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关键词 孟德尔定律概念辨析性状基因
中图分类号 Q-49
文献标识码E
新课标高中生物必修2《遗传与进化》模块在三本必修书中相对较难,尤其是其中遗传的相关内容,往往是新课学习中甚至是复习中的难点和丢分点。在学习了减数分裂、有性生殖、遗传的物质基础的前提下,继续深入学习遗传学的基本定律——孟德尔定律,对各个基本遗传实验现象进行深入分析,无疑会促进学生透过现象,把握本质,深入地理解并掌握生命遗传的内在规律。但是在以往的教学或复习过程中,在学习孟德尔的两大基本定律时,学生往往在一些基本概念上一知半解导致难以全面掌握,甚至于在高三总复习时还很模糊,因而经常在分析一些基本遗传实验时出错。下面就尝试着对克服学习孟德尔定律的难点有关的几个基本概念进行辨析,有利于学生对遗传定律的理解掌握。
1 性状与基因
遗传学中把生物体所表现的形态结构、生理特征和行为方式等统称为性状。任何生物都有许许多多性状。有的是形态结构特征(如豌豆种子的颜色、形状),有的是生理特征(如人的ABO血型,植物的抗病性、耐寒性),有的是行为方式(如狗的攻击性、服从性)……在孟德尔以后的遗传学中把作为表现型显示的各种遗传性质称为性状。在诸多性状中只着眼于一种类型性状——单位性状进行遗传学分析已成为遗传学研究中的常规手段。
基因是具有遗传效应的DNA分子片段。在DNA分子上呈线性排列,线状DNA分子上的片段很多,但是只有能转录并能有效翻译指导合成相应蛋白质的才叫基因,有遗传效应指的就是有效表达合成蛋白质,而蛋白质是各种生命活动的承担者,各种性状就是靠具体不同结构不同功能的蛋白质来体现的。
生物体的各种性状是由基因控制的。性状的遗传实质上是亲代通过生殖过程把基因传递给了子代。在有性生殖过程中,和卵细胞就是基因在亲子间传递的“桥梁”。一个人所表现出来的性状,是由基因通过转录和翻译等过程,控制蛋白质的合成所表现出来的。但是性状的表现是基因和外界环境的共同作用,以基因为主,外界环境为辅。性状就是由内在遗传物质控制的外在表现,如:中国人天生是黑发直发,后天烫成卷发染成黄发,那么黄发卷发是性状吗?很明显不是。
单位性状:孟德尔在研究豌豆等植物的性状遗传时,把植株所表现的性状总体区分为各个单位作为研究对象,这样区分开来的性状称为单位性状。豌豆的花色、种子形状、子叶颜色、豆荚形状、豆荚(未成熟的)颜色、花序着生部位和株高等性状,就是7个不同的单位性状。
2 相对性状与等位基因
相对性状,即指同种生物同一性状的不同表现类型,如豌豆花色有红花与白花之分,种子形状有圆粒与皱粒之分等。相对性状分为隐性性状和显性性状。
等位基因指的是同源染色体上决定一对相对性状的两个基因,如豌豆的紫花基因和白花基因。孟德尔遗传实验中的7对相对性状分别由7对等位基因控制。控制显性性状的基因叫显性基因,通常用大写英文字母表示;控制隐性性状的基因叫隐性基因,通常用小写字母表示。比如,控制豌豆紫花的基因用A表示,控制豌豆白花的基因用a表示,那么A--a就可以叫一对等位基因。
3 基因型与表现型
基因型又称遗传型,它反映生物体的遗传构成,即从双亲获得的全部基因的总和。据估计,人类的结构基因约有3万对。因此,整个生物的基因型是无法表示的,遗传学中具体使用的基因型,往往是指某一性状的基因型,如白化病的基因型是cc,它只是表示这一对等位基因不能产生酪氨酸酶。所以基因型是从亲代获得的,可能发育为某种性状的遗传基础。表现型是指生物体所有性状的总和。但整个生物体的表现型是无法具体表示的。因此,实际使用的表现型,往往也是指生物发育的某一具体性状,如体内不能产生酪氨酸酶等。表现型是生物体把遗传下来的某一性状发育的可能变成现实的表现。
基因型、表现型与环境之间的关系,可用如下公式来表示:表现型=基因型+环境。人类的疾病几乎都与遗传有关,也都受环境的影响,只是不同的疾病受环境与遗传两个因素影响的程度不同,某些疾病明显地受遗传支配,而另一些疾病则受环境的显著作用。
4 完全显性
