聶光軍， 岳文瑾， 薛正蓮， 楊超英， 趙世光， 王 洲， 孔 芳

(安徽工程大學(xué) 生物與化學(xué)工程學(xué)院， 蕪湖 241000)

“分子生物學(xué)”新理論與技術(shù)層出不窮，實(shí)踐教學(xué)難以跟隨該學(xué)科的發(fā)展步伐。多學(xué)科交匯的抽象理論知識和貧乏陳舊的實(shí)踐活動導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺乏積極性和主動性[1]。為提高“分子生物學(xué)”的教學(xué)效果，啟發(fā)式教學(xué)方法[2, 3]、拋錨式教學(xué)法[4]、PBL(Problem-Based Learning)教學(xué)法[5]和開放式教學(xué)法[6]相繼被提出。盡管如此，“分子生物學(xué)”的教學(xué)效果提升并不理想，仍然存在著諸多問題。如：學(xué)生難以從宏觀上系統(tǒng)認(rèn)識分子生物學(xué)知識，常以靜態(tài)的思維方式片面理解具體概念和理論。此外，抽象、枯燥的理論知識結(jié)合相對單一的教學(xué)方法導(dǎo)致分子生物學(xué)知識對于初學(xué)者而言晦澀難懂，進(jìn)而抑制其學(xué)習(xí)興趣。因此，尋求一個既適應(yīng)學(xué)科發(fā)展特點(diǎn)又能滿足學(xué)生需求的教法是該門課程能否得到進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵。

以發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)為標(biāo)志的分子生物學(xué)革命掀起了世界范圍內(nèi)的生物學(xué)研究熱潮，生物學(xué)因此成為越來越多哲學(xué)家關(guān)注的對象。有關(guān)生物學(xué)的哲學(xué)思想成為西方科學(xué)哲學(xué)研究的一個熱點(diǎn)領(lǐng)域。哲學(xué)是對社會知識和自然知識的概括和總結(jié)，個人的創(chuàng)新思維方式一般都會受到某種哲學(xué)思想的支配。圍繞目前提倡培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神的教育改革目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用創(chuàng)新思維，引入哲學(xué)思維學(xué)習(xí)自然科學(xué)值得探索。

目前，人文社科工作者探討應(yīng)用哲學(xué)的一般性思維在宏觀水平上歸納總結(jié)分子生物學(xué)的基本規(guī)律[7-11]。然而，自然科學(xué)工作者應(yīng)用哲學(xué)思維學(xué)習(xí)分子生物學(xué)知識的相關(guān)報(bào)道很少。因此，為培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用創(chuàng)新思維學(xué)習(xí)分子生物學(xué)知識，有效提升分子生物學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，基于分子生物學(xué)知識的認(rèn)知特點(diǎn)，開展哲學(xué)思維模式下分子生物學(xué)教法研究具有重要的應(yīng)用價(jià)值和學(xué)術(shù)探討意義。

1 分子生物學(xué)中的哲學(xué)思想

分子生物學(xué)主要研究對象為核酸和蛋白，從物質(zhì)水平上科學(xué)地闡明遺傳機(jī)制，加深物質(zhì)運(yùn)動形態(tài)各層次之間的辯證關(guān)系的認(rèn)識；分子生物學(xué)主要從分子水平上說明生命的統(tǒng)一性，探索生命活動的規(guī)律性現(xiàn)象。

1.1 核酸與蛋白

核酸和蛋白是分子生物學(xué)中兩個重要的研究對象，也是分子生物學(xué)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。核酸是蛋白產(chǎn)生的信息載體，蛋白是核酸信息得以表達(dá)的必要元件(酶是DNA復(fù)制的執(zhí)行者和調(diào)控者，如順反作用)。核酸具有參與調(diào)控的結(jié)構(gòu)(操縱子和SD序列)，這些結(jié)構(gòu)本身反映著同蛋白質(zhì)相互作用機(jī)理。這種相互作用構(gòu)成的代謝調(diào)控需要一個穩(wěn)定的系統(tǒng)環(huán)境。因?yàn)椋虮磉_(dá)是在一個相對開放的系統(tǒng)中運(yùn)行的，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)對維持生物體相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和有序性具有至關(guān)重要的作用。生物大分子特定的組成和有序性是穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的決定性因素，為保持這種穩(wěn)定性，生物大分子實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化分工。上述內(nèi)容蘊(yùn)含著研究主體物質(zhì)化、內(nèi)、外因關(guān)系和局部與整體關(guān)系等哲學(xué)思想。就生命起源而言，核酸與蛋白的關(guān)系猶如“先有雞還是先有蛋?”的邏輯，二者為對立統(tǒng)一體，兩者互相依存，缺一不可。

