生命科學與生物學
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生命科學與生物學范文第1篇
[關鍵詞] 系統生物學；基因組學；蛋白質組學；計算生物學
近代生物學研究主要是以分子生物學和細胞生物學研究為主。研究方法皆采用典型的還原論方法。目前為止，還原論的研究已經取得了大量的成就，在細胞甚至在分子層次對生物體都有了很具體的了解，但對生物體整體的行為卻很難給出系統、圓滿的解釋。生物科學還停留在實驗科學的階段，沒有形成一套完整的理論來描述生物體如何在整體上實現其功能行為，這實際上是還停留在牛頓力學思想體系的簡單系統的研究階段。但是生物體系統具有紛繁的復雜性[1，2]。盡管對一個復雜的生物系統來說，研究基因和蛋白質是非常重要的，而且它將是我們系統生物學的基礎，但是僅僅這些尚不能充分揭示一個生物系統的全部信息。這種研究結果只限于解釋生物系統的微觀或局部現象，并不能解釋系統整體整合功能的來源，不能充分揭示一個生物系統的信息，且忽略了系統中各個層面的交互、支持、整合等作用，限制了生物學研究的發展。在這種現狀下，20世紀末人類基因組計劃完成后，生物學領域的科學家都在考慮一個問題：未來生物學研究的方向在哪里？為此學術界也不乏辯論。得出的共識是：生物學的發展未來主要面對如下問題：(1)如何弄清楚單一生物反應網絡，包括反應分子之間的關系、反應方式等；(2)如何研究生物反應網絡之間的關系，包括量化生物學反應及生物反應網絡；(3)如何利用計算機信息及生物工程技術進行生物反應，生物反應網絡，乃至器官及生物體的重建。
早在1969年，Bertalanfy LV就提出了一般系統理論(general systems theory)，他在文章中指出生物體是一個開放系統，對其組成及生物學功能的深入研究最終需要借助于計算機和工程學等其他分支學科才能完成[3]。1999年，由Leroy Hood創立的系統生物學(systems biology)則是在以還原論為主流的現代生物學中反其道而行之，把這種以整體為研究對象的概念重新提出。他給系統生物學賦予了這樣的定義，系統生物學(systems biology)是研究一個生物系統中所有組成成分(基因、mRNA、蛋白質等)的構成，以及在特定條件下這些組分間的相互關系的學科。換言之，以往的實驗生物學僅關心基因和蛋白質的個案，而系統生物學則要研究所有的基因、所有的蛋白質、組分間的所有相互關系。顯然，系統生物學是以整體性研究為特征的一種大科學，是生物學領域革命性的方法論。以胡德的觀點，基因、蛋白質以及環境之間不同層次的交互作用共同架構了整個系統的完整功能。因此，用系統的方法來理解一個生物系統應當成為并正在成為生物學研究方法的主流。利用系統的方法對其進行解析，綜合分析觀察實驗的數據來進行系統分析。具體通過建立一定的數學模型，并利用其對真實生物系統進行預測來驗證模型的有效性，從而揭示出生物體系所蘊涵的奧秘，這正是生物學研究方法的關鍵所在。
1 系統生物學的主要研究內容
系統生物學主要研究實體系統(如生物個體、器官、組織和細胞)的建模與仿真、生化代謝途徑的動態分析、各種信號轉導途徑的相互作用、基因調控網絡以及疾病機制等[4，5]。
系統生物學的首要任務是對系統狀態和結構進行描述，即致力于對系統的分析與模式識別，包括對系統的元素與系統所處環境的定義，以及對系統元素之間的相互作用關系和環境與系統之間的相互作用的深入分析。具體如生物反應中反應成分之間的量的關系，空間位置，時間次序，反應成分之間的因果關系，特別是反饋調節和變量控制等有關整個反應體系的問題等。其次要對系統的演化進行動態分析，包括對系統的穩態特征、分岔行為、相圖等的分析。掌握了系統的基本演化機制，使系統具有目標性和可操作性，使之按照我們所期望的方向演化，也有助于我們重新構建或修復系統，為組織工程學的組織設計提供指導。另外，系統科學對生物系統狀態的描述是分層次的，對不同層次進行的描述可能是完全不同的；系統科學對系統演化機制的分析更強調整體與局部的關系，要分析子系統之間的作用如何形成系統整體的表現、功能，而且對系統整體的每一行為都要找出其與微觀層次的聯系。
系統生物學的研究包括兩方面的內容。首先是實驗數據的取得，這主要包括提供生物數據的各種組學技術平臺，其次是利用計算生物學建立生物模型。因此科學家把系統生物學分為“濕”的實驗部分（實驗室內的研究)和“干”的實驗部分（計算機模擬和理論分析)。“濕”、“干”實驗的完美整合才是真正的系統生物學。
