时间:2023-08-15 17:24:54
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇生物科学和生命科学的区别,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
一、蛋白质组学在农学基础研究领域中的应用研究
蛋白质组学在农学基础的研究领域中主要应用于以下几两个方面:(1)农作物与微生物之间相互的作用机理。有关文献表面,农作物在生长过程当中会与微生物的生存之间存在对资源的竞争,其最终的生长发育会随着微生物存在的现状进行改变。那么,对于这一事实也可以用蛋白质组学理论进行解释。产生这一现象的主要原因是由于当农作物作物遭遇到微生物的共生和寄生,以及遭遇到病菌的侵害的时候,其就会改变被侵害部位的蛋白质的含量,从而向外界或者是其他未受侵害的组织或者部分传递这一信号,从而引起整个农作物个体的反应机制;(2)农作物的品质改良、提升产量问题。通过利用蛋白质组学技术,科学家发现可以提高农作物的产量,还可以改善农作物的品质。例如,著名生物学家Natarajan,其对野生型的黄豆和农户种植型的黄豆,利用蛋白质组学技术进行研究、比较其两种不同生长环境下的黄豆,其内部硫氨基酸的含量存在较大区别,从而证明了提升黄豆蛋白中的硫氨基酸的浓度,能够极大的改善现有大豆农作物产品的品质。
二、蛋白质组学在林学研究研究领域中的应用研究
时至今日,世界范围已经开始应用蛋白质组学这门技术,来对林木的生长、发育、繁殖,以及当林木受到了生物以及非生物的胁迫后产生的反应展开研究。这些研究为人们增加了眼界,使得当前人们对有关林木生物学产生了更为深刻的了解。在今天,蛋白质组学已经渗透到了农学基础领域的多个方面,例如:在林木的遗传育种领域、林木病虫害的防止领域等等。通过对蛋白质组学的应用,解决了以往让诸多从事这一研究领域科学家头疼的问题。以下作者将结合上述几种应用领域进行分别应用研究:(1)林木的遗传育种领域。著名生物学家Huang在其文中建立了具有高分辨率的和高稳定性的一种双向的电泳式的图谱,并以经过矮化处理过后的杉木叶片中蛋白质为例,运用蛋白质组学技术对其展开了有关研究。其发现,经过矮化处理的杉木其叶片蛋白质的数量较野生杉木叶片蛋白质的数量更低。(2)关于林木的逆境应答研究。著名生物科学家Renaut等人,采用情景模拟的方式,为林木设置逆境的环境,经过研究发现,在拥有六百个蛋白质的植物经过环境变化,其内部蛋白质的数量减少了百分之十,并且这些消失的蛋白质主要是与林木的新陈代谢有关。(3)关于林木病虫害领域研究。著名科学家Fan等人,以毛泡桐、白花泡桐为例,通过设置同龄和同方位的产生病虫害的部位切片,对这一切片中的蛋白质进行了单项和双向两种方式的电泳分析。其研究结果发现,这两种类型的泡桐的病虫害切片当中均找寻不到蛋白多肽这种物质,从而他们得出了这一的研究结论,即:林木的病虫害与林木中所含的蛋白多肽存在负相关的关系。
三、蛋白质组学在其他农业生物科学领域中的应用研究
蛋白质组学还可以应用于研究水产业和畜牧业的研究,例如:可以利用蛋白质组学技术,研究水产业和畜牧业的肉类不同品质、不同性状时其内部所含有的蛋白质的数量,从而判断哪种元素能够促进蛋白质总量的增加,从而改变肉质和性状。另外,也可以利用蛋白质组学技术去研究这些产业中神经组织中蛋白组的问题、逆境胁迫的应答反应,或者是用于其他领域,例如:研究分离和鉴定农药蛋白质中所包含的靶分子的结构等等。
四、结论
通过上文的研究,可以发现,蛋白质组学在生命科学研究领域当中拥有核心的地位,其将引领生命科学领域未来的研究。在本文中,作者对蛋白质组学在农业生物科学领域的应用研究进行了总结和扩展,通过将这一领域的研究分为三个部分,分别从农学基础、林学、畜牧学和水产学进行应用研究,为蛋白质组学在我国生命科学领域未来的发展提供了指引性和参考性的案例。并且,随着我国市场化程度不断拓展,作者也希望,我国有关研究部门能够增强与国际的交流,加强与国际其他国家相关学科之间的战略合作,从而为蛋白质组学在我国生命科学领域的研究提供更多的经验和意见,并且能够为世界共享数据库的建立打下坚实的基础,从而为人类与自然界未来的发展创造美好的未来。
作者:李柱玲 单位:周口师范学院生命科学与农学学院
生物专业现状分析改革措施一、对生物专业的认识
生物技术是应用生命科学研究成果,以人们意志设计,对生物或生物的成分进行改造和利用的技术。现代生物技术综合基因工程、分子生物学、生物化学、遗传学、细胞生物学、胚胎学、免疫学、有机化学、无机化学、物理化学、物理学、信息学及计算机科学等多学科技术,可用于研究生命活动的规律和提品为社会服务等。当今,越来越多的国家把教育的目标放在改善和提高学生的科学素质上,以期适应社会的进步和科学的发展。要提高学生的科学素质,生物学教育意义重大。随着生物学的发展,生物被越来越多的学生所认识。近些年来,以基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程为代表的现代生物技术发展迅猛,并日益影响和改变着人们的生产和生活方式。
二、生物教学与发展现状
在1991年公布的《普通高等学校本科专业目录》中,与生物有关的科目有生物化学、微生物学、遗传学;到1998年,调整生物学科,设置生物科学、生物技术专业;再到2012年的重新调整为生物科学、生物技术、生物信息学、生态学、生物工程。1998年之前,全国生物类专业本科招生规模较为稳定。自2001年之后,生物学科的发展带动了生物类专业的招生人数,由于扩招带来了一系列问题,2005年招生趋于平稳。生物技术专业近年来就业率持续走低,目前面临的主要问题有:
1.师资队伍不足、教学资源欠缺、教学质量下滑。在2002年全国性大学扩招后,生物专业也不例外,招生规模讯速扩大,随之出现一系列问题。教学经验丰富,学术水平较高的教师队伍短缺,高校对教师的评价体系重科研、轻教学也使得师资队伍不稳定;教学资源欠缺,特别是直接用于本科教学的实验设备与资金严重不足,影响了教学质量。这些都对高校的教学质量产生了不良影响。在这种情况下,保证教学质量已经成为目前高校生物学教学面临的一个重大问题。
2.高校对于生物专业的专业定位不明确。目前,许多高校都设置了生物专业,但对其专业定位和培养目标却不明确。创新型人才、研究型人才和应用型人才的培养有何区别、如何定位专业发、培养目标和在新形势下如何适应,都是高校生物教学不可回避的问题。
3.本科生与研究生培养衔接问题。生物专业本科教学与研究生的培养之间的衔接有很大问题,不利于学生的继续深造,使得学生的就业压力增大,而且不利于生物专业高级人才的培养。
4.教学内容急需更新。目前,生命科学的发展日新月异,知识急速膨胀,新技术、新理念不断涌现,而目前的培养方案中专业课程的学分和学时都是十分有限的,并呈压缩的趋势;另外,在这种情况下,哪些内容是专业教学的核心内容?随着科学的进展,学科的知识体系在不断变化,在这种情况下教学内容应如何更新,已经成为高校生物学教育教学工作中的亟待研究和解决的课题。
三、改革措施
1.观念的改变。教改成功的关键是改变教师的观念。教改首先是改变人的观念和认识,然后才能实现真正意义上的教学改革。对于参与高校教学改革的人来说,接受有关的教学理论,了解新的教学观念是十分必要的。生物学的研究方法和思维方法,是构成这门科学的重要组成部分,是生物学最精彩的内容之一。如果我们在教学中只告诉学生生物学的结论(科学中静态的部分),而不让学生了解科学研究的思路和接受科学方法训练(科学中动态的部分),学生就很难真正地认识科学的本质和它的全貌。我们也很难实现培养具有良好科学素质、具有创新能力的高水平人才的目标。
2.应用教学辅助设备,激发学生兴趣。兴趣是最好的老师,也是学习的动力。教学方法的灵活多样,不断整体优化教学方法,用符合教育规律的科学方法及教学手段,秉承“授之以鱼,不如授之以渔”的教学理念,完善教与学的有机统一,达到最佳的学习效果。在教学活动中,以多媒体技术作为现代教学手段,可以将文字、图形、声音、动画等多种资源整合优化。由于其丰富多彩的画面的切换使学生置身于教学中,激发了学生的好奇心,使教学表现的内容更充实,更形象生动,更具吸引力。通过这些形象生动的图画和视频内容,学生对这门课程产生了浓厚的兴趣,不但容易掌握和巩固新内容,也激发了学生的求知欲望,让学生感受到生物技术与日常生活、实际应用是息息相关的一门学科。
3.教与学结合,激发学生主动性。生物技术概论内容涵盖面广泛,但教学时数有限;在有限的教学学时内,将所有内容都进行精讲是不现实的。因此,根据教学大纲要求,教师可安排一些内容让学生课后自学。同时,辅以某种形式进行,多可以分成小组形式进行讨论,或者以正反两方的形式组织辩论,或者以小组形式选派代表阐述自己的观点等,通过这种教学方式,学生的独立思考、创新能力得到培养,并且充分发挥了其团队协作能力,为今后的学习和工作奠定了基础。
4.多样化的考核方式。现如今,许多高校生物专业只凭借期末考试进行考核,忽略了生物专业的实验性与操作性。为此,各高校应该实施综合考核方案,将平时成绩和期末成绩相结合。将课堂讨论、辩论、回答问题等都作为平时成绩,同时根据平时章节安排、布置了一些相关的论文开阔学生视野。这种考核方式的变革,在增加学习兴趣的前提下,加强学生自主学习、创新等能力的培养。
5.确定人才培养目标。目前,虽然许多高校提出了“厚基础,宽口径”的本科生的培养目标,但实际上对生物技术专业本科生的培养目标还是不明确的,这就要求教育者要用更宽广的眼界,切实把握好生物技术专业人才的培养目标,落实人才培养的可持续发展理念。在处理人才培养与社会需求的关系上,注重培养“有知识、有技术、懂业务、会管理、会开发,并有市场意识与竞争意识”的“复合型”人才;在理论与实践关系上,加强学生专业课试验设计与操作能力、结果分析与整理能力、文献查询与消化能力、生物产品的研发能力,努力将实验内容、学位论文和生产实习等教学环节有机地结合起来。
参考文献:
[1]姚忠庆,王德斌.我国高校生物专业教育发展的脉络与现状.2007.
