经典遗传学关于基因的概念

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经典遗传学关于基因的概念范文第1篇

关键词：高中生物课程；“遗传与进化”模块；逻辑体系；小进化

Abstract: The theoretical system of modern genetics is axiom system with scientific truth as the logical starting point. At the same time， the development of genetics provide logical basis for the research of small evolution. The content system of hereditary and evolution module in The Biology Curriculum Standards in General Senior Middle Schools（experimental edition） is constructed according to logical regulations. In the developmental courses of genetics and evolutionism， scientists have used many scientific ways which have very high educational values for scientific realization. Teaching materials could be written in accordance with logical lines or with historical lines of subject development， which has its own significance . And the combination of abstract thinking and thinking in images shows the important values of thinking training in this module.

Key words: biology in senior middle schools； hereditary and evolution module； logical system； small evolution

关于生物课程内容体系的建构，作者曾在《高中生物课程内容建构及稳态与环境模块的分析》一文中作过讨论，认为像“遗传与进化”模块的内容，可以按形式逻辑的方法，确定若干科学事实或概念作为逻辑起点，通过演绎推理构建一个公理化的体系。[1]本文拟对此做一具体分析。

一、现代遗传学理论的构建

科学研究首先要通过观察和实验获得感性认识。孟德尔正是通过豌豆杂交实验，获得了大量经验材料。但是，感性材料的获得只是认识的第一步，认识的真正任务在于达到理性认识。这就需要用科学的方法去处理这些材料。如何处理？首先要概括总结出这些经验材料所反映的事物的本质和变化规律。这需要科学抽象。所谓科学抽象，就是人们运用思维能力，透过事物的各种现象，抽取出事物的本质属性及其变化发展规律。科学抽象是一个复杂的思维过程。第一步是以经验材料为基础形成概念，就是从“感性上的具体”上升到“抽象的规定”。所谓“感性上的具体”，就是人们在科学实践中形成的混沌的表象；所谓“抽象的规定”，就是通过一定的方法抽象出事物的本质属性。孟德尔正是从豌豆大量具体的遗传性状（如花的颜色、子叶是否饱满、植株的高矮等）中，抽象出“相对性状”的概念，并进一步把它区分为“显性性状”和“隐性性状”。第二步，是运用概念进行判断和推理，建构规律、原理，就是从“抽象的规定”上升为“思维中的具体”。“思维中的具体”不同于“感性上的具体”，感性材料已不再是各种事实的混沌的总和，而是受一定规律支配的有组织的知识。孟德尔就是依据显性性状和隐性性状等概念，总结出了分离现象和自由组合现象。整个过程从逻辑方法的角度看，是一个归纳推理的过程：前提是若干科学事实，结论是从前提中通过推理得到一般规律。在科学认识活动中，科学抽象与逻辑方法是同一认识过程中的两个侧面。一方面，认识过程是一个不断抽象形成科学概念的过程；另一方面，认识过程是一个运用逻辑方法进行判断和推理的过程。

认识了分离现象和自由组合现象后，孟德尔没有停步，他开始建立遗传因子假说。在科学研究中，当对科学事实的认识达到一定程度后，就必须通过理论思维的能动作用，运用各种理论思维方法进行整理和加工，建立科学假说。这是将研究引向深入的重要环节和一般方法。在孟德尔所处的时代，科学界盛行的理论思维方法是牛顿的方法。牛顿在《自然哲学的数学原理》中提出的第一条科学方法规则，就是简单性原则。[2]对“简单性原则”概念的界定，学术界至今尚无一致意见。牛顿和孟德尔所运用的简单性原则的含义，是事物内部的简单性，即认为在对自然的认识中，最简单的解释总是比较可取的。正如爱因斯坦所说：“我们所谓的简单性，并不是指学生在精通这种体系时产生的困难最小，而是指这种体系所包含的彼此独立的假设或公设最少。”[3]近代科学中，道尔顿首先在19世纪初按照简单性原则，把宏观的、高层次的、凭感官能觉察但认识还不够清楚的化学物质的多样性、复杂性，分解成数量无限多而种类比较少的微观的、低层次的、感官不能直接察觉的物质最小微粒──原子（当时道尔顿的认识），再以原子之间的相互联系和相互作用，来理解、说明、解释化学物质的形态、结构、功能和属性的无限多样性、复杂性，达到对化学物质和化学变化的全面、深刻的认识，从而奠定了现代化学的基础。孟德尔在创建其遗传因子假说的过程中，有否借鉴道尔顿的原子论认识模式，我们不得而知。但他运用简单性原则取得了成功。他建立了遗传因子成对存在的模型并创造了符号体系予以表达，以有限种类基因的无限组合，解释了无限种生命形式的存在。