系統生物學的技術平臺主要為各種組學研究。這些高通量的組學實驗構成了系統生物學的技術平臺。提供建立模型所需的數據，并辨識出系統的結構。其中包括基因組學、轉錄組學、蛋白質組學、代謝組學、相互作用組學和表型組學計算生物學通過建模和理論探索。可以為生物系統的闡明和定量預測提供強有力的基礎。計算生物學包括數據開采和模擬分析。數據開采是從各實驗平臺產生的大量數據和信息中抽取隱含其內的規律并形成假說。模擬分析是用計算機驗證所形成的假說，并對擬進行的體內、體外生物學實驗進行預測，最終形成可用于各種生物學研究和預測的虛擬系統。計算生物學涉及一些新的數學原理和運算規則，需要物理和數學來研究生物學的最基本的原理，也需要計算科學、信息學、工程學等進行生物工程重建和生物信息傳遞的研究。
2 系統生物學的研究思路及特點
系統生物學識別目標生物系統中的各種因素，然后構架一個系統模型，在其中賦予這個生物系統能動性。在此模型中研究細胞、組織、器官和生物體整體水平，研究結構和功能各異的各種分子及其相互作用，并通過計算生物學來定量描述和預測生物功能、表型和行為。系統生物學最大的特點即整合。這里的整合主要包括三重含義。首先，把系統內不同性質的構成要素(DNA、mRNA、蛋白質、生物小分子等)整合在一起進行研究；其次，對于多細胞生物，系統生物學要實現從基因到細胞、到器官、到組織甚至是個體的各個層次的整合。第三，研究思路和方法的整合。經典的分子生物學研究是一種垂直型的研究，即采用多種手段研究個別的基因和蛋白質。而基因組學、蛋白質組學和其他各種“組學”則是水平型研究，即以單一的手段同時研究成千上萬個基因或蛋白質。而系統生物學的特點，則是要把水平型研究和垂直型研究整合起來，成為一種“三維”的研究[6]。
3 系統生物學的研究方法
系統生物學最重要的研究手段是干涉(perturbation)。系統生物學的發展正是由于對生物系統的干擾手段不斷進步促成的。干涉主要分為從上到下(top-down)或從下到上(bottom-up)兩種。從上到下，即由外至里，主要指在系統內添加新的元素，觀察系統變化。例如，在系統中增加一個新的分子以阻斷某一反應通路。而從下到上，即由內到外，主要是改變系統內部結構的某些特征，從而改變整個系統，如利用基因敲除，改變在信號傳導通路中起重要作用的蛋白質的轉錄和翻譯水平[7]。
目前國際上系統生物學的研究方法根據所使用研究工具的不同可分為兩類：一類是實驗性方法，一類是數學建模方法。實驗性方法主要是通過進行控制性的反復實驗來理解系統[8，9]。首先明確要研究的系統以及所關注的系統現象或功能，鑒別系統中的所有主要元素，如DNA、mRNA、蛋白質等，并收集所有可用的實驗數據，建立一個描述性的初級模型(比如圖形的)，用以解釋系統是如何通過這些元素及其之間的相互作用實現自身功能的。其次在控制其他條件不變的情況下，干擾系統中的某個元素，由此得到這種干擾情況下系統各種層次水平的一些數據，同時收集系統狀態隨時變化的數據，整合這些數據并與初級模型進行比較，對模型與實際之間的不符之處通過提出各種假設來進行解釋，同時修正模型。再設計不同的干擾，重復上面的步驟，直到實驗數據與模型相一致為止。
數學建模[10，11]方法在根據系統內在機制對系統建立動力學模型，來定量描述系統各元素之間的相互作用，進而預測系統的動態演化結果。首先選定要研究的系統，確定描述系統狀態的主要變量，以及系統內部和外部環境中所有影響這些變量的重要因素。然后深入分析這些因素與狀態變量之間的因果關系，以及變量之間的相互作用方式，建立狀態變量的動態演化模型。再利用數學工具對模型進行求解或者定性定量分析，充分挖掘數學模型所反映系統的動態演化性質，給出可能的演化結果，從而對系統行為進行預測。
4 當代系統生物學研究熱點
基因表達、基因轉換開關、信號轉導途徑，以及系統出現疾病的機制分析等四個方面是目前系統生物學研究的主要陣地。