关键词:生物信息学 遗传学 教学方法 教学内容
遗传学(Genetics)是研究自然界中生物的遗传和变异规律的科学,是生命科学领域中最为重要和基础的学科之一。它也是生物科学中一门最具活力,发展最迅速的理论科学,又是一门紧密联系生产实际的基础应用科学,对探索生命起源和本质,推动整个生物科学的发展起着巨大的作用。因此,遗传学作为生命科学相关专业的一门重要主干课程,在教学中起着举足轻重的作用。
一、生物信息学专业开设遗传学的必要性
20世纪80年代末,由分子生物学、计算机科学以及信息技术等学科的交叉和结合产生了生物信息学(Bioinformatics),它是基于分子生物学与多种学科交叉,以计算机为工具对生物相关信息进行储存、检索和分析的科学,是当今生命科学和自然科学的重大前沿领域之一。近20年,特别是随着人类基因组计划(human genome project,HGP)不断拓进,生物信息学作为跨越和融合生命科学与信息技术的新兴学科已成为生命科学核心领域和最具活力的前沿领域之一。生物信息学专业应运而生。国内单独设立生物信息学本科专业的高校较少,且普遍较晚。
遗传学与生物信息学两个学科之间关系密切。有国内学者利用美国《科学引文索引》(SCI)数据库web of science,运用文献计量学方法对8种权威生物信息学期刊2001年至2010年于2011年1月15日之前上传至wed of science的全部文献进行统计及分析。对施引文献按跨学科强度排列的结果显示,遗传学及基因与生物信息学跨学科文章发表量居第二位,仅次于生物化学与分子生物学。这说明,生物信息学与遗传学直接的跨学科研究较多,二者交叉学科的发展关系密切。因此,生物信息学专业开设《遗传学》课程十分必要。
二、遗传学教学中存在的问题
多年来,不同专业的《遗传学》课程的教学过程中涌现出一些共性问题,这些问题在生物信息学本科专业的教学过程中也存在。一是,学科拓展深化与课时压缩之间的矛盾。随着遗传学研究范畴的不断拓展,新的学科分支相继涌现,信息量逐步扩增,待教授内容逐渐增加且显得零散。但随着大学素质教育改革的进行,更多新的选修课、实验课被引入,遗传学理论课时被压缩,课时减少与内容增多的矛盾日益突显。二是,遗传学与其他课程教学内容设置与组织易重复。学科交叉为科研工作提供源源不断的动力,但在教学工作中学科渗透也造成教学内容重叠,基础和关紧技术重复教学的问题。例如,分子遗传学是遗传学重要组成部分,是目前遗传学研究的重点和热点,与生物信息学关系最为紧密,它包括的遗传物质的本质,基因的调控,基因重组等内容也在基因工程、分子生物学、细胞学等课程中作为讲授重点。如何利用有限的理论课时,合理安排教学内容,提高教学效率值得思考。
与此同时,生物信息学作为比较新的本科专业,开设各课程之间的衔接问题也比较突出。生物信息学专业的学生在大二开始全面生命科学和信息技术相关程学习。在理论知识在实际中如何应用缺乏概念,学生达不到共鸣,这也是生物信息学专业低年级学生面临的通病。遗传学课程安排在大学二年级上学期讲授,对于刚刚接触专业课程的学生而言本来就陌生,而且信息技术和生命科学相关课程独立讲授,二者貌似是两条平行线,怎样相交碰撞出火花,对于学生来说很难结合,必须由任课老师在授课过程中充分引导。传统的《遗传学》课程教学注重以杂交分析为主的经典遗传学理论的讲解,很大篇幅集中在三大定律(分离定律、自由组合定律以及连锁和互换定律)的教授上。遗传学课程教学重点集中在经典遗传学定律,经典案例跟不上学科发展。这个问题已经被一线教育工作者认知。
综上,由于学科本身发展迅速,涵盖知识范围越来越广,课时压缩等原因,容易让学生在学习过程中对该课程产生“内容太发散”“课时进程快”“知识跨越大”等认识,不利于课程的学习。由此可能造成,内容广泛且繁杂“抽象且深奥”枯燥无味,容易让学生觉得难或者枯燥。学生学习主动性不高。因此,在教学实践中,针对不同专业性质和培养目标存在的差异,不同专业《遗传学》课程教学应在知识体系、内容侧重点、教学方法等方面在各专业间有所区分。特别是生物信息学这种学科交叉性强的专业,如何实施该专业本科生遗传学的教学,以达到即符合本科教学难易程度的要求,又被大多数同学接受,同时能符合生物信息学学科自身特点,需要在教学过程中逐步的探索与实践。本文将结合资深授课教师经验及笔者生物信息学本科专业《遗传学》教学经历对这一问题进行阐述。
三、教学过程中的探讨与实践
1.制定具有专业特色的教学内容
(1)优化教学内容,关注专业需求
生物信息学专业的课程教学中,遗传学相关知识是需要讲授的重点。传统遗传学课程教学将重点内容集中于经典遗传学定律及其相关知识的讲授,其优点在于能够帮助学生打牢遗传学知识基础,缺点在于教学内容过于单一,没有包含遗传学重要分支的最新知识,无法与当前的研究热点联系起来,学生学习兴趣不高。随着国际遗传学研究的深入,分子遗传学和群体遗传学得到长足发展,极大地丰富了遗传学的知识体系。为了紧跟国际研究前沿,国内许多高校对遗传学课程进行了教学改革,在经典遗传学教学的基础上,纷纷加入了分子和群体遗传学的教学内容,为后续开展更深入的专业研究和学习奠定了良好的知识基础。为了帮助学生对遗传学知识体系形成全面而系统的认识,结合生物信息学专业特点,在教学设计时借鉴了以“遗传信息”为主线的教学思想,教学内容涵盖了“经典”“分子”和“群体”三类主体遗传学内容。在现实教学中,受遗传学课时限制,对所有遗传学知识点进行了梳理和必要的删减,既把握三种遗传学知识的内在联系,做好各部分知识的教学衔接,同时注意区分三者的不同,突出教学重点,做到“主题鲜明,重点突出,点面结合,结构清晰”,使学生在掌握经典基础理论知识的同时了解最新的遗传学研究进展。
(2)生物信息学专业遗传学课程与其他课程的衔接
遗传学是研究生物遗传和变异的科学,以遗传物质结构和功能为研究对象,是生命科学的主干。因此,与其他学科在内容上有交叉或重叠无法避免。同中求异,突出遗传学的特色,是教学中值得研究的问题。遗传物质的本质、染色体畸变、基因突变、遗传调控等章节与微生物学、细胞生物学、生物化学内容重复较多,可以强调知识结构的完整性,淡化这些内容的分子结构和生化过程的讲解。例如,结合孟德尔定律和摩尔根定律案例,着重从染色体和基因角度切入,增强遗传学色彩,同时对其他课程起到提纲挈领的作用。
(3)结合生物信息学,引入最新研究成果,体现前沿性
在处理好学科衔接之后,还需要关注的就是内容与生物信息学的结合。学生在学习过程中,最想了解的莫过于,这门课程与我的专业有什么联系?因此,在讲授内容中加入生物信息学手段解决遗传学问题的新成果既体现前沿性,又能提高遗传学课程的专业针对性。教师平时要多注意积累教学素材,对于现阶段比较热点且与生物信息学相关的、应用性强的问题,要在课程基础知识讲授后,进行一定拓展。例如,在讲授基因定位和遗传图绘制时,引入用EST进行基因定位及遗传图谱绘制等内容;在讲到遗传家谱时,引入通过对患病群体或家系进行外显子组测序分析,对小家系孟德尔遗传病的致病基因进行鉴别和定位的例子。通过引入生物信息学教学例子,不仅可以使学生加深对遗传学知识的理解,还可帮助学生了解生物信息学最新进展,激发对后续生物信息学专业课程的学习兴趣。
2.教学方法多样化,提升学生学习兴趣
遗传学教学内容繁杂、理论性强,不易理解。为了提高教学效果,在教学模式上必须变“以教师为主体”为“以学生为主体”,注重采用灵活多样的教学方法和手段,开展多媒体教学、案例教学和研讨教学等,将传统抽象、枯燥的说教式教学转变为具体、生动的参与式教学,增强教与学的双向互动。
(1)多媒体教学方式
计算机多媒体辅助教学改变了传统的黑板加粉笔,以教师为中心灌输式教学模式。多媒体通过实时可交互的多维动画及图像展示,可以增强教学内容的展示效果,提高课堂教学的信息量和容积率,提升学生学习兴趣,加深对枯燥晦涩知识点的理解,提高教学效率。充分利用多媒体课件的超文本功能、交互功能、网络功能的优势,比如Holliday模型是分子水平上关于遗传重组机制的重要模型,很好解释了基因转变现象。在讲到Holliday模型时,为了让学生直观了解单链交换重接及分支移动后的Holliday交叉旋转180度形成Holliday异构体的过程,采用了动画、图片、电子板书相结合的方式,很容易让学生理解空间旋转互换的过程,以及基因转变产生的原因等较难理解的知识点,反响较好。此外,声音、视频、动画、图片等便于学生拆解枯燥内容。
(2)案例教学
案例教学是一种创新型的教学方式,主要通过开放课堂、增强互动,培养学生运用所学知识解决实际问题的能力。案例教学需要结合本课程的专业理论知识,着眼于达成课程教学目的,编写和准备基于一定事实且具有一定场景的教学案例,这些教学案例要能够启发学生的思考,促进学生将从外部学习的知识吸收转化内在的专业素养和能力。在教学实践中,教学案例是“教”与“学”互动的桥梁和纽带,使枯燥乏味的学习过程变得活泼有趣;“教”不是告诉学生怎么去做,而是启发学生如何去思考,对学生针对案例问题提出的解决思路进行引导和评价,鼓励学生创新性思考,找到最优的问题解决方法;“学”不是被动的接受,而是主动的思考和创造,通过与他人而不仅仅是老师进行互动和交流,加深对知识的理解,培养解决实际问题的能力。
案例教学的核心是精心设计教学案例,将知识内化在符合实际又富于想象的故事情景中,使得学生通过身临其境将抽象的理论知识具体化,学会如何用概念性和原理性知识在实际工作和研究中解决问题,进而加深对特定原理和概念内涵的理解。在教学实践中,先以典型案例提高学生兴趣,把抽象的东西具体化,让学生变被动接受为主动思考,激发学生的求知欲。注重培养学生创造力和解决问题的能力。通过案例的分析,深化学生对基本原理、基本概念的理解。案例教学能很好地启发学生进行自主思考,对于理论性较强,比较枯燥的内容,通过案例式教学能激发学生学习兴趣。所举案例应具有针对性,要考虑案例产生的时间、背景和条件,要贴近生活,耳熟能详,与时俱进。在处理问题的同时,获取知识。进行案例教学过程中,要注重与学生的互动。围绕教学目的,选择合适案例,进行启发式教学,调动学生参与性。教师不能一味平铺直叙的讲案例,还要注意学生的参与度。只有学生和教师共同参与,才能达到预期教学效果。
(3)以学生为主体的教学
以往课程中,往往针对经典类型习题进行讲解,参考“标准答案”。在实际教学中发现,这样往往造成学生思想禁锢,学科交融性不够。特别是对于生物信息学专业的学生来说,传统习题课或者讨论课,没有实用效果。习题课及讨论课应注重实用性,关注遗传学与生物信息学学科发展与融合,设置开放性答案,突出培养学生创新性的应用能力。
课堂教学不仅要“授业”,更要“传道”,即培养学生如何学习和如何思维。根据教学内容和学生的认知水平,研究、讨论、交流式的教学模式的引入,有助于调动学生积极性。采用专题自学,规定材料与学生自学有机的结合起来,开展研讨,充分体现学生观点。同时,教师只起到点评引导作用,能培养学生获取信息、分析问题、创造性的解决问题的能力,有利于学生形成科研创新意识。教师如何正确引导是开展研讨式教学的重点。首先,应明确课程在相关领域中的作用和地位,了解课程的教学内容,选择课程中适合研讨的内容,并将研究与讨论贯穿教学的全过程。在选择题目时,要考虑专业相关程度及考虑不同学生层次的需求,考虑学生个体间的差异,难度适宜。
四、结语
生物信息学本科专业遗传学的教学,以孟德尔定律为基础,分析遗传物质的存在形式、传递、保存及变化,课程脉络更加清晰,通过案例教学的等教学模式,激发兴趣,并有利于与后续课程连接,在实践教学中体现了比较好的教学效果。因为生物信息学专业的需求与传统生物专业有差异,教学内容侧重点不同这给教师备课增加了难度。同时,在期末考核时,由于讲授侧重点不同,考试侧重点也应有所区别,在师资允许的前提下,引入小班教学,有利于教学侧重点突出。后续课程如果设置分子遗传学,将使知识体系更加完整。
参考文献:
[1]李巨超,李楠.适应应用型人才培养模式的遗传学教学改革与探索[J].中国科教创新导刊,2012,(2):66.
[2]巴恩斯.遗传学工作者的生物信息学[M].丁卫,李慎涛,廖晓萍,译.北京:科学出版社,2009.3.
[3]皮妍,林娟,侯嵘,等.国内高校遗传学教材发展研究[J].遗传,2009,31(1):109-112.
[4]武妍,胡德华.生物信息学跨学科研究[J].现代生物医学进展,2012,(12):137-141.