有没有人对你说过,“你的睫毛长长的,像你妈妈”或“你笑起来像你爸爸”?你和你的父母相像,是天经地义的,因为你遗传了他们的基因,你的基因一半来自父亲,一半来自母亲,这些基因在你的细胞里组合在一起,最后塑造了你。你生命的所有的特征,或称为性状,都是由这些基因控制的,它构成了我们生命的小小“说明书”。
那为什么你的睫毛就得像妈妈一样是长长的,而不能像爸爸一样是短短的呢?这就是遗传学家研究的问题。研究性状是如何遗传的遗传学是一门非常复杂的科学。很多性状都是由多个基因对共同作用的,也有是由单一的基因对控制的,比如长睫毛,这类性状的遗传相对简单些。
显性基因的力量比隐性基因要强,甚至能让隐性基因失去作用。显性基因和隐性基因在你身上是怎样起作用的呢?如果你从父母身上遗传了两个长睫毛的显性基因,你的睫毛就是长的;如果你遗传了一个显性基因和一个隐性基因,你的睫毛仍然是长的,因为显性基因让隐性基因失去了作用;如果两个基因都是隐性的,那你的睫毛就是短的。这种作用现象就叫完全显性。
5 杂交、自交与测交
杂交:遗传学中经典的也是常用的实验方法。通过不同的基因型的个体之间的而取得某些双亲基因重新组合的个体的方法。通过杂交把双亲的优良性状综合到杂种后代中,再经选育而成新品种,这是目前培育新品种的重要方法。
在实践中,杂交主要用于判断性状的显隐性关系。如具有一对相对性状的纯种亲本杂交,子代所表现出来的性状就是显性性状,未表现出来的性状为隐性性状。正确选择亲本杂交,可根据子代的性状表现和数量比例判断该性状的遗传特点。
自交:自交指来自同一个体的雌雄配子的结合或具有相同基因型个体间的或来自同一无性繁殖系的个体间的。例如植物,雌雄同花植物的自花授粉或雌雄异花的同株授粉均为自交;动物,由于多为雌雄异体,所以基因型相同的个体间即为自交,其含意较植物要广泛些。
注意正确区分“自交”、“自由”和“近交”三个类似的概念,试做如下的辨析:(1)自由不同于自交。自由是指群体中的雌雄个体随机,而自交在狭义上是指植物的自花授粉或雌雄异花的同株授粉,一般来说,有性别决定的生物不能自交。可见自由与自交的界线分明,切不可混淆。(2)近交不同于自交。近交是指亲缘关系较近个体间进行的,亲缘关系相近的两个个体至少有一个共同祖先,一般以在祖代或曾祖代有共同祖先的两个体就算近交,在遗传学上属于完全或不完全的同型。可见,狭义上的自交与近交存在包含关系,如自花授粉植物就是最近的近交的典型。值得注意的是,近交是改良家畜的重要手段,但不是常规手段,因为近交会使群体均值下降,产生衰退。
在实践中,自交主要用于鉴定某对相对性状的遗传是否遵循基因的分离定律,也可用于鉴定某种显性植株的基因型,若该个体自交,在子代数量足够多的情况下,子代出现性状分离,则该个体为杂合子,若子代不出现性状分离,则为纯合子。同时在杂交育种中,连续自交是获取能稳定遗传的纯种的主要方法。与测交相比,自交不需人工去雄、套袋、人工授粉等操作,如果被鉴定者是纯合子,鉴定结束后,子代仍然是纯合子,而不象测交那样子代成为了杂合子,因此自交与测交相比更为简便易行。
但是杂合体通过自交必然导致等位基因的纯合而使隐性有害性状表现出来,因而自交往往会产生生活力降低、体重减轻、繁殖力低、抵抗力弱和畸形等不良后代。大多数雌雄同花的植物,往往靠风媒、虫媒等进行异花传粉,或者雌雄蕊成熟期不同,以保证异花传粉。自交或近亲繁殖的后代,虽然会出现产量和品质下降等问题,但白花授粉作物由于在长期进化过程中已适应了自花授粉,所以一般来说不产生明显的自交衰退现象。
在遗传学上,存在一词多用、一意多名的现象,如植物称自交,动物学中指自群繁育。
测交:是孟德尔在验证自己对性状分离现象的解释是否正确时提出的。为了确定子一代(F1)是杂合子还是纯合子,让子一代(F1)与隐性纯合子杂交,这就叫测交。但有时候即使已知某个个体是杂合子,该杂合子与隐性纯合子的也叫测交。同时教材上孟德尔在验证对两对性状重组现象的解释时,让F1与双隐个体进行测交,不少学生就误以为在研究两对相对性状时,只有亲本组合是双杂和双隐时,才叫测交,其实任何遗传规律都源于先对一对相对性状的观察。观察两对性状的遗传规律时,都是先单独观察的,所以只要保证每对性状都是测交,整个组合就是测交。进一步引申,未知基因型的显性个体和隐性纯合体亲本用以测定显性个体的基因类型,遗传学上常用此法测定个体的基因类型。