基因組醫學(genomic medicine)是以人類基因組為基礎的生命科學和臨床醫學的革命。生命科學和臨床醫學結合，將人類基因組研究成果轉化應用到臨床實踐中，是后基因組時代最重要的研究方向之一。人類基因組計劃從完成和多種疾病相關的基因研究發現，迅速進入到蛋白質組學、染色體組和人類疾病基因的研究，通過單基因或復雜多基因疾病的相關基因研究和疾病易感因素分析，達到揭示基因與疾病的關系之目的；遺傳背景與環境因素綜合作用對疾病發生發展的影響；為疾病的診斷、預防和治療、預后和風險預測提供依據。基因組醫學將大大提高我們對健康和疾病狀態的分子基礎的認識，增強研制有效干預方法的能力。
后基因組(post-genome)的交叉學科研究是目前生命科學研究的前沿。交叉學科是一個新的研究領域，范圍非常廣闊，如基因組、蛋白質組、轉錄組等等，從而出現許多新的交叉學科。
細胞信號轉導(signal transduction)的研究是當前細胞生命活動研究的重要課題。細胞信號轉導蛋白質組學是功能蛋白質組學的重要組成部分。系統地研究多條信號轉導通路中蛋白質及蛋白質間相互關系及其作用規律，細胞信號轉導通路網絡化，其作用模式、通路、功能機制、調控多樣化，細胞信號轉導結構、功能、途徑的異常在癌癥、心血管疾病、糖尿病和大多數疾病中起重要作用。對細胞信號轉導機制的了解，已成為創新藥物、防病治病的關鍵。細胞信號轉導不是一門單一學科，而是多種學科，如細胞學、生物化學、生物物理學和藥理學等多學科的交叉學科。
5 現階段系統生物學存在的問題
目前的系統生物學研究還只是初步使用動力學建模方法來定量描述系統的動態演化行為，這種方法對簡單巨系統是適用的，但是在運用到復雜適應性系統時就會表現出很多的局限性，有很多問題就不能解決。生物體系統的復雜程度超乎我們的想象，現階段不宜研究整個生物體系統，可以從研究“小系統”(生物體中具有一定功能、相對獨立的部分，將其看成一個“系統”)開始，當然如何正確地分析這個小系統本身也不是件易事。
5.1現有技術水平的限制
著眼于整體的系統生物學對技術、儀器的依賴性大大超過傳統的分子生物學。高通量、大規模的基因組及蛋白質組等的發展都是建立于新技術、新儀器出現基礎之上。就目前的技術水平來講，距系統生物學所要求達到的理想水平還相差很遠。由于技術發展的不均衡造成了系統中各個水平上的研究不均衡。基因組和基因表達方面的研究已經比較成熟，而在其他水平如蛋白質、小分子代謝物等的研究仍處于起步階段。各種蛋白質在數量上的巨大差異是全面分析低豐度蛋白質的一大障礙。而低豐度蛋白往往是最重要的生物調節分子，如何加強對低豐度蛋白的高通量研究，將是對蛋白質組應用前景的重要保障。同樣，如何研究系統內存在的非遺傳性分子即細胞中存在的成百上千的獨立的代謝底物及其他各種類型的大小分子，它們在基因表達、酶的構象形成等方面有著重要作用。建立適當的方法來系統檢測這些分子的變化是系統生物學能否發展的關鍵。
5.2分析水平的限制
系統的復雜性決定了全面分析的復雜性。人類基因組計劃的實施提供了龐大的信息資源，已讓人眼花繚亂，而對于較核苷酸復雜得多的蛋白質及代謝物等的分析將是更大的挑戰。如何系統而詳盡地為公共數據庫中的信息加上注解，對這些復雜數據進行儲存和分析將成為系統生物學發展的瓶頸。
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生命科學與生物學范文第2篇
關鍵詞：物理教學；滲透；生命教育
《關于深化教育改革全面推進素質教育的決定》中明確指出：“針對新形勢下青少年成長的特點，加強學生的心理健康教育，培養學生堅忍不拔的意志、艱苦奮斗的精神，增強青少年適應社會生存的能力。”心理健康教育是全面開展素質教育的基礎，也是開展生命教育的脈絡。初中物理課堂教學中對學生進行生命教育，使他們關注生命成長，認識生命、珍惜生命和熱愛生命，并實現對生命價值深層理解和對生命意義的追尋迫切而必要。
一、通過物理學史進行生命價值教育
物理學史集中地體現了人類探索和逐步認識物理世界的現象、特性、規律和本質的歷程。在初中物理教學中結合教材講述物理學史，展現歷史上物理學家探索物理世界奧秘的艱辛歷程，用物理學家在探究過程中的歡樂、困惑、驚奇、哲理、捍衛真理而獻身的壯舉等感染學生，促進學生體驗生命價值。例如，哥白尼為“日心說”而抗爭、阿基米德在浴盤里發現了浮力定律、牛頓從蘋果落地的現象中發現了萬有引力、瓦特因發現燒水壺的壺蓋被沸騰的開水所掀動而發明了蒸汽機等。在初中物理課堂教學中，與這些偉大科學家對話時，感受物理學家的精神世界與生命價值的追求，就是對學生進行貼切的生命教育。
二、活用物理教材開展安全意識教育