考试(中考、高考)能提高社会、学生对生物学科的重视,但实质上那只是对其“分数"的重视。有了考试,未必一定能让社会、学生体会到生物学科的不可替代的价值,教师也未必能真正实现生物学科的教育价值。事实上,生物学科的高考说取消即取消,从某种程度上也反应了即使在属高考科目的年月中,生物学科也并没有凸现其重要的或不可替代的学科教育价值。
因此,要真正让生物学科在中学课程体系中占有一席重要地位,让社会、学生真正重视中学生物学教学,我们必须切实重视中学生物学科教育价值的实现,这样无论考与不考、怎么考,中学生物教学一定会有稳步可持续的发展。
一、生物学科的教育价值
课程理论告诉我们,课程牵涉到各种价值取向。目前社会上各种不同的价值取向已经开始对学校课程产生了较大的影响,教育者若要在价值日渐多元的社会形势下担负起课程价值整合和实现的使命,必须成为理性的行动者。生物学科教育价值可从学科教育价值关系中的主体(社会需要、个体需要)和客体(生物学科教育价值属性)来分析。
就生物学科来说,社会需要体现在中学生物学科设置和生物学科教学总体要求上。目前的生物学科教学大纲中,生物学科教育的社会需要尚未充分体现,主要原因是其能力目标、技能目标、德育目标等太过原则、笼统,而知识目标过分强调系统、严密。从中学生物教学具体情况而言,生物学科的教育目标应放在人与自然的开放系统中,从生物科学自身发展、生物科学对社会发展的巨大贡献,以及社会与自然和谐发展等角度,提出体现当代社会需要的生物学科教育的知识、能力、技能、德育等目标。而生物学科教育的个体需要来自于个体生存与发展的内在需求。这种内在需求对生物学科教材和教学方法,提出了挑战。只有当中学生物学科的教育诱发了学生对自然的好奇心,激发了探究的兴趣和欲望,习得了分析解决有关问题的能力,这种内在需求才是持久的,才能激发出无尽的学习力量。
生物学科教育本身亦具备其特有的价值属性。除了生物学基础知识和基本技能的学习、培养外,它在唯物观点、辩证统一观点培养,用动态、变化、发展的观点观察研究自然的思想方法的培养,创造性思维培养等方面,有独到的价值属性。此外,由于生物科学与人及自然界的紧密联系,生物学科教育在STS教育,以及科学教育,尤其是科学价值观培养方面,有其独特的价值属性。
二、生物学科教育价值的实现
作为中学教育第一线的教师,我们不能左右生物学科在中学课程体系中的设置及教学总体要求,但我们可以通过生物学科教育价值的整合,在基础知识、基本能力教育培养的基础上,通过生物学科教育的改革实践,在充分实现生物学科教育价值上有所作为。
(一)小课堂、大自然、大社会
让生物课的课堂成为“小课堂、大自然、大社会"是生物学科实现其教育价值的基础。一本生物教材的信息量是有限的,且很多信息是滞后的,其知识相对也是基础的。教材不经教师精心处理,教法、教学模式不经教师精心设计,不把教与学的知识、内容融入自然、融入社会,不把运动的、变化的、活生生的生命及生命现象,尽可能多地直接或间接地呈现给学生,让学生“触摸",生物课将不是真正意义的生物课,其本身亦将缺乏生命力。
因此,在生物课堂教学过程中,我们要重视以下几个问题:
1.精心设计好教学媒体的应用,尽可能多地给学生呈现实物、标本、模型,充分运用现代教育媒体,尤其是电视、录像、影碟、多媒体电脑等。现代教育媒体辅助生物教学,除了能提高课堂教学效率,提供一定的交互性外,更明显的是它可以让学生获得书面教材无法出现的声像信息。它可恰当地呈现大到生态系统,小到生物分子结构的图像,也可以把复杂的或微观的生理活动、生命现象简洁地、直观地表现出来。总之,教育媒体,特别是现代教育媒体可以让课堂更活起来,更有生命力,更富想象力。
2.让书面教材无法承载的或是变化、发展了的有关生物科学知识,以及与生命科学有关的自然、社会知识、材料经过精心筛选后再进入课堂。如细胞学说的创立史、哈维和血液循环理论、克里克和沃森与DNA双螺旋结构、达尔文和进化论、卡尔文和光合作用、关注海洋、克隆羊、DNA重组技术、保护臭氧层、无磷洗衣粉推广、控制“白色污染"、赤潮成因及防治等等。
3.以各种生物兴趣活动、社会实践等形式,让学生到大自然、到大社会中去观察、调查、实验,从爱护一草一木,饲养小动物到参与生物科技活动,使其体验到生物科学知识、技能之于人、自然、社会的价值。
(二)培养生物学科基本观点
生物科学中,有许多朴实而又博大的基本观点。这些基本观点不仅对学好生物学有非常关键的作用,而且能对学习者的求知、生活、做人等都有指导价值。教师必须充分地利用每项生物教学活动,让学生在学习过程中,逐步明确、认同、确立这些基本观点。
1.唯物的观点。一切生命和生命现象都有其物质基础:生命起源的物质性——最初的生命是由非生命物质在极其漫长的时间内,经过极其复杂的化学进化过程演变而成的。生命的物质性——C、H、O、N、S、P等元素组成了核酸、蛋白质等化合物,这些化合物构成了生物体结构和功能的基本单位——细胞。生命现象的物质性——生物的新陈代谢、生长、应激性、生殖发育、遗传变异等一切生命现象、生理过程均可给以物质基础上的解释。
2.辩证统一的观点。自然界、生命、生命现象是相互联系、相互制约、辩证统一的:生物界和非生物界的统一性——生物有明显区别于非生物的基本特征,但一切生命均由非生物界中的普通元素组成,且与非生物界进行着物质和能量的交换。细胞和生物体自身结构的统一性——这些自身结构各有其结构和功能的特点,但同时又相互联系组成一个统一的整体。生物体结构和功能的统一性——这是生命科学最基本的观点之一。如叶绿体、线粒体的结构分别与光合作用、呼吸作用相统一,脊椎动物前肢的结构与其各自特有的功能相统一,鱼的形态结构适于水中生活,家鸽的形态结构适翔生活,等等。生命活动的辩证统一——同化作用和异化作用,光合作用与呼吸作用,遗传与变异,生长与衰老等,正是在这一系列的矛盾、对立中,生命及生命活动才有了其完美的、和谐的统一。生物之间及生物与环境之间的辩证统一——生物与生物之间、生物与环境之间进行着生存斗争,而生存着的生物均在一定程度上适应了环境,正是这种既斗争又统一的各种复杂关系,构成了生态系统,建立了动态平衡。
3.动态、变化、发展的观点。组成生物的物质、生物体本身、生物界都是在不断的运动、变化、发展的。生物的组成物质是动态变化的——生物体的新陈代谢使生物体每时每刻进行着新旧更换。细胞和生物个体是动态、变化的——他们都有一个发生、成长、衰老、死亡的动态变化过程。细胞和生物个体的结构与生理、生物和环境的关系等也是动态、变化、发展的。
(三)培养创造性思维
创造性思维是创造力的核心,它是指改组已有知识、经验,从而产生新颖的、具有社会价值的成果的思维。其特征是具有高度的主动性与积极性、独特性与求异性、流畅性与变通性、抽象性与形象性的统一,逻辑性与非逻辑性的统一。结合这些特征及生物学科教学的特点,我们可以建立培养学生创造性思维的有效途径和方法。
1.充分重视教师主导、学生主体的思想,努力实现课堂教学民主。课堂教学民主是师生共创的,符合“主导主体"思想,存在于课堂教学中的师生间的平等、互助、参与、进步的“精神民主"。它可以创设出一种民主、和谐、开放的课堂气氛,极大地调动学生学习的积极性、主动性,大胆地思考、质疑和创新。根据课堂教学民主化思想,生物学科教学可以结合教学内容,灵活运用其两大主要形式,即直接式和间接式教学,开展课堂教学改革实践:教师的直接指导可以在前,起开路带头作用,可以在教学过程中,起辅助学习作用,也可以在后,发挥点拨、解惑答疑作用;教师也可以应用不明示的、非命令式、非结论式、不作详细指导的间接指导;教师可以讲,可以不讲,可以多讲,也可以少讲。这样,让学生有足够的时间、空间去主动思考、质疑:这个生物学概念是否准确、完整,有无例外?这个生物学实验的设计是否科学、有什么干扰因素?该观察结果、生命活动或生理现象如何从本质上作出规律性的解释?等等。
2.创设问题情境,培养创造性思维方法。从心理学角度,可以抽引出许多种创造性思维的方法,具有普遍性意义的有:发散思维法、集中思维法、逆向思维法、侧向思维法、治弱思维法、统摄思维法、组合思维法、辩证思维法等。生物教学中,这些思维方法的培养途径很多,其中创设问题情境,通过探究、分析、归纳、综合、推断等过程,是最基本最重要的途径。我们可以在新课导入时创设问题情境,培养学生的发散思维、侧向思维等,可以在解决教材的重、难点问题时创设问题情境,培养学生的集中思维、逆向思维、辩证思维等,可以在新旧知识的联系教学时创设问题情境,培养学生的治弱思维、集中思维、侧向思维等,可以在学习生命现象研究的进一步深化、概念内涵进一步丰富及外延进一步拓宽的过程中,创设问题情境,培养学生的统摄思维、集中思维、辩证思维等。
3.加强观察、实验和实践活动。生物科学是一门以观察和实验为基础的科学。在生物学科教学中,创造思维的培养离不开观察、实验和实践活动。在生物教学过程中,我们须十分重视课内外的观察、实验教学和实践活动,结合教材内容和教材有关观察、实验和实践活动,师生共同设计、开展验证性实验、探索性实验、平行实验、反向实验及有关生物科技活动,让学生学习如何去有意、有效、有发现地观察,如何规范、科学、有创造性地进行实验和实践活动,学会完整科学地设计实验、分析实验结果,并积极开展思维活动,发展创造思维、培养创新能力。
(四)培养科学的价值观
科学教育在学校教育中占有极其重要的地位,而生物学科教育在学校科学教育中,尤其是对学生进行科学价值观的教育培养中具有非常重要的作用。
传统的唯科学主义的科学教育认为,科学技术能解决人类所面临的一切困难和问题,它强调征服自然,强调把他人自然化、物化、对象化。这些偏面的观念和行为,在人与自然的关系上,表现出人对自然的一味“征服、改造、利用",造成人类生存环境的破坏;在人与人的关系上,表现出彼此的不理解、不信任、甚至自私自利,使人产生不同程度的心理问题,并由此导致了某些社会问题。因此,完整的科学教育,在强调对科学知识和科学方法的学习、理解和掌握的同时,更应重视科学精神(客观精神、理性精神、实证精神等)和科学价值观的培养。
科学价值观,是人们对于科学价值的基本看法,即解决科学有什么用、怎么用的问题。生物学科教育中,可采用多种形式和途径,帮助学生形成正确的科学价值观。
1.结合教学内容,向学生介绍生物科学的发展对人类逐步正确地了解自然、了解自己、了解生命,改善人类生活质量,促进人与自然和谐发展等方面的重要作用,激发学生热爱生物科学,乃至献身生物科学事业的决心和精神动力。