1.2 中心法則

“中心法則”是分子生物學(xué)的重要研究內(nèi)容之一，它揭示了物質(zhì)是生命形式存在的基礎(chǔ)，自由能驅(qū)動生命運(yùn)動，信息調(diào)控物質(zhì)和能量的變化并維持著生命的水平傳遞和垂直傳遞。它的產(chǎn)生、修正與發(fā)展演繹了一個假說向理論升華的過程[12]。其中，每個線道的產(chǎn)生都是不斷突破原先假定持續(xù)發(fā)展而來。在適應(yīng)性方面，“中心法則”具有一定普遍性，但不同線道也存著相應(yīng)的特殊性，充分體現(xiàn)了矛盾普遍性與特殊性的哲學(xué)原理。因此在教學(xué)過程，既要抓住矛盾的普遍性，也要明確矛盾的特殊性，通過“中心法則”發(fā)展過程中“破”與“立”的講解，讓學(xué)生了解突破傳統(tǒng)本身就是推動科學(xué)發(fā)展的過程，所以應(yīng)以發(fā)展的眼光看待科學(xué)問題，從普遍性中鑒別特殊性，通過解決特殊性問題歸納出普遍存在的規(guī)律，從而推動科學(xué)不斷向前發(fā)展[10]。

1.3 DNA甲基化與衰老

DNA甲基化與衰老的研究是近年來分子生物學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。對于單個基因，衰老細(xì)胞中DNA的甲基化水平不均一，在基因組DNA甲基化降低的同時，也存在某些特異性基因的高甲基化(如抑癌基因ER)。對基因組而言，基因組DNA甲基化水平降低的趨勢在衰老過程中普遍存在的。無論是全基因組與單基因甲基化水平降低還是增加都是從微觀角度來闡述衰老的機(jī)制；而衰老是機(jī)體一種外在的表現(xiàn)，由于機(jī)體一系列微觀的變化導(dǎo)致宏觀的改變，微觀與宏觀相互影響，相互聯(lián)系。與之相關(guān)的還有基因型變化、表型變化以及環(huán)境因素間的相互作用，它們也充分演繹了微觀與宏觀的相互關(guān)系。

1.4 突變、選擇與進(jìn)化

突變是生物進(jìn)化的主要動力源，與DNA損失、修復(fù)、自然選擇和遺傳漂變存在密切的關(guān)系。突變產(chǎn)生于未成功修復(fù)的DNA損傷，并經(jīng)自然選擇后形成永久遺傳的DNA突變。而造成功能性改變的突變幾率很小，這需要長時間突變積累演繹進(jìn)化過程，這一過程實(shí)質(zhì)上是一個量變到質(zhì)變的過程。相對分子水平的基因突變，進(jìn)化是宏觀的，微觀與宏觀的相互作用保障了生物的穩(wěn)定性、可變性、進(jìn)化性。

生物突變現(xiàn)象的產(chǎn)生到新物種的形成取決于生物體內(nèi)分子的變化，這是生物進(jìn)化過程中的內(nèi)因。生物生長過程中的外部因素直接在分子水平上改變細(xì)胞，并引起變異產(chǎn)生。如果突變體通過外部環(huán)境的選擇壓，它可能會定向進(jìn)化發(fā)展為一個新的物種。反之，如果某種外因的作用沒有改變分子結(jié)構(gòu)，則該作用是不會產(chǎn)生新物種的。無論非功能性改變的突變還是中性突變，雖然沒有改變生物個體性狀，但增加了其基因組的多態(tài)性，為進(jìn)化提供了新的素材，是生物多樣性形成的基礎(chǔ)[11]。綜上，我們認(rèn)為突變發(fā)生后，首先由自然選擇決定進(jìn)化的總方向，然后才有各種形式的隨機(jī)漂移過程參與決定具體進(jìn)化方向、途徑和速度。因此，進(jìn)化不是哪一種機(jī)制作用的結(jié)果，而是在時間維度和空間維度上包括自然選擇在內(nèi)的多種機(jī)制綜合作用的結(jié)果。這種機(jī)制體現(xiàn)了哲學(xué)內(nèi)因和外因的辨證關(guān)系。

