物理學(xué)知識(shí)原理向遺傳學(xué)教學(xué)滲透的實(shí)踐與思考

羅慎，羅培高

四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，植物遺傳和育種省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 611130

物理學(xué)知識(shí)原理向遺傳學(xué)教學(xué)滲透的實(shí)踐與思考

羅慎，羅培高

四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，植物遺傳和育種省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 611130

遺傳學(xué)是生物學(xué)科的核心課程，在生物學(xué)的教學(xué)與研究中具有十分重要的作用，而遺傳學(xué)的知識(shí)原理與物理學(xué)的知識(shí)原理具有一定的相似性。由于遺傳學(xué)教學(xué)內(nèi)容較為抽象，加之學(xué)生在中學(xué)階段所學(xué)的遺傳學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)相對(duì)薄弱，導(dǎo)致部分學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣。如何采用“滲透式”的教學(xué)方法將學(xué)生深厚的物理學(xué)知識(shí)原理引入遺傳學(xué)課堂是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。近年來(lái)，筆者應(yīng)用物理學(xué)的知識(shí)原理，將部分物理知識(shí)與遺傳知識(shí)進(jìn)行類比教學(xué)和滲透式教學(xué)，提升學(xué)生對(duì)遺傳學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)層次和理解水平，進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維能力。

物理學(xué)知識(shí)；遺傳學(xué)教學(xué)；滲透式教學(xué)；類比教學(xué)；邏輯推理；學(xué)科交叉與融合

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由于物質(zhì)世界的統(tǒng)一性，使自然科學(xué)的不同學(xué)科間具有高度的相似性和類比性。對(duì)不同學(xué)科的知識(shí)及其原理類比分析與邏輯推理，通常能夠開(kāi)拓視野、理清思路和升華認(rèn)知水平。物理學(xué)的知識(shí)及其原理無(wú)論對(duì)自然科學(xué)還是社會(huì)科學(xué)的研究與發(fā)展均起著重要的作用。由于生命的本質(zhì)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種方式，因此生命科學(xué)與物理學(xué)有著內(nèi)在的聯(lián)系。著名物理學(xué)家薛定諤曾試圖運(yùn)用熱力學(xué)原理和量子力學(xué)理論來(lái)詮釋生命的本質(zhì)，此舉推動(dòng)了科學(xué)家利用理化方法來(lái)研究生命活動(dòng)[1]。物理學(xué)和生命科學(xué)是20世紀(jì)發(fā)展最為迅速的兩門學(xué)科，而21世紀(jì)則是生命科學(xué)的時(shí)代，特別是遺傳學(xué)的快速進(jìn)步正推動(dòng)著整個(gè)生命科學(xué)的迅猛發(fā)展。一方面，隨著遺傳學(xué)學(xué)科的不斷進(jìn)步和本科教學(xué)改革的日新月異，遺傳學(xué)教學(xué)知識(shí)量的劇增與其授課學(xué)時(shí)日漸壓縮之間的矛盾日趨加劇；另一方面，開(kāi)展多學(xué)科綜合研究和學(xué)科交叉研究已成為我國(guó)乃至世界科技發(fā)展的重大需求。許多遺傳學(xué)教師為了解決這一矛盾，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科交叉融合的綜合創(chuàng)新能力，進(jìn)而在教學(xué)理念和方法上進(jìn)行革新[2]，如概念圖的運(yùn)用[3]、學(xué)科間的滲透式教學(xué)[4,5]、知識(shí)板塊的網(wǎng)絡(luò)化[6,7]以及以問(wèn)題為導(dǎo)向的(Problem-Based Learning, PBL)教學(xué)方法[8]等。但是，如何進(jìn)一步將遺傳學(xué)知識(shí)類比成物理學(xué)現(xiàn)象，如何運(yùn)用物理學(xué)嚴(yán)密的邏輯推理來(lái)簡(jiǎn)化復(fù)雜的遺傳學(xué)問(wèn)題，以及如何運(yùn)用理化思維來(lái)講授遺傳學(xué)知識(shí)內(nèi)容，是遺傳學(xué)教師應(yīng)該思考與探討的新問(wèn)題。筆者基于自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，淺析將物理學(xué)知識(shí)和原理引入遺傳學(xué)課堂的應(yīng)用與實(shí)踐。