2.在达成认知、技能目标的同时,重视情感目标的达成和人文精神的培养,使学生更富于爱心,关心他人,热爱生命,关爱自然,乐于为社会服务。
摘要:观察能力是人们有效地探索世界、认识事物的一种极为重要的心理素质,也是人们顺利地掌握知识、完成某种活动的基本能力,是智力窗口,表现在生物学科上就是要善于观察生物体和生命现象的细微变化和本质特征。生命科学是一门实验性很强的学科,如何在生物教学中培养学生的观察能力也就显得至关重要。笔者结合教学实践,就如何在中学生物教学中培养学生的观察能力谈一谈自己的做法和体会。
关键词:初中生物;观察能力;教学培养
中图分类号:G632 文献标识码:B 文章编号:1002-7661(2014)12-204-01
一、观察是认识过程的基石,明确观察的重要性和目的性
观察是指有目的地应用各种感觉器官了解我们周围的环境中的事和物,是人们获得感性认识的主要途径。初中生物学习包括观察能力、实验操作能力、分析实验现象能力、实验设计能力、综合应用能力。而观察能力的培养是上述诸项能力中的最基本的能力培养,也是使学生从形象思维逐步过渡到抽象思维的重要阶段。科学地培养学生思维方法和思维能力是教育教学中的重要任务。(1)让学生明确观察的重要性。观察指仔细察看事物或现象,是人们认识世界,获得知识的一个重要途径,是学生学习生物学的关键之一。在教学中,教师可通过利用生物学家细心观察和认真思考身边的现象而发现生命活动规律的例子来教育学生。例如;达尔文通过细心观察发现生物界历史发展的一般规律,包括物种的起源、生物的变异性和遗传性、生存斗争等,创建了进化论;被喻为“无与伦比的观察家”的法布尔通过细心观察写出了《昆虫记》,详细描述了许多昆虫的活动规律和生活习性。教师要重视这些例子,并利用好这些例子让学生知道观察的重要性,并通过这些实例教育学生要做“有心人”,激发他们观察的主动性,只有有了观察的主动性,才能为学生今后学习和发展提供有利的条件。(2)明确观察的目的性。研究发现,知识掌握快,理解性强的学生,他们观察的目的性很明确,而一般的学生观察只是出于好奇,他们的观察带有盲目性,没有明确的目的,就是看得再仔细,也不会有太大的收获。为了解决这个实际问题,我在学生观察前要让学生明确为什么要观察?观察什么?要找出什么规律?这样观察时学生有明确的目的,学生的注意力很快就集中到最重要、最关键的现象上,就很容易看到所要观察的内容,找出规律、得出结论,久而久之,学生的观察力即观察事物或现象的技能和主观条件就会得到全面的提高。例如学习《家禽》一节,我让学生在观察时,先确定了明确的观察目的“家鸽适应飞翔生活的特点”。学生通过观察老师我准备好的笼子里的家鸽和家鸽骨骼标本并结合平常见过的飞行的家鸽,就很容易从各个方面找出家鸽与飞翔生活相适应的特点。
二、强化观察方法指导,授之予渔,提高学生观察能力。
观察法是研究生物科学的基本方法,也是开启生物之门的钥匙。科学的观察方法能帮助学生顺利打开生物科学之门,提高学习效益。然而学生观察能力的提高,有赖于正确的观察程序和方法,教会学生用正确的方法进行观察,对培养学生观察力是很必要的。(1)先整体观察后局部观察。教师要指导学生全面进行观察,抓住事物的各个方面及其发展变化的全过程,这样才能达到认识事物的目的。如观察根毛和根尖的结构,先用肉眼观察认识根的形态,掌握直根系、须根系、主根和侧根的形态特征,进而用放大镜、显微镜观察根毛的位置,根尖的结构,认识和掌握根冠、生长点、伸长区及根毛区的细胞结构特点。局部观察即细微观察,要求学生在观察过程中抓住事物最本质的属性,捕捉它们之间的细微差异,从而发现事物各个侧面的特点。如在组织学生观察花的形态和解剖花的结构实验中,首先观察水稻花与桃花的形态,我们向学生提示这样一个问题:为什么桃花盛开的时候会招引许多蜜蜂前来传粉?为什么水稻花盛开的时候却很少见到蜜蜂及其它昆虫前来传粉?从而使学生认识和掌握风媒花与虫媒花的形态特征上的区别。紧接着老师指导学生进行两种类型花的解剖,仔细观察桃花子房基部的突起结构桃花的蜜腺,弄清花蜜产生的原因。而观察水稻花结构时却没有这种蜜腺结构,使学生弄清虫媒花与风媒花的结构差异。通过解剖观察使学生认识了两种不同类型的花在本质属性方面的区别。(2)对比观察。即运用纵横比较进行观察,同中求异或异中求同。对比观察能使学生从平常的现象中发现不平常的东西,从相似的事物中找出差异以及从差异中找出共同点或因果关系。例如:在观察单子叶植物与双子叶植物形态、结构时,首先向学生强调两种植物显著区别,一是叶脉的结构:平行脉与网状脉;二是茎的结构:有无形成层;三是种子胚的结构:一片子叶与两片子叶。另一方面单子叶与双子叶植物在叶序上讲也有许多相似之处,这是因为它们都属于绿色植物,叶序相似之处是因为光合作用的缘故。例如:鳞翅目昆虫的分种要从头、胸、腹三个方面进行比较。分种主要观察胸部。常见的灰蝶科与凤蝶科容易混淆,通过对比观察从同中找出异点,灰蝶科翅正面花纹少,颜色单一,腹面花纹较多,颜色较多;而凤蝶科翅正面和腹面花纹和颜色都多。这样通过对比观察,学生对各科、种的生物特征就易掌握。(3)重复观察。为了保证观察的结果可靠性,观察的次数要多,否则就难以区分偶然发生和一贯现象。巴甫洛夫的“观察、观察、再观察”,就深刻地揭示了观察的严肃性和科学性。如观察脊髓的反射实验,实验目的是验证脊髓具有反射的功能,属于低级反射中枢。该实验效果的好坏取决于脑的切除是否干净,因此,必须通过反复多次的观察。在实验中首先让学生把去脑的蛙进行翻身反射试验,这样来确定脑是否除荆当然这种实验要反复进行观察才能收到良好的效果。在验证脊髓具有反射功能时,也应该重复的使用不同浓度硫酸来进行刺激,反复进行观察,最后使学生认识在适宜的条件刺激下,脊髓能完成低级的反射功能。
总之,一个人的能力是多方面的,但就生物学习来说,观察自然,观察生活的能力是必备的,是尤为重要的。没有观察就无法认识生物世界。因此,教师要利用好生物教学,培养好学生的观察能力,这对于学生的生物学习和心理发育乃至今后的人生都会起到不可估量的作用。
随着新一轮课改标准的不断深入,给初中生物教育工作带来的不仅机遇,更多的是严峻的挑战。初中生物教师在新课标下如何设疑,激发学生学习生物兴趣,并探究培养学生的善思、善疑、善辩能力。是实施高效课堂不可也不能忽视的研究课题之一。
课堂设疑是激发学生情感,调动思维积极性的一种重要手段,设疑要讲究技巧,讲究方法,课堂设疑是一种艺术。本文通过一些案例对设疑的方法与技巧。做了一系列深入的探讨。
一、创设情境导入新课,激发学生学习兴趣。
例如在《细胞是生命活动的单位》中我通过这样设疑导入新课:我们知道地球上大多数生物都是有细胞构成的。如果我们用肉眼直接去观察总是感觉构成它们的细胞是静止不动的。其实细胞每时每刻都在进行着生命活动。那么,细胞是怎样生活的?细胞的生命活动与生物体的生命活动又有什么关系?今天我们就来观察一种可活动的细胞――变形虫,共同探讨一下细胞的生命活动的知识。这样引发学生的思维,激发学生持久的学习兴趣。
二、在理解概念时故意示错,叩开启学生智慧之门。
在讲到《血液循环》中关于动脉血和静脉血的区别时,我这样启发学生思考:动脉中流动是动脉血,静脉中流动是静脉血这种说法对吗?献血时医生给我们抽的是静脉血还是动脉血?引起学生的激烈讨论,让学生主动探究,最后我总结给出正确答案:肺动脉里流动的不是动脉血而是静脉血,肺静脉里流动不是静脉血,而是动脉血。献血时医生给我们抽的是静脉血,这是因为动脉血中携带氧气和能量物质,经过交换后静脉血多含二氧化碳等代谢废物,其中的成分已经发生改变,并且因为静脉血管浅表.比较容易抽出,所以多采用静脉血作为为参考值标。通过设疑活跃了课堂气氛,使学生加深了对概念的理解。
三、在无疑处生疑,做到重点突出,难点分散。
教师在无疑处生疑,在学生最容易忽视的地方因势利导,有效地激发学生思维的灵活性。例如在谈到遗传与变异时我提出这样的问题激发了学生的浓厚的学习兴趣:眼睛被称为为心灵的窗口,一双漂亮的眼睛,常常给一个人的容貌起到锦上添花的作用。同学们知道为什么有的人双眼皮,而为什么有的人单眼皮呢?学生们面面而觑,摇手摇头,底下一片议论声,有一位女生还说:“是啊,我怎么偏偏是单眼皮,难看死了!”在学生们充满期待的眼神中,我真切地感受到了孩子们强烈的求知欲。我耐心地解释:双眼皮(简称双)为常染色体显性遗传,单眼皮(简称单)为隐性。双单,其子代均为单,双双,其子代有可能是双有可能是单。若双双生单,则亲代的基因均携带一双眼皮基因、一单眼皮基因,其后代的性状--双眼皮就会遗传。如果父母双方都是双眼皮,孩子多数情况下是双眼皮,也可能出现单眼皮,这取决于父母是否携带有单眼皮的遗传因子,如果双方都携带单眼皮遗传因子,孩子就有可能成为单眼皮了。
四、结尾处巧设悬疑,使知识得以延伸。
关键词:新课程;高中生物;教学生活化
一、新课标图文并茂的教材编排为生活化教学奠定了基础
课程标准明确指出:“生物课程应植根于现实、面向未来。”翻开生物新教材,我们惊喜地发现,新教材在内容上和旧版教材有了天壤之别。每个必修模块的开篇处,都有专门的科学家访谈录,以采访当今卓越的科学研究者的形式,向我们展示生物科学的发展现况及前景。如《分子与细胞》中的《探索生物大分子的奥秘──与邹承鲁院士的一席谈话》。每一章节内容的开篇处,又配以精美的画面、名人名言或对生命活动的精彩描述来诱导我们沉迷于生命科学的魅力。例如,《走进细胞》这一章引用了美国细胞生物学家威尔逊的话:“每一个生物科学问题的答案都必须在细胞中寻找。”《细胞的能量供应和利用》中,在蚱蜢绿叶的画面上,编者采用了一段生动活泼的文字描述:“新叶伸向和煦的阳光,蚱蜢觊觎绿叶的芬芳。它们为生存而获取能量,能量在细胞里流转激荡!”所有这些崭新的内容,大大开阔了学生的视野,让他们钦佩于科学家睿智的思想,沉迷于多彩的知识内容,从而迫不及待地想要去揭开生物科学神秘而又美丽的面纱。学生思想上主动要求学习,无疑对教师的教学工作起到了很大的减负作用。
生物新教材中为我们介绍了一系列与生物学有关的职业,如医院里的检验师、生物技术产业的研发人员、化石标本的制作者、神经外科医生、景观设计师等。这方面的内容在旧版的生物教材里是完全没有的,这是一个伟大的创新,把学生最关心的问题呈现出来。在教学中,教师可以指导学生通过互联网或课外书籍查阅相关内容,或者让学校组织感兴趣的同学去参观从业人员的工作环境,让学生了解相关职业的特点,对指导他们将来从事自己感兴趣的、适合自己的工作有很大帮助,这无疑让我们的教育更加现实化、更加贴近生活。
