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關鍵詞 孟德爾定律概念辨析性狀基因
中圖分類號 Q-49
文獻標識碼E
新課標高中生物必修2《遺傳與進化》模塊在三本必修書中相對較難,尤其是其中遺傳的相關內容,往往是新課學習中甚至是復習中的難點和丟分點。在學習了減數分裂、有性生殖、遺傳的物質基礎的前提下,繼續深入學習遺傳學的基本定律——孟德爾定律,對各個基本遺傳實驗現象進行深入分析,無疑會促進學生透過現象,把握本質,深入地理解并掌握生命遺傳的內在規律。但是在以往的教學或復習過程中,在學習孟德爾的兩大基本定律時,學生往往在一些基本概念上一知半解導致難以全面掌握,甚至于在高三總復習時還很模糊,因而經常在分析一些基本遺傳實驗時出錯。下面就嘗試著對克服學習孟德爾定律的難點有關的幾個基本概念進行辨析,有利于學生對遺傳定律的理解掌握。
1 性狀與基因
遺傳學中把生物體所表現的形態結構、生理特征和行為方式等統稱為性狀。任何生物都有許許多多性狀。有的是形態結構特征(如豌豆種子的顏色、形狀),有的是生理特征(如人的ABO血型,植物的抗病性、耐寒性),有的是行為方式(如狗的攻擊性、服從性)……在孟德爾以后的遺傳學中把作為表現型顯示的各種遺傳性質稱為性狀。在諸多性狀中只著眼于一種類型性狀——單位性狀進行遺傳學分析已成為遺傳學研究中的常規手段。
基因是具有遺傳效應的DNA分子片段。在DNA分子上呈線性排列,線狀DNA分子上的片段很多,但是只有能轉錄并能有效翻譯指導合成相應蛋白質的才叫基因,有遺傳效應指的就是有效表達合成蛋白質,而蛋白質是各種生命活動的承擔者,各種性狀就是靠具體不同結構不同功能的蛋白質來體現的。
生物體的各種性狀是由基因控制的。性狀的遺傳實質上是親代通過生殖過程把基因傳遞給了子代。在有性生殖過程中,和卵細胞就是基因在親子間傳遞的“橋梁”。一個人所表現出來的性狀,是由基因通過轉錄和翻譯等過程,控制蛋白質的合成所表現出來的。但是性狀的表現是基因和外界環境的共同作用,以基因為主,外界環境為輔。性狀就是由內在遺傳物質控制的外在表現,如:中國人天生是黑發直發,后天燙成卷發染成黃發,那么黃發卷發是性狀嗎?很明顯不是。
單位性狀:孟德爾在研究豌豆等植物的性狀遺傳時,把植株所表現的性狀總體區分為各個單位作為研究對象,這樣區分開來的性狀稱為單位性狀。豌豆的花色、種子形狀、子葉顏色、豆莢形狀、豆莢(未成熟的)顏色、花序著生部位和株高等性狀,就是7個不同的單位性狀。
2 相對性狀與等位基因
相對性狀,即指同種生物同一性狀的不同表現類型,如豌豆花色有紅花與白花之分,種子形狀有圓粒與皺粒之分等。相對性狀分為隱性性狀和顯性性狀。
等位基因指的是同源染色體上決定一對相對性狀的兩個基因,如豌豆的紫花基因和白花基因。孟德爾遺傳實驗中的7對相對性狀分別由7對等位基因控制。控制顯性性狀的基因叫顯性基因,通常用大寫英文字母表示;控制隱性性狀的基因叫隱性基因,通常用小寫字母表示。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就可以叫一對等位基因。
3 基因型與表現型
基因型又稱遺傳型,它反映生物體的遺傳構成,即從雙親獲得的全部基因的總和。據估計,人類的結構基因約有3萬對。因此,整個生物的基因型是無法表示的,遺傳學中具體使用的基因型,往往是指某一性狀的基因型,如白化病的基因型是cc,它只是表示這一對等位基因不能產生酪氨酸酶。所以基因型是從親代獲得的,可能發育為某種性狀的遺傳基礎。表現型是指生物體所有性狀的總和。但整個生物體的表現型是無法具體表示的。因此,實際使用的表現型,往往也是指生物發育的某一具體性狀,如體內不能產生酪氨酸酶等。表現型是生物體把遺傳下來的某一性狀發育的可能變成現實的表現。
基因型、表現型與環境之間的關系,可用如下公式來表示:表現型=基因型+環境。人類的疾病幾乎都與遺傳有關,也都受環境的影響,只是不同的疾病受環境與遺傳兩個因素影響的程度不同,某些疾病明顯地受遺傳支配,而另一些疾病則受環境的顯著作用。
4 完全顯性