假说虽然具有一定的事实基础和知识依据，但毕竟不同于科学理论，它带有一定的猜测性和或然性。因此，在建立起假说后，孟德尔又运用演绎推理以测交实验验证其遗传因子假说。演绎推理是进行逻辑证明的一种重要方法，是运用一般原理对具体事物进行推论并作出科学预见和发展科学理论的必要环节。

由此可见，孟德尔工作的开拓性，除了正确选择材料和采用统计方法，更重要的是巧妙地抽象出科学概念，建立假说，创造符号体系予以表达并与有计划的实验相结合。这种方法自伽利略和牛顿以来在物理学中一直被使用，但在当时的生物学中无人知晓。这可能是孟德尔的工作没有被与他同时代的最优秀的生物学家所认同的原因。但正是这种方法的建立使遗传学不断取得进展并成为一门真正的科学。

从逻辑方法来分析，遗传因子假说的逻辑起点是分离现象的自由组合现象，概括得出这两个现象时孟德尔使用的归纳方法是简单枚举法，即根据若干对象都具有某种属性而无一反例，于是推论得出该类对象都具有这种属性的结论。简单枚举归纳法得出的结论带有某种程度的或然性，不能作为科学理论来使用，只能提供尚需进一步加以研究和验证的一种假定。为了从根本上提高结论的可靠性，必须努力发现某种属性与某类对象之间的必然联系。如果能够确定某属性是该类对象所必然具有的，那么其推论就最终成立了。这样，推理方法也就由简单枚举法过渡到科学归纳法了。细胞遗传学和分子遗传学的成果，最终证明了孟德尔假说的正确性，因为它们根据对遗传现象和遗传物质之间必然联系的认识，推定分离规律和自由组合规律具有普遍性。至此，孟德尔假说才被确立为遗传学理论。

其实，经过分子遗传学的建立这一场“科学革命”后，现代遗传学的“范式”与经典遗传学已经完全不同了。现代遗传学的逻辑起点是三个方面的科学事实，一是有性生殖细胞的形成和受精作用（特别是这些过程中染色体的变化）；二是DNA是主要的遗传物质，每个染色体都是由特定的DNA链和蛋白质组成的；三是遗传物质对遗传信息的储存、传递和表达（分子遗传学中心法则）。通过对这三方面所发现的科学事实的综合，建构起了现代遗传学理论。而前面所述的遗传学的发生发展过程，已经成为历史。

二、进化理论构建的科学方法

达尔文进化论包括两方面的内容，一是肯定生物是进化的，二是说明生物进化的机理。对于“生物是进化的”这个结论，达尔文在自己的环球考察和前人研究的基础上，收集了大量的材料，主要运用归纳法得出。后来，又有越来越多的发现提供了新的证据。迄今未遇到反例。因此可以说，自1859年达尔文的《物种起源》发表后，进化论取得了胜利。对“生物进化的机理”，达尔文用自然选择理论解释。现在有许多异议，但尚未有一个理论可以取而代之。对此，我们从科学方法的角度做一分析。

