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生命科學與生物學范文1
[關鍵詞] 系統生物學；基因組學；蛋白質組學；計算生物學
[中圖分類號] R34 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-7210（2008）09（b）-020-03
近代生物學研究主要是以分子生物學和細胞生物學研究為主。研究方法皆采用典型的還原論方法。目前為止，還原論的研究已經取得了大量的成就，在細胞甚至在分子層次對生物體都有了很具體的了解，但對生物體整體的行為卻很難給出系統、圓滿的解釋。生物科學還停留在實驗科學的階段，沒有形成一套完整的理論來描述生物體如何在整體上實現其功能行為，這實際上是還停留在牛頓力學思想體系的簡單系統的研究階段。但是生物體系統具有紛繁的復雜性[1，2]。盡管對一個復雜的生物系統來說，研究基因和蛋白質是非常重要的，而且它將是我們系統生物學的基礎，但是僅僅這些尚不能充分揭示一個生物系統的全部信息。這種研究結果只限于解釋生物系統的微觀或局部現象，并不能解釋系統整體整合功能的來源，不能充分揭示一個生物系統的信息，且忽略了系統中各個層面的交互、支持、整合等作用,限制了生物學研究的發展。在這種現狀下，20世紀末人類基因組計劃完成后，生物學領域的科學家都在考慮一個問題：未來生物學研究的方向在哪里？為此學術界也不乏辯論。得出的共識是：生物學的發展未來主要面對如下問題：(1)如何弄清楚單一生物反應網絡，包括反應分子之間的關系、反應方式等；(2)如何研究生物反應網絡之間的關系，包括量化生物學反應及生物反應網絡；(3)如何利用計算機信息及生物工程技術進行生物反應，生物反應網絡，乃至器官及生物體的重建。
早在1969年，Bertalanfy LV就提出了一般系統理論(general systems theory)，他在文章中指出生物體是一個開放系統，對其組成及生物學功能的深入研究最終需要借助于計算機和工程學等其他分支學科才能完成[3]。1999年，由Leroy Hood創立的系統生物學(systems biology)則是在以還原論為主流的現代生物學中反其道而行之，把這種以整體為研究對象的概念重新提出。他給系統生物學賦予了這樣的定義，系統生物學(systems biology)是研究一個生物系統中所有組成成分(基因、mRNA、蛋白質等)的構成，以及在特定條件下這些組分間的相互關系的學科。換言之，以往的實驗生物學僅關心基因和蛋白質的個案，而系統生物學則要研究所有的基因、所有的蛋白質、組分間的所有相互關系。顯然，系統生物學是以整體性研究為特征的一種大科學，是生物學領域革命性的方法論。以胡德的觀點，基因、蛋白質以及環境之間不同層次的交互作用共同架構了整個系統的完整功能。因此，用系統的方法來理解一個生物系統應當成為并正在成為生物學研究方法的主流。利用系統的方法對其進行解析，綜合分析觀察實驗的數據來進行系統分析。具體通過建立一定的數學模型，并利用其對真實生物系統進行預測來驗證模型的有效性，從而揭示出生物體系所蘊涵的奧秘，這正是生物學研究方法的關鍵所在。
1 系統生物學的主要研究內容
系統生物學主要研究實體系統(如生物個體、器官、組織和細胞)的建模與仿真、生化代謝途徑的動態分析、各種信號轉導途徑的相互作用、基因調控網絡以及疾病機制等[4，5]。
系統生物學的首要任務是對系統狀態和結構進行描述，即致力于對系統的分析與模式識別，包括對系統的元素與系統所處環境的定義，以及對系統元素之間的相互作用關系和環境與系統之間的相互作用的深入分析。具體如生物反應中反應成分之間的量的關系，空間位置，時間次序，反應成分之間的因果關系，特別是反饋調節和變量控制等有關整個反應體系的問題等。其次要對系統的演化進行動態分析，包括對系統的穩態特征、分岔行為、相圖等的分析。掌握了系統的基本演化機制，使系統具有目標性和可操作性，使之按照我們所期望的方向演化，也有助于我們重新構建或修復系統，為組織工程學的組織設計提供指導。另外，系統科學對生物系統狀態的描述是分層次的，對不同層次進行的描述可能是完全不同的；系統科學對系統演化機制的分析更強調整體與局部的關系，要分析子系統之間的作用如何形成系統整體的表現、功能，而且對系統整體的每一行為都要找出其與微觀層次的聯系。
系統生物學的研究包括兩方面的內容。首先是實驗數據的取得，這主要包括提供生物數據的各種組學技術平臺，其次是利用計算生物學建立生物模型。因此科學家把系統生物學分為“濕”的實驗部分（實驗室內的研究)和“干”的實驗部分（計算機模擬和理論分析)?！皾瘛?、“干”實驗的完美整合才是真正的系統生物學。
