基于哲學(xué)思維的“分子生物學(xué)”教法改革初探

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(shí)和貧乏陳舊的實(shí)踐活動(dòng)導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中缺乏積極性和主動(dòng)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(kāi)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(wèn)題。如：學(xué)生難以從宏觀上系統(tǒng)認(rèn)識(shí)分子生物學(xué)知識(shí)，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(shí)結(jié)合相對(duì)單一的教學(xué)方法導(dǎo)致分子生物學(xué)知識(shí)對(duì)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(gè)既適應(yīng)學(xué)科發(fā)展特點(diǎn)又能滿(mǎn)足學(xué)生需求的教法是該門(mén)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(lái)越多哲學(xué)家關(guān)注的對(duì)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(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域。哲學(xué)是對(duì)社會(huì)知識(shí)和自然知識(shí)的概括和總結(jié)，個(gè)人的創(chuàng)新思維方式一般都會(huì)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(shí)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(shí)，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(shí)的認(rèn)知特點(diǎn)，開(kāi)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(duì)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(dòng)形態(tài)各層次之間的辯證關(guān)系的認(rèn)識(shí)；分子生物學(xué)主要從分子水平上說(shuō)明生命的統(tǒng)一性，探索生命活動(dòng)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(gè)重要的研究對(duì)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?lè)醋饔?。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(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)環(huán)境。因?yàn)?，基因表達(dá)是在一個(gè)相對(duì)開(kāi)放的系統(tǒng)中運(yùn)行的，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)對(duì)維持生物體相對(duì)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(duì)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?jī)?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(dòng)生命運(yùn)動(dòng)，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(gè)假說(shuō)向理論升華的過(guò)程[12]。其中，每個(gè)線道的產(chǎn)生都是不斷突破原先假定持續(xù)發(fā)展而來(lái)。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(guò)程，既要抓住矛盾的普遍性，也要明確矛盾的特殊性，通過(guò)“中心法則”發(fā)展過(guò)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(dòng)科學(xué)發(fā)展的過(guò)程，所以應(yīng)以發(fā)展的眼光看待科學(xué)問(wèn)題，從普遍性中鑒別特殊性，通過(guò)解決特殊性問(wèn)題歸納出普遍存在的規(guī)律，從而推動(dòng)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(lái)分子生物學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。對(duì)于單個(gè)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(shí)，也存在某些特異性基因的高甲基化(如抑癌基因ER)。對(duì)基因組而言，基因組DNA甲基化水平降低的趨勢(shì)在衰老過(guò)程中普遍存在的。無(wú)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(lái)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?jiǎng)恿υ矗cDNA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(zhǎng)時(shí)間突變積累演繹進(jìn)化過(guò)程，這一過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)量變到質(zhì)變的過(guò)程。相對(duì)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(guò)程中的內(nèi)因。生物生長(zhǎng)過(guò)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(guò)外部環(huán)境的選擇壓，它可能會(huì)定向進(jìn)化發(fā)展為一個(gè)新的物種。反之，如果某種外因的作用沒(méi)有改變分子結(jié)構(gòu)，則該作用是不會(huì)產(chǎn)生新物種的。無(wú)論非功能性改變的突變還是中性突變，雖然沒(méi)有改變生物個(gè)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(guò)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(shí)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(gè)人意義建構(gòu)的關(guān)系，強(qiáng)調(diào)科學(xué)知識(shí)在依據(jù)和邏輯上的確定性。學(xué)習(xí)過(guò)程則強(qiáng)調(diào)意義建構(gòu)，即通過(guò)探究學(xué)習(xí)方法來(lái)建構(gòu)具有自我特色的知識(shí)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(jué)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(duì)本體論對(duì)象的認(rèn)識(shí)，突出的是物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)。但是，分子生物學(xué)課程除了本體對(duì)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(duì)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(duì)所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)意義建構(gòu)，必先系統(tǒng)、深刻理解知識(shí)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(mén)發(fā)展中的學(xué)科。此外，分子生物學(xué)知識(shí)組成較為復(fù)雜，不同特征的知識(shí)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(duì)知識(shí)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(shí)。

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(dòng)過(guò)程。近年來(lái)，隨著分子生物學(xué)的快速發(fā)展，加深了我們對(duì)傳統(tǒng)生物學(xué)的認(rèn)識(shí)。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(lái)說(shuō)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(guò)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(shí)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(gè)人自身特色為一體的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

分子生物學(xué)是一門(mén)發(fā)展迅速的課程，許多術(shù)語(yǔ)的內(nèi)涵在不斷地演化和豐富。分子生物學(xué)“語(yǔ)義學(xué)”的研究以動(dòng)態(tài)的方式描述生物學(xué)概念發(fā)展和定律形成的過(guò)程。如基因的概念，基因來(lái)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(lèi)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(yǔ)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(duì)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(shí)，開(kāi)拓自然科學(xué)學(xué)生的人文視野，從知識(shí)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(guò)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(shí)，探尋分子生物學(xué)基本理論發(fā)現(xiàn)過(guò)程中蘊(yùn)含的哲學(xué)理論。將抽象的分子生物學(xué)知識(shí)放置于哲學(xué)問(wèn)題探討情境下避免學(xué)生迷茫于紛繁復(fù)雜的具體知識(shí)，降低學(xué)生的認(rèn)知壓力[15]。 通過(guò)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(dòng)力[16-18]。

3)針對(duì)分子生物學(xué)許多術(shù)語(yǔ)的內(nèi)涵在不斷地演化和豐富的特點(diǎn)，開(kāi)展分子生物學(xué)“語(yǔ)義學(xué)”研究，以動(dòng)態(tài)的方式描述生物學(xué)概念發(fā)展和定律形成的過(guò)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(dòng)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(guò)方法遷移，外延形成適合其他課程的“方法論”，推動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)客體的轉(zhuǎn)變(從知識(shí)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(shí)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(shí)框架，構(gòu)建分子生物學(xué)的多層級(jí)的理論知識(shí)體系。

此類(lèi)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(dòng)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(guò)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(kāi)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(shí)脈絡(luò)，構(gòu)建具有自身特色的分子生物學(xué)知識(shí)體系，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)知識(shí)理解的廣度和深度。

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