有沒有人對你說過,“你的睫毛長長的,像你媽媽”或“你笑起來像你爸爸”?你和你的父母相像,是天經地義的,因為你遺傳了他們的基因,你的基因一半來自父親,一半來自母親,這些基因在你的細胞里組合在一起,最后塑造了你。你生命的所有的特征,或稱為性狀,都是由這些基因控制的,它構成了我們生命的小小“說明書”。
那為什么你的睫毛就得像媽媽一樣是長長的,而不能像爸爸一樣是短短的呢?這就是遺傳學家研究的問題。研究性狀是如何遺傳的遺傳學是一門非常復雜的科學。很多性狀都是由多個基因對共同作用的,也有是由單一的基因對控制的,比如長睫毛,這類性狀的遺傳相對簡單些。
顯性基因的力量比隱性基因要強,甚至能讓隱性基因失去作用。顯性基因和隱性基因在你身上是怎樣起作用的呢?如果你從父母身上遺傳了兩個長睫毛的顯性基因,你的睫毛就是長的;如果你遺傳了一個顯性基因和一個隱性基因,你的睫毛仍然是長的,因為顯性基因讓隱性基因失去了作用;如果兩個基因都是隱性的,那你的睫毛就是短的。這種作用現象就叫完全顯性。
5 雜交、自交與測交
雜交:遺傳學中經典的也是常用的實驗方法。通過不同的基因型的個體之間的而取得某些雙親基因重新組合的個體的方法。通過雜交把雙親的優良性狀綜合到雜種后代中,再經選育而成新品種,這是目前培育新品種的重要方法。
在實踐中,雜交主要用于判斷性狀的顯隱性關系。如具有一對相對性狀的純種親本雜交,子代所表現出來的性狀就是顯性性狀,未表現出來的性狀為隱性性狀。正確選擇親本雜交,可根據子代的性狀表現和數量比例判斷該性狀的遺傳特點。
自交:自交指來自同一個體的雌雄配子的結合或具有相同基因型個體間的或來自同一無性繁殖系的個體間的。例如植物,雌雄同花植物的自花授粉或雌雄異花的同株授粉均為自交;動物,由于多為雌雄異體,所以基因型相同的個體間即為自交,其含意較植物要廣泛些。
注意正確區分“自交”、“自由”和“近交”三個類似的概念,試做如下的辨析:(1)自由不同于自交。自由是指群體中的雌雄個體隨機,而自交在狹義上是指植物的自花授粉或雌雄異花的同株授粉,一般來說,有性別決定的生物不能自交。可見自由與自交的界線分明,切不可混淆。(2)近交不同于自交。近交是指親緣關系較近個體間進行的,親緣關系相近的兩個個體至少有一個共同祖先,一般以在祖代或曾祖代有共同祖先的兩個體就算近交,在遺傳學上屬于完全或不完全的同型。可見,狹義上的自交與近交存在包含關系,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,但不是常規手段,因為近交會使群體均值下降,產生衰退。
在實踐中,自交主要用于鑒定某對相對性狀的遺傳是否遵循基因的分離定律,也可用于鑒定某種顯性植株的基因型,若該個體自交,在子代數量足夠多的情況下,子代出現性狀分離,則該個體為雜合子,若子代不出現性狀分離,則為純合子。同時在雜交育種中,連續自交是獲取能穩定遺傳的純種的主要方法。與測交相比,自交不需人工去雄、套袋、人工授粉等操作,如果被鑒定者是純合子,鑒定結束后,子代仍然是純合子,而不象測交那樣子代成為了雜合子,因此自交與測交相比更為簡便易行。
但是雜合體通過自交必然導致等位基因的純合而使隱性有害性狀表現出來,因而自交往往會產生生活力降低、體重減輕、繁殖力低、抵抗力弱和畸形等不良后代。大多數雌雄同花的植物,往往靠風媒、蟲媒等進行異花傳粉,或者雌雄蕊成熟期不同,以保證異花傳粉。自交或近親繁殖的后代,雖然會出現產量和品質下降等問題,但白花授粉作物由于在長期進化過程中已適應了自花授粉,所以一般來說不產生明顯的自交衰退現象。
在遺傳學上,存在一詞多用、一意多名的現象,如植物稱自交,動物學中指自群繁育。
測交:是孟德爾在驗證自己對性狀分離現象的解釋是否正確時提出的。為了確定子一代(F1)是雜合子還是純合子,讓子一代(F1)與隱性純合子雜交,這就叫測交。但有時候即使已知某個個體是雜合子,該雜合子與隱性純合子的也叫測交。同時教材上孟德爾在驗證對兩對性狀重組現象的解釋時,讓F1與雙隱個體進行測交,不少學生就誤以為在研究兩對相對性狀時,只有親本組合是雙雜和雙隱時,才叫測交,其實任何遺傳規律都源于先對一對相對性狀的觀察。觀察兩對性狀的遺傳規律時,都是先單獨觀察的,所以只要保證每對性狀都是測交,整個組合就是測交。進一步引申,未知基因型的顯性個體和隱性純合體親本用以測定顯性個體的基因類型,遺傳學上常用此法測定個體的基因類型。
