【摘要】现代生物科学发展日新月异, 呈现出许多新特点——在分子水平上走向综合和统一、与其他学科(包括控制论和系统论等横断学科) 交叉渗透、技术不断改进, 与人类生存和发展的关系也越来越密切。新编普通高中生物选修课教材注意反映生物科学的特点, 关注人类的生存和发展。

【关键词】高中生物　选修课教材　科学素养　人类生存与发展

《全日制普通高级中学教科书(试验修订本·选修) 生物》(以下简称选修本) 是根据教育部颁布的《全日制普通高级中学生物教学大纲(试验修订版) 》(以下简称新大纲) 编写的。同必修本一样, 本书遵循了整套新教材共同的指导思想和编写原则。在此基础上, 根据新大纲规定的选修课教学内容的特点和高中三年级学生的心理特征, 本书在编写过程中重点思考了以下问题。

一、如何体现现代生物科学的特点, 提高学生的生物科学素养

我们知道, 随着分子生物学的迅猛发展, 生物学众多分支学科的研究都深入到分子水平, 使得人们对生物学原理和规律的认识, 越来越接近生命的本质; 使生物科学在不断涌现新兴分支学科的同时, 又逐渐在分子水平上走向综合和统一。这可以说是现代生物科学最突出的特点。例如, 遗传学、发育生物学和进化论是生物学的不同学科, 早在19 世纪末, 德国生物学家魏斯曼曾试图在细胞研究的基础上建立遗传、发育和进化统一的理论, 但是没有成功。分子生物学诞生以后,解决这一问题的条件逐渐成熟。遗传信息传递的“中心法则”的发现, 揭示了遗传、发育和进化之间的内在联系。随着真核生物基因组及其表达调控机制初步得到阐明, 现在人们已经认识到, 生物个体发育的过程实质上是来自受精卵的基因在不同时空条件下按照一定的程序选择性表达的过程; 生物物种的进化实质上则是不同种群基因库在选择压力作用下基因频率的定向改变。由此可见, 关于生物的遗传、发育和进化的理论正在分子水平上走向综合和统一。为了体现生物科学的这一突出特点, 教材在新大纲规定的知识点中做了相应的处理。例如, 在“细胞的全能性”部分讲到了在个体发育的不同时期, 生物体不同部位细胞内基因的选择性表达； 在《基因的结构》一节, 在课外读中提到了人类基因组的研究对于研究生物的个体发育和生物进化具有重要意义。在《基因表达的调控》一节, 则讲到在细胞分化过程中, 不同细胞中基因开启或关闭的调控机制。

生物科学与其他相关科学高度的双向渗透和综合, 是现代生物科学的另一个显著特点。同必修本一样, 选修本注意体现物理、化学的原理和方法在生物科学中的应用。例如, 关于光合作用过程中能量转换和物质变化等内容, 需要一定的物理和化学知识做基础; 几种果蔬中维生素C 含量的测定等实验, 基本上是采用化学的方法。应当提出的是, 体现控制论和一般系统论等横断科学与生物科学的交叉渗透和综合, 也是选修本体现现代生物科学特点的一个重要方面。

我们知道, 控制论和一般系统论的诞生在不同程度上都来源于生物科学的研究； 控制论和一般系统论的思想观点和方法又极大地促进了生物科学的发展,生物学家日益注重从不同层次的系统的角度来研究生物学问题; 而生物科学与系统科学、控制论和信息科学的交叉渗透和综合, 又导致人工智能、仿生学、生态工程和生物圈科学等综合科学的出现和发展。因此, 在高中生物教材中适当体现控制论和一般系统论的思想观点是十分必要的。反馈和稳态都是控制论的基本概念和观点(其提出都与生物科学的研究有关) , 选修本在必修本的基础上, 较详细地讲述了人体内环境的稳态,并通过《水和无机盐的平衡和调节》《血糖的调节》和体温调节等内容, 讲述了人体作为一个开放系统, 维持稳态的反馈调节机制。在《基因表达的调控》一节, 通过对大肠杆菌乳糖代谢的基因调控的分析, 揭示了乳糖代谢在基因水平上的反馈调节机制。在《生物圈的稳态》一节, 分析了生物圈通过自动调节而维持稳态的机制。

