淺談生物教育和信息技術(shù)培養(yǎng)

【摘 要】如何將生物教育和信息技術(shù)的培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合起來，使兩者相互促進(jìn)、互相補(bǔ)充，是現(xiàn)代教育面臨的問題。本文就此問題進(jìn)行討論。

【關(guān)鍵詞】生物教育 信息技術(shù) 技能力 培養(yǎng)

一、信息素養(yǎng)和信息能力

“信息素養(yǎng)（InformationLiteracy）”的本質(zhì)是全球信息化需要人們具備的一種基本能力。信息素養(yǎng)這一概念是信息產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)主席保羅·澤考斯基于1974年在美國提出的。簡(jiǎn)單的定義來自1989年美國圖書館學(xué)會(huì)（AmericanLibraryAssociation，ALA），它包括：能夠判斷什么時(shí)候需要信息，并且懂得如何去獲取信息，如何去評(píng)價(jià)和有效利用所需的信息。

在實(shí)際教育中，可以從不同的角度對(duì)信息素養(yǎng)的培養(yǎng)。運(yùn)用信息概念，我們可以為進(jìn)化提供一個(gè)一般性的定量標(biāo)準(zhǔn)：進(jìn)化意味著一個(gè)生物系統(tǒng)狀態(tài)信息量的增加，退化則意味著一個(gè)生物系統(tǒng)狀態(tài)信息量的減少。這種解釋對(duì)進(jìn)化問題的理解提高到一個(gè)新的科學(xué)水平。

二、生物教育中的信息能力培養(yǎng)

（一）信息分析方法

信息論把世界的事物都看作是一種信息的實(shí)體和一個(gè)不斷有信息輸入和輸出的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。根據(jù)這種觀點(diǎn)，我們可以在信息的獲取、儲(chǔ)存、加工、傳輸和反饋的一系列過程中對(duì)事物進(jìn)行認(rèn)識(shí)、研究和改造，這就是所謂的信息分析法。信息分析法的理論來源于《控制論》對(duì)反饋過程的研究。維納在他的《控制論》一書中研究了有機(jī)體的自動(dòng)調(diào)節(jié)行為，提出所有這些自動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)控制的活動(dòng)都包含著一種基本的信息流動(dòng)和信息反饋過程。

以大腸桿菌對(duì)乳糖的利用為例。大腸桿菌生活在沒有乳糖的環(huán)境中，它的與利用乳糖有關(guān)的酶的結(jié)構(gòu)基因便被阻遏蛋白所抑制。當(dāng)把它轉(zhuǎn)移到含乳糖的培養(yǎng)基上后，乳糖與阻遏蛋白結(jié)合使之失活，因而激活了結(jié)構(gòu)基因，產(chǎn)生特定的酶，把乳糖分解成半乳糖和葡萄糖。以上是人們熟知的乳糖操縱子模型。從現(xiàn)象上看大腸桿菌在無乳糖的培養(yǎng)基上幾乎不產(chǎn)生與利用乳糖有關(guān)酶，在乳糖培養(yǎng)基上，則產(chǎn)生這些酶，而且其數(shù)量與需要量相關(guān)，這是一種很典型的自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的性行為。而信息分析表明，這是底物誘導(dǎo)酶的產(chǎn)生，產(chǎn)物抑制酶的合成（負(fù)反饋）的結(jié)果。這種形式的反饋優(yōu)點(diǎn)，是可以校準(zhǔn)補(bǔ)償器，使得它對(duì)任何種類的不變負(fù)載都是穩(wěn)定的。維納的自動(dòng)控制的信息反饋模型表明，系統(tǒng)的存在和行為除了物質(zhì)和能量的作用外，信息的流動(dòng)和反饋?zhàn)饔靡卜浅Ｖ匾６疫@個(gè)模型在自然界和社會(huì)中普遍存在，只是在不同的領(lǐng)域中會(huì)有不同的表現(xiàn)形式。因此，信息分析方法具有普遍的實(shí)踐意義。

（二）黑箱法是信息分析方法和模型方法結(jié)合而產(chǎn)生的一種方法

所謂“黑箱”，就是指那些既不能打開，又不能從外部直接觀察其內(nèi)部狀態(tài)的系統(tǒng)，比如人們的大腦只能通過信息的輸入輸出來確定其結(jié)構(gòu)和參數(shù)。黑箱方法從綜合的角度為人們提供了一條認(rèn)識(shí)事物的重要途徑，尤其對(duì)某些內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的系統(tǒng)，對(duì)迄今為止人們的力量尚不能分解的系統(tǒng)，黑箱理論提供的研究方法是非常有效的。在此，信息的輸入，就是一個(gè)事物對(duì)黑箱施加影響；信息的輸出，就是黑箱對(duì)其他的事物的反作用。事實(shí)上人們?cè)趯?duì)信息進(jìn)行分析和綜合時(shí)，很少追求結(jié)構(gòu)上的相似性，而總是把握信息的、行為功能的觀點(diǎn)。例如，目前對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞的研究還基本處于“黑箱”過程，我們只知道體外培養(yǎng)的干細(xì)胞在一定條件下分化成不同類型的各種組織細(xì)胞，但我們并不知道這種細(xì)胞向各個(gè)方向線性分化的分子調(diào)控機(jī)制。