自然选择理论的逻辑起点是四个科学事实：过度繁殖、遗传变异、生存斗争和隔离。达尔文以它们为基础，通过与人工选择的类比，依据因果关系而建立起理论体系。在作为逻辑起点的四个科学事实中，过度繁殖和生存斗争，可以通过观察直接证实；对遗传变异，现代科学研究也已充分证明，在各种生物中都发现了大量的突变，遗传多态现象（polymorphism）广泛存在；隔离阻断了基因交流，对于小种群来说，确实能使物种分化，这已成为珍稀动物保护中建立“种群通道”的理论依据。现在的争议在选择理论。达尔文的自然选择理论是通过与“人工选择”的类比而建立的，因此仅仅是一种推断。人工选择是在有限范围内进行的，而且是实验上可控的原理。把这样一种原理扩展成普遍意义上的原理，是否可以？而且到目前为止，人们除了在多倍体植物中发生的一些例子外，在可以观察的范围内从来没有出现过新物种。所以，通过自然选择产生新物种尚缺乏实证。因此，一些人从思维方式和科学方法的角度，对自然选择学说提出了质疑。伴随对生物进化过程中物种演变认识的深入，遗传学家歌德斯密特（R.B.Goldshmidt）在1940年提出了“大进化”和“小进化”的概念。1944年古生物学家辛普森（G.G.Simpson）对此概念又做了修正并给予明确定义，认为小进化（microevolution）考察进化过程中物种内性状维持或变异的规律，大进化（macroevolution）则研究物种规模演变的特征。达尔文和他以后的许多进化论者把生物个体看作是进化的单位，但小进化的研究表明这样的认识是不对的。实际上，进化的单位，对无性生殖的生物是无性繁殖系，对有性繁殖的生物是通过有性生殖联系起来的种群。这样，在遗传学研究成果的直接推动下，达尔文的自然选择学说发生了一次大的改造，主要体现在选择的效果不再是“生”或“死”的问题，而变成了在生物的繁衍过程中，突变基因对种群基因库分布（某突变基因和与它同源的等位野生型基因在种群总基因数中的比例）的影响大小的问题；生物进化的单位不再是生物个体，而是扩展到种群。这是对达尔文进化论的一次重要修正，人们把这次修正后的达尔文进化论称为“现代综合论”（the modern synthesis）。

现代进化理论对小进化的研究，以遗传平衡定律（Hardy-Weinberg定律，1908）为基础，引进适合度（fitness）和选择系数（selective coefficient）的概念后，为自然选择学说提供了可靠的逻辑基础和定量概念，是自然选择学说的重要发展。现在许多生物学家接受选择理论，正是因为遗传学在这个方面的发展。然而，对现代综合论，基于种群遗传学基础之上的小进化模式是否可以解释物种形成和高级分类群起源等大进化现象，多年来一直是进化生物学中争论的一个焦点问题。特别是20世纪70年代以来，古生物学研究证明生物的大进化过程并不总是与环境的变迁相一致。例如，我国云南澄江动物群化石揭示的寒武纪大爆发之类的进化现象（还包括大绝灭现象）告诉我们，进化不是一个连续的过程而表现为阶段性的过程，最初是以迅速形成几种主要类群的方式爆发性地形成类群的阶段，然后是缓慢的物种形成和在每个类群内对不同栖息地逐渐适应的阶段，最后是衰落和绝灭阶段。因此，进化不仅是由环境的变化和生存斗争决定的，它还受生命系统内部因素的制约。特别是大进化，更是如此。

从控制论的角度看，生命系统的稳态是反馈调节的结果。生命系统可能通过负反馈调节而保持稳态，也可能通过正反馈调节打破原有的稳态，从而建立新的稳态或趋于毁灭。因此，选择并非只是自然的选择，生命系统作为自组织系统，对系统的发展也存在一定的自身干预，如作为进化单位的种群内部的性选择对基因频率的影响等。从热力学的角度看，热力学第二定律揭示的孤立系统的熵增加，是一个退化的过程。20世纪中叶诞生的非平衡态热力学，说明生命系统在本质上都是开放系统。它们的结构都是耗散结构，因而可以发生“熵减少”的个体生长发育和系统进化过程，同时其中也可以包含局部的熵增加过程。所以，任何生命系统都在大量偶然的随机因素中发展着，并不只是适应环境的变化。在生物进化的过程中，内因是变化的根据，而外因只是变化的条件。

三、“遗传与进化”模块逻辑体系的构建

（一）模块体系构建的逻辑方法

《标准》对“遗传与进化”模块的知识体系，没有按遗传学和进化论的发展历史线索构建，而以逻辑线索构建，形成一个公理化的体系。公理化体系的特点是先提供不容置疑的科学事实或概念作为逻辑起点，然后主要运用形式逻辑的方法，通过判断、推理、证明来建构，其逻辑形式包括逻辑起点、逻辑中介、逻辑顺序和逻辑终点四个基本环节。