此外，用進(jìn)廢退和獲得性遺傳等也蘊(yùn)涵著經(jīng)典的“內(nèi)因與外因”的哲學(xué)關(guān)系；癌基因與抑癌基因的辯證統(tǒng)一關(guān)系，生物界的統(tǒng)一性和組蛋白組成的特異性等內(nèi)容表現(xiàn)出“矛盾的普遍性和特殊性”的哲學(xué)思想[13]。因此，很多分子生物學(xué)內(nèi)容可以從宏觀上用哲學(xué)的一般性原理加以歸納總結(jié)，這為基于哲學(xué)思維模式改革“分子生物學(xué)”教法奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 分子生物學(xué)的認(rèn)知特點(diǎn)

“分子生物學(xué)”課程是自然科學(xué)領(lǐng)域的課程，我們應(yīng)該正確處理反映論和個人意義建構(gòu)的關(guān)系，強(qiáng)調(diào)科學(xué)知識在依據(jù)和邏輯上的確定性。學(xué)習(xí)過程則強(qiáng)調(diào)意義建構(gòu)，即通過探究學(xué)習(xí)方法來建構(gòu)具有自我特色的知識體系，建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論構(gòu)成了現(xiàn)代思維方式自覺創(chuàng)新性特點(diǎn)的基礎(chǔ)。從哲學(xué)本體論的角度看，分子生物學(xué)認(rèn)知主要表現(xiàn)在對本體論對象的認(rèn)識，突出的是物質(zhì)和運(yùn)動。但是，分子生物學(xué)課程除了本體對象外，還應(yīng)有“系統(tǒng)”概念。初學(xué)者正因缺乏系統(tǒng)性思維，對分子生物學(xué)課程結(jié)構(gòu)及其意義了解不深刻。因此，建構(gòu)主義認(rèn)為學(xué)習(xí)者要想完成對所學(xué)知識的系統(tǒng)意義建構(gòu)，必先系統(tǒng)、深刻理解知識所反映事物的性質(zhì)、規(guī)律以及該事物與其它事物之間的聯(lián)系[4]。

自主論和分支論都認(rèn)為分子生物學(xué)不同于傳統(tǒng)的物理和化學(xué)學(xué)科，前者認(rèn)為分子生物學(xué)具有自身的學(xué)科特色；后者認(rèn)為它是一門發(fā)展中的學(xué)科。此外，分子生物學(xué)知識組成較為復(fù)雜，不同特征的知識點(diǎn)或體系的學(xué)習(xí)方法應(yīng)有所差異。多元化的方法論能促進(jìn)學(xué)生對知識了解的深度。因此，從不同角度應(yīng)用不同的思維方法可以更全面、深化認(rèn)知復(fù)雜的分子生物學(xué)知識。

分子生物學(xué)課程的發(fā)展得益于傳統(tǒng)生物學(xué)的多學(xué)科交叉(如生化、遺傳學(xué)、細(xì)胞學(xué)和微生物學(xué)等)，是從分子水平研究生命產(chǎn)生及其運(yùn)動過程。近年來，隨著分子生物學(xué)的快速發(fā)展，加深了我們對傳統(tǒng)生物學(xué)的認(rèn)識。傳統(tǒng)生物學(xué)現(xiàn)象本質(zhì)上是由分子及其相互作用所構(gòu)成的，那么傳統(tǒng)生物學(xué)現(xiàn)象能夠用分子生物學(xué)來說明嗎? 生物哲學(xué)家大多贊同本體論還原，即傳統(tǒng)生物學(xué)能夠還原為分子生物學(xué)[14]。因此，在分子生物學(xué)教學(xué)過程中必須清楚了解各相關(guān)課程之間的關(guān)系，掌握各課程在生物學(xué)知識體系所處的位置，并應(yīng)用建構(gòu)思想構(gòu)建具有融學(xué)科和個人自身特色為一體的知識網(wǎng)絡(luò)。