安全與生命緊密相連，物理與安全緊密相連。在初中課堂教學中進行安全教育，就可以“潤物細無聲”地將生命教育在物理學科中進行滲透。
例如，在教學“聲現象中的次聲波”時，除了講解大自然的許多活動，如地震、火山噴發、臺風、海嘯等，都伴有次聲波的產生以外。我還和學生共同討論發生地震時如何處理和自我營救，使學生了解地震時就近躲避，震后迅速撤離到安全的地方是應急防護的較好方法。在操場或室外時，可原地不動蹲下，雙手保護頭部，注意避開高大建筑物或危險物。如果在地震中不幸被困在廢墟下面，也可以利用固體能傳聲的知識，敲打水管等固體物求救。對于臺風和海嘯發生時的自救也可以學生之間進行討論，或者讓學生課后上網查詢，利用課下時間進行交流。在這一過程中，不僅使學生學到了物理知識，同時也學會了安全自救的方法。
在學習“光的傳播”“透鏡”“光的折射”等知識時，還可以使學生明白“潭清疑水淺”的物理道理，到野外玩耍時，切不可貿然到水中嬉戲，知道在沒有火源的情況下，利用凸透鏡對光線的會聚作用，將干燥的柴草點燃，從而進行自救；并且教育學生不可以隨處丟棄透明飲料瓶，防止透明飲料瓶進水后具有凸透鏡的功能，引發森林火災等。
三、關注學習過程，注重思維品質教育
物理是建立在實驗基礎上的科學，在初中物理課堂教學中通過物理科學探究、第二課堂的開辟以及學生對日常生活中物理現象的觀察與思考，可以培養學生的科學實驗素養、理論聯系實際和實事求是的科學作風，嚴肅認真、一絲不茍的科學態度，主動研究的探索精神和創造性的發現、思考和解決新的實際問題的能力，從而提高學生的思維品質，進而促進學生生命質量的提高。
當前的初中物理學習中學生較為缺乏批判、質疑的意識，通過初中物理課堂教學中物理科學探究實驗的開展與有意識的引領，能有效地培養學生批判、質疑意識，提高學生思維品質。例如，在“牛頓第一定律”教學中，讓學生先感受用力推桌子，桌子運動，停止施力，物體停止運動，從而讓學生分析力與運動的關系，引出亞里士多德的觀點――力是維持物體運動的原因。教學時進一步引導學生，“這個權威人士的觀點一定正確嗎？”學生討論，尋找生活中的實例進行質疑。再通過伽利略的理想實驗亞里士多德的觀點。通過簡單的事例，使學生認識到不能迷信權威，有效地培養學生批判、質疑意識。
很多與學生聯系密切的課題，如“研究學校所在地區水污染問題”“調查學校電能消耗情況，并對節約用電提出合理化的建議”“研究拔河取勝的訣竅中那些與物理有關”“溫室效應”等，都可以用來作為科學探究的對象，在這些實踐活動中能有效地培育學生發現問題、提出問題、假設猜想、實驗驗證、分析推理、實驗反思等能力，從而有效提高學生思維品質，提升學生生命質量。
從生產到生活，物理無處不在，建立在生命教育視野下的初中物理課堂教學充滿著“生命靈動”，更具“生命氣息”，從而提高學生生命意識，促進學生提升生命品質，推動學生創造生命精彩。
參考文獻：
生命科學與生物學范文第3篇
關鍵詞：廢水；一體化污水處理；二氧化氯；硝化―反硝化
Design and construction of sewage disposal system in life science building
Gu Tiejun， Sun Bo， Shi Yuhua， Zhao Xinghong， Meng Xiangyu， Zhang Xizhen
Jilin University， Changchun， 130012， China
Abstract： Analyses the component of the waste-water discharge from life-science building and tests out the component which may bring the bad enviroment effect. Based on the relevant requirement， we designed and then developed Sewage Disposal System in Life Sciences building in Jilin University， and laid down the administration of environmental protection， ensuring the sewage disposal up to the standard.
