让高中生领略生命科学之美

　　在生物学家的眼中，生命科学很有用、很好玩、很神秘，美得简直不可思议。但是，对于很多高中学生来说，他们却感受不到生命科学的魅力，缺乏兴趣，为了高考，不得不硬着头皮去啃书本、试题。作为最接地气、最具活力的一门学科，为什么会让学生觉得枯燥乏味呢？我以为，是我们自己把天生丽质的这门学科教得黯淡无趣，把“生物”教成了“死物”。当下我们所要做的，就是在向学生传道、授业、解惑的同时，充分发掘生物学科中美的元素，并有机地融入教学之中，把生命科学的美丽还给学生，进而提升学生持续的专业热情和兴趣。我想结合自身的教学实践，谈一下我在这方面的尝试和探索。

　　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交配的传统观念。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。

　　我国著名科学家钱学森就极力主张科学工作者应该懂得美学，这有利于他们自身的科学研究。我们很难想象一个不“美”的理科老师会带出一批“美丽”的理科学生来，很难想象从“不美”的理科生群体中会走出一个“美丽”的科学大家来。因此，在高中生物课堂教学中，应充分调动教师的审美观念、审美能力、审美情趣，充分地挖掘课程教材所蕴含的丰富的美学因素，去感化和陶冶学生的审美知觉、审美理解以及审美注意，引导他们从美的角度来探索生命科学的规律，这对于激发学生的学习兴趣、培养学生的科学素质无疑是大有裨益的。果真如此，生物课堂就美不胜收了！

　　作者：陆晖