开放系统的整体性和动态性是一般系统论的重要观点。选修本在《细胞的生物膜系统》一节, 通过分析细胞内各种膜在结构和功能上的联系, 在细胞水平上揭示了生物膜系统的整体性和动态性； 在《人体的稳态》一节, 在个体水平上阐述了人体作为一个复杂系统所具有的整体性和动态性; 在《生物圈的稳态》一节,则_______是在地球上最大的生态系统——生物圈的水平上揭示了系统的整体性和动态性; 在《农业生态系统》《城市生态系统》等节, 将由自然系统、社会系统和经济系统等子系统所组成的复合生态系统作为一个整体, 不仅对它们的结构和功能特点进行了分析, 而且不同程度地阐述了系统内部和系统与外界环境之间的物质流、能量流、信息流和价值流, 在一定程度上体现了自然科学与人文科学的综合。这里应当指出的是, 关于控制论和一般系统论的观点, 教材中并未作正面阐述, 而是渗透在阐述有关生物科学原理的字里行间, 意在使学生在潜移默化中领悟, 消除学生认知过程中存在的将生物科学作为一门自然科学与人文科学之间的鸿沟壁垒, 培养学生的综合能力。

研究方法和手段特别是实验技术的不断改进, 是生物科学迅猛发展的重要原因之一, 也是现代生物科学的一个重要特点。新大纲和新教材非常重视有关生物学技术的内容。选修本中安排的“自生固氮菌的分离”“学习植物组织培养技术”“学习细菌培养的基本技术”等实验, 则体现了现代生物科学的这一特点。此外,选修本还介绍了一些生物科学研究的方法和技术, 如放射性同位素标记技术、DNA 序列分析技术(包括仪器)、DNA 合成技术(包括仪器)、人工膜技术、消毒灭菌技术等。

高度重视观察和实验, 重视生态学的研究等, 都是现代生物科学的重要特点, 这些特点在选修本中也都不同程度地有所反映。 

二、如何选取和组织教学内容

按照新大纲的要求, 选修本重在选取与人类的生存和发展有密切关系的生物学基础知识。通过前面的分析可以看出, 选修本的教学内容在我国高中阶段的生物教学中都是全新的内容, 这些内容是必修本必要的延伸和提高, 而不是必修本的归纳和总结, 更不是必修本的变相重复, 这也许是选修本不同于以往高中生物选修课本的主要特点之一。

我们知道, 必修本的知识体系是较为完整的普通生物学体系, 学生通过必修课的学习, 已经初步形成了关于普通生物学的较为完整的知识结构。选修本各章实际上是必修本中部分内容(而不是全部) 的延伸和提高。那么, 如何选取和组织教学内容, 才能使选修本形成一个各章内容之间具有一定内在联系的有机整体呢? 这是编写选修本必须认真思考的问题。关注人类的生存和发展, 紧紧围绕与人类的生存和发展密切相关的问题来选取和组织教学内容, 则成为解决这一问题的突破口。

营养和保健是现代人所普遍关心的热点问题; 人口剧增、粮食危机、资源匮乏、环境污染等则是当代人类所面临的全球性问题。这些问题的解决, 都离不开生物科学的发展。通过高中生物教学, 使学生了解与解决这些问题的密切相关的生物科学知识和方法, 强化自我保健意识和环境意识, 树立人——自然——社会和谐统一的观点, 无疑具有重要的现实意义和深远的历史意义。基于这样的思考, 选修本的教学内容可以分为四大部分: 一是与人体健康密切相关的内容; 二是与粮食增产密切相关的内容; 三是与生物工程产业密切相关的内容; 四是与环境保护密切相关的内容。这四部分内容都是围绕人类的生存和发展这一条主线而展开的, 既因关注不同的问题而相对独立, 又因知识的内在联系而交叉渗透。例如, 第一部分内容主要集中在第一章《人体生命活动的调节及营养和免疫》中, 在其他章节也有所涉及, 如第三章中基因工程药物的研制、基因诊断和基因治疗, 第四章中单克隆抗体与肿瘤治疗, 第五章中通过发酵工程和酶工程技术生产药品, 第六章提到城市发展带来种种文明病而倡导健康的生活方式, 等等。再例如, 第四部分内容主要集中在第六章《人与生物圈》中, 然而从第一章的章题图到第二章中生物固氮研究的重要意义, 以及第三章基因工程在治理环境污染中的应用等, 几乎各章都有密切联系环境保护的内容。至于侧重讲述生物工程各分支领域的第三、四、五章, 相互间的交叉渗透更为密切。总之, 选修本各章看似一个个独立专题, 实则形成了由一条主线贯穿始终, 彼此之间有一定内在联系的有机整体。 