在實踐中,測交往往用來鑒定某一顯性個體的基因型和它形成的配子類型及其比例。在子代個體數量足夠多的前提下,若所有子代均為顯性個體,則F1是純合子,若子代顯性個體和隱性個體的數量接近1:1,則F1是雜合子。其原理是親本中隱性純合子只產生一種僅含隱性基因的配子,子代的性狀種類和數量關系實際上體現了F1(顯性親本)所產生配子的種類和數量關系。例如,假設豌豆的高莖相對于矮莖是顯性,現有一未知基因型的高莖豌豆,如何確定其基因型呢?可以用矮莖與之。如果后代全是高莖,則其為純合體;如果后代既有高莖,又有矮莖,且兩者比例接近’1:1,則其為雜合體,且其產生數目相等的兩種配子。
6 正交與反交
基因型不同的兩種個體甲和乙雜交,如果將甲作父本,乙作母本定為正交,那么以乙作父本,甲作母本為反交;反之,若乙作父本,甲作母本為正交,則甲作父本,乙作母本為反交。
【關鍵詞】 醫學遺傳學;說課
說課是教師在備課的基礎上,以科學的教育理論為指導,向同行和專家敘述教學設計及其依據的一種教學研究活動[1]。它是一種新興的教研形式,能夠有效地提高教師理論及實踐水平,成為推動教師職業發展的動力[2],另外對于教育理念的更新,教育方式的發展,教育理論的理解、把握和運用,教學過程的研究和反思,無疑都是一種可取、積極有效的途徑[3]。
本文將從課程設置、教學內容與體系、教學方法及手段、教學資源、學情分析、課程考核、課程特色及質量評價這七個方面對《醫學遺傳學》的整個教學活動進行規劃。
1 課程設置
1.1 課程定位、性質與作用 醫學遺傳學是醫學與遺傳學相結合的一門邊緣學科,是遺傳學知識在醫學領域中的應用。它與生理學、生物化學、病理學、微生物學、免疫學等醫學基礎理論知識有廣泛聯系,還與內科學、外科學、兒科學、婦產科學等臨床醫學密切相關,既是基礎與臨床的橋梁課,又是臨床各學科的基礎,在醫學專業中占有重要的位置。
醫學遺傳學的研究對象是遺傳病,主要研究人類遺傳病發生機制、傳遞方式,為遺傳病及相關疾病的診斷、治療、預防、預后及后代再發風險的估計提供科學依據和醫治手段,從而控制遺傳病在家庭中的發生,提高人類健康水平。其主要任務是使學生深入了解遺傳病的發生機理,探討國內外醫學遺傳學進展現狀,達到學以致用的目的,從而培養出高素質的臨床醫學專業人才。
本課程是為臨床醫學專業學生開設的專業選修課,共32學時,其中理論26學時,實驗6學時,在大學一年級第二學期開設。
1.2 課程目標 根據專業人才培養目標和崗位需求,認真分析本課程特點,經多次討論,確定了本課程的培養目標:(1)知識教學目標:能夠記住醫學遺傳學的基本理論和基本概念;知道常見遺傳病的遺傳方式、發病的原因、診斷、防治方法;了解遺傳咨詢的基本方法。(2)能力培養目標:具有分析臨床常見遺傳病的遺傳方式、發病的原因、診斷、防治方法的能力;具有分析與處理臨床常見遺傳病的遺傳咨詢的能力。(3)素質教育目標:熱愛本職工作,敬業、創業,并具有辨證思維的能力;具有救死扶傷,全心全意為患者服務的職業道德素質。
1.3 課程設計理念及思路 根據課程性質,緊扣臨床專業人才培養目標,秉持“以服務為宗旨、以就業為導向”的辦學方針。具體實施是以學校教學大綱為導向對本課程的教學內容及學時進行設計,堅持理論聯系實踐,在教學過程中,倡導以學生為中心,通過學生主動學習、主動參與,提高學生對本門課程的學習積極性,進而實現“教-學-做”一體化。
基本理論教學以應用為目的,以必需、夠用為度,靈活利用教學資源,使學生透徹理解基礎理論知識;實驗教學通過教師講授、學生動手操作的方法來提高實驗技能,使學生具備人類正常染色體核型分析、處理臨床常見遺傳病的遺傳咨詢的能力。
2 教學內容與體系
2.1 教學內容 本課程核心目標是加強對學生應用能力的培養,將整門課程分為四部分:
第一部分(遺傳病的基礎):醫學遺傳學概論、遺傳的細胞學基礎、遺傳三大基本定律、實驗一 人類正常染色體核型分析、實驗二細胞分裂的形態觀察。共10學時。
第二部分(遺傳病):單基因病、多基因病、染色體病。共12學時。
第三部分(遺傳病的診斷與防治):遺傳病的診斷與防治、遺傳咨詢、實驗三 遺傳咨詢。共8學時。
第四部分(結業考試):共2學時。