系統生物學的技術平臺主要為各種組學研究。這些高通量的組學實驗構成了系統生物學的技術平臺。提供建立模型所需的數據，并辨識出系統的結構。其中包括基因組學、轉錄組學、蛋白質組學、代謝組學、相互作用組學和表型組學計算生物學通過建模和理論探索?？梢詾樯锵到y的闡明和定量預測提供強有力的基礎。計算生物學包括數據開采和模擬分析。數據開采是從各實驗平臺產生的大量數據和信息中抽取隱含其內的規律并形成假說。模擬分析是用計算機驗證所形成的假說，并對擬進行的體內、體外生物學實驗進行預測，最終形成可用于各種生物學研究和預測的虛擬系統。計算生物學涉及一些新的數學原理和運算規則，需要物理和數學來研究生物學的最基本的原理，也需要計算科學、信息學、工程學等進行生物工程重建和生物信息傳遞的研究。
2 系統生物學的研究思路及特點
系統生物學識別目標生物系統中的各種因素，然后構架一個系統模型，在其中賦予這個生物系統能動性。在此模型中研究細胞、組織、器官和生物體整體水平，研究結構和功能各異的各種分子及其相互作用，并通過計算生物學來定量描述和預測生物功能、表型和行為。系統生物學最大的特點即整合。這里的整合主要包括三重含義。首先，把系統內不同性質的構成要素(DNA、mRNA、蛋白質、生物小分子等)整合在一起進行研究；其次，對于多細胞生物，系統生物學要實現從基因到細胞、到器官、到組織甚至是個體的各個層次的整合。第三，研究思路和方法的整合。經典的分子生物學研究是一種垂直型的研究，即采用多種手段研究個別的基因和蛋白質。而基因組學、蛋白質組學和其他各種“組學”則是水平型研究，即以單一的手段同時研究成千上萬個基因或蛋白質。而系統生物學的特點，則是要把水平型研究和垂直型研究整合起來，成為一種“三維”的研究[6]。
3 系統生物學的研究方法
系統生物學最重要的研究手段是干涉(perturbation)。系統生物學的發展正是由于對生物系統的干擾手段不斷進步促成的。干涉主要分為從上到下(top-down)或從下到上(bottom-up)兩種。從上到下，即由外至里，主要指在系統內添加新的元素，觀察系統變化。例如，在系統中增加一個新的分子以阻斷某一反應通路。而從下到上，即由內到外，主要是改變系統內部結構的某些特征，從而改變整個系統，如利用基因敲除，改變在信號傳導通路中起重要作用的蛋白質的轉錄和翻譯水平[7]。
目前國際上系統生物學的研究方法根據所使用研究工具的不同可分為兩類：一類是實驗性方法，一類是數學建模方法。實驗性方法主要是通過進行控制性的反復實驗來理解系統[8，9]。首先明確要研究的系統以及所關注的系統現象或功能，鑒別系統中的所有主要元素，如DNA、mRNA、蛋白質等，并收集所有可用的實驗數據，建立一個描述性的初級模型(比如圖形的)，用以解釋系統是如何通過這些元素及其之間的相互作用實現自身功能的。其次在控制其他條件不變的情況下，干擾系統中的某個元素，由此得到這種干擾情況下系統各種層次水平的一些數據，同時收集系統狀態隨時變化的數據，整合這些數據并與初級模型進行比較，對模型與實際之間的不符之處通過提出各種假設來進行解釋，同時修正模型。再設計不同的干擾，重復上面的步驟，直到實驗數據與模型相一致為止。
數學建模[10，11]方法在根據系統內在機制對系統建立動力學模型，來定量描述系統各元素之間的相互作用，進而預測系統的動態演化結果。首先選定要研究的系統，確定描述系統狀態的主要變量，以及系統內部和外部環境中所有影響這些變量的重要因素。然后深入分析這些因素與狀態變量之間的因果關系，以及變量之間的相互作用方式，建立狀態變量的動態演化模型。再利用數學工具對模型進行求解或者定性定量分析，充分挖掘數學模型所反映系統的動態演化性質，給出可能的演化結果，從而對系統行為進行預測。
4 當代系統生物學研究熱點
基因表達、基因轉換開關、信號轉導途徑，以及系統出現疾病的機制分析等四個方面是目前系統生物學研究的主要陣地。
基因組醫學(genomic medicine)是以人類基因組為基礎的生命科學和臨床醫學的革命。生命科學和臨床醫學結合，將人類基因組研究成果轉化應用到臨床實踐中，是后基因組時代最重要的研究方向之一。人類基因組計劃從完成和多種疾病相關的基因研究發現，迅速進入到蛋白質組學、染色體組和人類疾病基因的研究，通過單基因或復雜多基因疾病的相關基因研究和疾病易感因素分析，達到揭示基因與疾病的關系之目的；遺傳背景與環境因素綜合作用對疾病發生發展的影響；為疾病的診斷、預防和治療、預后和風險預測提供依據?；蚪M醫學將大大提高我們對健康和疾病狀態的分子基礎的認識，增強研制有效干預方法的能力。
后基因組(post-genome)的交叉學科研究是目前生命科學研究的前沿。交叉學科是一個新的研究領域，范圍非常廣闊，如基因組、蛋白質組、轉錄組等等，從而出現許多新的交叉學科。