在实践中,测交往往用来鉴定某一显性个体的基因型和它形成的配子类型及其比例。在子代个体数量足够多的前提下,若所有子代均为显性个体,则F1是纯合子,若子代显性个体和隐性个体的数量接近1:1,则F1是杂合子。其原理是亲本中隐性纯合子只产生一种仅含隐性基因的配子,子代的性状种类和数量关系实际上体现了F1(显性亲本)所产生配子的种类和数量关系。例如,假设豌豆的高茎相对于矮茎是显性,现有一未知基因型的高茎豌豆,如何确定其基因型呢?可以用矮茎与之。如果后代全是高茎,则其为纯合体;如果后代既有高茎,又有矮茎,且两者比例接近’1:1,则其为杂合体,且其产生数目相等的两种配子。
6 正交与反交
基因型不同的两种个体甲和乙杂交,如果将甲作父本,乙作母本定为正交,那么以乙作父本,甲作母本为反交;反之,若乙作父本,甲作母本为正交,则甲作父本,乙作母本为反交。
【关键词】 医学遗传学;说课
说课是教师在备课的基础上,以科学的教育理论为指导,向同行和专家叙述教学设计及其依据的一种教学研究活动[1]。它是一种新兴的教研形式,能够有效地提高教师理论及实践水平,成为推动教师职业发展的动力[2],另外对于教育理念的更新,教育方式的发展,教育理论的理解、把握和运用,教学过程的研究和反思,无疑都是一种可取、积极有效的途径[3]。
本文将从课程设置、教学内容与体系、教学方法及手段、教学资源、学情分析、课程考核、课程特色及质量评价这七个方面对《医学遗传学》的整个教学活动进行规划。
1 课程设置
1.1 课程定位、性质与作用 医学遗传学是医学与遗传学相结合的一门边缘学科,是遗传学知识在医学领域中的应用。它与生理学、生物化学、病理学、微生物学、免疫学等医学基础理论知识有广泛联系,还与内科学、外科学、儿科学、妇产科学等临床医学密切相关,既是基础与临床的桥梁课,又是临床各学科的基础,在医学专业中占有重要的位置。
医学遗传学的研究对象是遗传病,主要研究人类遗传病发生机制、传递方式,为遗传病及相关疾病的诊断、治疗、预防、预后及后代再发风险的估计提供科学依据和医治手段,从而控制遗传病在家庭中的发生,提高人类健康水平。其主要任务是使学生深入了解遗传病的发生机理,探讨国内外医学遗传学进展现状,达到学以致用的目的,从而培养出高素质的临床医学专业人才。
本课程是为临床医学专业学生开设的专业选修课,共32学时,其中理论26学时,实验6学时,在大学一年级第二学期开设。
1.2 课程目标 根据专业人才培养目标和岗位需求,认真分析本课程特点,经多次讨论,确定了本课程的培养目标:(1)知识教学目标:能够记住医学遗传学的基本理论和基本概念;知道常见遗传病的遗传方式、发病的原因、诊断、防治方法;了解遗传咨询的基本方法。(2)能力培养目标:具有分析临床常见遗传病的遗传方式、发病的原因、诊断、防治方法的能力;具有分析与处理临床常见遗传病的遗传咨询的能力。(3)素质教育目标:热爱本职工作,敬业、创业,并具有辨证思维的能力;具有救死扶伤,全心全意为患者服务的职业道德素质。
1.3 课程设计理念及思路 根据课程性质,紧扣临床专业人才培养目标,秉持“以服务为宗旨、以就业为导向”的办学方针。具体实施是以学校教学大纲为导向对本课程的教学内容及学时进行设计,坚持理论联系实践,在教学过程中,倡导以学生为中心,通过学生主动学习、主动参与,提高学生对本门课程的学习积极性,进而实现“教-学-做”一体化。
基本理论教学以应用为目的,以必需、够用为度,灵活利用教学资源,使学生透彻理解基础理论知识;实验教学通过教师讲授、学生动手操作的方法来提高实验技能,使学生具备人类正常染色体核型分析、处理临床常见遗传病的遗传咨询的能力。
2 教学内容与体系
2.1 教学内容 本课程核心目标是加强对学生应用能力的培养,将整门课程分为四部分:
第一部分(遗传病的基础):医学遗传学概论、遗传的细胞学基础、遗传三大基本定律、实验一 人类正常染色体核型分析、实验二细胞分裂的形态观察。共10学时。
第二部分(遗传病):单基因病、多基因病、染色体病。共12学时。
第三部分(遗传病的诊断与防治):遗传病的诊断与防治、遗传咨询、实验三 遗传咨询。共8学时。
第四部分(结业考试):共2学时。