2.2 教學設計 為了完成教學目標,解決教學重點,突破教學難點,形成以“提出任務啟發講授學生參與歸納總結教師點評”良性循環的教學體系,理論聯系實際,培養學生運用所學知識能夠進行人類正常男性染色體核型分析、細胞分裂的形態觀察及遺傳咨詢,體現了“學中做,做中學,教學做”一體的教學模式。
2.3 教學重點與難點 本課程重點為單基因病、多基因病、染色體病、遺傳咨詢。難點為學生對典型遺傳病的辨別及再發風險估計的培養。解決方法:(1)結合教學大綱、學校辦學定位、專業人才培養目標和生源情況,制訂本課程實施方案。(2)整合教學內容,更好地為專業服務。(3)靈活運用多種教學方法與手段,促進學生能力發展。(4)改革評價與考核方式,調動學生積極性。
3 教學方法及手段
3.1 教學方法 醫學遺傳學涉及的知識面廣,邏輯推理性很強,在教學中,注重采用“啟發式”教學,這樣可以激發學生的求知欲望,開拓其思路和思維方式,增強其創新意識;通過課堂討論形式,開展“互動式”教學,加深學生對遺傳學中的一些熱點話題的理解和認識,提高學生學習的主動性和積極性,消除學生在學習中的疑惑;選用大量的圖片、動畫和視頻材料開展“形象化”教學,將一些復雜的和動態的遺傳過程以一種直觀的、形象的和生動的形式表現,提高學生的學習興趣,使學生在快樂中學習;選取合適角色開展“角色扮演”教學,最大程度的模擬臨床實際,讓學生體會不同角色的心理和影響因素,樹立愛患觀念,增強職業責任感,同時提高學生積極參與的主動性,培養學生分析問題、解決問題的能力;收集典型、有趣的遺傳病病例開展“病例”教學,力求使理論通俗化、具體化,引發學生思考,拓展學生的思維能力。
3.2 教學手段 運用多媒體,PPT課件把圖文并茂的網絡資源與教學內容相結合,使課堂教學內容更加豐富,教學形式更加生動,促使學生學習興趣大大提高及應用知識能力增強,優化教學效果。
4 教學資源
4.1 師資情況 本門課程共有四名專職教師,全部具有本科以上學歷,從年齡結構上看(平均年齡37歲),基本上形成梯隊建設,具有中長期建設規劃和可持續發展的潛力,均取得高校教師資格證。該隊伍的師資配置合理,保證了學生專業知識的理解掌握、分析問題、解決問題能力的提高和專業素質的培養。
4.2 實驗條件 擁有實驗室兩間,準備室一間,每間實驗室建立了各項規章制度和設備使用記錄,并有專人負責儀器設備的使用和維護。
4.3 教材及教學資源 選用張麗華主編,人民衛生出版社的《細胞生物學和醫學遺傳學》和相應學習指導及習題集。教學資源豐富,包括教學大綱、教學課件、電子教案、參考文獻、授課錄像、實訓指導、練習冊、典型案例等, 所有資料資源共享。
5 學情分析
5.1 學情分析 我校臨床專業的學生都是高考后錄取的學生, 年齡在19歲左右,身心發育已相對成熟, 有較強的理解和自學能力, 有強烈的求知欲望。同時, 學生在學習本課程之前, 已經具備了學習本門課程的專業基礎知識, 因此具備了由被動學習向主動學習轉變的條件。
5.2 學法指導 學生是學習的主體,學習成功的關鍵在于掌握科學的學習方法。教師在教學中要授之以漁,而不是授之以魚,這就使學生明確學習目的,理清知識脈絡,把握要點;聯系相關基礎知識;課后及時進行歸納總結;熟練實訓技能操作。同時,還要注意培養學生良好的學習習慣,即課前預習并寫出預習筆記,課后做適當的練習,這樣有助于對知識的鞏固。
6 課程考核
課程考核采用過程性考核和終結性考核相結合的方式。過程性考核體現在出勤、課堂提問、課堂表現、實驗實訓報告,占課程總成績的30%,其中出勤、課堂提問、課堂表現占10%,實驗實訓報告占20%。終結性考核體現在理論考試上,占課程總成績的70%。
7 課程特色及質量評價
7.1 課程特色 本課程以學生學習能力為基礎選擇教學方法,采用做中學,練中學的教學模式;編寫在內容及形式上均適合高職高專教育的模塊化教材;以核心理念為基礎,形成完善的教法、學法和評估體系。
7.2 課程質量評價 主要采取校內督導老師隨機聽課評價、系部領導聽課評價、學生評價,互學互助,達到“雙贏”效果。
總之,“說課”能夠集思廣益,有利于提高教師素質,優化教學設計和教學過程,也是開展教學研究,提高教學質量的有效途徑。
參考文獻
[1] 肖國剛. “說課”的理論與操作研究.教學與管理, 2009,6:58.