細胞信號轉導(signal transduction)的研究是當前細胞生命活動研究的重要課題。細胞信號轉導蛋白質組學是功能蛋白質組學的重要組成部分。系統地研究多條信號轉導通路中蛋白質及蛋白質間相互關系及其作用規律，細胞信號轉導通路網絡化，其作用模式、通路、功能機制、調控多樣化，細胞信號轉導結構、功能、途徑的異常在癌癥、心血管疾病、糖尿病和大多數疾病中起重要作用。對細胞信號轉導機制的了解，已成為創新藥物、防病治病的關鍵。細胞信號轉導不是一門單一學科，而是多種學科，如細胞學、生物化學、生物物理學和藥理學等多學科的交叉學科。
5 現階段系統生物學存在的問題
目前的系統生物學研究還只是初步使用動力學建模方法來定量描述系統的動態演化行為，這種方法對簡單巨系統是適用的，但是在運用到復雜適應性系統時就會表現出很多的局限性，有很多問題就不能解決。生物體系統的復雜程度超乎我們的想象，現階段不宜研究整個生物體系統，可以從研究“小系統”(生物體中具有一定功能、相對獨立的部分，將其看成一個“系統”)開始，當然如何正確地分析這個小系統本身也不是件易事。
5.1現有技術水平的限制
著眼于整體的系統生物學對技術、儀器的依賴性大大超過傳統的分子生物學。高通量、大規模的基因組及蛋白質組等的發展都是建立于新技術、新儀器出現基礎之上。就目前的技術水平來講，距系統生物學所要求達到的理想水平還相差很遠。由于技術發展的不均衡造成了系統中各個水平上的研究不均衡?；蚪M和基因表達方面的研究已經比較成熟，而在其他水平如蛋白質、小分子代謝物等的研究仍處于起步階段。各種蛋白質在數量上的巨大差異是全面分析低豐度蛋白質的一大障礙。而低豐度蛋白往往是最重要的生物調節分子，如何加強對低豐度蛋白的高通量研究，將是對蛋白質組應用前景的重要保障。同樣，如何研究系統內存在的非遺傳性分子即細胞中存在的成百上千的獨立的代謝底物及其他各種類型的大小分子，它們在基因表達、酶的構象形成等方面有著重要作用。建立適當的方法來系統檢測這些分子的變化是系統生物學能否發展的關鍵。
5.2分析水平的限制
系統的復雜性決定了全面分析的復雜性。人類基因組計劃的實施提供了龐大的信息資源，已讓人眼花繚亂，而對于較核苷酸復雜得多的蛋白質及代謝物等的分析將是更大的挑戰。如何系統而詳盡地為公共數據庫中的信息加上注解，對這些復雜數據進行儲存和分析將成為系統生物學發展的瓶頸。
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生命科學與生物學范文2
一、生物學科高考命題的特點
高考生物學科命題充分體現考試大綱的要求,以考查學科主干知識為主,重視能力和素質考查。從歷年生物學高考的情況來看,高考命題以能力立意為主,試題的覆蓋面較廣,生物的新陳代謝、遺傳和變異兩章仍是考查的重點。
要求學生能應用學過的知識和專業術語,正確闡述基本的生物學現象、概念、方法和原理;理解、分析生物學中以圖表、圖解等表達的內容和意義,并能用圖表等多種表達形式準確地描述生物學現象和實驗結果;理解生物體的結構和功能、部分與整體及生物與環境的關系,并能運用所學的生物學知識解釋和解決生物個體、環境和社會生活中的某些生物學問題;理解所學實驗的實驗內容,包括實驗原理、方法和操作步驟,掌握相關的操作技能;了解生命科學發展中的重大熱點問題及其對科學和社會發展的影響和意義。
另外,生物科高考還適度體現“提高生物科學素養,面向全體學生,倡導探究性學習,注重與現實生活的聯系”的學科理念。
二、生物學科高考備考策略
1.夯實“三基”,重視基(下轉第237頁)(上接第236頁)礎是生物學高考備考的根本策略。“三基”是指基本概念、基礎知識和基本技能。只有基本概念清楚、基礎知識系統完整、基本技能扎實熟練,學生的各種能力才能形成和發展。
2.培養能力,突出能力訓練的策略是高考備考的制勝策略。培養和訓練學生的科學思維方式和思維習慣,生物學知識包括知識本身和發現知識的過程。知識發現過程有利于激發學生學習積極性、啟發學生創新思維,培養和訓練學生科學思維方式和思維習慣。
3.指導學生善于發現問題,培養和訓練學生發現問題的能力。緊密聯系實際,重視實驗分析和設計。目前高考非常重視實驗原理、實驗程序、實驗現象、實驗結論和實驗設計等的考查。
4.優化課堂,追求課堂高效率的策略。課堂優化與否,課堂效率的高低,直接關系高考備考的成敗。重視基礎的策略和培養能力,突出能力訓練策略都必須通過優化的課堂加以實施。
生命科學與生物學范文3
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關鍵詞 化學觀 化學學科特色 生命活動 蛋白質 葡萄糖
1 教材分析和教學理念
蘇教版《有機化學基礎》專題五“生命活動的物質基礎”是由2個單元組成的，重點介紹了糖類、油脂、氨基酸、蛋白質等物質，與人類的生命活動密切相關。由于這部分內容與生物學科交叉，如果教師沒有作好處理，會讓學生感覺有重復之嫌，故如何在這個章節中突顯化學的研究手段、化學的思維方式、化學的關注焦點，從而體現化學學科的特色，揭示“化學觀”，就顯得格外重要。