2.2 教学设计 为了完成教学目标,解决教学重点,突破教学难点,形成以“提出任务启发讲授学生参与归纳总结教师点评”良性循环的教学体系,理论联系实际,培养学生运用所学知识能够进行人类正常男性染色体核型分析、细胞分裂的形态观察及遗传咨询,体现了“学中做,做中学,教学做”一体的教学模式。
2.3 教学重点与难点 本课程重点为单基因病、多基因病、染色体病、遗传咨询。难点为学生对典型遗传病的辨别及再发风险估计的培养。解决方法:(1)结合教学大纲、学校办学定位、专业人才培养目标和生源情况,制订本课程实施方案。(2)整合教学内容,更好地为专业服务。(3)灵活运用多种教学方法与手段,促进学生能力发展。(4)改革评价与考核方式,调动学生积极性。
3 教学方法及手段
3.1 教学方法 医学遗传学涉及的知识面广,逻辑推理性很强,在教学中,注重采用“启发式”教学,这样可以激发学生的求知欲望,开拓其思路和思维方式,增强其创新意识;通过课堂讨论形式,开展“互动式”教学,加深学生对遗传学中的一些热点话题的理解和认识,提高学生学习的主动性和积极性,消除学生在学习中的疑惑;选用大量的图片、动画和视频材料开展“形象化”教学,将一些复杂的和动态的遗传过程以一种直观的、形象的和生动的形式表现,提高学生的学习兴趣,使学生在快乐中学习;选取合适角色开展“角色扮演”教学,最大程度的模拟临床实际,让学生体会不同角色的心理和影响因素,树立爱患观念,增强职业责任感,同时提高学生积极参与的主动性,培养学生分析问题、解决问题的能力;收集典型、有趣的遗传病病例开展“病例”教学,力求使理论通俗化、具体化,引发学生思考,拓展学生的思维能力。
3.2 教学手段 运用多媒体,PPT课件把图文并茂的网络资源与教学内容相结合,使课堂教学内容更加丰富,教学形式更加生动,促使学生学习兴趣大大提高及应用知识能力增强,优化教学效果。
4 教学资源
4.1 师资情况 本门课程共有四名专职教师,全部具有本科以上学历,从年龄结构上看(平均年龄37岁),基本上形成梯队建设,具有中长期建设规划和可持续发展的潜力,均取得高校教师资格证。该队伍的师资配置合理,保证了学生专业知识的理解掌握、分析问题、解决问题能力的提高和专业素质的培养。
4.2 实验条件 拥有实验室两间,准备室一间,每间实验室建立了各项规章制度和设备使用记录,并有专人负责仪器设备的使用和维护。
4.3 教材及教学资源 选用张丽华主编,人民卫生出版社的《细胞生物学和医学遗传学》和相应学习指导及习题集。教学资源丰富,包括教学大纲、教学课件、电子教案、参考文献、授课录像、实训指导、练习册、典型案例等, 所有资料资源共享。
5 学情分析
5.1 学情分析 我校临床专业的学生都是高考后录取的学生, 年龄在19岁左右,身心发育已相对成熟, 有较强的理解和自学能力, 有强烈的求知欲望。同时, 学生在学习本课程之前, 已经具备了学习本门课程的专业基础知识, 因此具备了由被动学习向主动学习转变的条件。
5.2 学法指导 学生是学习的主体,学习成功的关键在于掌握科学的学习方法。教师在教学中要授之以渔,而不是授之以鱼,这就使学生明确学习目的,理清知识脉络,把握要点;联系相关基础知识;课后及时进行归纳总结;熟练实训技能操作。同时,还要注意培养学生良好的学习习惯,即课前预习并写出预习笔记,课后做适当的练习,这样有助于对知识的巩固。
6 课程考核
课程考核采用过程性考核和终结性考核相结合的方式。过程性考核体现在出勤、课堂提问、课堂表现、实验实训报告,占课程总成绩的30%,其中出勤、课堂提问、课堂表现占10%,实验实训报告占20%。终结性考核体现在理论考试上,占课程总成绩的70%。
7 课程特色及质量评价
7.1 课程特色 本课程以学生学习能力为基础选择教学方法,采用做中学,练中学的教学模式;编写在内容及形式上均适合高职高专教育的模块化教材;以核心理念为基础,形成完善的教法、学法和评估体系。
7.2 课程质量评价 主要采取校内督导老师随机听课评价、系部领导听课评价、学生评价,互学互助,达到“双赢”效果。
总之,“说课”能够集思广益,有利于提高教师素质,优化教学设计和教学过程,也是开展教学研究,提高教学质量的有效途径。
参考文献
[1] 肖国刚. “说课”的理论与操作研究.教学与管理, 2009,6:58.