二、课堂教学生活化是实现生活化教学的重要举措
新教材内容的编排已经体现出本次课程改革在内容上强调联系生活、社会、学生实际。新课程实施过程中也进一步强调关注学生的经验,强调教学要反映社会科技的进步,满足学生多元化的发展需求。因此在教学过程中,教师应充分关注学生的生活经验,加强书本知识与生活的联系。不难发现,在生活中蕴藏着巨大的甚至可以说是无穷无尽的教学资源,如果教师能将生活中的教学资源与书本知识两相融通,让学生感受到书本知识学习的重要意义和价值,就能激发学生的学习兴趣和动机,从而主动地、深入地进行探究性学习。
1.课堂教学生活化,可以激发学生的学习兴趣
爱因斯坦曾说:“兴趣是最好的老师。”在教学中联系生活创设问题情境,能很好地激发学生的兴趣。高中生物教材中有许多基本概念和基本原理需要学生理解记忆并学会应用。如果仅凭教师课堂上一味地灌输,必然会让学生感觉乏味甚至失去兴趣。因此,在生物教学中,设计恰当的教学情境,对于课堂教学起着很重要的影响作用。
例如在学习《植物生命活动调节》时,通过创设这样的问题情境导入新课:大家平时看到放在阳台上的植物的枝条生长会出现怎样的现象呢?(向光性)大风过后,水稻植株倒伏,过一段时间又出现怎样的现象,这又是为什么呢?(根向地性,茎背地性)要回答以上问题,就得学习植物生命活动的调节。
又如《细胞呼吸》一节的内容理论性强,要把整个过程彻底理解,不少学生会存在一定困难。在教学中,就一些日常生活例子,创设情境,让学生思考:酸奶是怎样制成的?为什么新鲜水果、蔬菜放在冰箱中能保存时间长些?腐烂的橘子为什么会散发酒味?米酒和葡萄酒酿造的原理是什么?通过这些与生活息息相关的现象,不仅引起同学们的思考,更激发了学生探究与细胞呼吸有关知识的内在动力,在教师的引导下,积极主动地对细胞呼吸的原理、过程、外界影响因素、实际应用等一系列相关知识进行深入探讨。
2.课堂教学生活化,可以营造宽松的学习氛围
课堂教学,绝不是教师一味地讲、写,学生埋头听、记,而应注重师生之间的相互学习与交流。教与学,是师生双方的事,这种高级思维活动的交流,没有一种相互融洽、相互尊重的情感氛围,就很难有默契的配合。课堂教学生活化,可打破课堂沉闷的局面,营造出一种宽松的学习氛围,有利于师生之间的交流,有利于学生对知识的掌握。
比如在讲到《人类遗传病与优生》时,笔者一上课就跟学生讲:“学习本节课的内容对你今后的生活具有重要的指导意义。”学生面露会心的微笑,“请大家认真学习,仔细听讲,不然的话到时候犯了错误可就惨啦!”学生大笑,精神也为之一振。在讲到近亲结婚的危害时,笔者又及时抛出两位名人达尔文和摩尔根的婚姻家庭的案例,并发问:“达尔文和摩尔根生物学学得那么好,怎么也会犯这种严重的错误呢?小说《红楼梦》中贾宝玉与薛宝钗结婚最终以悲剧而告终,如果我们将结局改为贾宝玉与林黛玉结婚,从现代遗传学角度来分析就一定会是喜剧吗?”就这样,整节课在轻松愉悦的气氛中顺利地完成了预定的教学目标。
这些源自生活的例子,都能紧紧牵着学生的“鼻子”,既活跃了课堂气氛,又引起学生的深思,可收到极佳的效果。
3.课堂教学生活化,可以提高保持自身健康的意识
“一切为了学生发展”是新课程改革的根本理念,学生的发展是全面的发展,包括知识、技能、情感、价值观等方面的发展。生物学课程的目标是提高每个学生的生物科学素养,其别注重生物科学意识的培养。结合课本知识,使课堂教学生活化,能有效地提高学生保持自身健康的意识和能力。
比如在讲到《细胞的癌变》时,教材介绍了癌症发生主要是外界致癌因子诱导使机体发生基因突变所致。学生对癌症产生的原因以及怎样预防癌症发生的措施是很感兴趣的。教师可多搜集一些资料来介绍或布置家庭作业:如根据致癌因子诱发基因突变原理,谈谈生活中我们采取哪些措施来预防癌症的发生。在讲到《血糖平衡的调节》时,顺带介绍糖尿病的发生与人的饮食习惯和生活方式之间的关系。在讲到《免疫失调引起的疾病》时,重点介绍了艾滋病的发病机理和预防措施。通过这些生活中的例子,使学生保持自身健康的意识大大提高。教学生活化不仅体现在知识传授上,还体现在情感、态度、价值观的培养上。上课时针对社会上一些人谈“癌”色变的现象,笔者给学生介绍了一些地方评选出来的“抗癌明星”,在医生下了死亡通知书后,照样十几年、二十几年活下来。让学生明白,得了疾病并不可怕,最重要的是不能丧失对生活的信心。
三、联系生活实际,深化知识应用是生活化教学的巩固和拓展
现实生产生活中蕴含着大量的生物学问题,生物学知识在现实生活中有着广泛的应用。因此,学习了生物学知识后,教师应及时带领学生在课堂内外走进生活,尝试用所学的知识分析、解释日常生活中的生物现象,解决日常生活中的生物学问题,使学生更深刻地体会到生物学巨大的应用价值及其魅力,逐步培养学生的应用意识和解决实际问题的能力。这与素质教育的要求是完全符合的,与高考的能力要求也是符合的。
比如学完高中生物《光合作用》的知识后,引导学生思考“农业生产中怎样提高光合作用效率?”并将这个问题具体化:“树影下的小麦为什么生长不好”“为什么种植密度过大过小都降低产量”“为什么温室大棚栽培要适当增加二氧化碳”等问题。在学习《物质的跨膜运输》后,随即提问“为什么要中耕松土”“为什么盐碱地上植物不能生长或生长不好”等问题。学生在分析思考并解决这些问题的过程中学会对知识的应用。运用所学知识,解决生产生活问题是生物学教学永恒不变的主题,是培养具有一定生物学素养的合格人才的需要,也是素质教育和新课程的要求。
四、让生物学教学植根于生活的土壤中,也是顺应新课程标准的要求
新课程标准已在我省的中小学全面实施。新旧课程观的最大区别是:新课程标准摒弃了旧课程观中那些过于强调知识的传授,过分重视学科的本位性,教学内容繁、难、偏、旧,缺乏与社会生活、学生生活的密切联系等种种弊端,取而代之的则是把认知、情感与实践技能作为一个完整的体系统一于教学的整个过程中。课堂教学生活化,让生物学教学植根于生活的土壤中也是顺应新课程标准的要求。实现课程生活化、社会化和实用化,用生活化的内容充实课堂教学,可以为我们的课程增添时代的源泉和生活的活力。在高中生物课堂中如何开展生活化探究教学,促进学生书本知识向实践能力的转化,促进学生的全面发展一直是我们研究的课题。要做到课堂教学的生活化,做一个有心人,实现从“教书匠”到“教育的研究者”的转变,对教师来说确实很辛苦,要花大量的时间和精力在资料的收集与整理上,但这也是当今社会对教师的基本要求。
缺少生活经验的生物课是不完整的课,缺少生活经验的生物教学是不完整的教学。生物学教学生活化的实质就是密切生物学教学与学生生活、经验的联系,理论联系实际,重视学生生活经验在教学中的运用、拓展和提升。但并非所有生物学知识都能“生活化”,也并非所有生活素材都能为生物学教学服务。教师不能为了“生活化”而生拉硬扯,应该具体情况具体分析,深入挖掘生活素材,寻找教材和学生生活的最佳结合点,让学生在平常生活中学习生物学,学好生物学后更好地造福于生活,这是生物学教学“生活化”的真谛。
参考文献:
[1]谢建中.新课程背景下的高中生物学生活化教学.生物学教学,2006(11).
[2]包月娟.“教书匠”还能做多久.教育信息报.2003.
一、确立生物学科的基本观点
生物科学中,有许多朴实而又博大的基本观点。这些基本观点不仅对学好生物学科有非常关键的作用,而且对学生的求知、生活、做人等都有非常重要的指导价值。教师必须充分地利用每项生物教学活动,让学生在学习过程中,逐步明确、认同、确立这些基本观点。
(一)唯物的观点
一切生命和生命现象都有其物质基础:生命起源的物质性——最初的生命是由非生命物质在极其漫长的时间内,经过极其复杂的化学进化过程演变而成的。生命的物质性——C、H、O、N、S、P等元素组成了核酸、蛋白质等化合物,这些化合物构成了生物体结构和功能的基本单位——细胞。生命现象的物质性——生物的新陈代谢、生长、应激性、生殖发育、遗传变异等一切生命现象、生理过程均可给以物质基础上的解释。
(二)辩证统一的观点
自然界、生命、生命现象是相互联系、相互制约、辩证统一的:生物界和非生物界的统一性——生物有明显区别于非生物的基本特征,但一切生命均由非生物界中的普通元素组成,且与非生物界进行着物质和能量的交换。细胞和生物体自身结构的统一性——这些自身结构各有其结构和功能的特点,但同时又相互联系,组成一个统一的整体。生物体结构和功能的统一性——这是生命科学最基本的观点之一。如:叶绿体、线粒体的结构分别与光合作用、呼吸作用相统一;脊椎动物前肢的结构与其各自特有的功能相统一;鱼的形态结构适于水中生活;家鸽的形态结构适翔生活,等等。生命活动的辩证统一——同化作用和异化作用,光合作用与呼吸作用,遗传与变异,生长与衰老等,正是在这一系列的矛盾、对立中,生命及生命活动才有 了其完美的、和谐的统一。生物之间及生物与环境之间的辩证统一——生物与生物之间、生物与环境之间进行着生存斗争,而生存着的生物均在一定程度上适应了环境,正是这种既斗争又统一的各种复杂关系,构成了生态系统,建立了动态平衡。
(三)动态、变化、发展的观点
组成生物的物质、生物体本身、生物界都是在不断的运动、变化、发展的。生物的组成物质是动态变化的——生物体的新陈代谢使生物体每时每刻进行着新旧更换。细胞和生物个体是动态、变化的——他们都有一个发生、成长、衰老、死亡的动态变化过程。细胞和生物个体的结构与生理、生物和环境的关系等也是动态、变化、发展的。
二、培养创造性思维
创造性思维是创造力的核心,它是指改组已有知识、经验,从而产生新颖的、具有社会价值的成果的思维。其特征是具有高度的主动性与积极性、独特性与求异性、流畅性与变通性、抽象性与形象性的统一,逻辑性与非逻辑性的统一。结合这些特征及生物学科教学的特点,我们可以构建培养学生创造性思维的有效途径和方法。
(一)落实主导、主体思想,实现课堂教学民主