[2] 左利利.對高職“說課”活動的思考[J].中國成人教育,2008,11:122-123.
關鍵詞:高中生物;教師備課;導入教法
中圖分類號:G632 文獻標識碼:B 文章編號:1002-7661(2013)18-079-01
一、高中生物備課的可行性的探討
教師都認識到,備課的重要,其生物的備課呢?我認為有以下好做法:
首先,有效備課,發揮集體備課的作用,活化教材。張老師說:“誰能吃透教材,誰笑到最后。”我校備課組據新課標下高考的特點,強調走進教材,又活化教材。走進教材就是要了解教材編排體系和主旨,對教材進行個性化和創造性地意義構建,也就是吃透重點難點,抓住核心,瞻前顧后,通篇考慮。而活化教材就是在不改變核心內容的前提下,將文本教材情景化,將靜態知識動態化、可操作化,使教材知識生活化、科學通俗化。除了把知識點與社會聯系加強之外,我校還嘗試讓學生動手操作或者合作性探究等方式進行學習。可是大多數探究性活動都“無疾而終”,學生難以探究出所以然,有些學生甚至難以擺脫傳統教學的模式對活動不以為然等等,最終只好等教師把結論“捧”出來。基于對新課標素質教育的疑惑,我對探究性學習的開展簡單地進行調查:選項非常欣賞這樣的環節為體現新課標而做作教師應多給時間學生活動交流、評價部分有待完善這個環節可有可無評課教師4(26.6%)2(13.3%)3(20%)6(40%)0授課教師解決了教學重難點,是自己比較滿意的環節這個環節不好把握,希望以后多嘗試學生18(31%)3(5.1%)29(50%)5(8.6%)0很喜歡,希望以后多寫這樣的活動我覺得無聊希望老師能給一些時間我們活動不知道怎么評價同學的介紹收獲不大,還不如讓老師進行介紹初步結論是,探究性學習確實能提高學生學習興趣性,符合教材與學生身心發展規律,但是與高一階段學時緊內容多等有矛盾,建議在高二理科班多實施探究性學習小組活動。
其次,備透學生“在人的心靈深處,都有一種根深蒂固的需要,就是希望感到自己是一個發現者、探究者,而在兒童的精神世界中,這種需要則特別強烈。”蘇霍姆林斯基道出兒童最本質的學習心理特征。生物課程標準的基本理念之一要面向全體學生,即:尊重每一個學生;課標制定的標準是面向每一個學生的最低、最基本的要求;課標制定的標準并不意味著忽視那些優秀、有特長的學生。教師在教學過程中應該排除干擾和影響學生智力活動的因素,如挫折、害怕、緊張、焦慮、妒忌、抑郁、灰心等不良情緒,創設濃厚的教學情意場,使增個教學過程沉淀在一種民主、平等、和諧、愉悅的氣氛中,使學生進入最佳的思維狀態;啟發學生克服認知系統的障礙;促進學生形成認字結構、能力、品德,控制好教學過程。
二、高中生物課堂導入法教育教學可行性
在高中生物新課程的教育教學過程中導入很多,據本人的理解與積累,我對背景呈現法很感興趣。其可行性的體現如下:對一些理論(如分離定律)的分析和概念的理解(如免疫)常常只需向學生介紹其背景知識而不必詳細講解具體內容的教學方法稱為背景呈現法。如必修模塊1《光與光合作用》一節的教學,老師只須向學生介紹光合作用是生物圈中生物的物質來源、能量來源和氧氣來源,至于光合作用的過程、光合作用的應用等知識完全可以讓學生自行去學習和探究!必修模塊2中,孟德爾8年種植豌豆發現了遺傳學的兩大基本定律和袁隆平雜交水稻研究的經歷會使學生迫不急待地去學習和掌握遺傳學中的相關的理論、概念;必修3中的《穩態的調節》等內容更少不了背景呈現法,如人口渴了為什么要喝水又要到處找水喝,感冒、發燒后食欲不振等日常生活現象更吸引著同學們自發去查資料、去學習探究與內環境穩態有關的知識。背景呈現法可以激發學生的學習興趣、提高學習效率、培養正確的情感、態度價值觀,尤其是對自學能力較強的學生,適當的背景呈現可使他們迅速準確地把握知識的來龍去脈,為他們進一步的學習、探究指明了方向。