1 物理學(xué)滲透加速了遺傳學(xué)學(xué)科的建立與發(fā)展

1.1 物理學(xué)理論推動(dòng)了遺傳學(xué)學(xué)科的建立

科學(xué)發(fā)展到一定程度之后，學(xué)科之間的思維和理論往往相互融合、滲透，界線也變得更加模糊。20世紀(jì)，物理學(xué)家的視野從宏觀系統(tǒng)轉(zhuǎn)到微觀理論，提出了現(xiàn)代物理學(xué)的兩大理論支柱——量子論和相對(duì)論，這種從宏觀到微觀的思想也極大地影響這一時(shí)期的遺傳學(xué)研究[9]。1865年，植物遺傳學(xué)家孟德?tīng)柕耐愣闺s交實(shí)驗(yàn)選用植株個(gè)體宏觀表現(xiàn)的物理特性即“性狀”為研究對(duì)象，詳細(xì)地描述了性狀的遺傳現(xiàn)象，從而提出了著名的孟德?tīng)栠z傳定律——分離定律和自由組合定律。后來(lái)盡管遺傳學(xué)家也發(fā)現(xiàn)與孟德?tīng)栂嗨频暮暧^的遺傳現(xiàn)象，但在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里人們對(duì)控制生物性狀遺傳的微觀理論幾乎一無(wú)所知。隨著物理學(xué)思想從宏觀理論到微觀理論的轉(zhuǎn)變，遺傳學(xué)家的研究焦點(diǎn)也從宏觀的“性狀”轉(zhuǎn)向控制性狀產(chǎn)生的微觀粒子“基因”，即基因的組成與空間結(jié)構(gòu)。物理學(xué)思想對(duì)遺傳學(xué)學(xué)科的影響表現(xiàn)得最為直接的是許多物理學(xué)家率先提出了一些分子遺傳學(xué)的精辟見(jiàn)解。首先著名物理學(xué)家玻爾在海森堡的“測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系”的基礎(chǔ)上建立了“互補(bǔ)原理”[1]。隨后 Chargaff基于這種原理提出了著名的 Chargaff規(guī)則[10]，這為 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)提供了有力的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。其次，以德?tīng)柌紖慰藶槭椎男畔W(xué)派和噬菌體學(xué)派的研究直接證明了遺傳物質(zhì)的本質(zhì)是DNA[1]。再次，波動(dòng)力學(xué)理論的創(chuàng)始人薛定諤1944年發(fā)表了《What is life?》的論著[11]，這本書(shū)已成為物理學(xué)對(duì)遺傳學(xué)發(fā)展影響非常巨大的經(jīng)典之作。 最后物理學(xué)家克里克與生物學(xué)家華生一起提出了舉世聞名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)[12]，從此遺傳學(xué)發(fā)展進(jìn)入了分子遺傳學(xué)時(shí)代，而作為物理學(xué)家的克里克卻最終以獲諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)而著稱。由此可見(jiàn)，物理學(xué)思想和理論貫穿遺傳學(xué)學(xué)科的建立和發(fā)展，這就是物理通常作為生物類專業(yè)的基礎(chǔ)課程設(shè)置的理論依據(jù)。

1.2 物理學(xué)為遺傳學(xué)的發(fā)展提供現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)手