Key words： waste-water； sewage disposal integration； chlorine dioxide； nitration-denitrification
我國規定，城市特種廢水未經處理不得直接排入市政排水管網[1]。我校生命科學樓產生的廢水主要為濃縮、層析、離心廢水，清洗器具、設備廢水及生活污水等，這些廢水可能會含有最常見的有機物、重金屬離子和有害微生物等，如果不經處理直接排入城市污水管網，可能會造成環境污染[2]。為保護水系，不污染周邊環境，使實驗室污水經二次處理后達到國家規定的污水排放標準[3]，我們研制了針對我校生命科學樓污水排放治理的污水處理系統。
1 污水處理系統設計的依據
艾滋病疫苗國家工程實驗室所進行的疫苗研究項目均為基因重組與載體疫苗，沒有復制性，無病毒存在，實驗所使用的廢液等都經過滅菌柜滅菌處理并且用水稀釋后再排往污水站進行污水處理，故不存在病毒污染環境的風險。經環保部門檢測證明，實驗室在工藝生產過程、廢物排放過程、消毒方式等方面均無病毒外泄，不產生生物污染。根據《吉林大學艾滋病疫苗國家工程實驗室環評報告書》的要求，長春市環境監測站對所排廢水進行了監測，生命科學樓所排廢水種類主要為濃縮、層析、離心廢水，清洗器具、設備廢水及生活污水等，日排水量為50噸，污水排放形式為間斷、不定時的集中排放。由于本工程污水中含有部分生活污水，大型懸浮物較多，為防止提升水泵堵塞，并起到減輕后續設施處理壓力的作用，在前期處理中必須采用全自動機械格柵。為達到防止二次污染、噪聲低、基本無異味、不影響周邊環境的目標，我們決定采用地埋式一體化污水處理設備來建設污水處理系統。該設備性能可靠、污水處理效果好、能耗低，并且節約空間，不占地表面積，日常管理和檢修維護簡單方便。投資費用少，運行成本低，節省日常開支[4]。生命科學樓排出的污水經過該系統處理后直接排入接納水體，經長春市南部污水處理廠處理后排入市政污水管道，經檢測，污水達到了國家GB8978-1996《污水綜合排放標準》要求。
2 污水處理系統安裝地點的選擇
在地點的選擇上，我們綜合考察我院周邊環境，為了不影響院內美觀，合理利用場地，減少占地面積，同時，考慮因地制宜，盡量減少工程量，降低成本等因素，污水處理系統的最終安裝地點選擇在生命科學樓樓前草坪的地下，總占地面積約為40 m2，地面不設任何建筑物，所有構筑物、工藝設備，包括水泵、風機、二氧化氯發生器、自控系統等均建在地下。排水口靠近市政排水管道與排水井，盡量減少排水管道及電纜的鋪設長度。污水處理系統的室外機采用地埋式，施工后恢復地面草坪，不影響周邊環境的協調美觀，室內機安裝在距離草坪最近的樓內。
3 污水處理工藝的選擇及其特點
綜合考慮污水水質、水量及污水處理系統建設場地周邊情況等因素，處理工藝選用地埋式一體化生活污水處理設備，即WSZ-H/O。該設備采用先進的生物處理工藝，集去除BOD5，CODCr，NH3-N于一身，是目前最高效的污水處理設備[5-8]。具備如下優點：（1）設備可埋入地表以下，不影響周邊環境，不占用地表面積，不蓋廠房，不需采暖保溫。（2）鋼結構涂料防腐，防腐壽命可達12年。（3）采用推流式生物接觸氧化，對水質適應性強，不會產生污泥膨脹，能提高水中的DO。（4）產生污泥量少。（5）設備在風機間設置了新型的吸音材料，噪音低，減輕了對周圍環境的影響。（6）采取全地埋式，當惡臭氣體溶解于土壤層的水分中時，由于土壤表面的吸附作用及化學反應轉入土壤中，最終被其中的微生物分解達到脫臭的目的。（7）采用配套自動電氣控制系統，設備可靠性高，故平時無需專人管理，只需每月或每季度進行維護與保養。
4 消毒方式的選擇
廢水消毒的目的是殺滅其中的各種致病菌。常用的消毒工藝有氯消毒（如氯氣、二氧化氯、次氯酸鈉）、氧化劑消毒（如臭氧、過氧乙酸）、輻射消毒（如紫外線、γ射線）。二氧化氯消毒是目前國內普遍采用的成熟技術[5]，具有安全、可靠、消毒效果穩定、持續消毒能力強的特點。本項目根據廢水處理工藝對消毒效果的要求，采用運行管理方便、殺菌效果良好的二氧化氯消毒方法。
5 工藝流程