三、高中生物教師注重對知識的理解、鞏固以及運用可行性的揭秘
一、呈現生命現象的奧妙美
在生命的世界中,有著數不盡的奇聞趣事和探索不盡的奧妙,教師必須具備深遠的視界來對紛繁復雜的生命現象進行遴選、甄別、整合,充分挖掘各種資源內在的魅力和深層次的價值,有意識地創設與學生心理需要變化同步的情境,通過教師生動形象的表述,撥動學生的心弦,讓學生深切感受到“生命真奇妙”,誘發學習情趣,促使其更主動、更深入地思考。
比如,為什么“種瓜得瓜,種豆得豆”?生命的遺傳是最復雜、最浩瀚、最難搞清,又誘惑著人類孜孜不倦地去探尋的深邃話題。一百多年來,從孟德爾的豌豆實驗,到肺炎雙球菌的轉化實驗,到T2噬菌體的侵染實驗,到摩爾根的果蠅實驗,當人們發現DNA是生物的主要遺傳物質、基因是生物遺傳的基本單位的時候,是何等的歡欣鼓舞!及至沃森和克里克DNA分子雙螺旋結構模型的建立,到64個遺傳密碼子的確立,再發展至HGP計劃的實施,人們又進一步認識到,基因的定位和功能難以確定,生物體的復雜結構和功能不僅僅是由基因決定的,也是由基因組中存在的大量非編碼信息和非編碼基因共同決定的,遺傳語言的葵花寶典究竟藏在哪呢?
在進行“干細胞”教學時,我給學生們講述了“柏林病人”的故事。蒂莫西·雷·布朗是一名美國白血病患者,并同時患有艾滋病,幾乎已經到了死亡的邊緣。2007年他來到德國柏林找到了胡特醫生,隨即胡特做出一個決定:進行骨髓干細胞移植,先治白血病。結果出人意料,這次移植不僅將號稱“柏林病人”的白血病治愈了,還把他的艾滋病也在不經意間給治好了,否定了艾滋病無法被治愈的殘酷現實。這是一個小概率的個案還是具有普遍性?是可以復制的還是無法再現的?原因到底是什么?此時的課堂鴉雀無聲,學生們的眼睛都亮了……
諸多的設問還有:為什么小小的細胞結構哪怕是原核細胞都是人工難以模仿制造的?是什么造成了高等植物的光合碳同化有著C3、C4和景天酸代謝等多種途徑?真的只有人類的大腦皮層才存在語言中樞嗎?其他動物有沒有人類看不到、聽不懂的語言?達爾文的自然選擇學說過時了嗎?怎么解釋寒武紀出現的物種大爆發?在進化地位上越高等的生物,是否適應能力越強……當對生命奧妙的興趣、熱情一旦轉化為恒久不變的志趣、志向的時候,科學的種子就悄然播下了,就很可能在學生建構未來生活時發芽、生長、開花、結果。
二、展示生命理論的和諧美
科學是規律的反映,而規律是美的內核,這個規律對于生物來說,就是統一,就是適應,就是競爭,就是進化。從某種意義上說,生命現象的規律與美是相通連的。
例如,光合作用為人類和整個生命世界的生存與發展提供了物質基礎,是地球上最重要的生化反應。在教學植物的“光合作用”時,我特地從學校生物園、地理園里采摘了十幾種不同植物的帶葉枝條讓學生們仔細觀察,葉在莖干上的排列無論是互生、對生還是輪生,它們自上而下都互不遮擋,形成鑲嵌式的排列,這樣可以使每一片葉子都能接受充足的陽光,各美其美,美美與共。學生們對這種天然形成的葉鑲嵌以及它的合理性感到驚訝,并且深切地感受到生物的生存與種族的延續和環境密不可分,適者生存,否則就會被自然淘汰。