[2] 左利利.对高职“说课”活动的思考[J].中国成人教育,2008,11:122-123.
关键词:高中生物;教师备课;导入教法
中图分类号:G632 文献标识码:B 文章编号:1002-7661(2013)18-079-01
一、高中生物备课的可行性的探讨
教师都认识到,备课的重要,其生物的备课呢?我认为有以下好做法:
首先,有效备课,发挥集体备课的作用,活化教材。张老师说:“谁能吃透教材,谁笑到最后。”我校备课组据新课标下高考的特点,强调走进教材,又活化教材。走进教材就是要了解教材编排体系和主旨,对教材进行个性化和创造性地意义构建,也就是吃透重点难点,抓住核心,瞻前顾后,通篇考虑。而活化教材就是在不改变核心内容的前提下,将文本教材情景化,将静态知识动态化、可操作化,使教材知识生活化、科学通俗化。除了把知识点与社会联系加强之外,我校还尝试让学生动手操作或者合作性探究等方式进行学习。可是大多数探究性活动都“无疾而终”,学生难以探究出所以然,有些学生甚至难以摆脱传统教学的模式对活动不以为然等等,最终只好等教师把结论“捧”出来。基于对新课标素质教育的疑惑,我对探究性学习的开展简单地进行调查:选项非常欣赏这样的环节为体现新课标而做作教师应多给时间学生活动交流、评价部分有待完善这个环节可有可无评课教师4(26.6%)2(13.3%)3(20%)6(40%)0授课教师解决了教学重难点,是自己比较满意的环节这个环节不好把握,希望以后多尝试学生18(31%)3(5.1%)29(50%)5(8.6%)0很喜欢,希望以后多写这样的活动我觉得无聊希望老师能给一些时间我们活动不知道怎么评价同学的介绍收获不大,还不如让老师进行介绍初步结论是,探究性学习确实能提高学生学习兴趣性,符合教材与学生身心发展规律,但是与高一阶段学时紧内容多等有矛盾,建议在高二理科班多实施探究性学习小组活动。
其次,备透学生“在人的心灵深处,都有一种根深蒂固的需要,就是希望感到自己是一个发现者、探究者,而在儿童的精神世界中,这种需要则特别强烈。”苏霍姆林斯基道出儿童最本质的学习心理特征。生物课程标准的基本理念之一要面向全体学生,即:尊重每一个学生;课标制定的标准是面向每一个学生的最低、最基本的要求;课标制定的标准并不意味着忽视那些优秀、有特长的学生。教师在教学过程中应该排除干扰和影响学生智力活动的因素,如挫折、害怕、紧张、焦虑、妒忌、抑郁、灰心等不良情绪,创设浓厚的教学情意场,使增个教学过程沉淀在一种民主、平等、和谐、愉悦的气氛中,使学生进入最佳的思维状态;启发学生克服认知系统的障碍;促进学生形成认字结构、能力、品德,控制好教学过程。
二、高中生物课堂导入法教育教学可行性
在高中生物新课程的教育教学过程中导入很多,据本人的理解与积累,我对背景呈现法很感兴趣。其可行性的体现如下:对一些理论(如分离定律)的分析和概念的理解(如免疫)常常只需向学生介绍其背景知识而不必详细讲解具体内容的教学方法称为背景呈现法。如必修模块1《光与光合作用》一节的教学,老师只须向学生介绍光合作用是生物圈中生物的物质来源、能量来源和氧气来源,至于光合作用的过程、光合作用的应用等知识完全可以让学生自行去学习和探究!必修模块2中,孟德尔8年种植豌豆发现了遗传学的两大基本定律和袁隆平杂交水稻研究的经历会使学生迫不急待地去学习和掌握遗传学中的相关的理论、概念;必修3中的《稳态的调节》等内容更少不了背景呈现法,如人口渴了为什么要喝水又要到处找水喝,感冒、发烧后食欲不振等日常生活现象更吸引着同学们自发去查资料、去学习探究与内环境稳态有关的知识。背景呈现法可以激发学生的学习兴趣、提高学习效率、培养正确的情感、态度价值观,尤其是对自学能力较强的学生,适当的背景呈现可使他们迅速准确地把握知识的来龙去脉,为他们进一步的学习、探究指明了方向。