在新課程背景下，專家和教師們都越來越關注“觀念教學”?！盎瘜W觀”是居于學科中心，具有超越課堂之外的持久價值和遷移價值的關鍵性概念、原理或方法?！坝^念教學”有利于培養學生深層理解力和學科素養，使現在的學生、未來的公民具備并長久地運用化學這一“科學工具”。專題五的教材內容充分體現了化學中的“元素觀”“分類觀”“變化觀”和“實驗研究觀”，是教師進行化學觀教育的有效知識載體和良好契機。
任何一個學科都有其獨特的視角和關注焦點。如何利用專題五的教學展現化學學科特色，以區別于其他學科呢？這就需要教師在教學中應用化學研究手段和思維方式，將“化學實驗”、“化學思維方法”和“化學語言”這3大特色融入到學生的學習和探究中。事實上，專題五是高中化學別能讓學生感受化學學科特色的部分。正是與生物學科存在內容上的交叉，才有機會讓學生認識到不同學科關注的焦點是不同的，從而學會對比整合，促成自身認知結構層次的提升。
學習化學有3個層次：宏觀現象、微觀結構和化學符號。專題五的教材內容安排了許多學生平時生活中熟悉的現象，學生可以通過閱讀教材認識到形形的宏觀現象，這是化學學習的第一層次。在這之后，教師應該引導學生思考如何由常見的生活現象轉入到背后微觀結構的變化，領悟“結構決定性質”的化學觀，再用特定的化學符號將這些過程進行表述，形成統一的化學專業語言，從而實現化學學習的3個層次。
基于上述觀點，筆者將“化學觀”教學融入到傳統的復習課堂中，讓“化學特色”成為復習課堂的方法主線，促成學生在復習課堂中實現學習化學的“3個層次”。
復習課的核心任務是讓學生建構知識網絡、提升知識的應用能力、掌握復習方法。筆者在教學設計時以生活現象為平臺，創設情境，以實驗為載體，挖掘理性思維，揭示微觀結構，以化學符號的表征為抓手，訓練化學語言能力，并以方法指導為重點，培養學習和解決問題的能力。整個教學過程，筆者從一瓶飲料出發，讓學生挖掘其中折射出的化學知識和化學思維，再深入到生命活動，讓學生體會到處處都存在化學語言和化學觀念，最后將觀察的視角拓寬到自然界乃至整個宇宙，發現化學原理依然滲透其中。在解決這些實際問題的過程中，提升學生的知識應用能力，掌握“分類法”、“結構決定性質”的學習方法，同時培養學生用化學的眼光去觀察生活、生命和整個自然界，感受“事物是普遍聯系”和“特性與共性是辯證統一”的哲學觀。于是，確定了課堂的教學框架：從化學視角看食品一從化學視角看生活一從化學視角看自然界，形成了本節課的教學流程。
2 教學流程
2.1 從化學視角看食品
首先由營養快線飲料的廣告（最營養的蛋白飲品+含維生素最豐富的果汁飲品=最營養的飲料、純正果汁與香濃牛奶的完美結合）和成分等圖片人手，激發學生的學習興趣，也引發了學生關于“飲料中究竟含有哪些營養成分”的疑問。接著，筆者展示一瓶營養快線，并將它緩緩倒入燒杯中。當看到飲料緩緩流出時，學生發出“哇塞”的叫聲。此時筆者提問：“你看到了什么？想到了什么？”學生說好稠，肯定很營養。筆者反問：“為什么稠就營養？”學生推測：應該富含蛋白質吧？筆者追問：“你的判斷依據是什么？”學生說：“感覺吧，雞蛋清就是黏稠的”。筆者贊許地微笑，繼而啟發學生：“你們能很好地結合生活經驗。那能否設計顯性的實驗證明自己的推斷呢？”學生開始議論，有的說用濃硝酸，有的說用雙縮脲試劑，還有的說可以用茚三酮試劑，甚至有說丁達爾效應的。筆者在肯定學生的答案之后，選擇了前面2種試劑進行演示驗證。在學生期待的目光下，飲料中的蛋白質得到了檢驗，學生也露出了滿意的笑容。筆者發問：“大家知道為什么蛋白質溶液是黏稠的嗎？”學生再次陷入了思考?！捌匠４蠹铱吹顾瑫霈F這種現象嗎？”學生搖頭?！澳隳軓奈⒂^的結構解釋蛋白質和水傾倒出的不同現象嗎？”有學生說因為蛋白質是高分子，也有學生說蛋白質溶液是膠體，還有說是不是蛋白質分子有黏性的原因。此時，教師需要鼓勵學生的大膽想象。“蛋白質不僅是大分子，而且還是長條狀的分子。它在水中的粒子直徑在1～100 nm范圍內，故形成膠體。而許多膠體在加熱過程中，黏度會增強，形成膠狀物質。”學生恍然大悟。
“那么，組成蛋白質高分子的基本單元是什么？為什么它們能形成高分子？能否用電子式表示出這些基本單元的官能團？”此時學生迅速回憶氨基酸的特有結構?！盃I養快線的廠商標明飲料中含有一種氨基酸，叫做半胱氨酸。大家能寫出半胱氨酸形成二肽的方程式嗎？”學生根據提供的鍵線式練習氨基酸的脫水反應，進而體會到氨基酸縮聚成多肽的原理。“氨基酸和蛋白質是非常重要的營養物質，是生命組成的物質基礎。所以市場上有氨基酸口服液、蛋白粉等物質。大家在平常的飲食中需要適當攝入這些物質”。