再比如,1894年Fischer提出酶作用的鎖鑰學說,一把鑰匙對應一把鎖。這一學說對我們領悟生物特征多有啟發。僅是在高中生物學中,涉及“鎖鑰式”一對一的特異性結合就達六、七項之多,例如:膜上載體與運輸物、激素與靶細胞、抗原與抗體、tRNA與mRNA、互利共生等,無處不在。正是這種類似“鎖鑰學說”專一性的規律,才使得生命活動更加有序而高效。以遺傳三大基本定律為例,從一對等位基因在形成配子時的分離行為入口,到兩對及兩對以上非同源染色體上非等位基因的自由組合行為演繹,再到同一條染色體上不同基因的連鎖行為補充,層層剝繭,由淺入深,渾然一體。竊以為,當下的人教版教材沒有講述摩爾根的連鎖交換定律,是有一點遺憾的,一來第三定律內容并不復雜,學生容易理解;二來將一個幾近完美的理論體系弄得破碎了。可喜的是,幾乎所有的生物老師都不會忽略第三定律,和諧的理論體系具有不可抗拒的魅力!即使一個小小的細胞也是一個統一的生命系統,不大不小的核質比,各種細胞器的精妙配合(如分泌蛋白的形成),擴大生化反應面積的方式(如線粒體的嵴和葉綠體的基粒)……它們在矛盾運動中達到的高度和諧令人嘆服。
學習“生態工程”一節時,課標要求學生掌握的知識目標是理解生態工程所遵循的若干基本原理。如果讓學生一下子“生吞活剝”下去這些原理必然會引起“消化不良”,且教材所舉事例不僅遠離特區學生的地域,更遠離他們的認知。于是我利用學校開展綜合實踐活動的機會,帶領學生們來到作為國家農業高科技園區的光明農場,讓學生親身實地考察珠三角地區獨創的歷史悠久的桑基魚塘,深入探明池埂種桑、桑葉養蠶、蠶繭繅絲、蠶沙、蠶蛹、繅絲廢水養魚、魚糞肥桑的高效和諧的人工生態系統,感受我國勞動人民卓越的智慧和創造。在桑田采桑除草,在魚塘播撒飼料,臨走時,還帶回了一些農場的蟻蠶來學習養蠶。學生們迸發出來的熱情和活躍簡直讓我始料未及!
三、闡述生物思維的適切美
思維是智慧最集中的體現。縱觀生命科學發展史,新的觀點和理論、新的思路和方法、新的發現和創造,幾乎每一次重大的突破都與新思維相行相伴。豌豆、果蠅被用作遺傳實驗材料的得天獨厚,恩格爾曼在探索光合作用中使用水綿和好氧細菌的絕妙組合,艾弗里、赫爾希和蔡斯經典實驗思路的異曲同工,進化論、細胞學說、酶的發現、激素本質的探索承前啟后,細胞膜的流動鑲嵌模型、DNA分子的雙螺旋結構模型的大膽創設,這些劃時代的偉大成就,無不呈現出思維完善的偉大力量。反觀沃泰默在探索促胰液素、海爾蒙特在探索柳樹增重來源實驗中的匠心獨運卻功敗垂成,也無一不是因為思維走入歧途。可見,生物思維的適切與否起到了決定性的作用。
教學“DNA的結構”是在已經講授完證明“DNA是生物主要遺傳物質”的經典實驗之后,我讓學生思考一個這樣的問題:從DNA結構上來分析,自然界為什么選擇了DNA作為遺傳物質?DNA有哪些作為遺傳物質的適切性?引導學生們從DNA的分子結構特點來分析:DNA的化學組成雖然只有四種脫氧核苷酸,但由于分子巨大,所以,排列組合方式多種多樣(4n),貯存大量遺傳信息,體現遺傳物質的多樣性;某個特定的DNA有其特定的脫氧核苷酸排列序列,說明遺傳物質的特異性;DNA分子中,磷酸根和脫氧核糖交替排列的“樓梯扶手”框架很穩定,A和T、C和G之間“樓梯臺階”的氫鍵累積也很強,不易打開,表現出遺傳物質的穩定性;雙螺旋的結構能夠精確地自我復制,使親代與子代間保持遺傳的連續性;DNA通過基因表達,控制新陳代謝過程和性狀發育;在特定條件下又能發生突變,而且突變以后還能繼續復制,產生可遺傳的變異。反觀RNA和蛋白質,前者分子量小,遺傳信息少,多數是單鏈,結構不穩定;后者不能進行自我復制,分子結構也不穩定,不能遺傳給后代。所以,這兩者都不適合作為遺傳物質。諸如此類增之一分嫌長、減之一分嫌短的生物思維,讓人怦然心動。