分子生物學(xué)是一門發(fā)展迅速的課程，許多術(shù)語的內(nèi)涵在不斷地演化和豐富。分子生物學(xué)“語義學(xué)”的研究以動態(tài)的方式描述生物學(xué)概念發(fā)展和定律形成的過程。如基因的概念，基因來源于抽象的“遺傳因子”，隨后“遺傳因子”物質(zhì)化，并定位于染色體上。核酸結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)和“中心法則”的建立，基因被賦予更為具體的內(nèi)涵。隨著分子生物學(xué)和基因工程技術(shù)的發(fā)展，基因的概念趨向更精細(xì)化。與之類似的還有基因工程、克隆和各種組學(xué)等概念，它們的內(nèi)容在不同語境下，其內(nèi)涵也不同。

3 基于哲學(xué)思維的教法探索性改革

為提高“分子生物學(xué)”課程的教學(xué)效果，須針對該課程的特點(diǎn)，根據(jù)學(xué)習(xí)的規(guī)律和學(xué)生心理學(xué)特征，基于哲學(xué)一般性原理歸納總結(jié)復(fù)雜抽象的分子生物學(xué)知識，開拓自然科學(xué)學(xué)生的人文視野，從知識的源頭激發(fā)學(xué)生的好奇天性，從根本上培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。具體的教學(xué)改革探索如下：

1)從分子生物學(xué)相關(guān)學(xué)科的關(guān)系分析入手，初步解析分子生物學(xué)發(fā)展過程中多學(xué)科相互作用關(guān)系；以發(fā)散的教學(xué)思維引導(dǎo)學(xué)生改變孤立、封閉的學(xué)習(xí)習(xí)慣，從更寬廣的領(lǐng)域了解學(xué)習(xí)分子生物學(xué)的意義。

2)以哲學(xué)一般性原理歸納總結(jié)分子生物學(xué)紛繁復(fù)雜的抽象知識，探尋分子生物學(xué)基本理論發(fā)現(xiàn)過程中蘊(yùn)含的哲學(xué)理論。將抽象的分子生物學(xué)知識放置于哲學(xué)問題探討情境下避免學(xué)生迷茫于紛繁復(fù)雜的具體知識，降低學(xué)生的認(rèn)知壓力[15]。 通過改變學(xué)生的學(xué)習(xí)情境，顯著提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動力[16-18]。

3)針對分子生物學(xué)許多術(shù)語的內(nèi)涵在不斷地演化和豐富的特點(diǎn)，開展分子生物學(xué)“語義學(xué)”研究，以動態(tài)的方式描述生物學(xué)概念發(fā)展和定律形成的過程。

4)根據(jù)分子生物學(xué)的內(nèi)在特征，探討分子生物學(xué)教學(xué)的 “方法論”，促進(jìn)教法多元化，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)不同內(nèi)容的內(nèi)在特征動態(tài)調(diào)整學(xué)習(xí)方法，形成適應(yīng)分子生物學(xué)特征的獨(dú)特的學(xué)習(xí)方法體系。再以一般性原理通過方法遷移，外延形成適合其他課程的“方法論”，推動學(xué)生學(xué)習(xí)客體的轉(zhuǎn)變(從知識學(xué)習(xí)向方法學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變)。

5)基于哲學(xué)思維的分子生物學(xué)知識框架構(gòu)建。利用系統(tǒng)與要素關(guān)系的哲學(xué)思想，以及事物可以相互轉(zhuǎn)化的哲學(xué)觀點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生勾勒出分子生物學(xué)的知識框架，構(gòu)建分子生物學(xué)的多層級的理論知識體系。