1.逻辑起点。逻辑起点是形成理论的起点，它必须是：①对事物最简单和最一般的本质规定；②能构成所研究对象的基本单位；③包含事物整个发展过程中一切矛盾的“胚芽”。例如，经典遗传学中的“相对性状”“基因”等概念，就是经典遗传学理论的逻辑起点。

2.逻辑中介。逻辑中介是联结起点和终点之间由一系列的概念、模型所组成的中间环节。它具有以下特点：①起沟通和联结的作用，能把逻辑起点和逻辑终点联结起来，构成一环扣一环的逻辑整体；②以事物之间的内在联系为依据，不能任意跳跃。例如，经典遗传学中的表现型、基因型、等位基因等概念和模型，就是经典遗传学理论的逻辑中介。

3.逻辑顺序。逻辑顺序是概念、模型、原理之间前后相继或相互隶属的关系。确定逻辑顺序的方式主要有两种：①从属性的联系方式，如相对性状与显性性状、隐性性状之间，基因型与纯合子、杂合子之间的联系，按照这种方式确定的逻辑顺序主要反映客观事物内部各个组成部分之间的从属关系；②继起式的联系方式，如相对性状与分离现象、自由组合现象、等位基因与基因的分离规律之间的联系，按照这种方式确定的逻辑顺序大体上与客观事物的发展顺序以及人类认识的发展历史相一致。

4.逻辑终点。逻辑终点意味着一个特定范围内的认识上升周期的结束，也是另一个新的认识上升周期的开始。思维从起点到终点的整个上升运动，一方面是对客观事物和实际过程的反映，另一方面又具有其严密的逻辑结构。

（二）模块逻辑体系的构建

1.第一个逻辑起点──“专题1.遗传的细胞基础”

现代遗传学的第一个逻辑起点是有性生殖细胞的形成和受精作用（特别是这些过程中染色体的变化），因此，《标准》安排了“举例说明配子的形成过程”和“举例说明受精过程”这两个知识点，重点在“阐明细胞的减数分裂并模拟分裂过程中染色体的变化”。

2.第二个逻辑起点──“专题2.遗传的分子基础”

其中的“总结人类对遗传物质的探索过程”“概述DNA分子结构的主要特点”这两个知识点，说明DNA是主要的遗传物质，每个染色体都是由特定的DNA链和蛋白质组成的。

3.第三个逻辑起点──分子遗传学的中心法则

围绕中心法则，“专题2.遗传的分子基础”安排了“说明基因和遗传信息的关系”“概述DNA分子的复制”“概述遗传信息的转录和翻译”等内容。

4.得出第一个理论──“专题3.遗传的基本规律”

先通过“分析孟德尔遗传实验的科学方法”，然后以上述三个逻辑起点为基础，来“阐明基因的分离规律和自由组合规律”。这里的逻辑证明和“分子与细胞”模块不同，那里是通过“使用显微镜观察多种多样的细胞”等活动来证明没有反例，而这里是通过“专题1.遗传的细胞基础”和“专题2.遗传的分子基础”，来阐明基因的分离规律和自由组合规律的内在必然性。

5.得出第二个理论──“专题4.生物的变异”

以前述三个逻辑起点为基础，再根据遗传的基本规律进行推理，便可“举例说出基因重组及其意义”“举例说明基因突变的特征和原因”“简述染色体结构变异和数目变异”。

6.从遗传学出发讨论进化问题

从遗传学出发来讨论进化机理，主要在小进化的范畴。所以安排了“用数学方法讨论基因频率的变化”的活动建议。然而小进化能否说明大进化，还有许多争议，所以《标准》只是要求通过“搜集生物进化理论发展的资料”活动，“说明现代生物进化理论的主要内容”。

至于对“生物是进化的”这个问题，因已为现代社会普遍接受，初中也已涉及，所以《标准》只在初中的基础上安排了一个知识点：“概述生物进化与生物多样性的形成”。

考虑到遗传学和进化论发展中的科学认识模式和方法所具有的教育价值，《标准》又安排了“总结人类对遗传物质的探索过程”“分析孟德尔遗传实验的科学方法”“探讨生物进化观点对人们思想观念的影响”等内容。

