淺談生物教育和信息技術培養

【摘 要】如何將生物教育和信息技術的培養有機結合起來，使兩者相互促進、互相補充，是現代教育面臨的問題。本文就此問題進行討論。

【關鍵詞】生物教育 信息技術 技能力 培養

一、信息素養和信息能力

“信息素養（InformationLiteracy）”的本質是全球信息化需要人們具備的一種基本能力。信息素養這一概念是信息產業協會主席保羅·澤考斯基于1974年在美國提出的。簡單的定義來自1989年美國圖書館學會（AmericanLibraryAssociation，ALA），它包括：能夠判斷什么時候需要信息，并且懂得如何去獲取信息，如何去評價和有效利用所需的信息。

在實際教育中，可以從不同的角度對信息素養的培養。運用信息概念，我們可以為進化提供一個一般性的定量標準：進化意味著一個生物系統狀態信息量的增加，退化則意味著一個生物系統狀態信息量的減少。這種解釋對進化問題的理解提高到一個新的科學水平。

二、生物教育中的信息能力培養

（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體和一個不斷有信息輸入和輸出的動態系統。根據這種觀點，我們可以在信息的獲取、儲存、加工、傳輸和反饋的一系列過程中對事物進行認識、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》對反饋過程的研究。維納在他的《控制論》一書中研究了有機體的自動調節行為，提出所有這些自動調節和自動控制的活動都包含著一種基本的信息流動和信息反饋過程。

以大腸桿菌對乳糖的利用為例。大腸桿菌生活在沒有乳糖的環境中，它的與利用乳糖有關的酶的結構基因便被阻遏蛋白所抑制。當把它轉移到含乳糖的培養基上后，乳糖與阻遏蛋白結合使之失活，因而激活了結構基因，產生特定的酶，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。從現象上看大腸桿菌在無乳糖的培養基上幾乎不產生與利用乳糖有關酶，在乳糖培養基上，則產生這些酶，而且其數量與需要量相關，這是一種很典型的自動調節的目的性行為。而信息分析表明，這是底物誘導酶的產生，產物抑制酶的合成（負反饋）的結果。這種形式的反饋優點，是可以校準補償器，使得它對任何種類的不變負載都是穩定的。維納的自動控制的信息反饋模型表明，系統的存在和行為除了物質和能量的作用外，信息的流動和反饋作用也非常重要。而且這個模型在自然界和社會中普遍存在，只是在不同的領域中會有不同的表現形式。因此，信息分析方法具有普遍的實踐意義。

（二）黑箱法是信息分析方法和模型方法結合而產生的一種方法

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部狀態的系統，比如人們的大腦只能通過信息的輸入輸出來確定其結構和參數。黑箱方法從綜合的角度為人們提供了一條認識事物的重要途徑，尤其對某些內部結構比較復雜的系統，對迄今為止人們的力量尚不能分解的系統，黑箱理論提供的研究方法是非常有效的。在此，信息的輸入，就是一個事物對黑箱施加影響；信息的輸出，就是黑箱對其他的事物的反作用。事實上人們在對信息進行分析和綜合時，很少追求結構上的相似性，而總是把握信息的、行為功能的觀點。例如，目前對神經干細胞的研究還基本處于“黑箱”過程，我們只知道體外培養的干細胞在一定條件下分化成不同類型的各種組織細胞，但我們并不知道這種細胞向各個方向線性分化的分子調控機制。

（三）程序意識和程序分析能力

程序是由序列組成的，告訴計算機如何完成一個具體的任務。人類生活在一個“程序設計的世界”里，科學上的發現、社會組織工作、人們的日常生活與學習都按照一定的程序進行；是否善于編排和執行自己工作、生活和學習的程序是人們能否有效地完成各種任務和獲得一種有條理的生活的關鍵。因此，現代人除了傳統的讀寫算意識與能力這些文化知識之外，還應該具有一種可以與之相比擬的程序設計意識與能力。這就是第二種文化—程序設計文化。

程序的問題在生物界廣泛存在，例如蛋白質合成程序、生物個體發育程序、細胞生命活動程序等等。以細胞為例，細胞像任何生命系統一樣，都有一個發生、發展、衰亡的過程，細胞凋亡就是一種程序性死亡。就是說，除了結構和功能的有序性，細胞還具有時間序。例如，多細胞生物的細胞一般都具有該生物全套基因組，即具備全套遺傳信息。發育生物學告訴我們。從理論上講，有機體的任何一部分，只要其中含有建立一個完整有機體所必需的全部遺傳信息，就可以作為一個生殖單位，在合適條件下就可以形成新個體。但實際上這些分化細胞已不能做到這一點了。因為它們雖然具有全套基因組，卻不能按發育順序表達它們。現在，對高等植物細胞，人們能用組織培養的方法，使它們恢復這種能力。而對動物細胞，目前還只能用核移植的方法來實現。

（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。計算機文化對閱讀和寫作的影響主要表現在三個方面：⑴閱讀和寫作的對象從以文字為主，發展為以文字、符號、聲音、圖像、三維動畫、影視等多媒體形式；⑵知識間的聯結，從線性聯結、螺旋式聯結發展成網絡式聯結；⑶超文本使閱讀方式向快速瀏覽、更多使用檢索、必要時精讀的方式發展。因此隨著計算機的普及，超文本的閱讀和寫作已成為重要的信息能力。

認知心理學認為，人類的記憶結構是網絡式。網絡式的記憶結構要求知識元素的呈現和表達是非線性的。在構建知識網絡的過程中，“關鍵詞”非常重要，它們是知識網絡的“節點”。這種認識與超文本中“鏈接”的概念是一致的。基于對知識網絡和知識建構的理解，人們在生物學課程教學中引入了“概念圖”。“概念圖”是由節點和連線組成的一系列概念的結構化表征。“概念圖”中的節點表示某一命題或領域內的各概念：連線則表示節點概念間的內在的邏輯關系。例如在學習光合作用和蒸騰作用后，進一步學習植物對環境的影響。