從中美高中生物教材關于“基因工程”的比較中獲得的若干啟示

金慧怡

(上海宋慶齡學校 上海 201703)

基因工程是生命科學領域研究的熱點和前沿，是現代生物醫學和現代化農牧業等學科的核心內容。在疾病的分析和防治，優秀苗種培育等領域有廣泛的應用，能產生顯著的經濟和社會效益。我國的基因工程研究，發展較英美等發達國家尚有一定的差距。普及并深化基因工程的教育和基礎研究對培育我國在該領域的人才，提升我國在相關領域的研究和應用水平至關重要。

現就自己在上海國內高中以及國際高中的授課經驗，將美國普倫蒂斯·霍爾(Prentice Hall)出版社出版的高中課本《Biology》2002版和上海上科版高中《生命科學》教材中關于“基因工程”的章節做了詳細的比較，以獲取提高基因工程基礎教育和研究水平的幾點認識。

1 啟示

1.1 要注重技術原理的介紹

中美教材中都對基因工程的基本步驟做了闡述，即目的基因的獲得，目的基因與載體的重組，重組DNA分子導入受體細胞和篩選含目的基因的受體細胞。但是美國的教材中還具體介紹了基因工程中的幾個重要而又常用的技術，即DNA凝膠電泳技術，DNA測序技術以及PCR擴增技術。以PCR擴增技術為例，普倫蒂斯·霍爾出版社出版的《Biology》2002版中不僅指出了PCR技術的用途是在于擴增DNA片段并且還將其中的原理和DNA變性，退火，延伸這三大基本步驟圖文并茂，深入淺出地介紹給了學生。而國內教材中對于DNA凝膠電泳和測序技術是完全的空白，對于PCR擴增技術也只是在相關章節“生物多樣性及其價值”中提到“檢測種內、種群間遺傳多樣性的最簡便的方法是聚合酶鏈反應(PCR)”。試想這樣沒頭沒尾的一句話如何能讓學生理解何為PCR呢？

PCR技術自1985年作為一項專利登上生物學舞臺以來，對整個生命科學的發展產生了深刻的影響，而DNA凝膠電泳技術和測序技術做為PCR技術的后續配套技術也已經非常的成熟。這些對于基因工程而言最基本的操作技術未能出現在21世紀的國內生物學課本中，著實讓人覺得遺憾。

對于基因工程的應用方面中美的教材中都介紹了微生物基因工程，植物基因工程和動物基因工程的目的，以及這幾方面的成功案例。但是國內上科版《生命科學》教材第二冊中對微生物和植物轉基因技術的具體操作過程只字未提，而對于動物基因工程，國內教材中也只有這樣一句話：“動物基因工程通常以動物的受精卵作為受體細胞，用顯微注射的方法將目的基因導入動物的受精卵中，再使受精卵發育成個體而獲得轉基因動物。” ，然后舉了“巨型小鼠”的例子來重復加以說明便一筆帶過了。對于目的基因進入受體細胞后如何整合到受體細胞的染色體上，從而穩定存在于受體細胞中進行基因表達這一關鍵性問題都未有提及。

然而，美國普倫蒂斯·霍爾出版社出版的《Biology》2002版書中對這些內容都有比較完整的介紹。 以動物基因工程為例，美國教材中介紹了目前在真核細胞中應用非常廣泛的同源重組技術。指出了攜帶目的基因的外源DNA重組片段需要含有標記基因，而且兩端的序列要與受體細胞基因組中的序列相似或相近，一旦攜帶目的基因的外源DNA重組片段進入受體細胞的細胞核之后，在酶的作用下目的基因可以將位于同源序列之間的受體基因替換下來，從而將目的基因插入到受體細胞的染色體中。

筆者認為美國教材之所以如此注重對技術原理的闡釋，是為了讓學生不僅能知其然，還能知其所以然。這對于提高學生對所學知識的理解和運用是很有幫助的。

1.2 要注重體驗式學習

國內上科版的教材中，除了正文內容，還有如“廣角鏡”和“發現之路”這樣的板塊作為拓展材料，鼓勵學生自己閱讀和學習，擴大知識面。但是筆者發現，這些拓展內容往往關注的是知識的補充和灌輸，并不能激發學生的學習興趣和幫助學生鞏固所學的知識。而普倫蒂斯·霍爾出版社出版的《Biology》2002版中的拓展部分往往強調的是學生活動即課堂實踐，倡導的是一種以學生為主體的體驗式學習。

比如中美教材中都介紹了基因工程的基本操作，上科版教材在正文之后安排的拓展內容為告訴學生什么是質粒以及如何篩選含目的基因的受體細胞，屬于課本知識的補充。而普倫蒂斯·霍爾出版社出版的教材拓展內容則是要求學生完成如圖2所示的課堂實踐活動。

圖1 美國課本中的課堂實踐活動

在這個活動中學生需要在3種不同顏色的長條形彩紙上各隨機寫出1個含有50個堿基對的DNA序列，共寫出3個。每個序列中分別含有EcoRI、BamI和HaeIII的酶切位點，然后用剪刀根據不同的酶切位點所在的位置將彩紙剪開，最后根據堿基配對原理，將三種顏色的彩色紙條用透明膠帶黏在一起，形成一個長長的“重組DNA分子”。這樣的活動將抽象的概念轉化為了形象的物件，讓學生在自己動手動腦的實踐過程中了解和體驗了基因工程中酶切和重組的操作，在潛移默化中培養了學生運用知識的能力。