当然，在编写教材时，可以有不同的体系。例如，对遗传学的内容，既可以根据现代遗传学理论体系构建，也可以根据遗传学发展史上的学科思想和方法构建。

四、“遗传与进化”模块的思维方式特点分析

自孟德尔开始，遗传学便使用模型来表征概念及判断和推理的过程。例如，“表现型”就是一种实物模型，相当于生物体某性状的模式标本；减数分裂图解、染色体图解等则属于模拟模型。这些都是物质模型。而DNA分子双螺旋结构模型、蛋白质合成示意图等属于具象模型，“基因型”和杂交过程图解等属于抽象模型，二者都是思想模型。基因型，其实质是“基因组成模型”，它用英文字母来表示生物体中与所研究问题有关的基因组成。杂交过程图解是理想化的过程模型，它按遗传学规律把杂交过程简化，用以反映和解释杂交试验的过程和结果，并通过演绎推理来预测某些杂交试验的结果。

模型属于表象。过去的生物学课程在逻辑实证主义的影响下，往往只重视概念在思维中的作用而忽视对表象的研究。而认知心理学家一般认为，表象是更适合于进行创造性思维的认知成分。众所周知，想象是一种重要的创造性思维形式，而它正是大脑对表象进行分析综合、加工改造，从而形成新的表象的心理过程。因此，在教学改革中许多教师提倡要发挥生物学图解教学的功能，其实质就是运用模型来设计新的知识结构，注意通过对表象的操作、加工而实现的思维活动。例如，在遗传学问题解决中，人们经常使用模型方法。利用模型方法解决问题，需先建立模型，简称生物建模。所谓建模，就是要寻找变量之间的关系，构建模型；然后依据模型进行推导、计算，作出预测。其过程在实质上是一个需要概念思维和表象思维参与的过程。我们以2003年全国高考“理综”卷第26题为例说明。题目是：“小麦品种是纯合体，生产上用种子繁殖，现要选育矮秆（aa）、抗病（BB）的小麦新品种；马铃薯品种是杂合体（有一对基因杂合即可称为杂合体），生产上通常用块茎繁殖，现要选育黄肉（Yy）、抗病（Rr）的马铃薯新品种。请分别设计小麦品种间杂交育种程序以及马铃薯品种间杂交育种程序。要求用遗传图解表示并加以简要说明。（写出包括亲本在内的前三代即可。）”运用模型方法解题程序如下表所示。

我们可以运用认知心理学的双重编码理论对这个思维过程进行分析。该理论认为人的认知结构存在两个系统──言语系统和表象系统，二者之间存在三个重要的联结关系：一是言语刺激与表象刺激之间的表达联结，在上表中，“（1）分析变量”这一步骤建构了这个联结，如“矮秆或高秆”对应“aa或A_”；二是言语系统与表象系统之间的指称联结，上表中的“（2）构建亲本基因组合模型”步骤完成了这个联结，如小麦亲本“矮秆不抗病”对应“aabb”；三是言语系统和表象系统内部的联想联结，这是在“（3）推导杂交过程”和“（4）作出预测”中完成的，这两步既有运用言语的思维，又有运用表象（模型）的思维。根据双重编码理论，第一步骤中的表达意义即言语刺激和表象刺激之间的联结，来自对外在事件、字词或表象的熟悉感，表达意义以经验作为基础；第二步骤中的指称意义指相应的表象表达的激活或相应言语表达的激活，它来自言语系统与表象系统之间的相互激活和相互作用；最后两个步骤中的联想意义是分别在言语系统或表象系统本系统内的一种深层次表达，它依靠本系统内的联想网络结构赋予认知者以意义，这个过程在表象系统和言语系统的共同作用下完成。从整个问题解决过程来看，遗传学建模问题对学生来说有一定难度，其根本原因可能也在这里，它需要言语和表象两个系统共同作用才能完成。

在思维方式中，以科学概念为思维材料而进行的思维是科学抽象思维，以表象为思维材料进行的思维是科学形象思维。上述遗传学问题解决思维过程的特点在于抽象思维与形象思维相结合，这正是“遗传与进化”模块的重要思维训练价值之所在。

参考文献

［1］余自强.高中生物课程内容建构及稳态与环境模块的分析［J］.课程·教材·教法，2004，24（9）：54.