“飲料主要成分中還標明有糖類，其中含有葡萄糖。大家認為該如何證實產品的這一說法呢？”學生馬上想到用銀氨溶液或新制氫氧化銅溶液。筆者取用了前面加入雙縮脲試劑（檢驗蛋白質）的營養快線進行加熱，結果出現了磚紅色沉淀。由此，學生理解了生物中的雙縮脲和化學中的新制氫氧化銅溶液在成分上是基本相同的。之后，筆者要求學生書寫出現磚紅色沉淀的化學方程式，再根據葡萄糖的結構列舉它還可能進行的反應。在學生交流校對后，筆者投影工業中葡萄糖制備銀鏡、葡萄糖作電鍍的還原劑、葡萄糖成酯作食品添加劑、葡萄糖檢驗方法在醫院中的特殊作用等圖片讓學生感受葡萄糖在生活生產中的應用。
針對營養快線中的2種主要成分，筆者又設計了“如何分離營養快線中的糖類和蛋白質”的問題讓學生對2者性質進行區別。學生提出了鹽析、滲析、結晶和調節pH等方法。筆者再追問“根據這2種物質的性質，該如何保存飲料”的現實問題。學生提到了要避光避熱防止蛋白質變性、密封防止葡萄糖被氧化。筆者及時展示營養快線上“低溫、避光、密封”和“開蓋后需冷藏，清當天內飲完”等標簽讓學生感受化學知識的意義。至此，學生從化學的視角分析了營養快線的成分，認識到飲料中蘊含的化學知識。這樣，筆者再讓學生總結蛋白質、氨基酸和葡萄糖的性質也就水到渠成了。
教學意圖：利用熟悉的飲料所含成分的檢驗并表征過程中的變化，意在突出“微粒觀”、“變化觀”和“實驗研究”等化學觀的教育，體現“結構決定性質”，“宏觀與微觀聯系”的學習方法，并訓練化學語言，在關注“雙基”的同時，促進學生化學思維的培養。
2.2 從化學視角看生命活動
在這一環節，筆者由“為什么廣告商還不忘宣傳營養快線中的維生素、無機鹽和脂肪呢？”的問題引入。學生馬上聯系到這些物質在生命活動中的重要作用。于是，筆者進入到本專題的核心知識：（1）完成生命活動需要哪些物質？為什么稱它們是生命活動的物質基礎？（2）這些物質在生命活動中都發生了哪些化學反應？筆者讓學生閱讀教材并回答上述問題，解釋營養快線中添加這些成分的原因。這時候學生閱讀教材的心理就發生了變化，因為此時學生需要主動尋求知識解決他們遇到的實際問題。在結合油脂可以水解生成營養物質、可以水解制備肥皂，并且許多食品中都含有氫化油、單甘酯、雙甘酯等添加劑后，學生認識到油脂不僅是重要的營養物質，還起著改善食品味道的重要作用。隨即，筆者要求學生書寫油脂的通式和水解反應式以加深對油脂應用的理解。通過這2個環節的學習，學生認識到每種營養物質在人體中都有特定作用，無論哪種營養成分不均衡都會引起生理疾病，于是學生學會用化學的眼光看待生命活動，感悟到化學能讓我們的生活更美好。
為了讓學生科學看待食品和生命活動，筆者在此還設計了2個實際問題：（1）如今，人們呼吁健康飲食，提倡低熱量的食品，于是大面積地出現了“零脂肪”的飲料或其他食品，大家認為這些廣告可信嗎？為什么？（2）娃哈哈公司“用營養快線代替早餐”的廣告以說明飲料的營養價值。請大家展開討論“營養快線能否代替早餐”？
教學意圖：通過2個核心問題引導學生整理歸納本章節主要知識內容，自主建構知識網絡，促進融會貫通，再呈現生活中的2個實際問題，讓學生學會運用化學知識，培養理論聯系實際的能力。
2.3 從化學視角看自然
在完成上述2個環節后，筆者讓學生思考：學了專題五，你認為該專題與前面專題有哪些聯系？你在學習本專題時都應用了哪些已學知識？學生提到了“分類”、“結構決定性質”的思想方法。筆者一進行小結強化，并提出問題：在本專題中還涉及到了立體異構的知識，葡萄糖是D型，氨基酸是L型。我們的宇宙是否就存在這樣的對稱性呢？于是讓學生閱讀相關資料，提出宇宙中是否存在“有智慧的右旋氨基酸生命”的質疑，也引出了科學家們的困惑：宇宙中是否存在著一種奇特的普適性的對稱規律？課堂最后鼓勵學生今后繼續運用科學知識的武器去探索自然之謎。
教學意圖：透過化學視角看自然才能讓學生感知化學無所不在，領悟化學的學科魅力。那么，如何才能解決自然界中許許多多的化學問題呢？掌握化學方法才是根本。這就需要學生學會學習，這也是復習課中非常重要的一項教學任務，正是本節課設置這一環節的目的所在。
3 教學反思
生命科學與生物學范文4
【關鍵詞】生命科學史 科學素養 人文價值
【中圖分類號】G632 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2014）25-0143-02
生命科學史揭示了科學家們思考和解決生物學問題的思想歷程，其中記載著科學家的生平事跡和探究過程，呈現了科學家們的科學態度、科學精神和科學價值觀。如果能把它們滲透到生物教學中，對于培養學生的生物學素養、科學素養、人文素養都具有積極的教育意義。
近年來，生命科學史的教育價值越來越被肯定，新課標教材的編寫也注重了科學史的運用。人教版高中生物學新教材必修模塊中的科學史素材有20多處，這些材料在教材多處都有出現（如科學家訪談、科學史話、科學家的故事、科學前沿、資料分析或章節的正文等），其數量和詳細程度遠遠超過以往教材。為此，本人就人教版《必修1?分子與細胞》《必修2?遺傳與進化》《必修3?穩態與環境》3個必修模塊為例，對其中體現科學史人文教育的內容進行統計分析，并試圖在生物教學中能有效地將科學史教育融入其中，引導學生培養正確的人文價值取向和良好的科學素養。
