分子生物学与高中生物学教材的衔接问题研究

广东 佛山市顺德区大良镇中学 （广东顺德，528300） 苏丽嫦

广东 湛江师范学院生命科学系 (广东湛江，524048) 何小玲 卢建筠

　　摘要：本文主要从分子生物学角度探讨现行高中生物学教材改革的必要性与紧迫性。文章还建议从内容更新和结构优化两方面具体进行衔接，即在高中生物学教材中适当充实分子生物学内容，并合理确定其内容的单元分布、章节编排以及编写方式。

　　关键词：分子生物学 高中生物学教材 改革

　　现行高中生物学必修教材是在1985年编写的《高级中学课本生物（乙种本）全一册》的基础上改编的[1]。全书的编排体系合理、教学内容系统性强、基础知识讲得清楚。但美中不足的是该教材缺乏现代生物科学知识，特别是随着分子生物学科的兴起和发展，教材的内容需要更新，需要更为广泛地反映分子生物学的地位和作用。

　　一、分子生物学（molecular biology）的兴起及其在生物科学中的地位和作用

　　生物学是一门既古老又年轻的科学，直到19世纪，学术界首次提出“生物学”（biology）这一名词，生物学家才开始通过观察和实验研究动植物的活动状态。继19世纪出现被恩格斯誉为该世纪科学三大发现之二的细胞学说和达尔文生物进化论之后，生物学在20世纪的发展更是日新月异。20世纪中叶，通过x射线衍射仪的应用，解释了DNA的双螺旋结构和蛋白质的空间构象，从而推动了分子生物学的产生[2]。随着分子生物学的飞速发展，带动了生物学各分支学科向分子水平研究的深入。一方面是在分子水平上对细胞活动、遗传、发育等各种生命现象进行解释。出现了分子遗传学、分子生理学等新兴学科。另一方面是把分子生物学研究手段推广到生物各分支学科，尤其是一些宏观生物学学科如进化论、分类学、生态学，形成了分子进化生物学、分子系统分类学和分子生态学等，用实验的方法研究传统的生物学问题，使微观研究和宏观研究得到了紧密的结合。分子生物学的诞生使传统生物学研究转变为现代生物实验科学[2]。现代生物实验科学经过50多年的自我发展，促使生命科学成为自然科学中最重要的学科，而分子生物学则成为生命科学的主导力量。

　　二、现行高中生物教材存在的问题

　　教材应该保持相对的稳定，不要年年修改，以利于教师积累教学经验，提高教学质量，这是很对的。但是由于社会、经济的变化，科学技术的发展，经过一段时间以后，教学内容必须作适当的更新，不然就不能给予学生将来从事现代生产和进入现代生活所需要的基础知识[3]。现用的高中生物教材，很多教师认为是一套比较好的教材，但是现在不宜继续使用，其不足之处只要表现在：①知识陈旧老化，插图过时，趣味性不强，不能充分体现生物科学的重要性，也不能反映当代生物科技突飞猛进的发展。②教材中实验数量严重不足，验证性实验多，探索性实验少。③内容平铺直叙较多，注重知识的灌输而忽略对学生学习方法和能力的培养。④对过程教学的重视程度不够，结论性内容太多，辨析性内容太少，不符合学生的认识发展规律，不利于对学生发散性思维能力的培养。⑤教材编写方式呆板，语词应用单调而缺乏生气，容易引起学生死记硬背，教育艺术难以发挥施展[4、5]。

　　高考改革，《生物》成为高考科目之一。由于受高考指挥棒的影响，当前的高中生物学教学现状不容乐观。遵循当代教育的发展规律，适应生命科学时代的发展，生物教材的改革已是当务之急。

　　三、教材需要更为广泛地反映分子生物学的新进展，体现分子生物学带头分支学科的地位和作用。

　　分子生物学是在分子水平上研究生命现象本质和规律的科学。上世纪50年代DNA双螺旋结构模型的发现，随后遗传信息传递“中心法则”的确立以及DNA重组技术的确立，标志着分子生物学的蓬勃兴起，并且导致生物科学的面貌发生了根本性的变化[6]。分子生物学的兴起不仅揭开了遗传学上的许多难解之谜，而且其概念、方法和技术很快渗透到生物科学的其他领域。分子生物学的每一次技术进步都可能带来一次生物学突破。进行生物学教材改革，首先是生物学知识完整性和系统性的要求[7]。生物学知识的迅猛发展要求生物学教材的更新。在今天这样一个“知识大爆炸”的时代，生物学的知识更新更是日新月异，并且与人类的关系越来越密切。有人说21世纪是“生物学的世纪”，在这一崭新的世纪里，我们不仅要从宏观上了解生物学基础知识，也要从微观上研究生物学问题，还要了解DNA重组技术、克隆技术等新兴技术与人类的关系，而这些内容正属于分子生物学的研究范围，可是现用教材涉及很少。由此可见，教材中充实分子生物学知识十分必要。