此類教法改革探索的實(shí)施有望提高學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性和主動性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；改變分子生物學(xué)教學(xué)過程中學(xué)生以靜態(tài)和固定思維方式片面理解相關(guān)概念和理論的慣性，糾正學(xué)生斷章取義的學(xué)習(xí)弊端；培養(yǎng)學(xué)生的哲學(xué)思想、開拓學(xué)生創(chuàng)新思維，充分激發(fā)學(xué)生的好奇心，辨別力和批判性，讓學(xué)生逐漸形成辯證的思維習(xí)慣，提升他們的認(rèn)知水平，拓展他們的科學(xué)思維方式，增強(qiáng)自然科學(xué)學(xué)生的人文素養(yǎng)；讓學(xué)生系統(tǒng)、全面把握分子生物學(xué)主要知識脈絡(luò)，構(gòu)建具有自身特色的分子生物學(xué)知識體系，強(qiáng)化學(xué)生對知識理解的廣度和深度。

參考文獻(xiàn)：

[1]王改平，夏曉華，梁衛(wèi)紅，等. 分流培養(yǎng)模式下改善分子生物學(xué)教學(xué)效果的思考[J]. 生物學(xué)雜志，2013,1:97-99.

[2]李海英，馬春泉，于 冰，等. 高?！胺肿由飳W(xué)”課程啟發(fā)式教學(xué)方法的探索與實(shí)踐[J]. 黑龍江教育(高教研究與評估)，2007， 10：64-65.

[3]張飛云. 啟發(fā)式教學(xué)在分子生物學(xué)中的運(yùn)用與實(shí)踐[J]. 科技資訊，2012， 12：178-179.

[4]張 丹. 拋錨式教學(xué)模式在分子生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 中國中醫(yī)藥現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育，2012，10 (6)：50-51.

[5]李旭霞，丁 寧，高 樂. Pbl 教學(xué)法在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2009， 6：102-103.

[6]熊德慧，胡維新. 開放式教學(xué)法在分子生物學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐[J]. 湘南學(xué)院學(xué)報(bào)：醫(yī)學(xué)版，2006，8 (3)：73-74.

[7]梅志強(qiáng)，段承剛，宋 杰，等. 二圓互交理論在分子生物學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐研究[J]. 山西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào): 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育版，2007，9 (5)：503-504.

[8]杜 霞，黃志軍，袁 洪. Dna甲基化與衰老的哲學(xué)思考[J]. 醫(yī)學(xué)與哲學(xué)：臨床決策論壇版，2009，9：25:61-62.

[9]胡作玄. 生命科學(xué)中的若干問題[J]. 創(chuàng)新科技，2007，(1)：42-43.

[10]高 敏，肖 夢，李蓉芬，等. 生物化學(xué)教學(xué)中的馬克思主義哲學(xué)思想[J]. 醫(yī)學(xué)教育探索，2006，5 (10)：917-918.

[11]李成立，李廣偉. 人類起源問題的哲學(xué)思考——生物進(jìn)化中的辯證法[J]. 南都學(xué)壇，2000，20 (1)：61-63.

[12]蔡衛(wèi)斌，汪炳華，洪嘉玲. “中心法則”演繹的哲學(xué)思維[J]. 醫(yī)學(xué)與社會，2001，14 (4)：28-30.

[13]刁生富. 從中心法則看生命觀的幾個問題[J]. 南都學(xué)壇，1993，13 (1)：23-27.

[14]王 巍. 生物學(xué)哲學(xué)的前沿問題——首屆“清華-匹大科學(xué)哲學(xué)暑假學(xué)院” 綜述[J]. 哲學(xué)動態(tài)，2008， 11:103-105.

[15]Kinchin L M. Visualising knowledge structures in biology: Discipline, curriculum and student Understanding[J]. Journal of Biological Education，2011，45 (4)：183-189.

[16]Bergland M， Lundeberg M A， Klyczek K， et al. Exploring biotechnology using case-based multimedia[J]. The American Biology Teacher， 2006， 68 (2)：81-86.

[17]Bj?rn H K W， Lundeberg M A， Kang H S， et al. Students’ perceptions of using personal response systems (“clickers”) with cases in science[J]. Journal of College Science Teaching， 2011, 4:70-75.

[18]Prince M J， Felder R M. Inductive teaching and learning methods: definitions, comparisons, and research bases[J]. Journal of Engineering Education， 2006， 95 (2)：123-138.