng)的觀念（包括開放、穩(wěn)態(tài)、自主）來排除那些機(jī)械論、外因論、活力論的阻礙，關(guān)于樹立正確的自然觀是十分重要的。生命活動(dòng)和信息變換人類差不多步人信息時(shí)代。在生命科學(xué)進(jìn)展的歷程中，自從有了遺傳學(xué)的中心法則的發(fā)覺，使得我們豁然爽朗，原先生物世代連續(xù)中復(fù)雜的遺傳、變異規(guī)律，競(jìng)是簡(jiǎn)單之極的三聯(lián)體（堿基）遺傳密碼在操作；使我們領(lǐng)會(huì)到生命活動(dòng)是物質(zhì)、能量、信息三位一體的運(yùn)動(dòng)和變化；使我們對(duì)生命活動(dòng)的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，又大大向前推進(jìn)了一步。信息本質(zhì)上不是物質(zhì)和能量，但需要物質(zhì)作為載體，需要能量供應(yīng)。因此，在研究生命活動(dòng)時(shí)，在進(jìn)行有關(guān)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，不僅揭示物質(zhì)變化和能量變化，還要同時(shí)揭示信息的發(fā)送、接收、儲(chǔ)存、加工、復(fù)制、傳遞等規(guī)律。放眼生命活動(dòng)的方方面面，除遺傳信息的傳遞外，還可看到許多的信息變換、加工和表達(dá)，激素調(diào)控，神經(jīng)調(diào)控和整合，細(xì)胞識(shí)別和免疫，發(fā)育中的核質(zhì)關(guān)系，胚層組織者、誘導(dǎo)者，動(dòng)物行為中的信息傳遞，基因調(diào)控中的操縱者、順反子等等，乃至1998年度諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目也是一種用于調(diào)劑心血管的化學(xué)分子氧化氮。在我們的基礎(chǔ)教育的生物科學(xué)教育中，其滯后于生命科學(xué)的進(jìn)展方面之一，就在于此。我們?nèi)绾蝸砀倪M(jìn)呢？值得摸索。返回頁首生命自然界是一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)地球上有如此眾多的生物種類，它們?nèi)麧M了幾乎一切能夠生存的空間，而且每一種生物的生存進(jìn)展，都以其他種類生物的生存進(jìn)展為前提，一種或幾種生物的消亡，可能對(duì)其他生物造成災(zāi)難性的后果。這種生物界的多樣性和相互依存、相互制約的關(guān)系，在非生命自然界中遠(yuǎn)沒有達(dá)到這種程度。我們可稱之為生命的網(wǎng)絡(luò)，生命之網(wǎng)。而人類也是那個(gè)網(wǎng)絡(luò)的一部分，而且是至關(guān)重要的部分，由于人口的劇增，把握著龐大的生產(chǎn)力和不斷進(jìn)展的科學(xué)技術(shù)，我們對(duì)生物界的正、負(fù)兩方面阻礙力與日懼增。假如人類的行為破壞了那個(gè)生命之網(wǎng)（這種行為差不多產(chǎn)生了嚴(yán)峻后果），最終將殃及人類自身的生存和進(jìn)展。因此，從教育的角度說，給于學(xué)生多一點(diǎn)依舊少一點(diǎn)的生物學(xué)知識(shí)，盡管也須細(xì)細(xì)斟酌，但可能不是最重要的，最重要的是要明白得尊重自然，愛護(hù)生物，并軀體力行，這是現(xiàn)代人應(yīng)有的道德素養(yǎng)。人一一自然一一社會(huì)的和諧統(tǒng)一，是現(xiàn)代社會(huì)文明的追求，是現(xiàn)代社會(huì)文化的重要特點(diǎn)。在生命科學(xué)中人是研究的主體又是客體在自然科學(xué)的眾多門類中，自然界是被人所研究的客體，只有在生命科學(xué)中，人既是研究者一一主體，又和其他生物一樣是被研究者一一客體。因?yàn)槿说淖匀粚傩允巧?，屬于哺乳綱靈長(zhǎng)目的人科。因此，生物學(xué)要研究的形狀、結(jié)構(gòu)、代謝、生長(zhǎng)、發(fā)育、繁育、遺傳、變異等的規(guī)律性也適用于人類。因此，人類的心理行為、社會(huì)行為也無不具有生物性的烙印。因此，在生態(tài)系統(tǒng)中，在生物圈中，人類的一切活動(dòng)都受到制約，又極廣、極深刻地阻礙整個(gè)生物圈。