段和技術(shù)保障

物理學(xué)原理對(duì)遺傳學(xué)的發(fā)展具有十分重要的影響。首先，基于物理學(xué)原理的光學(xué)顯微鏡的發(fā)明為細(xì)胞遺傳學(xué)的研究創(chuàng)造了良好條件。運(yùn)用光學(xué)顯微鏡，生物學(xué)家觀察到了減數(shù)分裂和有絲分裂等基本的遺傳學(xué)行為，同時(shí)光學(xué)顯微鏡也是核型分析的必要設(shè)備。不難看出，光學(xué)顯微鏡加速了遺傳學(xué)中“染色體理論”的提出，推動(dòng)了細(xì)胞遺傳學(xué)的發(fā)展。其次，1927年，物理學(xué)家馬勒用X射線對(duì)果蠅進(jìn)行處理，獲得了在遺傳學(xué)中具有極大研究?jī)r(jià)值的突變體，開(kāi)辟了新的遺傳學(xué)研究領(lǐng)域。再次，運(yùn)用阿斯特伯開(kāi)創(chuàng)的X射線衍射所獲得的DNA數(shù)據(jù)，是DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)提出的重要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。最后，瑞士科學(xué)家用X射線晶體成像法得到了DNA關(guān)鍵部位的原子結(jié)構(gòu)，為人們從分子水平向更為微觀的原子角度揭開(kāi)生命的奧秘奠定了理論基礎(chǔ)。綜上所述，基于物理學(xué)原理的儀器設(shè)備是遺傳學(xué)發(fā)展過(guò)程中必不可少的物質(zhì)條件。因此，遺傳學(xué)教師在教學(xué)中靈活運(yùn)用物理學(xué)原理來(lái)講解基本的遺傳學(xué)概念，用物理學(xué)的思維進(jìn)行邏輯推理，既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生的認(rèn)識(shí)水平和層次，又能讓學(xué)生了解一些遺傳學(xué)研究中的主要儀器設(shè)備，更能讓學(xué)生明白學(xué)科間的交叉整合已成為生命科學(xué)發(fā)展的主流趨勢(shì)。

在遺傳學(xué)課堂中適當(dāng)介紹物理學(xué)知識(shí)原理在遺傳學(xué)學(xué)科建立和發(fā)展過(guò)程中的貢獻(xiàn)與作用，使學(xué)生明白不同學(xué)科發(fā)展往往是相互促進(jìn)、相互影響的，這將有助于開(kāi)闊學(xué)生的視野。通過(guò)一些經(jīng)典人物故事的講解，如克里克、薛定諤在生命科學(xué)特別是遺傳學(xué)的進(jìn)步與發(fā)展中的貢獻(xiàn)等，將極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和內(nèi)在動(dòng)力。此外，這些經(jīng)典故事在遺傳教學(xué)中的介紹不僅能強(qiáng)化學(xué)生數(shù)、理、化、生是一“家”的意識(shí)，而且能暗示學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神通常是攀登科學(xué)高峰必不可少的個(gè)性品格。

2 物理學(xué)思維向遺傳學(xué)教學(xué)滲透的典型案例

2.1 基于力學(xué)原理的“雙彈簧振子模型”有助于學(xué)