生命科學樓產生的實驗室污水及生活污水流入格柵調節池，在此主要去除較大的固形物，防止提升水泵堵塞，并起到減輕后續設施處理壓力的作用。同時調節水量，平衡各時段水質。污水泵將調節池內的水提入水解酸化池（H池），利用兼性菌的水解酸化作用使廢水中的大分子有機物降解為易被好氧微生物降解的小分子有機物，然后流入接觸氧化池（O池），利用好氧微生物的生化作用去除水中大量有機污染物質，并利用硝化―反硝化去除污水中的氨氮，處理水流入斜管沉淀池，進行泥水分離后流入消毒池，與投加的ClO2充分混合，消毒后達標排放。系統產生的柵渣運至校區固體垃圾堆放處與固形垃圾一并處理。系統產生的污泥，一部分回流至水解酸化池補充生物量，另一部分定期安排市政罐車外運處理。污水處理設備安裝及工藝流程如圖1所示。
圖1
6 水質檢測
經污水處理系統處理過的水質完全符合《污水綜合排放標準》的要求。處理前綜合污水水質（依據環評），COD≤2 000 mg/L，BOD≤800mg/L，SS≤220 mg/L，pH為6～9，氨氮≤90 mg/L，大腸桿菌群數>24 000個/升。處理后，COD≤500 mg/L，BOD≤300 mg/L，SS≤400 mg/L，pH為6～9，大腸桿菌群數≤5 000個/升，完全符合《污水綜合排放標準》中三級標準，具體檢測指標見表1。
表1 主要污染物去除情況
7 污水處理系統的管理
為保證污水系統正常運行，學院制訂了一系列針對污水處理系統運行的管理制度，如《環境保護管理制度》《污水站工作人員管理制度》《廢水排放管理制度》《污水站安全操作規程》等。由于該污水處理系統采用配套自動電氣控制系統，設備可靠性好，平時無需專人管理，管理人員由學院指派技術人員兼任。按照安全操作規程要求，管理人員需定時巡視污水站運行情況，按時添加藥品，詳細記錄設備運行情況，并按規定對設備進行維護與保養，定期將系統產生的柵渣運至學校的固體垃圾堆放處與固形垃圾一并處理。系統產生的污泥一部分回流至水解酸化池補充生物量，剩余污泥由學校定期安排市政罐車外運處理。
8 結束語
生物類實驗室產生的廢水等污染物，一般可進行酸堿中和、混凝沉淀、次氯酸鈉氧化處理后排放；一些特殊的廢棄化學試劑等需集中存放，并根據性質進行回收[9-12]或進行特殊處理；對于大腸桿菌等非致病微生物也應進行相應的消毒處理，再排入下水管道。因此，加強環保認識，合理地對所排放的污染物進行處理，建設一個工藝先進、操作簡便的污水處理系統，對實驗安全及環境保護都具有重要的現實意義。
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生命科學與生物學范文第4篇
關鍵詞：人才培養；非生物類專業；通才教育；生命科學
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）12-0121-02
生命科學是研究生物體及其活動規律的科學，在農業可持續發展、能源開發、人類健康、生態平衡等領域發揮著重要的作用。生命科學發展極為迅速，不僅學科門類多，知識更新快，而且與其他學科的關系也越來越密切，是一門輻射和結合能力非常強的學科，與社會發展和人類生活息息相關。因而，掌握現代生命科學知識是新時期高素質、創新型、復合型人才知識結構中的重要組成部分，應該積極推進高校非生物類專業學生的生命科學素質教育，普及生命科學知識，完善學生的知識結構，培養復合型人才。
一、非生物類專業生物學教學情況
生物通識教育課程不但使學生拓寬知識面，完善知識結構，培養科學的思維能力，而且能使學生發現學科之間的交叉點，為今后的跨學科學習、研究奠定基礎，從而促進科學更好、更快的發展。因此，在高校非生物類專業開設生物學課程是新時期高等教育發展的需要，是歷史的必然。很多學校的教學實踐表明，在高校非生物類專業開設生命物學課程是可行的，學生普遍對生命科學課程求知欲望高，學習熱情大[1，2]。目前，國內外很多高校都對非生物類專業開設了生物學素質教育課程。美國是最早在非生物學專業中開設生物學課程的國家之一，哈佛大學對全校理科開設的25門自然科學公選課中，生物學基礎課有10門，占40%，包括《進化生物學》《生命史》《人類有機體》《分子生物學與生命結構》《從DNA到大腦》《生殖生物學》《人類適應能力生理學》等，而美國其他大學和歐洲許多大學開設生物學課程的比重與哈佛大學基本相同[3]。