在如此的背景下，來凝視我們傳統(tǒng)的生物科學(xué)教育，就有明顯的不足：一是重生物輕人類，一個(gè)草履蟲可描述得不厭其煩，人體的重要結(jié)構(gòu)和生理則可粗而又粗；一個(gè)蜂群的成員之間的關(guān)系可描述得栩栩如生，人類社會(huì)成員之間的生物學(xué)關(guān)系則避而諱之者甚多；青蛙如何生殖發(fā)育，從幼兒園到高中，層層深入，而青青年對(duì)人類自身的生殖發(fā)育卻知之甚少。凡此種種，習(xí)以為常，看起來基礎(chǔ)教育中的生物學(xué)要緊是了解人類以外的生物界。作為現(xiàn)代人，對(duì)自身的了解、調(diào)控和開發(fā)潛力，對(duì)他人的關(guān)懷和愛護(hù)，都應(yīng)該具有堅(jiān)實(shí)的生命科學(xué)素養(yǎng)。二是對(duì)生物一一社會(huì)問題缺乏重視，當(dāng)代社會(huì)面臨的人口、糧食、能源、環(huán)境、健康等重大問題，既是廣義的STS（科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)）問題，也是不同程度的生物一一社會(huì)問題。正是在那個(gè)地點(diǎn)，基礎(chǔ)教育中的生物科學(xué)教育，能夠也應(yīng)該發(fā)揮它的重要的教育功能和社會(huì)功能。假如我們的生物科學(xué)教育，真是實(shí)實(shí)在在地進(jìn)行素養(yǎng)教育的話，理應(yīng)在這方面作出努力，即對(duì)生物一一社會(huì)問題有敏捷的觀看力，善于發(fā)覺和捕捉，并把它納入到相關(guān)的課程教材之中，組織學(xué)生參與學(xué)習(xí)、討論、調(diào)查和探究，使生物科學(xué)教育的內(nèi)容和教學(xué)過程生動(dòng)爽朗起來，既使差不多的生物學(xué)知識(shí)把握得好，又在聯(lián)系和參與中培養(yǎng)學(xué)生多方面的能力、積極的態(tài)度和樹立正確的價(jià)值觀。返回頁首生命科學(xué)研究方法的專門性我們都說生命科學(xué)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)，專門是從定性到定量的進(jìn)展中，實(shí)驗(yàn)愈益重要，愈益精確，在基礎(chǔ)教育的生物學(xué)學(xué)習(xí)中增加實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量和效益，自然十分重要。然而同樣無疑的是其他自然科學(xué)也是實(shí)驗(yàn)科學(xué)，那么其專門性在哪里？回答那個(gè)問題專門困難，僅提出兩點(diǎn)供參考：一是兩位聞名的物理學(xué)家，說過相似的話。一位是玻爾，丹麥物理學(xué)家，量子力學(xué)的領(lǐng)頭人，哥本哈根學(xué)派的創(chuàng)始人。他1932年在“光與生命”的演說中曾說：“生命現(xiàn)象具有區(qū)別于物理、化學(xué)現(xiàn)象的專門性，它不能用完全正規(guī)的物理概念為依據(jù)來說明。但物理學(xué)家參與對(duì)生命現(xiàn)象的研究，將有助于物理學(xué)和化學(xué)新規(guī)律的闡明?！绷硪晃皇茄Χㄥ姡瑠W地利物理學(xué)家，波動(dòng)理論力學(xué)的創(chuàng)始人。他于1944年在《生命是什么》中指出：“用經(jīng)典物理學(xué)和化學(xué)去描述生命現(xiàn)象是不可能的，但物理學(xué)、化學(xué)滲透到生命科學(xué)中，介入，有助于解開生命之謎，開創(chuàng)生命科學(xué)研究的嶄新領(lǐng)域?！彼脑拞l(fā)我們：生命科學(xué)的研究方法應(yīng)可兼容物理學(xué)、化學(xué)的方法，但仍有它的專門性。因此，把生命現(xiàn)象的研究最終還原為簡(jiǎn)單的物理或化學(xué)過程，歸結(jié)為物理或化學(xué)原理，是不妥的，也背離了貝塔朗菲的機(jī)體論。二是1952年德國物理學(xué)家赫爾希（A.Hershy）和學(xué)生蔡斯（M.Chase）用放射性同位素標(biāo)記法研究大腸桿菌噬菌體侵染大腸桿菌的聞名實(shí)?驗(yàn)，確證了遺傳物質(zhì)是DNA而不是蛋白質(zhì)（噬菌體外殼），因此而說了一段話：“要揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)，必須研究具有活力的有機(jī)體，那種脫離生命有機(jī)體，孤立地、單純地去研究化學(xué)反應(yīng)，試圖去