一 生命科學史教育的意義
生命科學史是一門反映生物科學進程的人文科學，有助于學生在認識上跨越自然科學與人文科學的鴻溝，是高中生物教學中一項寶貴的教學資源。生命科學史教育對于實現新課標理念具有重要的意義，生命科學史既包括科學家對生命現象的研究過程，也包括科學家研究生命現象時所持有的科學觀點和態度；既包括生物學理論和方法的形成演變，又包括生命科學與各個學科之間的聯系和對社會的影響。
1.生命科學史揭示了自然科學的本質
生命科學史揭示了自然科學的本質，同時闡述了每個觀點產生與發展的科學過程。如20世紀初，薩頓和鮑維里在孟德爾遺傳學及19世紀末在染色體的變化、體細胞與生殖細胞的分裂等方面的成果上，提出了染色體學說，即孟德爾所說的遺傳因子可能就在染色體上。但是當時沒有足夠的證據證明他們的觀點。直到1910年，摩爾根利用果蠅作為實驗材料通過一系列實驗發現，控制果蠅眼色的基因位于性染色體上，才證明了薩頓、鮑維里的假說。從“基因位于染色體上”的形成過程可以看到科學觀點產生的歷程。
2.生命科學史揭示了人們思考和解決生物學問題的思想歷程
生命科學史是一部思想史，它揭示了人們思考和解決生物學問題的思想歷程。但是這些思想受到了當時文化背景和科學技術水平的制約。生物學新知識的產生，首先都需要從思想方法上有所突破。例如，“物種是演變的”這一思想的確立就是對“物種是不變的”思想的一個突破。人類對生命個體發育的探究歷程也體現了思想方法上的創新。這些事實反映了當時的思想氛圍并影響著人們對事物的認識，科學家的思想以及思想轉變與他們從事的科學探究是密切相關的。這對學生形成正確的思想認識具有積極的教育意義。
3.生命科學史教育能培養學生正確的科學價值觀
“雜交水稻之父”袁隆平院士的事跡被廣為傳頌，從而使學生感受到堅持不懈的重要性；遺傳學奠基人孟德爾發現了遺傳的基本規律，創立了遺傳學。然而遺憾的是，這一偉大的理論被埋沒了30多年才為世人所知曉。這個例子從反面讓學生深刻體會到科學之路并不是一帆風順的，而是充滿了艱辛與挫折，要想獲得成功，就必須樹立正確的科學價值觀，勇于面對挫折和失敗，培養對科學百折不撓、堅持不懈的意志和品質。
二 對人教版必修模塊科學史人文教育內容的統計
經過深入細致的挖掘，高中生物人教版《必修1?分子與細胞》中，共有5個章節插入了科學史人文教育，篇幅也是3本教材中比例最多的。主要集中在“科學前沿”“科學史話”和“資料分析”等欄目中，涉及科學家們不為人知的科研歷程和一些與教材知識點有關的前沿領域的發展。既有自然科學學說觀點的產生過程，又能體現科學家們堅持創新的人文精神。這不僅使學生對高中生物學產生濃厚的興趣，也為接下來的人文科學學習做了鋪墊。
在《必修2?遺傳與進化》、《必修3?穩態與環境》兩本教材中，涉及的生命科學史人文教育的具體內容主要集中在課本正文以及“科學家訪談”欄目中，因為在學習了第一冊的細胞學知識后，學生們對高中生物學的認識有了一個基本的框架和一定的基礎，因此在必修2和必修3教材的正文中，學生們可以一邊閱讀知識點，一邊滲透科學史人文教育，充分了解遺傳、進化、生態等領域的重要科學觀點的產生過程以及孟德爾、摩爾根、沃森、克里克等生物科學家們的艱辛歷程。更值得一提的是，學生們應當從《必修3?環境與生態》的學習過程中聯想到我們國家一直所倡導的“可持續發展”政策，明白保護生態環境就是造福子孫后代。
三 生命科學史教育在高中生物教學中的應用
新一輪的高中生物新課程改革的主要目標是進一步提高學生的生物科學素養，生命科學史中蘊涵的教育價值對于實現這樣的課程目標具有積極的意義。因此，將科學史教育恰當的應用于生物教學中，對于培養學生的科學素養具有很大的促進作用。
1.結合生命科學史，進行科學方法的教育
在必修2中有這樣一個例子：DNA雙螺旋結構的發現堪稱現代生物學史上一項劃時代的杰出成就，因為它把人們對生物學的研究視野從細胞水平推向了分子水平，并為分子生物學的創立奠定了重要基礎。在DNA雙螺旋結構的發現中做出了重大貢獻的科學家有四位：弗郎西絲?克里克、詹姆斯?沃森、莫里斯?威爾金絲、羅薩琳?富蘭克林。然而在這四位科學家中，只有沃森畢業于生物學專業，克里克和威爾金絲均畢業于物理專業，而富蘭克林所學專業為化學。在此之前，有許多著名的生物學家研究過這一課題，但都沒有取得突破性的進展，而在研究DNA方面知識最欠缺的沃森和克里克為什么最終能取得如此巨大的成功呢？學生自然會有疑問。這四位科學家在大學學的是不同的專業，具有不同的知識背景，然而正是這一特點幫助他們走向了成功，沃森和克里克以威爾金斯和富蘭克林提供的DNA X射線衍射圖譜的有關數據為基礎，著手建立DNA分子模型，其間也屢屢失敗，后來在查哥夫實驗的啟發下，解決了“堿基配對”的問題，經過反復討論，終于在1953年初提出了DNA 雙螺旋結構的分子模型，他們把這個用金屬材料制作的模型與拍攝的X射線衍射照片比較發現二者完全相符。這是科學史上由于學科交叉而產生的一次重大的科研成果。這幾位科學家結合了生物學、化學、數學等不同學科進行綜合研究，并創造性地運用了模型構建的方法，把復雜的科學理論轉化為簡單易懂的實物模型。這一巨大的研究成果使學生對科學方法的運用有了深刻的體會：生命科學需要利用其他學科中的思想和研究手段；同樣，其他科學也在吸收生物學的靈感。任何一門學科都不是獨立的，而是相互滲透、相互影響、共同發展的。