经典遗传学关于基因的概念范文第2篇

关键词：学科教学知识（PCK）；孟德尔遗传定律；遗传因子的发现

中图分类号：G633.91 文献标识码：A 文章编号：1009-010X（2013）02-0069-04

一、问题提出

斯坦福大学教授舒尔曼（LeeS.Schulman）在1985年的美国教育研究委员会例会上提交的一份研究报告，首次提出了PCK（pedagogical content knowledge）的概念。该报告于次年在美国教育研究协会会刊《教育研究者》上正式发表。此后，国外一些学者对该概念的内涵与意义进行了跟进和探讨，论述较多，但歧见犹存。

PCK在国内被翻译为“学科教学知识”或“学科内容教学化知识”。我国教育界近些年对这一概念给予了关注和重视，文献检索发现：PCK出现的频率正在逐年攀升，已经由早期的一般性评介转为学科化应用。但生物教育研究文献鲜有涉及，有关中学生物学科PCK的文献检索结果为零。

早在1972年，学者Aspy和Silverman在一项研究中发现，教师的课堂教学行为与教师拥有的教育学、心理学知识之间没有明显的相关性。此后的1974年，另两位学者Dunkin和 Biddle则对教师的学科知识与学生成绩之间的关系进行了研究，结果表明，教师的学科知识与学生成绩不存在统计学上的相关性[1] 。也就是说，对生物教师而言，教师对生物科学专业知识掌握的多少也与学生学习成绩之间没有直接关系。

学科教学知识的基本内涵或核心价值就在于“基于学生立场，实现知识转化”。具体到生物学科，那就是教师要善于将生物科学的学科逻辑转化为学生学习的心理逻辑。生物教师的PCK不是单一的生物科学专业知识，也不是跨越学科的一般教学法知识，而是二者的有机融合。可以说，生物教师的PCK是生物教师独有的和使教学最有效的知识，也是区别生物教学专家与生物学科专家、专家教师与新手教师的知识。因此，从PCK的角度来研究生物教师和生物教学，对促进教师专业发展和提升教学的有效性具有重要的现实意义。

二、研究方法

采用文献分析法，并辅以访谈法。主要运用一定的分析框架对生物教师及其教学设计文本、PPT课件和视频课录像进行质的研究。同时，对其中一些资料不全者追加访谈。

（一）文献来源

采用专家教师案例。这些案例来自于一些专家型教师有关“孟德尔遗传定律”话题的文字或视频资料。这些专家教师都具有高中生物学科的中学高级教师职称，教龄超过15年，均为地市级以上学科带头人或骨干教师。

本研究所采信的案例具体包括：①北京柳老师的《高中生物“遗传的基本规律”教学研究》，载于“广东省2011年普通高中教师职务培训”培训平台；②广州市朱教师、佛山市李教师和江门市刘老师的《遗传因子的发现》的说课稿、教学设计或课堂教学现场。

（二）分析框架

舒尔曼理论的继承者格罗斯曼（P.L.Grossman）在1990年对PCK的内涵进行了操作性解释，认为教师的PCK由4部分组成：①关于一门学科的统领性观点（关于学科性质的知识和最有学习价值的知识）；②关于学生对某一课题理解和误解的知识；③关于课程和教材的知识（特定学习内容在横向和纵向上的组织和结构的知识）；④特定主题教学策略和表征的知识[2]。同时，William R.Veal和James G.Makinster将PCK划分为普通、学科和话题3种基本类型，并对话题PCK的内涵进行了进一步阐释。

综合前人的内涵分析，本研究将孟德尔遗传定律话题PCK内涵确定为五个维度：①本话题的教育价值；②本话题的核心内容及其联系；③本话题的任务和目标；④本话题的前概念和学习困难；⑤本话题的教学策略。

本研究就是借鉴上述分类框架，结合文献和案例研究，对人教版高中生物课程中的“孟德尔遗传定律”话题进行PCK内涵分析。

三、研究结果

本话题在人教版教科书中的课题名称为《遗传因子的发现》，属于必修二《遗传与进化》的第1章（开篇章节），为4～5课时。这里从上述五个维度，对孟德尔遗传定律话题呈示PCK分析结果。