　　四、关于教材改革的具体建议

　　（一） 更新教材内容

　　教材内容的选取是否适当，是影响教材质量的重要因素之一。一部高质量的教材，其教学内容必须符合党和国家的方针政策，符合教学大纲规定的各项要求，适应21世纪我国社会主义现代化建设的各类人才的需要。因此高中生物教材反映分子生物学地位和作用应体现在以下几方面：

　　1、分子生物学基础知识的选取

　　分子生物学是在分子水平上研究生命现象本质和规律的科学。高师的分子生物学课程开设一学期或一年时间，讲授的内容非常深，涉及范围非常广阔，但归纳起来其研究对象主要包括3方面：（1）DNA重组技术（又称基因工程）；（2）基因表达调控研究；（3）生物大分子的结构功能研究（又称结构分子生物学）[8]。中学生物教学在培养目标方面与大学教学不同，高中生物必修课讲述的是最基本的生物学知识，且其课时安排比较少。显然，上述的分子生物学研究内容不可能在高中生物教材中作全面介绍，只能根据学生的已有知识和接受能力作适当的选取。

　　如果分子生物学研究的核心是基因的表达和调控，高中的生物教材就应选取介绍与此相关的基础知识，以反映分子生物学的内容。例如，现行高中生物教材《遗传和变异》一章中以“中心法则”为知识要点，介绍从DNA到RNA，再到蛋白质的全过程，即遗传信息的转录和翻译过程。因为蛋白质分子参与并控制了细胞的一切代谢活动，而决定蛋白质结构和合成时序的信息都由核酸（主要是脱氧核糖核酸）分子编码，表现为特定的核苷酸序列，所以基因表达是遗传信息的转录和翻译，而基因表达的调控主要发生在转录水平和翻译水平[8]。这样看来，高中生物学教材要反映的分子生物学基础知识应包括核酸、蛋白质的结构和合成，酶的功能特性，中心法则等内容。

　　2、增加分子生物学的实验内容

　　实验教学是生物教学的一个重要方面。通过实验教学，不仅可以提高学生对生物学学习的兴趣，而且可以培养学生多方面的能力，如观察能力、实验能力、思维能力，初步的研究能力和创造能力等[9]。现行教材只安排了四个必做实验，少数演示实验和一次实习，而且这些实验均属验证型实验。生物学是一门实验性很强的学科，相对于物理和化学教材，现行高中生物教材的实验数量不及物理和化学所开实验的1/2，难以体现出生物学的实验性特点。因此教材改革在充实分子生物学内容时，应考虑学科的发展特点，增设一些探究性实验。例如，在教材中的遗传学部分，安排一个“制作DNA双螺旋结构模型”的实验；在《生物进化》一章中插入“用DNA分子杂交的办法鉴定人猿间亲缘关系的模拟实验”[10]。

　　3、增强科学史教育

　　自然科学是人类长期认识自然的智慧结晶。自然科学的每一个成果，都浸透着追求真理的汗水，都凝聚着历代科学家坚忍不拔、奋力求索的精神。借助生物科学史有助于培养学生的顽强的科学求索精神。在智育方面，借助生物科学史来进行生物学概念的教学，不但能使学生了解到生物科学知识的“来龙去脉”，激发学习兴趣，而且更为重要的是，能使学生更好地领会和掌握生物科学知识，掌握生物科学的研究方法[11]。分子生物学具有丰富的发展史。1928年，英国科学家格里菲斯（Griffith）成功地进行了“肺炎双球菌的转化实验”。1944年，美国科学家艾弗里（Avery）从肺炎双球菌的转化现象的分析中，发现了遗传物质DNA，从而指明了分子生物学的研究方向。到50年代，沃森（Watson）和克里克（Crick）通过分析查加夫（Chargaff）的碱基互补关系、弗兰克林（Franklin）和维尔金斯（Wilkins）的DNA晶体结构分析数据和照片，以及鲍林（Pauling）的蛋白质结构模型，就建立了DNA分子的双螺旋结构模型，标志着分子生物学的诞生[12]。以上这些都是进行生物科学史教育的好材料，在教材中应该适当反映。

　　4、注重与现代生命科学接轨

　　教材的改革要依据教学大纲的要求，结合现代生命科学的特点，在基础知识与现代知识两方面进行适当的取舍，使教材的知识内容更注重与现代生命科学接轨。将现代生命科学的热点内容如“基因工程”、“克隆哺乳动物”“克隆人”等编入教材，这样可以增加教材的时代气息，有利于开阔学生的视野，有利于启发学生的思维，培养学生的想象能力，也有利于激发高中学生学习生物的兴趣。

　　（二） 优化教材结构

　　一般而论，教材结构是由人类共同拥有的学科结构转化为学习者认知结构的阶梯。教材的精髓，即教材内容之间的主要内在联系就是教材结构。教材结构决定于社会结构（主要是政治结构、经济结构）、学生心理结构和学科结构三者的结合[13]。教材，作为一个包含教学基本内容的书面材料系统，它依据教学大纲规定的教学内容、教育目标、知识的内在联系以及教学法的要求，以简洁明确的文字，系统地阐述一门课程的知识信息。它是学生获得知识的重要源泉之一，是教师进行教学的主要依据，对学生认知结构的形成和教师教学过程的设计起着知识载体、教学指导和实用参考的作用[14]。