哈佛大學的學子們曾說生物學是最難學的,因為盡管生命活動有一定的規律,但其規律沒有數理化的規律明顯和固定,這就要求學生在學習這門課程時要有很靈活的善變通的思維,要能綜觀全局,用系統的觀點、普遍聯系的觀點、運動發展的觀點、對立統一的觀點等去看待和解析千姿百態的生命。因而,在教學中,教師一定要想方設法地培育學生的這種生物思維,或者說學科思維,使生物的每課堂、每次作業、每次練習都不是重復的機械操練,而是富有縝密性、邏輯性、批判性、探究性、創造性的思維活動,進而讓學生領略學科思想的魅力與意義。
四、介紹生命改造的創新美
進入21世紀后,生命科學和技術的成就正在深刻地改變著人們的生產方式、生活方式和思維方式,以前所未有的姿態為我們展開了一幅波瀾壯闊的生命畫卷,美侖美奐,光芒四射!教師應當向學生展現這幅宏偉的改造生命的畫卷。
富含胡蘿卜素的金大米、能生產人的胰島素的大腸桿菌、植入了海蜇發光基因的街邊樹來替代路燈……極富魅力的基因工程和蛋白質工程,是按人們的預想有目的地改造生命甚至重新設計生命,創造出自然界并不存在而人類所期望的具有某種特性的改良物種,其神奇的力量威懾著幾千年來遠緣物種間不能自由的傳統觀念。獲得具有高產、穩產和優良品質的農作物、家禽家畜,乳腺或膀胱生物發生器,基因診斷和治療,分解石油多種成分的“超級細菌”等,為人類社會展現出一片光明的前景。
在一次高三生物科學史的專題復習中,我請學生將中國人在生命科學領域的成就羅列出幾條,結果,很少有學生能列出三條以上。于是,我就慢慢地開始如數家珍了:1965年,我國的科學工作者經過6年多堅持不懈的努力,人工合成了具有全部生物活性的結晶牛胰島素,這是世界上第一個人工合成的蛋白質,開創了人工合成生物大分子的時代;1981年,又人工合成酵母丙氨酸轉移核糖核酸(酵母丙氨酸tRNA),在世界上首次人工合成核酸分子;1988年,我國科學家人工合成了抗黃瓜花葉病毒的基因,并且將這種基因導入煙草等作物的細胞中,得到了抗病毒能力很強的作物新品系;1989年我國科學家成功地將人的生長激素基因導入鯉魚的受精卵中,培育成了轉基因鯉魚;我國利用生物工程自行研制的乙肝疫苗在1992年投放市場,在預防乙型肝炎中發揮了重要作用……
此時,學生聚精會神,作為中國人的自豪感、光榮感、使命感一定在心底涌動,這些生命改造也定會成為“擋不住的誘惑”,長久地印記在學生們的腦海中,為他們的明天插上騰飛的翅膀。
五、謳歌科學精神的崇高美
許多生物學家的一生,在書寫科學篇章的同時,處處弘揚人的價值、理想,孜孜不倦地追求社會的進步與和諧,他們的獨立思考、敢于懷疑、勇于創新、百折不撓、求真務實以及他們在工作生活中的協作、友愛、寬容,其本身就是科學精神和人文精神相結合的典范。生命科學的發展,深深地蘊含著科學家充滿人文主義的態度和精神,它們和生物知識密不可分,共同構成了高中生物課程不可或缺的教學內容。
我告訴我的學生,一直貧困如洗的博物學家拉馬克為了探尋真理,終生奮斗不已,筆不停綴,晚年更是貧病交加,死后連下葬的錢都是他女兒向別人借的。
我告訴我的學生,被譽為“現代遺傳學之父”的孟德爾用長達8年的豌豆實驗揭示了生物遺傳奧秘的基本規律,可孟德爾發現的遺傳定律在當時并未受到人們的重視,他的論文只是在一家地方性刊物上發表。一個世紀后,三位科學家在不知道孟德爾當年研究成果的情況下,都準備好了論文,卻意外地看到了孟德爾的文章,馬上把榮譽讓給了孟德爾。
我告訴我的學生,享譽世界的微生物學“開山鼻祖”荷蘭列文虎克只有初中文化程度,卻用了60年時間磨了400多個凸透鏡,自制顯微鏡并觀察顯微鏡下的世界,號稱“一生磨一鏡”,首次看見了顯微鏡下活的細胞,看到了微生物……
我希望如朱小蔓教授所言:真正優秀的教師,都能在自然而然傳授知識的同時,讓學生聽見知識背后道德的聲音。