三、高中生物教师注重对知识的理解、巩固以及运用可行性的揭秘
一、呈现生命现象的奥妙美
在生命的世界中,有着数不尽的奇闻趣事和探索不尽的奥妙,教师必须具备深远的视界来对纷繁复杂的生命现象进行遴选、甄别、整合,充分挖掘各种资源内在的魅力和深层次的价值,有意识地创设与学生心理需要变化同步的情境,通过教师生动形象的表述,拨动学生的心弦,让学生深切感受到“生命真奇妙”,诱发学习情趣,促使其更主动、更深入地思考。
比如,为什么“种瓜得瓜,种豆得豆”?生命的遗传是最复杂、最浩瀚、最难搞清,又诱惑着人类孜孜不倦地去探寻的深邃话题。一百多年来,从孟德尔的豌豆实验,到肺炎双球菌的转化实验,到T2噬菌体的侵染实验,到摩尔根的果蝇实验,当人们发现DNA是生物的主要遗传物质、基因是生物遗传的基本单位的时候,是何等的欢欣鼓舞!及至沃森和克里克DNA分子双螺旋结构模型的建立,到64个遗传密码子的确立,再发展至HGP计划的实施,人们又进一步认识到,基因的定位和功能难以确定,生物体的复杂结构和功能不仅仅是由基因决定的,也是由基因组中存在的大量非编码信息和非编码基因共同决定的,遗传语言的葵花宝典究竟藏在哪呢?
在进行“干细胞”教学时,我给学生们讲述了“柏林病人”的故事。蒂莫西·雷·布朗是一名美国白血病患者,并同时患有艾滋病,几乎已经到了死亡的边缘。2007年他来到德国柏林找到了胡特医生,随即胡特做出一个决定:进行骨髓干细胞移植,先治白血病。结果出人意料,这次移植不仅将号称“柏林病人”的白血病治愈了,还把他的艾滋病也在不经意间给治好了,否定了艾滋病无法被治愈的残酷现实。这是一个小概率的个案还是具有普遍性?是可以复制的还是无法再现的?原因到底是什么?此时的课堂鸦雀无声,学生们的眼睛都亮了……
诸多的设问还有:为什么小小的细胞结构哪怕是原核细胞都是人工难以模仿制造的?是什么造成了高等植物的光合碳同化有着C3、C4和景天酸代谢等多种途径?真的只有人类的大脑皮层才存在语言中枢吗?其他动物有没有人类看不到、听不懂的语言?达尔文的自然选择学说过时了吗?怎么解释寒武纪出现的物种大爆发?在进化地位上越高等的生物,是否适应能力越强……当对生命奥妙的兴趣、热情一旦转化为恒久不变的志趣、志向的时候,科学的种子就悄然播下了,就很可能在学生建构未来生活时发芽、生长、开花、结果。
二、展示生命理论的和谐美
科学是规律的反映,而规律是美的内核,这个规律对于生物来说,就是统一,就是适应,就是竞争,就是进化。从某种意义上说,生命现象的规律与美是相通连的。
例如,光合作用为人类和整个生命世界的生存与发展提供了物质基础,是地球上最重要的生化反应。在教学植物的“光合作用”时,我特地从学校生物园、地理园里采摘了十几种不同植物的带叶枝条让学生们仔细观察,叶在茎干上的排列无论是互生、对生还是轮生,它们自上而下都互不遮挡,形成镶嵌式的排列,这样可以使每一片叶子都能接受充足的阳光,各美其美,美美与共。学生们对这种天然形成的叶镶嵌以及它的合理性感到惊讶,并且深切地感受到生物的生存与种族的延续和环境密不可分,适者生存,否则就会被自然淘汰。