在國內，很多綜合性大學、理工科大學、師范院校及農業院校等高校也為非生物類專業學生開設了一門或數門生物學課程，這些課程設置豐富，既有必修課程，也有選修課程，受到理、工、文科學生極大的歡迎。根據對北京大學、清華大學、復旦大學等十幾所院校的了解，很多學校對非生物類專業學生開設了《生命科學導論》《生態學》《生物技術概論》《生物倫理學》《人類遺傳學》《疾病與健康》《環境保護》《基因工程》《微生物與人類健康》等生物學課程。我們學校結合實際情況，根據非生物類專業不同學科的需要和不同的知識基礎，也開設了不同層次水平的生物學選修課程，既有《生命科學導論》《植物組織培養》《人體常見病發病機理與防治》等通識性生物學教育課程，又有側重提高身心素質的生物學教育課程，如《人類遺傳學》《食品與營養》《插花藝術》等，同時還開設了適合交叉學科特殊需要的課程，如《生物倫理學》《神經生物學》等，這些生物學課程深受學生的歡迎，經常有學生選不上課的情況。在教學中，我們充分體現學校非生物類專業生物教學的特色，制訂具體的教學要求。通過生物學課程的學習，使非生物專業學生掌握生命科學與技術的基礎知識，了解生命科學的主要領域、發展趨勢以及與其他學科的聯系，完善學生的知識結構，培養科學的思維能力，提高學生的綜合素質，增強學生的環境保護和身心健康意識。
二、非生物類專業生物學教學需關注的問題
1.根據不同專業調整教學內容。面向全校非生物類專業開設的生物學課程具有教學對象多、課程內容廣、課時有限等特點，因此教學目標是向非生物類專業學生介紹生命科學的基礎知識、前沿知識和熱點問題，使學生了解當前生命科學的新成果、新進展，提高學生的生命科學素養，為培養高素質跨學科的復合型人才奠定基礎。在我們學校，選修生物學課程的學生集中在一起上課，由于學生水平參差不齊、對生物學知識的需求也不同，非生物類各個專業一起上課的教學效果并不理想。因此，為了達到更好的教學效果，需要對教學內容做相應的調整，應根據不同專業的學生選擇不同的教學內容。理工類學生的生物學知識基礎較好，教學內容應側重學科交叉意識的培養，重點介紹生命科學的一些新成就和新進展的前沿知識，爭取對學生跨學科創新思維起到一定的科學啟迪作用。文史類學生的生物學基礎知識較差，教學內容應側重現代生命科學基礎知識以及生命科學技術發展與人類社會進步的密切關系，使學生認識人類自身，分析現代生命科學可能帶來的社會和倫理問題，增強社會責任感，提高身心素質。藝體類學生的生物學基礎知識更差，教學內容應側重生物之間的和諧與統一，使學生體會到生物與生物之間的和諧美，生物與環境之間的和諧統一美，使學生在學習專業知識時觀察更加細致、動作更加規范、演唱更有感情[4]。
2.加強教學實踐環節。生命科學是實踐性非常強的自然學科，有些內容僅通過課堂介紹，學生會感覺枯燥，且不容易理解，而實踐課程有利于鞏固學生課堂上學到的理論知識，提高學生學習的積極性和主動性，對于培養學生的科學素質也具有非常重要的意義。同時，讓學生走出課堂有利于加深非生物類專業學生對生命科學世界的了解[5]。比如在講到郁郁蔥蔥的植物世界時，讓學生到校園內認真觀察自己所能看到的植物，總結植物的形態、特征、作用及與人類生產活動的關系，不僅能加強學生的觀察能力、分析能力，還能讓學生在“再發現”知識中得到喜悅，培養了學生的學習興趣[6]。或者，在教學過程中，組織學生參觀生物標本館、生物園地等基地，可以開拓學生的視野，加深學生對理論知識的理解。雖然教學實踐活動在生物學課程教學中具有很重要的作用，但生物學實驗也占有極其重要的位置，它不僅能培養學生的觀察能力、思維能力、動手能力和總結能力，還能培養學生的創新精神和實踐能力。在選課的學生中，60%以上的學生希望能動手做實驗。但是，非生物類專業本科生，特別是文科專業的學生在中學階段未接觸過實驗，且選課的學生較多，一般在200人左右。這些問題給非生物類專業學生生命科學實驗課的開設帶來了不便，如何合理地安排教學實踐內容，需要進一步的探索。
總之，生命科學的發展對社會和人類生活產生了極其重要的影響，為了普及現代生命科學知識，生物學類課程作為非生物類專業學生的生物通識教育課程正在很多高校開設。但是，非生物類專業生物學課程的教學對象量大面廣、基礎知識參差不齊，如何使非生物類專業生物學課程的教學日趨完善，是我們必須面臨的一個問題，需要在今后的生物學課程教學中不斷地改革和實踐。