三、如何处理知识的先进性与可接受性之间的关系, 使教材便利教学 

按照新大纲的规定, 选修本的教学内容大多是现代生物科学研究的热点, 如免疫、光合作用、生物固氮、基因的结构、基因表达的调控、细胞的生物膜系统、基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、生物圈等。这些内容的理论性较强, 其中有些内容的技术性也较强,对学生的知识基础和认知能力的要求较高。因此, 如何处理好知识的先进性与可接受性之间的关系, 是选修本编写过程中遇到的突出问题之一。为了解决这个问题, 教材在教学内容深广度的确定和编写方式的改进等方面做出了一定的努力。

(一) 合理确定教学内容的深广度, 使之符合高中三年级学生的认知水平和接受能力

1. 在遵循新大纲总体要求的前提下, 删繁就简, 有详有略。例如, 关于基因的结构和基因表达的调控, 重点讲述科学界已有定论的原核细胞的基因结构及其表达调控, 关于真核细胞的基因结构及其表达调控, 则采取与原核细胞对比的方法, 主要简介它们与原核细胞的异同, 并未展开讲述理论性很强的各种假说。

2. 在讲清基本原理的前提下, 尽量减少名词术语。例如, 免疫部分重点讲述体液免疫和细胞免疫的基本概念、过程和功能, 未出现半抗原、助细胞、致敏淋巴细胞、补体等名词。再例如, 在原核生物基因表达的调控部分, 讲述了乳糖操纵子学说的大致内容, 操纵子的概念并未在正文中讲述, 而是以小字的形式穿插在正文中, 供学生选学; 关于乳糖代谢中的三种酶, 只给出了对学生理解乳糖操纵子学说最为关键的一种酶——半乳糖苷酶的名称, 另外两种酶——半乳糖苷透过酶和乙酰转移酶的名称则未出现。

3. 关于生物工程的内容, 侧重讲述四大工程的原理和应用, 具体研究手段和仪器设备则简单加以介绍。

(二) 改进教材的编写方式, 使抽象的内容具有较强的启发性、趣味性和可读性

1. 体现启发式教学指导思想, 注重创设问题情境,提高学生的学习兴趣。例如, 在《生物固氮》一节的引言中, 提出能不能利用生物固氮的原理, 让非豆科植物能够像豆科植物那样利用空气中的氮气的问题, 激发学生了解生物固氮原理的兴趣。再例如, 在讲述三系配套时, 首先分析培育雄性不育系的必要性和雄性不育的原因, 接着提出如何解决雄性不育系的自身留种问题, 创设讲述保持系的问题情境; 然后指出: “大田中使用的杂交种应当是雄性可育的, 否则就不能自交结实。那么, 用什么品种与雄性不育系杂交才能产生雄性可育的杂交种呢?”从而形成讲述恢复系的问题情境。又例如, 在《酶工程》一节的引言中, 首先从加酶洗衣粉讲起, 指出加酶洗衣粉中的酶是通过微生物生产出来的, 接着提出人们怎样通过活细胞获得这些酶等问题。

2. 注重科学史和科学研究过程的介绍, 使学生在了解科学研究过程的同时学习有关的生物科学知识。例如, 在《人体的营养与健康》一节, 首先讲述了维生素B1 的发现史, 从而说明研究营养问题的重要性。再例如, 在《C₃ 植物和C₄ 植物》这一小节, 首先从科学家在研究玉米、甘蔗等植物的光合作用时, 所发现的不同于C₃ 途径的实验现象讲起, 从而对C₃ 途径提出疑问。又例如, 在讲述发酵工程之前, 首先简要介绍人类研究和利用微生物发酵的历史, 等等。

3. 适当采取比喻等手法。例如, 在《细胞的生物膜系统》一节, 将细胞比喻成“一台复杂而精巧的生命机器”, 在《基因工程简介》一节, 将限制性内切酶比喻成“基因的剪刀”, 将DNA 连接酶比喻成“基因的针线”, 等等。

4. 配备大量形象直观的插图, 力求使教材图文并茂, 美观生动。教材中的插图包括大量的照片、示意图、图解和表解, 这些插图是教材的有机组成部分, 在提高学生兴趣、帮助学生理解教学内容方面会起到十分重要的作用。

综上所述, 选修本新教材在体现现代生物科学特点、关注人类的生存和发展、使教材便利教学等方面,做了一定的探索和尝试, 其成败得失尚需通过广大教师的教学实践来检验。

原文刊载于《课程·教材·教法》2001年第7 期