再比如,1894年Fischer提出酶作用的锁钥学说,一把钥匙对应一把锁。这一学说对我们领悟生物特征多有启发。仅是在高中生物学中,涉及“锁钥式”一对一的特异性结合就达六、七项之多,例如:膜上载体与运输物、激素与靶细胞、抗原与抗体、tRNA与mRNA、互利共生等,无处不在。正是这种类似“锁钥学说”专一性的规律,才使得生命活动更加有序而高效。以遗传三大基本定律为例,从一对等位基因在形成配子时的分离行为入口,到两对及两对以上非同源染色体上非等位基因的自由组合行为演绎,再到同一条染色体上不同基因的连锁行为补充,层层剥茧,由浅入深,浑然一体。窃以为,当下的人教版教材没有讲述摩尔根的连锁交换定律,是有一点遗憾的,一来第三定律内容并不复杂,学生容易理解;二来将一个几近完美的理论体系弄得破碎了。可喜的是,几乎所有的生物老师都不会忽略第三定律,和谐的理论体系具有不可抗拒的魅力!即使一個小小的细胞也是一个统一的生命系统,不大不小的核质比,各种细胞器的精妙配合(如分泌蛋白的形成),扩大生化反应面积的方式(如线粒体的嵴和叶绿体的基粒)……它们在矛盾运动中达到的高度和谐令人叹服。
学习“生态工程”一节时,课标要求学生掌握的知识目标是理解生态工程所遵循的若干基本原理。如果让学生一下子“生吞活剥”下去这些原理必然会引起“消化不良”,且教材所举事例不仅远离特区学生的地域,更远离他们的认知。于是我利用学校开展综合实践活动的机会,带领学生们来到作为国家农业高科技园区的光明农场,让学生亲身实地考察珠三角地区独创的历史悠久的桑基鱼塘,深入探明池埂种桑、桑叶养蚕、蚕茧缫丝、蚕沙、蚕蛹、缫丝废水养鱼、鱼粪肥桑的高效和谐的人工生态系统,感受我国劳动人民卓越的智慧和创造。在桑田采桑除草,在鱼塘播撒饲料,临走时,还带回了一些农场的蚁蚕来学习养蚕。学生们迸发出来的热情和活跃简直让我始料未及!
三、阐述生物思维的适切美
思维是智慧最集中的体现。纵观生命科学发展史,新的观点和理论、新的思路和方法、新的发现和创造,几乎每一次重大的突破都与新思维相行相伴。豌豆、果蝇被用作遗传实验材料的得天独厚,恩格尔曼在探索光合作用中使用水绵和好氧细菌的绝妙组合,艾弗里、赫尔希和蔡斯经典实验思路的异曲同工,进化论、细胞学说、酶的发现、激素本质的探索承前启后,细胞膜的流动镶嵌模型、DNA分子的双螺旋结构模型的大胆创设,这些划时代的伟大成就,无不呈现出思维完善的伟大力量。反观沃泰默在探索促胰液素、海尔蒙特在探索柳树增重来源实验中的匠心独运却功败垂成,也无一不是因为思维走入歧途。可见,生物思维的适切与否起到了决定性的作用。
教学“DNA的结构”是在已经讲授完证明“DNA是生物主要遗传物质”的经典实验之后,我让学生思考一个这样的问题:从DNA结构上来分析,自然界为什么选择了DNA作为遗传物质?DNA有哪些作为遗传物质的适切性?引导学生们从DNA的分子结构特点来分析:DNA的化学组成虽然只有四种脱氧核苷酸,但由于分子巨大,所以,排列组合方式多种多样(4n),贮存大量遗传信息,体现遗传物质的多样性;某个特定的DNA有其特定的脱氧核苷酸排列序列,说明遗传物质的特异性;DNA分子中,磷酸根和脱氧核糖交替排列的“楼梯扶手”框架很稳定,A和T、C和G之间“楼梯台阶”的氢键累积也很强,不易打开,表现出遗传物质的稳定性;双螺旋的结构能够精确地自我复制,使亲代与子代间保持遗传的连续性;DNA通过基因表达,控制新陈代谢过程和性状发育;在特定条件下又能发生突变,而且突变以后还能继续复制,产生可遗传的变异。反观RNA和蛋白质,前者分子量小,遗传信息少,多数是单链,结构不稳定;后者不能进行自我复制,分子结构也不稳定,不能遗传给后代。所以,这两者都不适合作为遗传物质。诸如此类增之一分嫌长、减之一分嫌短的生物思维,让人怦然心动。
