讓高中生領(lǐng)略生命科學(xué)之美

陸暉

在生物學(xué)家的眼中，生命科學(xué)很有用、很好玩、很神秘，美得簡直不可思議。但是，對于很多高中學(xué)生來說，他們卻感受不到生命科學(xué)的魅力，缺乏興趣，為了高考，不得不硬著頭皮去啃書本、試題。作為最接地氣、最具活力的一門學(xué)科，為什么會讓學(xué)生覺得枯燥乏味呢？我以為，是我們自己把天生麗質(zhì)的這門學(xué)科教得黯淡無趣，把“生物”教成了“死物”。當(dāng)下我們所要做的，就是在向?qū)W生傳道、授業(yè)、解惑的同時，充分發(fā)掘生物學(xué)科中美的元素，并有機地融入教學(xué)之中，把生命科學(xué)的美麗還給學(xué)生，進而提升學(xué)生持續(xù)的專業(yè)熱情和興趣。我想結(jié)合自身的教學(xué)實踐，談一下我在這方面的嘗試和探索。

一、呈現(xiàn)生命現(xiàn)象的奧妙美

在生命的世界中，有著數(shù)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(fù)雜的生命現(xiàn)象進行遴選、甄別、整合，充分挖掘各種資源內(nèi)在的魅力和深層次的價值，有意識地創(chuàng)設(shè)與學(xué)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(xué)生的心弦，讓學(xué)生深切感受到“生命真奇妙”，誘發(fā)學(xué)習(xí)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(fù)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(zhuǎn)化實驗，到T2噬菌體的侵染實驗，到摩爾根的果蠅實驗，當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)DNA是生物的主要遺傳物質(zhì)、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(jié)構(gòu)模型的建立，到64個遺傳密碼子的確立，再發(fā)展至HGP計劃的實施，人們又進一步認(rèn)識到，基因的定位和功能難以確定，生物體的復(fù)雜結(jié)構(gòu)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(xué)時，我給學(xué)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(jīng)到了死亡的邊緣。2007年他來到德國柏林找到了胡特醫(yī)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(jié)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(jīng)意間給治好了，否定了艾滋病無法被治愈的殘酷現(xiàn)實。這是一個小概率的個案還是具有普遍性？是可以復(fù)制的還是無法再現(xiàn)的？原因到底是什么？此時的課堂鴉雀無聲，學(xué)生們的眼睛都亮了……

諸多的設(shè)問還有：為什么小小的細胞結(jié)構(gòu)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(xué)說過時了嗎？怎么解釋寒武紀(jì)出現(xiàn)的物種大爆發(fā)？在進化地位上越高等的生物，是否適應(yīng)能力越強……當(dāng)對生命奧妙的興趣、熱情一旦轉(zhuǎn)化為恒久不變的志趣、志向的時候，科學(xué)的種子就悄然播下了，就很可能在學(xué)生建構(gòu)未來生活時發(fā)芽、生長、開花、結(jié)果。

二、展示生命理論的和諧美

科學(xué)是規(guī)律的反映，而規(guī)律是美的內(nèi)核，這個規(guī)律對于生物來說，就是統(tǒng)一，就是適應(yīng)，就是競爭，就是進化。從某種意義上說，生命現(xiàn)象的規(guī)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(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，是地球上最重要的生化反應(yīng)。在教學(xué)植物的“光合作用”時，我特地從學(xué)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(xué)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(xué)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(xù)和環(huán)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(xué)說，一把鑰匙對應(yīng)一把鎖。這一學(xué)說對我們領(lǐng)悟生物特征多有啟發(fā)。僅是在高中生物學(xué)中，涉及“鎖鑰式”一對一的特異性結(jié)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(xué)說”專一性的規(guī)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(dāng)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(nèi)容并不復(fù)雜，學(xué)生容易理解；二來將一個幾近完美的理論體系弄得破碎了?？上驳氖牵瑤缀跛械纳锢蠋煻疾粫雎缘谌?，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(tǒng)一的生命系統(tǒng)，不大不小的核質(zhì)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(yīng)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(xué)習(xí)“生態(tài)工程”一節(jié)時，課標(biāo)要求學(xué)生掌握的知識目標(biāo)是理解生態(tài)工程所遵循的若干基本原理。如果讓學(xué)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(qū)學(xué)生的地域，更遠離他們的認(rèn)知。于是我利用學(xué)校開展綜合實踐活動的機會，帶領(lǐng)學(xué)生們來到作為國家農(nóng)業(yè)高科技園區(qū)的光明農(nóng)場，讓學(xué)生親身實地考察珠三角地區(qū)獨創(chuàng)的歷史悠久的?；~塘，深入探明池埂種桑、桑葉養(yǎng)蠶、蠶繭繅絲、蠶沙、蠶蛹、繅絲廢水養(yǎng)魚、魚糞肥桑的高效和諧的人工生態(tài)系統(tǒng)，感受我國勞動人民卓越的智慧和創(chuàng)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(nóng)場的蟻蠶來學(xué)習(xí)養(yǎng)蠶。學(xué)生們迸發(fā)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(xiàn)?？v觀生命科學(xué)發(fā)展史，新的觀點和理論、新的思路和方法、新的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)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(jīng)典實驗思路的異曲同工，進化論、細胞學(xué)說、酶的發(fā)現(xiàn)、激素本質(zhì)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(jié)構(gòu)模型的大膽創(chuàng)設(shè)，這些劃時代的偉大成就，無不呈現(xiàn)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(xué)“DNA的結(jié)構(gòu)”是在已經(jīng)講授完證明“DNA是生物主要遺傳物質(zhì)”的經(jīng)典實驗之后，我讓學(xué)生思考一個這樣的問題：從DNA結(jié)構(gòu)上來分析，自然界為什么選擇了DNA作為遺傳物質(zhì)？DNA有哪些作為遺傳物質(zhì)的適切性？引導(dǎo)學(xué)生們從DNA的分子結(jié)構(gòu)特點來分析：DNA的化學(xué)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(xiàn)遺傳物質(zhì)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(zhì)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(wěn)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(xiàn)出遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性；雙螺旋的結(jié)構(gòu)能夠精確地自我復(fù)制，使親代與子代間保持遺傳的連續(xù)性；DNA通過基因表達，控制新陳代謝過程和性狀發(fā)育；在特定條件下又能發(fā)生突變，而且突變以后還能繼續(xù)復(fù)制，產(chǎn)生可遺傳的變異。反觀RNA和蛋白質(zhì)，前者分子量小，遺傳信息少，多數(shù)是單鏈，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定；后者不能進行自我復(fù)制，分子結(jié)構(gòu)也不穩(wěn)定，不能遺傳給后代。所以，這兩者都不適合作為遺傳物質(zhì)。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(xué)的學(xué)子們曾說生物學(xué)是最難學(xué)的，因為盡管生命活動有一定的規(guī)律，但其規(guī)律沒有數(shù)理化的規(guī)律明顯和固定，這就要求學(xué)生在學(xué)習(xí)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(tǒng)的觀點、普遍聯(lián)系的觀點、運動發(fā)展的觀點、對立統(tǒng)一的觀點等去看待和解析千姿百態(tài)的生命。因而，在教學(xué)中，教師一定要想方設(shè)法地培育學(xué)生的這種生物思維，或者說學(xué)科思維，使生物的每課堂、每次作業(yè)、每次練習(xí)都不是重復(fù)的機械操練，而是富有縝密性、邏輯性、批判性、探究性、創(chuàng)造性的思維活動，進而讓學(xué)生領(lǐng)略學(xué)科思想的魅力與意義。