生深入理解細(xì)胞分裂過(guò)程

在遺傳學(xué)教學(xué)中靈活運(yùn)用物理學(xué)的知識(shí)原理，通過(guò)類比和邏輯推理來(lái)深入理解遺傳現(xiàn)象的本質(zhì)，有利于開(kāi)拓學(xué)生的視野，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺(jué)性和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力[13]。細(xì)胞分裂特別是減數(shù)分裂是三大經(jīng)典遺傳定律即分離定律、自由組合定律和連鎖互換定律的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)，也是深入理解性狀傳遞的必備知識(shí)。因此，細(xì)胞分裂既是遺傳學(xué)教學(xué)中的重點(diǎn)，又是教學(xué)難點(diǎn)[6]。根據(jù)筆者自身的體會(huì)：在細(xì)胞分裂的不同時(shí)期，染色體交替進(jìn)行中心運(yùn)動(dòng)(前期到中期)和極向運(yùn)動(dòng)(中期到后期)是學(xué)生深入領(lǐng)會(huì)這一復(fù)雜過(guò)程的最大障礙，并且染色體呈現(xiàn)這種周期性往返運(yùn)動(dòng)的生物學(xué)機(jī)制也尚不完全清楚，從而使得學(xué)生難于理解，教學(xué)效果較差。在過(guò)去10余年的教學(xué)生涯中，筆者一直試圖提出一個(gè)理想的教學(xué)模型來(lái)幫助學(xué)生理解細(xì)胞分裂這一復(fù)雜過(guò)程。實(shí)踐證明“雙彈簧振子模型”的教學(xué)效果良好，該模型已于2012年在國(guó)際知名的生物學(xué)教學(xué)雜志 The American Biology Teacher發(fā)表[14]，該模型主要是基于物理學(xué)的思維和原理，其主體內(nèi)容包括：將來(lái)源于細(xì)胞兩極的紡綞絲類比成兩根彈簧；把染色體著絲粒表面的一對(duì)半球形的動(dòng)粒類比成磁鐵的正極和負(fù)極；將染色體的單向振動(dòng)比喻成單個(gè)彈簧振子而將染色體共定向比喻成雙彈簧振子；進(jìn)而將赤道板比喻成雙彈簧振子的平衡點(diǎn)[14]?；谏鲜龅幕炯僭O(shè)，很容易運(yùn)用物理學(xué)的知識(shí)進(jìn)行邏輯推理和相關(guān)知識(shí)的講授。在此基礎(chǔ)上采用PBL教學(xué)法進(jìn)一步闡述是什么原因確保了染色體分離的準(zhǔn)確性與精確性。這樣也許會(huì)讓學(xué)生提出如下問(wèn)題：什么原因造成在不同的細(xì)胞時(shí)期染色體運(yùn)動(dòng)方向相反？控制染色體在細(xì)胞分離過(guò)程中周期性往返運(yùn)動(dòng)的信號(hào)分子是什么？動(dòng)粒與紡綞絲連接、染色體單向振動(dòng)和共定向的機(jī)理是什么？是什么原因?qū)е陆忝萌旧珕误w或者二價(jià)體分離等科學(xué)問(wèn)題。學(xué)生可能懷著好奇的心理去努力嘗試找到相應(yīng)的生物學(xué)證據(jù)，接下來(lái)給學(xué)生一定的時(shí)間去思考和查證。幾天后可將遺傳學(xué)研究中關(guān)于染色體運(yùn)動(dòng)、分離的各種模型如文中參考文獻(xiàn)[15～20]的全文陸續(xù)分發(fā)給大家，運(yùn)用類比和邏輯推理的方法在課堂上對(duì)問(wèn)題進(jìn)行一一解答。由此，遺傳學(xué)的教學(xué)內(nèi)容得到有效更新，從而避免知識(shí)點(diǎn)過(guò)于老化，真正做到遺傳學(xué)教學(xué)與遺傳學(xué)研究同步發(fā)展和與時(shí)俱進(jìn)。這樣既能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也能培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力，更能提高學(xué)生對(duì)理科知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。

2.2 DNA空間結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)問(wèn)題與生物遺傳和變異的本質(zhì)聯(lián)系

能量在所有生命活動(dòng)過(guò)程中起著十分重要的作用，遺傳和變異則是整個(gè)生物界既對(duì)立又統(tǒng)一的兩個(gè)最基本、最普遍的生命特征。眾所周知，影響遺傳和變異的核心物質(zhì) DNA分子具有不同的空間結(jié)構(gòu)，而不同的結(jié)構(gòu)形式所對(duì)應(yīng)的能量級(jí)別不一樣。因此，在遺傳學(xué)教學(xué)中適當(dāng)運(yùn)用邏輯演繹推理闡明這些現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系，既可以強(qiáng)化學(xué)生思維的綜合性、完整性和創(chuàng)新性，也可以促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成“探究式”學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣，還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和提高其自學(xué)能力[4,6,13]。B-DNA是所有生物體內(nèi)DNA分子存在的主要形式，其對(duì)應(yīng)的能量(勢(shì)能)最低，因此是所有DNA構(gòu)象中最為穩(wěn)定的形式，恰恰是這種穩(wěn)定性確保了物種內(nèi)不同個(gè)體間或者世代間生物性狀的連續(xù)性和相似性，這種構(gòu)象是DNA分子作為遺傳物質(zhì)必備的能量學(xué)基礎(chǔ)。反之亦然，Z-DNA是目前報(bào)道的構(gòu)象中能量(勢(shì)能)最高的二級(jí)結(jié)構(gòu)形式，在生物體內(nèi)極易誘導(dǎo)DNA分子的改變，通常被看作是導(dǎo)致生物變異的內(nèi)因。這樣就有效建立起了“B-DNA對(duì)應(yīng)遺傳”和“Z-DNA對(duì)應(yīng)變異”的核酸分子空間結(jié)構(gòu)與生物學(xué)功能之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步運(yùn)用普朗克恒量知識(shí)來(lái)講解環(huán)境是如何將“遺傳”和“變異”有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái)，因?yàn)樯锷L(zhǎng)環(huán)境中的一些物理射線(如X射線和γ射線)具有較高的能量，該能量可將 DNA分子的局部區(qū)域從“B-DNA”構(gòu)象改變成“Z-DNA”構(gòu)象，進(jìn)而導(dǎo)致生物性狀發(fā)生改變即變異，再通過(guò)DNA構(gòu)象轉(zhuǎn)換的科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)證據(jù)[21,22]闡明這種解釋的科學(xué)性和合理性。由此說(shuō)明環(huán)境因素可能是遺傳和變異的橋梁和紐帶。這將有效拓寬學(xué)生的聯(lián)想空間，刺激學(xué)生探索和學(xué)習(xí)的激情和興趣，完善學(xué)習(xí)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，提高其認(rèn)識(shí)層次。