　　1、合理确定分子生物学内容在各个单元的分布

　　关于蛋白质的结构和功能，主要在“生命的物质基础”单元中讲述；关于酶的功能特性，主要在“生物的新陈代谢”单元中讲述；关于DNA双螺旋结构、中心法则等内容，主要在“生物的遗传和变异”单元中讲述[6]。上述三个单元，尤其是“遗传和变异”这一单元，是讲授分子生物学知识的重点单元，教材中的其他单元则采取渗透讲述的办法，或在正文中加小字，或作课外阅读材料，点到即止。

　　2、 教材体系的编排

　　在教材中，分子生物学的内容分布在各单元中。在考虑这些内容的编排时，要认真研究教学大纲的要求和高中学生的年龄特点，按最有利于学生有效地获取知识的方式进行章节的编排[15]。

　　现行高中生物必修教材中，第五章讲授“遗传和变异”，首先讲述分子生物学的基础知识，即DNA的双螺旋结构、中心法则等内容，然后介绍孟德尔的经典遗传学工作，即分离规律和自由组合规律，再分析这两个规律的实质。这样的编排似乎不符合人们的认知规律，不利于学生了解科学家研究问题的思路和方法。如果教材先讲述孟德尔的工作，用孟德尔假设的“遗传因子”来解释遗传规律，那么在讲述了基因的本质之后，还得用分子生物学的知识进行解释，才能给学生一个完整的，迄今为止人们所获得的对遗传规律实质的认识。但是第二次的解释由于授课时和学生接受能力等因素的制约，难以在问题的实质上比第一次解释得更深刻，从而不可避免地导致了知识的简单重复[1、15]。现行教材在揭示遗传规律的实质时，因为已经有了分子生物学的知识做基础，为学生高效地获取前人智慧的精华创造了条件。

　　另外，教材在“生命的物质基础”单元中对核酸的组成元素、组成单位及分类作了简单介绍，为“遗传和变异”单元中讲述DNA的结构和复制作了铺垫，这样的编排有助于学生对知识的理解和吸收。此外，还可以将实验内容从书后引入课文中来。例如，把“制作DNA双螺旋结构模型”的实验安排在课文讲述了DNA的化学组成之后，讲述DNA的双螺旋结构之前，提供足够的关于构建DNA结构模型的数据和资料，引导学生思考，这将有助于培养学生发现问题、分析问题、解决问题能力的有效思维方式和操作方式。

　　3、 教材的编写方式

　　现行高中生物教材在编写方式上显得呆板，不够生动活泼、可读性不够强。而九年义务教育初中教材在课文的内容的编写方式上，注意遵循从感性到理性的认识规律，常常从观察和实验入手，提出问题让学生思考和研究，然后再讨论、总结，最后讲述生物学知识在生产、生活实际中的应用。这种编写方式有利于教师进行启发式教学，有利于培养学生的观察和思维能力[16]。美英中学生物教材在编写方式上注重指导学生进行科学研究。每章教材的开始总是以谈话式的语言把学生带入一定的总是情景，激起学生进行探究的欲望[17]。

　　另外，九年义务教育实践生物教材的课课文编写方式生动活泼，在正文当中或正文之后设置了一些小栏目，如“看一看、想一想”、“你知道吗？”、“动动脑”、“动动手”和“课外读”等，不仅扩大了学生的知识面，培养了学生学习生物学的兴趣，而且寓思想教育于知识教育之中。美英中学生物教材中设有“科学发现的过程”、“生物技术”、“生物学热点”等栏目，每章后都提供与本章内容相关的背景材料，介绍有关的科学发现过程，这是可供学生阅读的材料。在这些资料中，包括了科学研究的步骤、方法、更重要的是科学家的思维过程，这样的编写方式对于提高学生的科学素质、培养学生能力是极为有利的[17]。因此，在现行高中生物教材适当增加分子生物学知识考虑教材编写方式时，可以参考我国的初中生物教材和美英的中学生物教材。以“DNA的结构和复制”一节为例，在正文讲述了“DNA双螺旋机构”之后，安排一段百字左右的小字内容，介绍有关DNA结构的最新发展；在本节课文之后，再附上“课外读”资料介绍DNA结构的发现过程。

　　以上是从分子生物学角度从教材内容更新以及教材结构优化方面对我国现行高中生物必修教材改革的一些探讨，这些探讨还很不成熟，还有许多问题有待深入研究。

　　主要参考文献

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　　课程、教材研究探索。 2002，（02）

　　16、 杜鑫静。我国初中生物教材改革模式谈[J]。中学政治及其他各科教学。1998，（05）。

　　17、 杜鑫静、刘植义。美英中学生物课程教材中的科学素质教育及启示[J]。中学政治及其他各科教学。1999，（06）。