讓高中生領略生命科學之美

陸暉

在生物學家的眼中，生命科學很有用、很好玩、很神秘，美得簡直不可思議。但是，對于很多高中學生來說，他們卻感受不到生命科學的魅力，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、最具活力的一門學科，為什么會讓學生覺得枯燥乏味呢？我以為，是我們自己把天生麗質的這門學科教得黯淡無趣，把“生物”教成了“死物”。當下我們所要做的，就是在向學生傳道、授業、解惑的同時，充分發掘生物學科中美的元素，并有機地融入教學之中，把生命科學的美麗還給學生，進而提升學生持續的專業熱情和興趣。我想結合自身的教學實踐，談一下我在這方面的嘗試和探索。

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交配的傳統觀念。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。

我國著名科學家錢學森就極力主張科學工作者應該懂得美學，這有利于他們自身的科學研究。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”的科學大家來。因此，在高中生物課堂教學中，應充分調動教師的審美觀念、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因素，去感化和陶冶學生的審美知覺、審美理解以及審美注意，引導他們從美的角度來探索生命科學的規律，這對于激發學生的學習興趣、培養學生的科學素質無疑是大有裨益的。果真如此，生物課堂就美不勝收了！

責任編輯：肖佳曉

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