2.3 物理距離與遺傳距離是講授連鎖遺傳定律的重要概念

物理距離和遺傳距離之間的邏輯關(guān)系也許是加快物理學(xué)知識(shí)原理向遺傳學(xué)教學(xué)滲透的催化劑?；诨蜷g遺傳距離計(jì)算的連鎖作圖和精細(xì)遺傳圖譜的構(gòu)建既是生物學(xué)中基因圖位克隆及其下游研究的必要條件，也是連鎖遺傳定律在科學(xué)研究中的實(shí)際應(yīng)用。不難看出，遺傳距離是遺傳學(xué)教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。通過(guò)講解遺傳距離和物理距離之間的區(qū)別與聯(lián)系，明確二者的內(nèi)涵，是深入理解連鎖遺傳定律的有效手段。遺傳距離是通過(guò)計(jì)算兩個(gè)基因位點(diǎn)間的重組率來(lái)表示，是一種相對(duì)位置關(guān)系，用厘摩(cM)表示。而物理距離則是兩個(gè)基因位點(diǎn)間實(shí)際的間隔距離，以兩基因間堿基對(duì)的數(shù)目作為衡量單位。通常來(lái)說(shuō)，基因間的遺傳距離越大，其物理距離也越大，變化的趨勢(shì)是一致的，但二者間又不是完全的直線性關(guān)系。這也說(shuō)明基因在空間上的物理位置在一定程度上會(huì)影響遺傳學(xué)行為。進(jìn)一步運(yùn)用聯(lián)想教學(xué)法引入常染色質(zhì)和異染色質(zhì)的概念來(lái)解釋染色體不同區(qū)域組成的物理差異與變換頻率的關(guān)系，從而建立起物理學(xué)組成與生物學(xué)功能之間的內(nèi)在聯(lián)系。也可在此基礎(chǔ)上深入講解干擾與符合系數(shù)等一系列的基本概念。這種方式能引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已有的數(shù)、理、化知識(shí)建立起自然科學(xué)的創(chuàng)新思維體系，提高學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。

2.4 維持遺傳學(xué)學(xué)科的完整性和獨(dú)立性是確保滲透式教學(xué)取得良好效果的重要途徑

為了保證遺傳學(xué)學(xué)科的完整性和獨(dú)立性，在遺傳學(xué)教學(xué)中進(jìn)行物理學(xué)知識(shí)原理進(jìn)行滲透式教學(xué)要防止遺傳學(xué)和物理學(xué)學(xué)科間基本概念的混淆。根據(jù)過(guò)去的教學(xué)經(jīng)歷，以下措施在一定程度上能避免這一問(wèn)題。首先，準(zhǔn)確理解學(xué)科間知識(shí)原理的相似度，只采用相似度很高的知識(shí)原理進(jìn)行滲透教學(xué)，不要為了進(jìn)行滲透式教學(xué)將不同學(xué)科間相似度較低的知識(shí)原理進(jìn)行牽強(qiáng)的類比和推理；其次，適當(dāng)控制滲透式教學(xué)的數(shù)量，不宜過(guò)多比較學(xué)科間知識(shí)點(diǎn)的異同，只需要將經(jīng)典的內(nèi)容進(jìn)行滲透，通過(guò)舉一反三、觸類旁通的思路即可；最后，以遺傳學(xué)概念為主而物理學(xué)概念為輔是防止概念混淆的重要手段。