课堂教学民主是师生共创的,符合“主导、主体”思想,是存在于课堂教学中的师生间的平等、互助、参与、进步的“精神民主”。它可以创设出一种民主、和谐、开放的课堂气氛,极大地调动学生学习的积极性、主动性,大胆地思考、质疑和创新。根据课堂教学民主化思想,生物学科教学可以结合教学内容,灵活运用其两大主要形式,即直接式和间接式教学,开展课堂教学改革实践:教师的直接指导可以在前,起开路带头作用;可以在教学过程中,起辅助学习作用;也可以在后,发挥点拨、解惑、答疑作用;教师也可以应用不明示的、非命令式、非结论式、不作详细指导的间接指导:教师可以讲,可以不讲,可以多讲,也可以少讲。这样,让学生有足够的时间、空间去主动思考、质疑:这个生物学概念是否准确、完整,有无例外?这个生物学实验的设计是否科学、有什么干扰因素?该观察结果、生命活动或生理现象如何从本质上作出规律性的解释?等等。
(二)精心创设问题情境,培养创造性思维方法
从心理学角度,可以抽引出许多种创造性思维的方法,具有普遍 性意义的有:发散思维法、集中思维法、逆向思维法、侧向思维法、治弱思维法、统摄思维法、组合思维法、辩证思维法等。生物教学中,这些思维方法的培养途径很多,其中创设问题情境,通过探究、分析、归纳、综合、推断等过程,是最基本、最重要的途径。我们可以在新课导入时创设问题情境,培养学生的发散思维、侧向思维等;可以在解决教材的重、难点问题时创设问题情境,培养学生的集中思维、逆向思维、辩证思维等;可以在新旧知识的联系教学时创设问题情境,培养学生的治弱思维、集中思维、侧向思维等;可以在学习生命现象研究的进一步深化、概念内涵进一步丰富及外延进一步拓宽的过程中,创设问题情境,培养学生的统摄思维、集中思维、辩证思维等。
中图分类号: G643;Q-3 文献标识码: B 文章编号: 1008-2409(2008)05-0967-03
人类基因组计划的成功实施使生命科学进入了信息时代。基因组学、蛋白质组学和生物芯片 技术的发展,使得与生命科学相关的数据量呈线性高速增长。对这些数据全面、正确的解读 ,为阐明生命的本质提供了可能。连接生物数据与医学科学研究的是生物信息学(Bioinform atics)。应用生物信息学研究方法分析生物数据,提出与疾病发生、发展相关的基因或基因 群,再进行实验验证,是一条高效的研究途经。医学是研究生命的科学,医学研究在基础上 就注定离不开对生物信息的了解。
我国目前医学研究生教学模式主要有两种, 一是医学本科教育延续过来的理论型, 这种类型 的教育是在本科教学大纲的基础上, 按照教学计划进行理论讲授, 最后按照导师指定的课题 完成毕业论文。这种培养模式突出理论学习, 忽视了实验机能和科研能力的培养。二是科研 能力培养的前轻后重型, 前期只是进行理论授课, 后期由导师指导学生的科研。这种模式虽 然开设了一定的实验项目, 但对研究生科研能力的培养缺乏系统性, 并且前期的培养不足直 接影响到研究生后期的学位课题和论文的进度、质量。
因此,笔者对生物信息学在医学硕士研究生中的教育初探,不但有利于该门课程尚未完全形 成成熟的课程体系之际,为教师学习借鉴先进的教育思想与教学实践经验,更有利于医学硕 士研究生对生物信息学的学习。
1 生物信息学的研究范围
生物信息学是一门新兴的交叉学科,涉及生物学、数学和信息科学等学科领域,并注定以互 联网为媒介,数据库为载体,利用数学知识、各种计算模型,并以计算机为工具,进行各种 生物信息分析,以理解海量分子数据中的生物学含义。
生物信息包括多种类型的数据,如核酸和蛋白质序列、蛋白质二级结构和三级结构的数据等 。由实验获得的核酸蛋白序列和三维结构数据等构成初级数据,由此构建的数据库称初级数 据库。由初级数据分析得来的诸如二级结构、疏水位点、结构域(Domain),由核酸序列翻译 来的蛋白质以及预测的二级三级结构,称为二级数据。创新算法和软件是生物信息学持续发 展的基础,高通量生物学研究方法和平台技术是验证生物信息学研究结果的关键技术。因此 ,现代生物信息学是现代生命科学与信息科学、计算机科学、数学、统计学、物理学和化学 等学科相互渗透而形成的交叉学科,是应用计算机技术和信息论方法研究蛋白质及核酸序列 等各种生物信息的采集、存储、传递、检索、分析和解读,以帮助了解生物学和遗传学信息 的科学。从其研究所涉及的学科上看,生物信息学是集生物学、数学、信息学和计算机科学 一体化的一门新的科学;从其研究的主要内容上看,基因组信息学、蛋白质的结构模拟以及 药物设计是生物信息学的三个重要组成部分,并有机地结合在一起[1]。
2 医学硕士研究生中的生物信息学教学初探
2.1 课堂教学重在教授实践技巧与方法
生物信息学在医学研究生中的教学应以教授实践技巧为主,以介绍原理为辅,深入浅出,注 重课堂知识与科研实践的紧密结合。课堂讲授应简要介绍生物信息学的相关算法、原理,着 重介绍其使用技巧与方法,真正做到“有的放矢”,而这也是教学的重点和难点。
在教学中对于这部分内容应遵循深入浅出、避繁就简的原则,结合具体实例分析算法,避免 空洞复杂的算法讲解让学生觉得枯燥乏味、晦涩难懂,产生畏惧心理,知难而退;注重讲解 使用技巧与方法的思想和来龙去脉,让学生真正掌握解决问题的思路,培养其科学思维能力 ,并采用探讨式教学鼓励学生思考,通过讨论与研究的方式循序渐进的掌握复杂的内容,介 绍相关的教学和物理学知识,使学生充分体会到生物信息学与其他学科的关系,其他学科的 思想方法对于生物科学的重要性,培养其自觉地将其他学科的方法和思想应用于解决生物 学问题的科学素质。 任何学科都处于不断地发展、更新中,生物信息无论是理论研究还是 应用研究仍处于不断发展完善中,同时随着新的应用领域和新问题的发现,其他学科的方 法也在不断地应用于生物信息学,进一步增加了其多学科交叉融合的深度和广度。
2.2 充分利用现代化教育技术,采用案例教学
目前,高等院校在教室内配备的多媒体投影播放系统,促进了多媒体教学的广泛应用。生物 信息学采用多媒体教学是适应学科特点、提高教学效果和充分利用现代化教育技术的一项基 本要求。作为生物信息学教学的基本模式,多媒体教学使讲解的内容更加直观形象,尤其是 对于具体数据库的介绍以及数据库检索、数据库相似性搜索、序列分析和蛋白质结构预测等 内容涉及到的具体方法和工具的讲解,可以激发学生的学习兴趣,加深学生对知识的理解和 掌握,提高学生理论与实践相结合的能力。
但多媒体教室也有局限性,学生主要以听讲为主不能及时实践,教师讲解与学生实践相脱节 ,如果将生物信息学课程安排在计算机房内进行,并采用多媒体电子教室的教学方式可以解 决上述问题。在教学中采用启发式教学,为学生建立教学情景,学生通过与教师、同学的协 商讨论,参与操作,发现知识,理解知识并掌握知识。例如在讲授“目的基因序列的查寻” 时,除对基本内容的介绍,如数据库的发展、分类等,其他采用案例法,让学生利用搜索工 具查找三大公共核酸数据库,并通过数据库网站的介绍内容对该数据库的发展、内容、特点 进行学习并总结,通过讨论和实际的数据库浏览操作了解三大公共核酸数据库并且掌握数据 库使用方法。
2.3 采用“讲、练”一体化的教学模式,强调学生实践能力的培养
生物信息学课堂教学积极学习借鉴职业培训和计算机课程教学中“讲、练、做”一体化的教 学模式,在理论教学中增加实训内容,在实践教学中结合理论讲授,改变了传统的“以教师 为中心、以教材和讲授为中心”教学方式。
根据教学内容和学生的认知规律,灵活地采用先理论后实践或先实践后理论或边理论边实践 的方法,融生物信息学理论教学与实践操作为一体,使学生的知识和能力得到同步、协调、 综合发展。通常采用先讲后练的方法,即首先介绍原理、方法,之后设计相关的实训内容 让学生上机实践。对于操作性内容和生物信息分析的方法和工具的讲解采取了进行实际演示 的方法,教师边讲解边示范,学生在听课时边听讲边练习或者教师讲解结束后学生再进行练 习,理论与实践高度结合,充分发挥课堂教学的生动性、直观性,加深学生对知识的理解, 培养和提高学生的实践操作能力。
2.4 发挥网络教学优势,优化生物信息学实验教学内容
生物信息学实验教学主要是针对海量生物数据处理与分析的实际需要,培养学生综合运用生 物信息学知识和方法进行生物信息提取、储存、处理、分析的能力,提高学生应用理论知识 解决问题的能力和独立思考、综合分析的能力。生物信息学实验教学内容的选择与安排应按 照循序渐进的原则,针对特定的典型性的生物信息学问题设计,以综合性、设计性实验内容 为主,明确目的要求,突出重点,充分发挥学生的主观能动性和探索精神,以激发学生学习 的主动性和创造性为出发点,加强学生创新精神和实验能力的培养。生物信息学实验教学以 互联网为媒介、计算机为工具,全部在计算机网络实验室内完成。在教学中,充分利用网络 的交互特点实现信息技术与课程的结合。教师通过电子邮件将实验教学内容、实验序列、工 具等传递给学生,学生同样通过电子邮件将实验报告、作业、问题和意见等反馈给教师,教 师在网上批改实验报告后将成绩和评语发送给学生,让学生及时了解自己的学习情况。
生物信息实验教学与现代网络和信息技术密不可分,在教学工作中充分利用现代教育技术较 其他课程更具优势。区别于其他生命科学课程,在教学过程中要求有发达的互联网和计算机 作为必备条件。调查显示国内高校都已建立校园网,其中拥有1000 M主干带宽的高校已占调 查 总数的64.9%,2005年一些综合类大学和理工类院校将率先升级到万兆校园网[2] ,这些都为生物信息学课程在高校开设提供了良好的物质基础。
2.5 考试无纸化,加强实践能力考核
考试重点是考查学生对生物信息分析的基本方法和技能的掌握程度和对结果的分析解释能力 。因此,在生物信息学考试中尝试引入实践技能考试,重点考核学生知识应用能力。实践技 能考试采用无纸化考试方式,学生在互联网环境下,对序列进行生物信息分析并对结果进行 解释,不仅考核学生对基本知识和基本原理的掌握,而且考查学生进行生物信息分析的实际 能力和分析思考能力。通过实践技能考试,淡化理论考试,克服传统的死记硬背,促进学生 注重提高理论用于实践的综合能力,同时更有效地提高学生计算机应用能力。除采用实践技 能考试并将其作为学生成绩的主要部分外,还加强了对学生平时学习态度、学习能力、创新 思维等方面的考核。
总之,生物信息学教学是网络环境下生物教学的全新内容。通过上述教学措施,提高了学生 的 学习积极性、实践操作能力、解决实际问题的综合应用能力及创新能力,收到了良好的教学 效果,得到了学生的普遍欢迎,具有较强的可操作性和实践性。在今后的教学实践中,随着 教师自身素质的提高和进一步的教学改革将会不断完善生物信息学教学,培养具有“大科学 ”素质和意识的医学研究生人才。
参考文献:
[1] 张阳德.生物信息学[M].北京:科学出版社,2004:4.