四、介紹生命改造的創(chuàng)新美

進入21世紀(jì)后，生命科學(xué)和技術(shù)的成就正在深刻地改變著人們的生產(chǎn)方式、生活方式和思維方式，以前所未有的姿態(tài)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(yīng)當(dāng)向?qū)W生展現(xiàn)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(chǎn)人的胰島素的大腸桿菌、植入了海蜇發(fā)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(zhì)工程，是按人們的預(yù)想有目的地改造生命甚至重新設(shè)計生命，創(chuàng)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交配的傳統(tǒng)觀念。獲得具有高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物、家禽家畜，乳腺或膀胱生物發(fā)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(xiàn)出一片光明的前景。

在一次高三生物科學(xué)史的專題復(fù)習(xí)中，我請學(xué)生將中國人在生命科學(xué)領(lǐng)域的成就羅列出幾條，結(jié)果，很少有學(xué)生能列出三條以上。于是，我就慢慢地開始如數(shù)家珍了：1965年，我國的科學(xué)工作者經(jīng)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(jié)晶牛胰島素，這是世界上第一個人工合成的蛋白質(zhì)，開創(chuàng)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(zhuǎn)移核糖核酸（酵母丙氨酸t(yī)RNA），在世界上首次人工合成核酸分子；1988年，我國科學(xué)家人工合成了抗黃瓜花葉病毒的基因，并且將這種基因?qū)霟煵莸茸魑锏募毎?，得到了抗病毒能力很強的作物新品系?989年我國科學(xué)家成功地將人的生長激素基因?qū)膈庺~的受精卵中，培育成了轉(zhuǎn)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(yù)防乙型肝炎中發(fā)揮了重要作用……

此時，學(xué)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(xué)生們的腦海中，為他們的明天插上騰飛的翅膀。

五、謳歌科學(xué)精神的崇高美

許多生物學(xué)家的一生，在書寫科學(xué)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(chuàng)新、百折不撓、求真務(wù)實以及他們在工作生活中的協(xié)作、友愛、寬容，其本身就是科學(xué)精神和人文精神相結(jié)合的典范。生命科學(xué)的發(fā)展，深深地蘊含著科學(xué)家充滿人文主義的態(tài)度和精神，它們和生物知識密不可分，共同構(gòu)成了高中生物課程不可或缺的教學(xué)內(nèi)容。

我告訴我的學(xué)生，一直貧困如洗的博物學(xué)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(xué)生，被譽為“現(xiàn)代遺傳學(xué)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(guī)律，可孟德爾發(fā)現(xiàn)的遺傳定律在當(dāng)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(fā)表。一個世紀(jì)后，三位科學(xué)家在不知道孟德爾當(dāng)年研究成果的情況下，都準(zhǔn)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(xué)生，享譽世界的微生物學(xué)“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(yōu)秀的教師，都能在自然而然傳授知識的同時，讓學(xué)生聽見知識背后道德的聲音。

我國著名科學(xué)家錢學(xué)森就極力主張科學(xué)工作者應(yīng)該懂得美學(xué)，這有利于他們自身的科學(xué)研究。我們很難想象一個不“美”的理科老師會帶出一批“美麗”的理科學(xué)生來，很難想象從“不美”的理科生群體中會走出一個“美麗”的科學(xué)大家來。因此，在高中生物課堂教學(xué)中，應(yīng)充分調(diào)動教師的審美觀念、審美能力、審美情趣，充分地挖掘課程教材所蘊含的豐富的美學(xué)因素，去感化和陶冶學(xué)生的審美知覺、審美理解以及審美注意，引導(dǎo)他們從美的角度來探索生命科學(xué)的規(guī)律，這對于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)無疑是大有裨益的。果真如此，生物課堂就美不勝收了！

責(zé)任編輯：肖佳曉

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