3 物理學(xué)知識(shí)原理向遺傳學(xué)課堂滲透的思考

3.1 物理學(xué)滲透是創(chuàng)新性復(fù)合型人才培養(yǎng)的內(nèi)在要求

創(chuàng)新既是人類進(jìn)步的靈魂，更是科學(xué)研究中永恒的主題曲。創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)無(wú)疑是人才培養(yǎng)的最高目標(biāo)，因此作為高等學(xué)校的主要任務(wù)就是努力提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》明確了高等教育改革的核心內(nèi)容就是探索創(chuàng)新性復(fù)合型高素質(zhì)人才培養(yǎng)的新模式。目前，學(xué)科間交叉、融合已成為自然科學(xué)研究的一種必然趨勢(shì)，因此，靈活運(yùn)用物理學(xué)原理及其思維來(lái)分析生命活動(dòng)的本質(zhì)，已成為高等院校人才培養(yǎng)目標(biāo)的內(nèi)在需要。過(guò)去，由于許多學(xué)生沒(méi)能將各門課程的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行有機(jī)的聯(lián)系，其所學(xué)知識(shí)很難形成一個(gè)完整的理論體系，嚴(yán)重制約學(xué)生邏輯思維能力和綜合創(chuàng)新能力的提高。物理學(xué)知識(shí)和原理具有高度嚴(yán)密的邏輯性，有助于學(xué)生通過(guò)類比的方法去理解其他學(xué)科的知識(shí)重點(diǎn)及其難點(diǎn)，達(dá)到觸類旁通的良好效果。由此可見(jiàn)，將物理學(xué)知識(shí)原理向遺傳學(xué)課堂進(jìn)行滲透式教學(xué)，找到遺傳學(xué)知識(shí)和物理學(xué)原理之間的共性和個(gè)性，在學(xué)科間建立起完整的知識(shí)體系和邏輯體系已是創(chuàng)新性復(fù)合型人才培養(yǎng)的要求。

3.2 物理學(xué)滲透是提高教師教學(xué)水平的重要途徑

教師自身的教學(xué)水平和教學(xué)藝術(shù)將直接影響其教學(xué)效果。能否有效的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣以及能否調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性也取決于教師的自身素質(zhì)。而巧妙運(yùn)用學(xué)生掌握的學(xué)科間的知識(shí)原理及其思維方式進(jìn)行滲透式教學(xué)是提升教師教學(xué)水平和教學(xué)藝術(shù)的重要途徑。滲透式教學(xué)的前提是要求教師自身對(duì)各科學(xué)間的知識(shí)點(diǎn)具有完整的知識(shí)體系和邏輯框架，對(duì)相關(guān)學(xué)科的知識(shí)原理和邏輯思維都要有一定的見(jiàn)解和領(lǐng)會(huì)，特別是它們之間本質(zhì)的邏輯聯(lián)系。把物理學(xué)知識(shí)原理向遺傳學(xué)課程進(jìn)行教學(xué)滲透，加深遺傳學(xué)教師對(duì)遺傳學(xué)基本知識(shí)、概念和理論的理解，促進(jìn)遺傳學(xué)教師對(duì)各學(xué)科知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行類比和邏輯演繹，進(jìn)而激發(fā)教師對(duì)教學(xué)工作的激情。由此可見(jiàn)，學(xué)科間滲透式教學(xué)是拓展教師的知識(shí)面和全面提高教師自身素質(zhì)的主要手段。

3.3 物理學(xué)滲透是教學(xué)手段多元化的結(jié)果

合理應(yīng)用多元化的教學(xué)手段是提高教學(xué)效果的前提條件。通過(guò)多元化教學(xué)手段合理搭配，將講授內(nèi)容進(jìn)行集約化和系統(tǒng)化歸類，引導(dǎo)學(xué)生從不同的層次和視角來(lái)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。物理學(xué)概念形象生動(dòng)，其邏輯推理又具有高度的嚴(yán)密性，因此靈活運(yùn)用物理學(xué)思維來(lái)講授遺傳學(xué)知識(shí)，將增強(qiáng)學(xué)生對(duì)遺傳學(xué)知識(shí)掌握的系統(tǒng)性和完整性。此外，豐富多樣的物理學(xué)知識(shí)是供遺傳學(xué)教學(xué)滲透的良好素材，如前面所述的光學(xué)原理、力學(xué)原理、熱力學(xué)原理等。其實(shí)，遺傳學(xué)教學(xué)中進(jìn)行物理學(xué)滲透使得案例教學(xué)法、提問(wèn)式教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法以及PBL教學(xué)法更加行之有效。顯而易見(jiàn)，物理學(xué)滲透是自然科學(xué)領(lǐng)域教學(xué)手段多元化的必然產(chǎn)物。