细胞生物学是生命科学的重要基础学科,是生命科学各本科专业的主干课程,也是前沿学科。正是基于该课程鲜明的基础性和前沿性,同时为了响应国家教育部2001年提出的各高校开设双语课程的要求,我校自2006年以来,开设了细胞生物学双语教学课程。
高校开展双语教学的可行性、实际效果与利弊,已见诸多报道[1-6]。为了探究我校细胞生物学双语教学在经过7年的实践与摸索后的实际教学效果,从而有针对性地为后续教学提出更加有益的借鉴,本文笔者在进行大量调查研究的基础上,分析了学生在双语教学中的适应情况及双语教学效果,力求为普通地方高校提高双语教学质量提供可行性的建议。
1 细胞生物学双语教学的基本情况
本双语课程的开课对象为我校生物技术和生物科学专业的本科生,开课时间为大学二年级第一学期。课程组对已修完本课程的215名学生进行了随机问卷调查,涉及学生对双语教学的态度和评价、学生对双语教材、教辅资料及考试方法的评价与本文由收集整理要求、学生对双语教学方式和内容的看法、学生对整体教学效果的评价和建议等诸多方面内容。
调查结果显示,已通过大学英语四级和六级的人数和比例偏低。但绝大多数(78.2%)学生认为自己具有基础英语学习的准备,且有18.2%的学生具有专业词汇的准备,具备较好的英语水平,客观上为细胞生物学双语教学课程的顺利开展提供了较好的语言基础。
此外,绝大部分学生(80%以上)主观上认为细胞生物学双语教学的开展非常有必要而且适合于开展双语教学,充分说明细胞生物学双语教学的开展与绝大多数学生的学习需要是相一致的。
2 细胞生物学双语教学的实践分析
2.1 细胞生物学双语教材、教辅资料及考试方法的实践分析: 在教学实践过程中,笔者发现,学生使用双语教材时对于中文的依赖性是很强的,没有形成用英文阅读的习惯或是能力,因此更谈不上用英文思考,而归根结底,这均是英文基础较差引发的,学生对此本身有畏惧感,担心完全用英文后会影响他们的学习成绩。而在教辅资料及考试方法上,尽管与传统教学方式有所不同,但大多数同学还是认为,双语教学的教辅与传统教学区别不大。为学好本课程,60%以上的学生每周花费的课外时间在2小时以上,说明多数学生在主观上是很重视这门课程的。
2.2 细胞生物学双语教学方式和内容的实践分析: 由表1的调查结果可见,较受学生欢迎的授课形式是幻灯(板书)内容有中英文对照且以英文为主,或是幻灯(板书)内容有中英文对照但以中文为主,老师均用中英文交替解释,支持这两种授课形式的人数占总人数的78.3%。此外,有45.1%的学生认为双语教学的内容应是相对重要性较低的章节,仅27%的学生认为应是所有教学内容,这些都充分说明多数学生对中文授课及中文内容有较大的依赖性,而且由于与学生成绩直接相关,将近一半的学生认为双语教学的内容应是相对重要性较低的章节。但我们也看到,有58.1%的学生认为双语教学应在理论与实验(践)课中均应用,这也表明大多数学生主观上是认可双语教学的。
2.3 细胞生物学双语教学效果的实践分析: 在调查细胞生物学双语教学对学生学习兴趣的影响时(见表2),有55.3%的学生认为细胞生物学双语教学提高了自身学习兴趣,特别是其中还有9.3%的学生认为对自己学习兴趣的提高很有帮助;绝大多数学生(74%)认为双语教学对其英语水平提高是有帮助的,认为无影响者仅占26%;对采用双语教学后课堂教学效果的评价比较分散,但总体来讲,觉得听不懂的学生比例较大,占了39.5%,继而,分别有42.8%和34.9%的学生认为细胞生物学双语教学对基本知识的掌握效果一般或不如中文授课效果。由此可见,多数学生主观上对此课程感兴趣,但因自身英语基础较差而增加了双语课程的学习难度等原因而使教学效果普遍不佳,特别是对于我们这样的普通地方院校而言,这种现象更加突出。
关键词:生物 教学 艺术
我国伟大的教育家孔子曾经说过:“知之者不如好之者,好之者不如乐之者。”这里强调的就是学生学习的主动意识直接影响着学习的效果,与当今提倡的素质教育中的树立学生主动发展的教学观是相符的。生物学课堂教学是生物教学的重要环节,在课堂教学过程中,采用艺术性的教学方法激发和调动学生学习生物的兴趣和积极性,使学生的学习处于主动状态,可以培养他们良好的学习动机,端正学习态度;可以培养他们具有学习生物学的各种能力,发展其智力,达到全面提高生物课堂教学质量的目的。
生物课堂教学中教学内容的传播、学生技能的培养、能力的提高以及思想与品德教育,主要是通过教学过程来实现的,可以说,教学过程是整个教学活动的核心环节。从整体上来说,教学过程应该具有引入兴趣的导入美、波澜起伏的流程美、抑扬顿挫的节奏美和回味无穷的结尾美。这样我们探讨课堂教学过程的艺术就可以从导入的艺术、问答的艺术、启发的艺术、结尾的艺术几个方面着手进行分析,如何使艺术性的教学手段贯穿于生物课堂教学过程之中。
1 导入的艺术
中学生物学课堂教学的形式是多种多样的,但是,无论是上理论课还是实验操作课,教师首先遇到的一个问题就是如何恰当自然地导入新课,这就涉及导入的艺术。俗话说:“良好的开端是成功的一半。”教师巧设一个具有引人入胜的艺术“序幕”,就会迅速集中学生的注意力,开启思维的机器,使得学生全身心地沉浸到课堂教学的情境之中。这就好比文章的开头,好的开头可以使读者产生浓厚的兴趣,形成一种强烈的渴望读下去的心理。常用的几种导入艺术的方法有:新旧知识联系的方法、悬念法、趣味法(生动有趣的语言,生动有趣的板书等)、情境教学法等。教师在选择教学方法的时候,要根据教学的风格、内容以及自己和学生的个性特点,切不可生搬硬套。
下面以高中生物选修模块3中DNA重组技术的基本工具为例,比较一下两种不同的导入方式。
1.1 常规导入
上课仪式之后,采用直白方式介绍:“同学们,今天我们要学习的内容是我们在必修模块中学习过的基因工程的三种基本工具,还记得吗?”……
1.2 情境教学法
上课仪式之后。
师:首先请同学们一起来观看一段视频。在观看的过程中请同学们注意这段视频向我们传递了哪些信息?
(播放学生们感兴趣的我国科学工作者培育转基因抗虫棉过程的视频。)
师:视频我们是看完了,通过视频同学们了解到了哪些信息呢?
生:通过刚才的视频我们知道了,我国的科学工作者已成功培育出了我国拥有自主知识产权的转基因抗虫棉。
师:很好,那究竟如何才能培育出转基因抗虫棉来呢?
生:让苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因在棉花细胞中表达,可培育出抵抗棉铃虫害的抗虫棉。
师:对,我想请同学们一起来回忆一下要实现这一过程需要哪些相应的工具?
生:一是“分子手术刀”──限制性核酸内切酶;二是“分子缝合针”──DNA连接酶;三是“分子运输车”──基因进入受体细胞的载体。
师:好的,接下来我就和同学们一起来分别学习DNA重组技术的这三种工具。
经过对比可以看出,第一种导入的方式直白、平淡,不利于调动学生学习的积极性,也不利于学生科学素养的全面提高;而第二种方式通过创设情境(以视频介绍现代生物科学和技术中的前沿领域,开拓了学生视野,增强了科技意识),提出问题,诱导学生积极参与教学活动,调动了学生积极思维,同时也激发了他们学习的兴趣和动机,提高了学生的生物科学素养。
2 问答的艺术
问与答是教学过程的重要环节,亦是教学过程推进和发展的重要动力,使用这种方法进行教学,学生掌握的知识不是由教师直接提供,而是在教师的引导下,通过学生自己思考、师生间、生生间相互交流得到。这样能集中学生的注意力,启发学生思维,有利于培养学生分析问题、解决问题的能力。在教学过程中,问答具有很强的艺术性,比如说:提问要适时、适度、适量。另外,提问还要面对全体学生,而答的艺术主要表现在以下几个方面:要有针对性、启发性和回味性。前面情境教学中用到的通过提问方式导入新课的形式即是问答艺术的一种。
例:在学习DNA重组技术的“分子缝合针”――DNA连接酶的作用时。
师:由此可见DNA连接酶的作用是将双链DN段“缝合”起来,即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
在此,我想请同学们一起回忆一下,是否还记得我们曾学习过的另一种可以连接形成磷酸二酯键的酶,叫什么?
生:DNA聚合酶。
师:同学们一起来讨论一下DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?为什么?同学们可以互相讨论一下。
生:不是一回事。相同点:形成磷酸二酯键。不同点:1)DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段上,形成磷酸二酯键;而DNA连接酶是在两个DN段之间形成磷酸二酯键。2)DNA聚合酶需要以一条DNA链为模板;而DNA连接酶不需要模板。
这样适时而且有针对性地提出问题,通过学生间的互相交流总结,让学生自己得出准确的答案,既避免了学生对概念的混淆,又使新知识与原有知识融合起来,让学生对学习内容有深入的理解。另外,对学生的作答,教师要力求正确清楚,有时候,学生的回答离题太远,不得要领,这就要求教师灵活机动地根据问答的实际情况加以组织和诱导,以达到教学要求。
3 启发的艺术
启发也是教学过程中的重要环节,教学过程中的很多情况都是靠启发进行的。启发的艺术是指教师在适当的时机进行巧妙的教,这就好比种子发芽需要合适的温度、水分一样,是需要时机的,如果不按时机,不顺其自然,就很难奏效。另外就是要教得巧妙,只有时机而没有巧妙的艺术也不容易成功。
教育家叶圣陶说:“教师当然需要,而尤宜致力于导。导者,多方设法,使学生能逐渐自求得之。”所以,要废除“满堂灌”,提倡启发式。但启发式并非提问式,设疑、激疑的目的是让学生产生认知的冲突,经过紧张的思维活动,冲破层层难关,真有所得,并获成功的喜悦。启发艺术的表现方法有很多,如诱引法、点拨法等。在教学中,往往会出现这样的情况:学生对教师所提的问题难以理解和接受,因而回答也不得要领,此时,教师可以采用点拨法对学生加以启发,以利于学生解答接受。
例:与学生一起学习“分子运输车”――载体必须具备的条件。
师:下面我们一起来思考四个问题,以此来分析作为载体需要具备的条件:
1. 作为分子运输车――载体,如果没有限制酶切割位点将会怎样?
(教师适时点拨,设疑限制酶切割位点的作用是什么?师生进一步解疑得出限制酶切割位点可以被限制酶切割,进而目的基因才可以插入。)
生:载体没有切割位点,外源的目的基因不可能插入,因此就不可能被运输到受体细胞。因此,要有1至多个限制酶切点。
2. 霍乱菌的质粒有多个限制酶切点,你会用它来做分子运输车吗?
(教师适时点拨,设疑霍乱菌对受体细胞来说是一种怎样的细菌?并进而归纳出霍乱菌是一种致病菌,其质粒对受体有害,将影响受体细胞新陈代谢,进而使转入的目的基因也无立足之地。)
生:不会,因此我们选用的载体必须对受体细胞无害。
3. 假如目的基因导入受体细胞后不能复制或不能转录,转基因生物能有预想的效果吗?
(教师适时点拨,导入受体细胞的目的基因不能复制或不能转录,我们将不可能获得基因的产物,实验将没有意义,而且目的基因在细胞增殖中会丢失。)
生:不可能有预想的效果。因此,导入的目的基因的载体要能在受体细胞中复制、表达。
4. 目的基因有没有进入受体细胞,如何去发现?
(教师适时点拨,如果载体上有遗传标记基因,这样,在载体进入受体细胞后,就可通过标记基因的表达来检测。)
生:我们选用的载体必须有某些标记基因,便于筛选。
对载体必须具备条件的分析是本节的难点。要想解决这个问题,只有通过适时的点拨、诱导才能让学生明白,只有真正想到科学工作者实际工作中这方面的困难,才会明白预先为什么要选具备某些条件的载体,也加强了师生间的互动,诱导学生积极参与教学活动,调节了课堂的气氛,调动了学生积极思维。
4 结尾的艺术
俗话说:“有始有终。”所以,教学过程的艺术不仅要求开始时引人入胜,具有吸引力,而且结尾要求更加精彩,让人留下深刻的印象。在教学中,教学艺术水平高的教师往往更加重视结尾的艺术性,对这一环节精心设计,以收到异乎寻常的教学效果。
例:在学完DNA重组技术的三种基本工具这一课的结尾,以一道与开始视频相关的题目来结课,进一步调动学生的学习兴趣,使得学生具有强烈的成就感。
根据所学DNA重组技术的基本工具及其作用,完成表格。
这样的结尾,既复习了本节课所学DNA重组技术的基本工具的作用,巩固了新知识,又让学生学有所成,感到现代生物科学和技术中的前沿领域并非想象中的那么困难,激发了学生探究生命奥秘和热爱生物科学的情感,同时也激起他们对下一次教学的强烈渴望。
诚然,教学是一门综合性很强的艺术,正因为这样,它才包括了许多种艺术类型,各种艺术类型之间相互区别,又相互影响。我们只有在新课程标准的理念下,通过不懈的努力去探索、创造、掌握各种教学艺术,使各种教学艺术相互协调、相互交融、相得益彰,才能使生物课堂的教学质量不断提高。
参考文献:
[1]郑晓霞.教师实用语言艺术[M].北京:华文出版社,2000.
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[3]范长寿.中学生物教法研究[M].四川:四川大学出版社,2000.