2.通過科學史教育培養學生的人文價值
從整個必修模塊來看，在科學史這一方面，該套教材隱含著生命科學史所具有的“追求韌性品質、創新精神、堅持不懈、求實、合作、交流、責任感”等人文素養內容。其中，創新這一思想所占的比例很大，這與中國追求培養創新型人才方針有密切的關系。在學習生物學知識中，應當讓學生有意無意地感受到這些史實人文素材當中的人文思想。具體來說，“探索生物大分子的奧秘――與鄒承魯院士的一席談”這則人文素材中，鄒承魯院士告訴大家，做課題需要很大的勇氣和創新思維，同時，他做學問的基本原則是：努力追求科學真理，跟蹤最新發展前沿。并且材料中也出現了“做研究需要鍥而不舍，永不自滿，為祖國做貢獻，辦老實事，說老實話，做老實人”等體現求實、合作交流、責任等人文思想情感。這些科學史教育素材對于培養學生的科學態度和科學精神及人文價值取向都有很大的積極意義。
生物學是一門博大精深、具有豐富歷史的自然科學，與傳統的數理化等課程相比，既包含了復雜深邃的科學知識，同時又具有豐厚的人文底蘊。學習生物科學史能使學生沿著科學家探索生物世界的道路，理解科學的本質和科學研究的方法，學習科學家的精神。這對提高學生的科學素養和人文價值觀具有重要的意義。教師不僅要注重學生們科學知識的學習，更要注重他們科學素養的提高，以史為鑒，增強學生的學習興趣，培養他們的觀察能力、識別能力、探索精神以及堅韌不拔、鍥而不舍的優秀品質，使學生能成為勇于創新、開拓進取的有用之才。
參考文獻
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生命科學與生物學范文5
1.信息蘊涵在試題中的文字中
2.信息蘊涵在圖解、表格中
圖表能將復雜問題簡單化,抽象問題直觀化,能調動學生多種感官參與學習活動,從而提高學習興趣,促進學生形象思維的發展,起到語言文字所不能起到的作用。
3.信息蘊涵在社會科技熱點中
考試大綱要求考生關注對科學、技術和社會發展有重大影響和意義的生物學新進展,但只是要求對“重大”進展予以“關注”。至于什么是重大進展,沒有明確界定,但至少應該幾乎是家喻戶曉的、全社會都能加以關注的內容,同時又是學生能夠接受的,又與中學教材內容有聯系的內容。
因此,“獲取信息的能力”具體表現為考生通過對題干的閱讀,迅速且準確地獲取與試題問題相關信息的能力。需要考生從試題給出的文字、圖表中捕獲與解決問題相關的有效信息,然后與所學知識相結合,從而解決相關問題。
歷年來的高考大綱(理綜生物)的能力要求第三部分都是“獲取信息的能力”,老教材要求:(1)會鑒別、選擇試題給出的相關生物學信息,并能運用這些信息,結合所學知識解決相關生物學問題。(2)關注對科學、技術和社會發展有重大影響和意義的生物學新進展。
新課程要求(1)能從課外材料中獲取相關的生物學信息,并能運用這些信息,結合所學知識解決相關生物學問題。(2)關注對科學、技術和社會發展有重大影響和意義的生物學新進展以及生物學發展史上的重要事件。
1.從傳播媒體中自主獲取生物學科的前沿知識
在實際教學中,可以引導學生通過課外各種媒體關注生命科學研究的最新動態的報道,來了解生命科學的新進展。如報刊、雜志以及互聯網、電視節目、廣播新聞、圖書館、新華書店等。
2.從生活實際中自主獲取生物學科的日常知識
生命學科知識具有很強的實用性,我們日常生活中處處都能接觸到,只是有的學生視而不見,沒有給予它們更多的關注。在教學中,我鼓勵同學關心生活、關心身邊小事,善于發現問題并予以重視,嘗試把生產生活實際與教材中生命科學知識相聯系,從中獲取相應信息。
3.從社會熱點中自主獲取生物科學的相應知識
生命學科不僅與生活實際有著廣泛聯系,還與許多社會事件、社會問題密切相關。在教學中,根據知識點,有機地與相關社會熱點、事件相聯系,拓展知識,使學生對某一熱點問題有較全面的認識,從而獲取生物科學的相應知識。
4.嘗試改編、整理或命制生物學情景習(考)題
生物學情景題是指以一些經典實驗或當前的社會熱點問題為背景命制而成的試題,要求學生運用所學知識分析、解釋甚至解決材料中的問題。
實踐成效:
1.增強了學生課外獲取信息的意識