參考文獻：
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生命科學與生物學范文第5篇
一、通過介紹現代生物科技成果，培養生命科學意識
義務教育階段生物學課程不僅介紹生物學研究的主要內容，還突出生物科學發展過程中取得的豐碩成果。在生物教學中，通過了解這些生物學知識，培養學生熱愛生命科學的意識。如，在“生物與生物學”的開篇之際，了解轉基因遺傳工程、試管嬰兒、人類基因組計劃等生命科學的前沿知識。我國科學家通過將蘇云金芽孢桿菌中的抗蟲基因轉入棉花植株，培育成抗棉鈴蟲的轉基因抗蟲棉。人類基因組計劃完成了全部基因及其在染色體上的位置測定，破解了人類遺傳和生老病死之謎。在教學中利用現代信息技術了解這些知識，不僅能激發學生的興趣，開闊學生的視野，還能使學生感悟到生命科學的重要性，幫助他們樹立熱愛生命的科學意識。
二、實施科學探究，培養科學探究素養
科學探究是探索生命王國奧秘的重要途徑。在生物教學中，通過主動參與、積極思考、動手實踐的科學探究活動，可以培養學生的科學探究技能。
1.引導學生自主探究
課程改革的核心就是要改變學生的學習方式，也就是變被動學習為自主探究。在生物教學中，教師要引導學生積極主動地進行探究，提高學習效率。比如，在調查環境污染對生物影響時，教師可以引導學生自己動手嘗試探究“酸雨對種子萌發的影響”，學生通過配置不同濃度的“酸雨”，跟蹤記錄種子萌發的過程，得出不同濃度的酸雨對種子萌發影響的結論。在這個探究過程中，學生積極主動參與探究活動，為今后繼續探究學習奠定基礎。
2.體驗科學探究的過程
科學探究的過程包括：提出問題、作出假設、制訂計劃、實施計劃、得出結論。如，在學習環境對生物的影響時，讓學生設計“探究光對鼠婦生活的影響”，通過課前尋找鼠婦，引導學生觀察它的生活環境，發現問題，提出問題：光會影響鼠婦的生活嗎？作出假設：“光對鼠婦生活是否有影響？”然后設計探究的方案，包括實驗步驟和對照實驗的設計，完成探究實驗并得出結論。通過體驗探究過程，認識實驗中的對照組和實驗組，嘗試設計對照實驗，建立科學的實驗思想，促進探究技能的提高。
3.重視生物學實驗
生物學是一門以實驗為基礎的自然學科，在動手完成實驗的過程中，不僅能加強學生對生物學概念的理解，還能培養學生的觀察能力，實驗能力、數據分析處理能力、實驗設計能力。學生通過設計實驗方案、選配儀器、實施實驗、分析結果、得出結論等探究過程，不僅感受到實驗帶來的快樂，而且科學探究能力得到了培養。
三、利用生物科學發現史，培養科學的思維方式
通過學習科學家的科學研究過程來培養學生科學的思維方法，從而提高學生的生物科學素養。例如，在學習巴斯德進行科學探究的過程時，先讓學生閱讀“探究過程”，然后提出如下問題：（1）為什么要把肉湯煮沸？引導學生思考回答，明白科學家這樣處理的目的，認識到實驗成敗的關鍵因素。（2）巴斯德在設計實驗步驟時，為什么要用兩個燒瓶做實驗？學生分析討論理解設計對照實驗在實驗中的重要性，學會設計對照實驗的方法。（3）為什么巴斯德在四年后打破鵝頸瓶后肉湯很快變質了？明白實驗的嚴謹性。通過學習巴斯德的探究過程，掌握科學的探究方法，養成良好的思維習慣，發展終身學習的能力。
四、關注科學、技術、社會，培養科學的態度
當今社會，科學技術發展日新月異，生物科學、技術和社會關系密切。在教學中滲透科學、技術和社會相互關系的教育，及時關注和參與生物科學技術有關的社會問題的討論和決策，培養學生對自然和社會的責任感。了解“科學家的故事”，了解“生命科學的發展歷程”，了解“現代生物學新技術”等等。目的是讓學生學習科學家刻苦鉆研、堅持不懈、實事求是的科學態度，形成良好的科學品質，促進學生情感、態度和價值觀的健康發展。例如，學習孟德爾豌豆雜交試驗得出生物的遺傳規律，感悟到平時只要細心觀察、
認真思索、勇于實驗，就有可能發現自然界的奧秘，使學生心靈產生極大的震撼，使學生受到科學方法和科學精神的熏陶，對培養學生的科學態度意義重大。
生物科學的不斷發展更新，需要具備生物科學素養的人共同努力和不斷探索。因此，在日常生物教學中，教師要充分利用生物課堂教學，促進學生生物科學素養的形成、發展和提高。
參考文獻：