因此，筆者認為美國教材中這樣的拓展內容很好地體現了“體驗式教學”的精神，能使生物課變得有新意，有活力。它能很好的加強學生的感知，培養學生的學習興趣，而且取材簡單，方便可行，值得推廣。

1.3 要注重探究性的思考

基因治療是基因工程應用的又一重要領域和前沿課題，中美教材中都對基因治療的概念做了簡要的介紹，并且兩本教材中都有基因治療的成功案例。但是國內教材將這一部分內容放在了“發現之路”中，屬于拓展性的閱讀內容；而在美國教材中這部分內容則是完完全全擺放在課文的正文之中，屬于必修內容。不僅如此，美國教材中在概要的向學生介紹了這些基本內容之后還引導鼓勵學生去思考由生物技術發展所帶來的社會和倫理問題。如普倫蒂斯·霍爾出版社出版的《Biology》2002版中就提到說：人類能戰勝血友病或其它的遺傳疾病是多么不可思議的事。但是，如果生物學家能通過改變人類細胞來治療疾病，那么他們是否也可以通過這種方法使人長得更高，或使人的眼睛顏色，頭發質地，性別，血型，長相得以改變呢？如果我們有機會改造我們的身體，那人類這一種群會發生什么事情，將會產生什么后果？

科技發展所引起的這些問題必將很快引發社會問題。生物學研究的目的是使人類更好的理解生命的本質。但是生物學家越了解生命，他們就越有能力去改變它。隨著科技力量的不斷發展，我們將不得不思考如何合理的使用科技。我們的社會需要建立一套完善的倫理共識，明確對于人類基因什么能做什么不能做。科學家本身無法對這些問題作出決定，整個社會需要承擔解決這些問題的責任。因此筆者認為引導學生自己在分析、討論的基礎上形成對問題的看法和觀點是十分有必要的。

2 討論與小結

通過以上的論述可以發現上科版的教材對“基因工程”只是做了科普性的知識介紹，而普倫蒂斯·霍爾出版社出版的教材則更加強調知識的深度、學生的體驗以及思維的廣度。

筆者認為造成中美教材關于這部分內容差異的根本原因首先是國內的生物教學在高中階段對基因工程這部分知識內容的教學重視不夠。基因工程，作為現代生物技術的核心，早在20世紀末就進入了美國的高中課堂。而在我國即使是上海這樣的國際化的大都市也是直到2008年二期課改之后才將“基因工程與轉基因生物”作為一小節編入上科版高中《生命科學》第二冊中。而且其中所占篇幅不過10頁，教學所用時間不過兩課時；而在美國普倫蒂斯·霍爾出版社出版的《Biology》2002版中 “Genetic Engineering”要占據整整一個章節共22頁的篇幅，花費10到12課時教授。這其中的差異顯而易見。

其次教育理念上的不同也是造成這種差異的另一個原因。 根據STS教育理論，國內的課程評價標準是從科學-技術-社會，這三方面來體現的。美國高中生物教學大綱中關于基因工程這部分的學習要求也體現了這三方面的目標。

表1 美國高中生物教學大綱中三維目標的體現

然而，通過筆者上述對中美教材的內容比較，我們可以看到國內教材的內容更多注重的還是知識的傳授和灌輸，屬于課程評價標準中的“科學”，對于“技術”和“社會”這兩方面內容涉及的還不夠。而美國教材則比較全面不僅重視原理的介紹，還關注學生的體驗，注重引導學生從具體事物出發，在已有知識的基礎上推演出更多和更深入的見解。因此相比于國內的學校教育，美國的教育則更能培養出具有獨立思想和探究精神的實干人才而非只有理論概念的“高材生”。

當然，筆者也認為現階段在國內完全照搬美國教材也是不現實的。因為中國作為發展中國家在教育資源和教育投入上還遠遠不能和美國等發達國家相比，在美國高中的生物實驗室里PCR擴增儀或是凝膠電泳儀都并不罕見，但是國內的高中生物實驗室里基本都不可能配備這樣昂貴的儀器。而且美國高中經常會有與大學或研究機構的合作機會從而可以讓有能力的學生在高中階段就參與到他們所感興趣的科研項目中，而這在國內也并不多見。其次，高考這一制度在短時期內還不可能被取消，因此這“一考定終身”的現實就迫使了教育者們不得不將關注的重點放在“科學”這一目標之上。

總之，雖然美國教材有其明顯的優勢值得國內教育者們借鑒，可以用來取長補短、拓寬教學思路，但國內教材也是符合目前中國國情的，有自己的優點和長處。我們只是期待，未來隨著國家的發展、教育改革的深入、高考制度的改進，“科學-技術-社會”這三維目標能在國內教材中有更全面和詳實的體現，能為切實提高我國基因工程基礎教育和研究的水平作出貢獻。