許多學生從原來只看課外傳播媒體中的文體新聞、娛樂節目到現在有意識的關注生命科學的報道和資料,有的同學說:現在看報紙、雜志、上網、陪父母逛超市買東西,都要留意有關生命學科的相關知識,產品介紹、說明、成分。這說明學生已有意識開始關注獲取課外的信息。
2.增強了學生關注生活、關注健康、關注社會的責任感和情感,激發學習興趣
生命科學與生物學范文6
一、選擇《生命科學導論》研究型教學方法
《生命科學導論》涉及基礎生物學、生物科學史、細胞生物學、遺傳學、分子生物學、生態學、現代生物技術與倫理學等多學科內容，知識面廣博、熱點問題頗多、綜合性較強、更新速度快；而我院非生物專業的學生理論基礎知識參差不齊、生物知識結構不完整，因此，選擇研究型教學能有效地提高教學效果。經過多年教學經驗的積累，在教學中，我們將《生命科學導論》課程的教學內容以專題的形式結合學生的基礎和專業進行展示，即“生命系統與生物科學史”、“生物與營養健康”、“生物多樣性及其保護”、“生物與環境”、“細胞與細胞工程”、“基因與基因工程”、“生物信息與生物芯片”、“仿生學與生物材料”、“生命科學倫理”。以專題形式將教材內容的主要知識點進行提煉和概括，結合學科發展的全過程動態，把相關的基礎理論知識和最前沿的東西展示給學生。每個專題都有一條線索，以這條線索創設情境，讓學生進行各種形式的探究、討論來學習掌握這一線索穿起的生命科學的理論知識及相對應的生物技術。這樣不僅可以照顧到各個專業不同層次的學生，而且能在教學過程中很好地將不同學科融會貫通、交叉滲透，容易形成培養學生科學素養和創新意識的教學環境，促進學生全面發展。
二、利用網絡資源輔助研究型教學
研究型教學改變了學生單純地、被動地接受知識傳授的學習方式，在傳統教學的基礎上，更加注重發揮教師的主導作用和學生的主體作用，構建了一種開放的學習環境，為學生提供了一個多渠道獲取知識并將學到知識綜合應用于實踐的平臺。隨著生命科學的快速發展，為讓學生更好、更多地了解和掌握生命科學前沿和熱點問題，便捷的互聯網便成了研究型教學的好幫手。學生可以通過網絡獲知國內外生物學最新科研成果，關注生物學發展的最新動態。在教學過程中，授課老師可結合容易引起學生關注的有關課程知識點（戰勝癌癥、學習和記憶、基因工程、保護生物多樣性、生命倫理學等）設立專題，讓學生通過網絡查閱國內外相關文獻，然后由授課老師指導學生進行綜述和匯報查閱的結果。這樣不僅提高了學生的學習興趣，加強了師生之間的交流，而且開拓了學生的知識面和研究思路，鍛煉了學生閱讀和分析文獻的能力，培養了學生自主學習的能力，提高了學生思考和歸納能力。在課后，授課教師還可利用網絡教學平臺，將所講專題與相關網站進行鏈接，或把學生感興趣的話題通過精美的圖片、FLASH和3D動畫等方式展示，與學生繼續進行討論，交換信息，從而取長補短，促進研究型教學的深入開展。四、運用科學的方法進行多層次考核研究型教學的考核制度要體現研究型教學的過程，要運用科學合理的方法對教師和學生進行全面客觀地評價。以往《生命科學導論》課程以期末考試的形式進行考核，在平常上課時間不組織任何形式的考核，考查結果只能體現學生對基礎知識的掌握，這樣忽略了學生學習興趣的激發，不利于學生靈活運用基礎知識能力的培養，制約了學生創新意識和創新能力的提高。實施研究型教學后考核制度實行多樣綜合性的評價，考核評價包括兩部分：平時考查成績（50%）和期末考查成績（50%）。平時考查主要包括學生學習態度（20%平時考勤和上課紀律）、課堂表現（30%回答問題、上課討論及提出問題）和平時作業（50%寫小論文、課程設計、案例分析、實踐操作、總結報告）；期末考查以閉卷形式考核學生基礎知識、素質能力和情感價值觀。考查結果不僅能體現學生對基礎知識的掌握，而且也促進和提高了學生運用知識，自主地發現問題、研究問題和解決問題的能力。對學生考核結束后，教師在學生中可以進行訪談或者問卷調查，查缺補漏，不斷反思，從而摸索出利于學生積累知識、培養能力和鍛煉思維的新型教學及考核模式。對學生進行多元化、綜合性的評價，不僅能真正全面地評價學生的綜合能力，而且對教師的教學態度、教學內容和教學手段也是有效的評價，這樣，不僅調動了教師工作和學生學習的積極性，而且促進了研究型教學正常有序地深入開展。實踐證明《生命科學導論》課程采用研究型教學，能引起學生學習的興趣，激發每個學生的潛能，培養學生創新意識、創新思維和創新能力。但在《生命科學導論》課程實施研究型教學的過程中，授課教師不僅要對該學科具有深刻的理解和宏觀的調控，而且對學生的基礎必須進行準確地把握，才能與學生真正進行交流，并能很好地掌握課堂上生成性的問題，做到真正啟發、引導、指導學生進行研究型學習。因此，研究型教學的實施對授課教師的教學水平提出了新的、更高的要求，所以我們應不斷進行積極探索與實踐，并總結經驗教訓，循序漸進，不斷地提高自己的研究型教學水平。
作者：武林芝 單位：太原大學教育學院