3.4 物理學(xué)滲透是遺傳學(xué)學(xué)科發(fā)展的必由之路

物理學(xué)蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)理論和學(xué)術(shù)思想，而它們通常是生物學(xué)研究中許多高、精、尖儀器設(shè)備得以問(wèn)世的理論基礎(chǔ)。隨著物理學(xué)知識(shí)和遺傳學(xué)乃至整個(gè)生命科學(xué)進(jìn)行快速的交叉、融合，使得一些交叉學(xué)科如生物物理學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、生物信息學(xué)等應(yīng)運(yùn)而生，一些新的科學(xué)概念如“DNA芯片”和“DNA存儲(chǔ)器”日新月異。而這些交叉學(xué)科的發(fā)展和新研究領(lǐng)域的建立又反過(guò)來(lái)促使遺傳學(xué)學(xué)科快速發(fā)展，如生物信息學(xué)和DNA芯片技術(shù)已成為解析基因功能的重要手段和方法。又如，利用拓?fù)鋵W(xué)和熱力學(xué)知識(shí)來(lái)研究基因的傳遞[21]和表達(dá)[22]。反之，新的概念出現(xiàn)也可能為遺傳學(xué)提供更為廣闊的應(yīng)用前景，比如“DNA存儲(chǔ)器”的出現(xiàn)暗示遺傳學(xué)的進(jìn)步可能引發(fā)信息科學(xué)領(lǐng)域的革命性的轉(zhuǎn)變。顯而易見(jiàn)，將物理學(xué)及其他理化知識(shí)如化學(xué)[4]和數(shù)學(xué)[5]學(xué)科的知識(shí)原理向遺傳學(xué)乃至整個(gè)生命科學(xué)的教學(xué)和科研進(jìn)行交叉和融合，已成為遺傳學(xué)和生命科學(xué)發(fā)展的必由之路。

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(責(zé)任編委: 王曉群)

The practice and discussion of the physical knowledge stepping into genetics teaching

Shen Luo, Peigao Luo

State Key Laboratory of Plant Breeding and Genetics, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China

Genetics, one of the core courses of biological field, play a key role in biology teaching and research. In fact, there exists high similarity between many genetic knowledge and physical knowledge. Due to strong abstract of genetic contents and the weak basis of genetics, some students lack of interests to study genetics. How to apply the strong physical knowledge which students had been learned in the middle school in genetics teaching is worthwhile for genetics teachers. In this paper, we would like to introduce an infiltrative teaching model on applying physical knowledge into genetic contents by establishing the intrinsic logistic relationship between physical knowledge and genetic knowledge. This teaching model could help students more deeply understand genetic knowledge and enhance students’ self-studying ability as well as creating ability.

physical knowledge; genetics teaching; infiltrative teaching; analogical teaching; logistic reasoning; cross and integration of disciplines

2014-02-13;

2014-05-23

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：31271721)，教育部“高等教育質(zhì)量工程”(農(nóng)學(xué)專業(yè)綜合改革－《普通遺傳學(xué)》雙語(yǔ)教學(xué)課程)(編號(hào)：ZG0449)和四川省“高等教育質(zhì)量工程”(農(nóng)學(xué)專業(yè)綜合改革－《普通遺傳學(xué)》雙語(yǔ)教學(xué)課程)項(xiàng)目資助

羅慎，學(xué)士，助教，研究方向：普通生物學(xué)教學(xué)。Tel:028-86290983; E-mail: 651715458@qq. com

羅培高，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：遺傳學(xué)教學(xué)和小麥抗病分子細(xì)胞遺傳學(xué)及其生理學(xué)研究。Tel: 028-86290978; E-mail: lpglab@sicau.edu.cn

10.3724/SP.J.1005.2014.0952

時(shí)間: 2014-7-1 14:56:55