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作为一项重要的产权保护制度,知识产权是近代工业革命的产物,并随着信息业革命的到来而得到不断的补充与完善。事实证明,一个完善的知识产权制度能有效地促进科技的发展,刺激产业的增长,带来经济的繁荣。本文拟就生物技术产业的知识产权保护和管理问题做简单阐述,为我国生物技术产业的健康发展提供参考。
1 生物技术的发展和我国的不足
生物技术的飞速发展已使人类进入了一个前人难以想象的新时代。随着人类基因组计划(HumanGenomeProject,HGP)的实施,人类开始有希望能真正解构生命的奥秘。尽管这种探索也许永远没有尽头。
人类基因组计划旨在分析测序人类基因组所有的基因,即由A、T、C、G四种碱基构成的DNA序列。这项耗资巨大的国际合作工程(由美、英、日、法、德、中国等国家合作)被某些学者誉为是“人类为了认识自己而进行的一项最伟大和最具影响的研究计划”。当然,这并不是说人类基因组计划的研究就是生命探索的尽头了。恰恰相反,随着功能基因组学(FunctionalGenomics)和医药基因组学(Pharmacogenomics)等后基因组学(Postge nomics)和蛋白组学(Proteomics)的兴起,人类对自身的理解又迈向一个新的征程。
伴随着如此动人的生命科学探索的又是无限的产业利润和商机。事实上,也正是由于生物技术产业对此计划的积极参与,才推动了人类基因组计划的顺利与加速进行。虽然早在70年代生物技术公司就已在美国开始建立并运行,但生物技术产业真正的蓬勃发展还只是在90年代初人类基因组计划开始实施之后。到今天,在美国共有约1300家生物工程公司,其投资约占世界年总投资130亿美元的75%,已累积投入650亿美元,所有公司的市值已达1100亿美元。并且,这还并不包括近几年由传统的制药业跨国公司转变而来的生物技术公司。
我国的情况却令人担忧。目前,无论是生物技术研究还是生物技术产业,在世界范围内,我国还处于“跟随”或“参与”的状态,虽然也不乏有突出的例子。比如我国在人类基因组计划的测序工作中只占大约1%的比例,而美英则占约85%,其中英国占近三分之一。又如我国虽然也有200多家生物技术公司,但年销售额上亿元的也只有两家,并且全国生物工程产品的年销售额总和还不如美国一家中等规模的生物技术公司。据我国专家比较,我国的生物技术研究与产业发展都比美国要晚10~15年。
造成这些不足与落后的原因是多方面的:有历史的,也有现实的;有体制上的,也有经济上的。为此,我国也已开始实施一系列改进措施,包括中国科学院的“创新工程”、国家“八六三计划”、“火炬计划”、“攀登计划”等,都收到了一定效果。在产业界,也已开始借鉴国外的先进经验,如与研究机构的紧密联合、借助于风险投资资金、有限公司转为股份公司并上市运行等,也呈现渴望快速发展的势头,前景是堪为乐观的。
在生物技术产业化的发展过程中,有一个长期被忽视的问题,严重地影响着我国生物技术产业的发展。可以说,如果此问题再不被重视的话,我国生物技术产业界不仅将要面临越来越被动、道路越走越窄的局面,甚至还会反过来影响到我国生物科学研究的发展。这就是生物技术产业的知识产权保护问题。
2 生物技术产业的知识产权保护
现代生物技术产业涉及的知识产权保护范围很广,包括专利、商标、版权(著作权)、工业品外观设计、商业秘密和反不正当竞争等。其中最具生物技术特色也最为重要的保护就是专利权的保护。因此本文主要介绍生物技术的专利保护问题,并对其他形式的保护略加介绍。
2.1 生物技术的专利保护
依据当今生物技术的发展所揭示的生命物质的层次,将专利法可能涉及的生命物质大致分为五类,分别为:
(1)分子 核酸类分子(如通常讨论的基因即DNA分子)、蛋白质类分子(如各种细胞因子、抗体等)、糖类分子、脂类分子或其修饰物(如聚乙二醇修饰的蛋白质分子或糖蛋白分子、脂蛋白分子等)。此类物质是极为广泛的一类物质,在实际的专利申请中占的比例也最大。
(2)细胞 以单细胞为其基本存在单位的生物或细胞,包括所有细胞微生物(如细菌、放线菌、酵母菌和霉菌等)、动物细胞和植物细胞或其转化细胞、转染细胞等。疫苗、病毒/噬菌体(亦属微生物)、其他类基因载体如质粒等也可归入本类。
(3)器官 离体培养的器官如血管、视网膜等。
(4)胚胎 主要指高等动物包括人的胚胎或其嵌合体(chimera)。
(5)个体 包括植物体、动物体,其中主要是转基因的植物体或动物体。
上述物质基本构成了生命物质的全部内容。但仅有这些还是不够的,还需要加上一些针对上述五个层次的生命物质的操作方法,如合成、复制、序列分析、培养、转化、转染、融合、移植、克隆等。
至此,我们就得到了专利法可能涉及的有关生物技术发明的所有主题(subjectmatter)。
专利主题必须具有可专利性(patentability)。照国际上基本一致的要求,这主要指发明要具有创造性、新颖性与工业实用性。如《欧洲专利公约》(EuropeanPatentConvention,EPC)在其第二部分(实体专利法)第一章(可专利性)中就明确规定了可专利的发明应具有创造性(inventivestep)、新颖性(novelty)和工业实用性(industrialapplication)。我国专利法也有同样的要求。国际公约也是如此。如《TRIPs协议》第27条1款就做了与EPC几乎一致的规定,既强调了专利主题物质应具有的“三性”,还强调了发明不得因发明地点和技术领域等而受歧视。
可见,生命物质(包括涉及生命物质的方法,下同)要受到专利法的保护,要成为专利法保护的客体,也一定要具有可专利性的“三性”要求,即具有创造性、新颖性和工业实用性。
尽管已有既定的标准,但生命物质的可专利性判定却又不像对以前任何其他领域-如机械、化工与甚至计算机软件等领域-的判定那么简单,只要适用既定标准来判定就可以了。如果是那样的话,当今世界也就不会为是否授予哈佛转基因鼠和“多莉”克隆羊专利而争论得沸沸扬扬了。经过生物科学界、生物产业界(包括医药、卫生、农业等多个领域)、宗教界、伦理组织、环保组织、知识产权组织和法学界的积极参与和对各方利益的极力平衡,到20世纪末,随着《TRIPs协议》的广泛签署和欧盟于1998年通过《关于生物技术发明的法律保护的欧洲指令》(以下简称《指令》),世界对生命物质的专利保护问题也基本达成了以下几点共识。
(1)生命物质具有可专利性,当且仅当它们满足可专利性的要求(《TRIPs协议》第27条1款,《指令》第1条1款、3条、4条3款、5条2款)。
(2)动物品种、植物品种和繁殖植物或动物的主要是生物学的方法不具有可专利性(《TRIPs协议》第27条3款(b)项,《指令》第4条1款)。但如果有关的植物或动物发明不限于特定的植物或动物品种,则不可排除其可专利性(《指令》第4条2款)。
(3)有关微生物的发明或其相关方法具有可专利性,当且仅当它们满足可专利性的要求。
(4)对生命物质的简单发现,如一个基因的DNA序列,不具有可专利性;但若该生命物质是从人体中分离而得或由技术方法生产的,即它们对于公众来说是不易得的或是非显而易见的,则不应该排除其可专利性,即使其结构与自然状态中此生命物质的结构相同(《指令》第5条1、2款)。
(5)生命物质的专利保护应受到道德伦理与公共秩序的制约。此即所谓的“道德条款”。
为适应和促进生物技术产业的发展,专利法已在有关生物技术发明的可专利性上做出了相当的让步。主要体现在对“三性”标准要求的宽泛解释上,与以前相比已有很大的变通性。如对于“创造性”的判断,不再仅以自然界已存在该生命物质为排除理由(上述第(4)项),即即使某种物质存在于自然界(如人体中),但在其自然状态下却不可能为人们所利用,那么关于该生命物质的发明则不应因其已在自然界中存在而被排除其可专利性(如通过基因工程方法生产胰岛素)。同样“工业实用性”也已获得较为宽泛的解释。由此可见,专利法的调整已基本使生命物质的可专利性问题得到解决。但不可避免地还保留着许多限制。这些限制基本上是出自于道德伦理方面的考虑。如《TRIPs协议》第27条2款规定成员国在认为有必要保护其“公共秩序或道德”时排除发明的可专利性,并进一步把保护“公共秩序或道德”解释为“保护人类、动物或植物的生命或健康,或避免对环境的严重危害”。这在《指令》中有更具体的反映。如《指令》第6条1款与《TRIPs协议》一样排除了违反“公共秩序和道德”的发明的可专利性,并在其第2款以列举的方式明确排除了以下各项的可专利性:
(a)克隆人的方法;
(b)改变人的种系(germline)的遗传特征的方法;
(c)为工业或商业目的使用人的胚胎;
(d)可能导致动物痛苦而对人类或动物没有任何实质性医疗利益的改变动物遗传特征的方法和由这些方法产生的动物。
简言之,专利法和相关法律中的这些“道德条款”,就排除了某些有可能危及人类的道德伦理和尊严的生命物质或方法的可专利性,从而筑起一道保护屏障。
总结当今世界对生命物质的专利保护的发展状况,可以看出,随着生物技术的发展而不断调整的专利法,已逐渐敞开了对生命物质进行专利保护的大门。虽然出于道德伦理与公共秩序的考虑排除了一些特殊生命物质和方法的可专利性,但就总体而言,对生命物质的专利保护已经是不可逆转的世界潮流了,这对生命科学界、生物产业界及整个知识产权界的意义是不言而喻的。
就我国对生物技术的专利保护而言,由于我国专利法的立法、司法和执法实践时间都相对较短,经验相对不足,因此在某些方面的欠缺是明显的。这不仅体现在理论研究上的欠缺,也同样体现在具体专利管理实践上的落后。单就立法状况来看,我国专利法基本与EPC一致。但在具体的实践中,却又呈现出相当的灵活性。可以认为这种灵活性是必要的,它既是现实实践的需要,也为我国尽快与国际社会标准接轨积累经验,同时也能保护我国生物科学和产业的健康发展。
对于植物新品种的保护,各国情况也不统一,但基本上都由《保护植物新品种国际公约》(UPOV)加以约束。我国已于1999年4月23日正式成为UP OV公约的成员国。
2.2 其他形式的知识产权保护
生物技术产业界与其他产业界一样,要想有一个良好的运营秩序并能健康发展,就一定要有其他多种形式的知识产权保护。下面略加介绍。
商标 根据《TRIPs协议》的定义,商标是“任何能够将一个企业的商品或服务区别于另一个企业的商品或服务的符号或符号组合”。正如众所周知的例子,如CocaCola(可口可乐)、Kodak(柯达)等,其商标本身的价值已达数百亿美元之巨。这当然是多年苦心经营的结果,但也应该承认它们本身开始即具有的独创性。在生物技术公司中也有较好的例子,如Genetech、Amgen等。
商标的取得分为注册取得和使用取得两种,在不同的国家里有不同的规定。关于商标管理方面的国际公约有《商标国际注册马德里协定》、《商标注册用商品和服务国际分类尼斯协定》等,我国分别于1989年和1994年加入。
版权(著作权) 主要是对数据库(database)的保护。DNA序列与蛋白质序列的大量测定、对各种遗传性疾病的分析都会产生大量的数据,如何有效地管理与使用这些数据(库),以便既能有效地进行科学与信息的交流,又能保护自己的经济利益,就是研究机构与企业关心或者应该关心的问题。著作权能为此提供一定的保护。但有关方面的问题还在争论中。
工业品外观设计 在我国这亦属专利的一种。对于生物技术产业而言,这主要可能涉及到产品的包装问题。不可否认,一种新颖与方便使用的包装会有助于一项产品的推广。
商业秘密 包括技术秘密与经营信息。如果一项开发中的生物技术不适合申请专利(或者说用技术秘密的形式可以得到更好的保护)或者尚不到申请专利的时机,那么就应该采取商业秘密的保护方式。我国《反不正当竞争法》(第10条)和《TRIPs协议》(第39条)对此都有规定。
反不正当竞争 对于企业间的不正当竞争行为,受害者可依据相关的《反不正当竞争法》或相关的国际公约提起诉讼以求得补偿。
此外,还有地区性生物资源的保护问题,在国际知识产权界也一直进行着广泛讨论。我国生物技术产业界和科技界对此应有所重视与警惕,以免造成不可挽回的损失。总之,只有充分利用好各种知识产权保护手段,才可能使生物技术产业得以健康稳定地发展。