哈佛大学的学子们曾说生物学是最难学的,因为尽管生命活动有一定的规律,但其规律没有数理化的规律明显和固定,这就要求学生在学习这门课程时要有很灵活的善变通的思维,要能综观全局,用系统的观点、普遍联系的观点、运动发展的观点、对立统一的观点等去看待和解析千姿百态的生命。因而,在教学中,教师一定要想方设法地培育学生的这种生物思维,或者说学科思维,使生物的每课堂、每次作业、每次练习都不是重复的机械操练,而是富有缜密性、逻辑性、批判性、探究性、创造性的思维活动,进而让学生领略学科思想的魅力与意义。
四、介绍生命改造的创新美
进入21世纪后,生命科学和技术的成就正在深刻地改变着人们的生产方式、生活方式和思维方式,以前所未有的姿态为我们展开了一幅波澜壮阔的生命画卷,美仑美奂,光芒四射!教师应当向学生展现这幅宏伟的改造生命的画卷。
富含胡萝卜素的金大米、能生产人的胰岛素的大肠杆菌、植入了海蜇发光基因的街边树来替代路灯……极富魅力的基因工程和蛋白质工程,是按人们的预想有目的地改造生命甚至重新设计生命,创造出自然界并不存在而人类所期望的具有某种特性的改良物种,其神奇的力量威慑着几千年来远缘物种间不能自由的传统观念。获得具有高产、稳产和优良品质的农作物、家禽家畜,乳腺或膀胱生物发生器,基因诊断和治疗,分解石油多种成分的“超级细菌”等,为人类社会展现出一片光明的前景。
在一次高三生物科学史的专题复习中,我请学生将中国人在生命科学领域的成就罗列出几条,结果,很少有学生能列出三条以上。于是,我就慢慢地开始如数家珍了:1965年,我国的科学工作者经过6年多坚持不懈的努力,人工合成了具有全部生物活性的结晶牛胰岛素,这是世界上第一个人工合成的蛋白质,开创了人工合成生物大分子的时代;1981年,又人工合成酵母丙氨酸转移核糖核酸(酵母丙氨酸tRNA),在世界上首次人工合成核酸分子;1988年,我国科学家人工合成了抗黄瓜花叶病毒的基因,并且将这种基因导入烟草等作物的细胞中,得到了抗病毒能力很强的作物新品系;1989年我国科学家成功地将人的生长激素基因导入鲤鱼的受精卵中,培育成了转基因鲤鱼;我国利用生物工程自行研制的乙肝疫苗在1992年投放市场,在预防乙型肝炎中发挥了重要作用……
此时,学生聚精会神,作为中国人的自豪感、光荣感、使命感一定在心底涌动,这些生命改造也定会成为“挡不住的诱惑”,长久地印记在学生们的脑海中,为他们的明天插上腾飞的翅膀。
五、讴歌科学精神的崇高美
许多生物学家的一生,在书写科学篇章的同时,处处弘扬人的价值、理想,孜孜不倦地追求社会的进步与和谐,他们的独立思考、敢于怀疑、勇于创新、百折不挠、求真务实以及他们在工作生活中的协作、友爱、宽容,其本身就是科学精神和人文精神相结合的典范。生命科学的发展,深深地蕴含着科学家充满人文主义的态度和精神,它们和生物知识密不可分,共同构成了高中生物课程不可或缺的教学内容。
我告诉我的学生,一直贫困如洗的博物学家拉马克为了探寻真理,终生奋斗不已,笔不停缀,晚年更是貧病交加,死后连下葬的钱都是他女儿向别人借的。
我告诉我的学生,被誉为“现代遗传学之父”的孟德尔用长达8年的豌豆实验揭示了生物遗传奥秘的基本规律,可孟德尔发现的遗传定律在当时并未受到人们的重视,他的论文只是在一家地方性刊物上发表。一个世纪后,三位科学家在不知道孟德尔当年研究成果的情况下,都准备好了论文,却意外地看到了孟德尔的文章,马上把荣誉让给了孟德尔。
我告诉我的学生,享誉世界的微生物学“开山鼻祖”荷兰列文虎克只有初中文化程度,却用了60年时间磨了400多个凸透镜,自制显微镜并观察显微镜下的世界,号称“一生磨一镜”,首次看见了显微镜下活的细胞,看到了微生物……
我希望如朱小蔓教授所言:真正优秀的教师,都能在自然而然传授知识的同时,让学生听见知识背后道德的声音。