（三）程序意識(shí)和程序分析能力

程序是由序列組成的，告訴計(jì)算機(jī)如何完成一個(gè)具體的任務(wù)。人類生活在一個(gè)“程序設(shè)計(jì)的世界”里，科學(xué)上的發(fā)現(xiàn)、社會(huì)組織工作、人們的日常生活與學(xué)習(xí)都按照一定的程序進(jìn)行；是否善于編排和執(zhí)行自己工作、生活和學(xué)習(xí)的程序是人們能否有效地完成各種任務(wù)和獲得一種有條理的生活的關(guān)鍵。因此，現(xiàn)代人除了傳統(tǒng)的讀寫算意識(shí)與能力這些文化知識(shí)之外，還應(yīng)該具有一種可以與之相比擬的程序設(shè)計(jì)意識(shí)與能力。這就是第二種文化—程序設(shè)計(jì)文化。

程序的問題在生物界廣泛存在，例如蛋白質(zhì)合成程序、生物個(gè)體發(fā)育程序、細(xì)胞生命活動(dòng)程序等等。以細(xì)胞為例，細(xì)胞像任何生命系統(tǒng)一樣，都有一個(gè)發(fā)生、發(fā)展、衰亡的過程，細(xì)胞凋亡就是一種程序性死亡。就是說，除了結(jié)構(gòu)和功能的有序性，細(xì)胞還具有時(shí)間序。例如，多細(xì)胞生物的細(xì)胞一般都具有該生物全套基因組，即具備全套遺傳信息。發(fā)育生物學(xué)告訴我們。從理論上講，有機(jī)體的任何一部分，只要其中含有建立一個(gè)完整有機(jī)體所必需的全部遺傳信息，就可以作為一個(gè)生殖單位，在合適條件下就可以形成新個(gè)體。但實(shí)際上這些分化細(xì)胞已不能做到這一點(diǎn)了。因?yàn)樗鼈冸m然具有全套基因組，卻不能按發(fā)育順序表達(dá)它們。現(xiàn)在，對(duì)高等植物細(xì)胞，人們能用組織培養(yǎng)的方法，使它們恢復(fù)這種能力。而對(duì)動(dòng)物細(xì)胞，目前還只能用核移植的方法來實(shí)現(xiàn)。

（四）超文本閱讀和概念圖

文本的閱讀和寫作是人類的一種基本的信息能力。計(jì)算機(jī)文化對(duì)閱讀和寫作的影響主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：⑴閱讀和寫作的對(duì)象從以文字為主，發(fā)展為以文字、符號(hào)、聲音、圖像、三維動(dòng)畫、影視等多媒體形式；⑵知識(shí)間的聯(lián)結(jié)，從線性聯(lián)結(jié)、螺旋式聯(lián)結(jié)發(fā)展成網(wǎng)絡(luò)式聯(lián)結(jié)；⑶超文本使閱讀方式向快速瀏覽、更多使用檢索、必要時(shí)精讀的方式發(fā)展。因此隨著計(jì)算機(jī)的普及，超文本的閱讀和寫作已成為重要的信息能力。

認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為，人類的記憶結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)式。網(wǎng)絡(luò)式的記憶結(jié)構(gòu)要求知識(shí)元素的呈現(xiàn)和表達(dá)是非線性的。在構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的過程中，“關(guān)鍵詞”非常重要，它們是知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的“節(jié)點(diǎn)”。這種認(rèn)識(shí)與超文本中“鏈接”的概念是一致的。基于對(duì)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)和知識(shí)建構(gòu)的理解，人們?cè)谏飳W(xué)課程教學(xué)中引入了“概念圖”。“概念圖”是由節(jié)點(diǎn)和連線組成的一系列概念的結(jié)構(gòu)化表征。“概念圖”中的節(jié)點(diǎn)表示某一命題或領(lǐng)域內(nèi)的各概念：連線則表示節(jié)點(diǎn)概念間的內(nèi)在的邏輯關(guān)系。例如在學(xué)習(xí)光合作用和蒸騰作用后，進(jìn)一步學(xué)習(xí)植物對(duì)環(huán)境的影響。