（一）孟德尔遗传定律话题的教育价值

首先，本话题包含较多专业名词术语，可以为后续学习奠定知识基础。

本话题涉及一些重要的遗传学基本概念，包括遗传因子、性状、相对性状、显性性状、隐性性状、性状分离、自由组合、杂交、自交、测交、正交、反交、纯合子、杂合子、基因型、表现型、完全显性、不完全显性等，还包括遗传图谱和遗传实验分析图解等。所以，本话题建立的概念体系能够为后面学习摩尔根实验和伴性遗传提供知识基础和认知支架。

其二，本话题包含重要的科学探究方法，有助于培养学生的科学思维。

孟德尔运用“假说-演绎法”，发现了生物遗传的基本规律。孟德尔所采取的是一种完全不同于达尔文博物学模式的“实验生物科学模式”，从科学假设出发，用科学实验来检验假设，用数学方法来显示、分析和预测实验结果。

孟德尔在观察和分析基础上提出问题，再通过推理和想像提出解释问题的假说，根据假说进行演绎推理，再通过实验检验演绎推理的结论。如果实验结果与预期结论相符，就证明假说是正确的，反之，则说明假说是错误的。这就是“假说-演绎法”。

此外，本话题还涉及到单因子实验（一对相对性状的杂交实验）和多因子实验（两对相对性状的杂交实验）等科学实验方法，特别是用自由组合定律的研究来渗透多因子实验的思想，在高中生物课程中具有重要价值。

其三，本话题包含重要的科学史料，有助于对学生进行科学品质的培养。

《遗传与进化》模块教科书是以人类对基因的本质、功能及其现代应用的研究历程为主线展开的。孟德尔的工作属于开创性的，了解孟德尔所处的年代以及当时的研究背景，能够更深刻地体会孟德尔遗传定律的重要价值。

教科书基本按照人类认识发展的历史进程来安排，从孟德尔到摩尔根再到沃森和克里克等。这样既展示科学的过程与方法，又体现个体水平、细胞水平、分子水平的遗传学知识的内在逻辑联系；既能引导学生不断提出问题，分析和解决问题，尝试像科学家那样进行解释和推理，又能从众多科学家表现出的科学精神、科学态度等优秀品质中获得感悟。

4位教师的内涵分析均涉及上述3个方面的内容，但清晰程度有所不同，其中1位教师的分析具体而全面。

（二）孟德尔遗传定律话题的内容及其联系

一是关于本话题的内容及其内部结构。

本话题以孟德尔发现遗传因子为主线。孟德尔遗传定律包括基因的分离定律和自由组合定律，前者研究的对象是一对相对性状的遗传规律，是后者的基础；后者是研究两对及多对相对性状的基因在不同对的同源染色体上的遗传规律，是前者的延伸和发展。其内容和结构图解如下：

图1 本话题的内容及其联系（柳忠烈，2011）

二是关于本话题与前后话题的外部联系。

前面学习过的细胞结构和有丝分裂等内容是本话题的细胞学基础。同时，本话题有关遗传因子在亲子代之间传递规律，有助于学生按照人类认知发展过程，来进一步从细胞水平和分子水平学习遗传规律，即教科书的第2章《基因和染色体的关系》和第3章《基因的本质》。基因的分离规律是学习自由组合规律、摩尔根实验和伴性遗传的重要基础，自由组合规律则是学习生物变异和遗传育种的重要基础。

本话题的内容是学习后续话题的基础，后续话题的内容则是对本话题的拓展和深化。教科书对《遗传与进化》模块内容的定位，是力求让学生从基因水平来理解生物的遗传和进化。随着人们对遗传和进化的认识深入到基因水平，遗传从本质上说是基因的代代相传，可遗传的变异从本质上说是生物体基因组成的变化，进化过程中物种的形成从本质上说是种群基因频率在自然选择作用下的定向改变。

4位教师的内涵分析均涉及上述2个方面，其中2位教师对第二部分的分析略显不够全面和具体。

（三）孟德尔遗传定律话题的任务和目标

课标在本话题的具体内容标准包括“分析孟德尔遗传实验的科学方法”和“阐明基因的分离规律和自由组合规律”，活动建议为“模拟植物或动物性状分离的杂交实验”。 结合教材内容和学生实际，我们可以将上述课程目标转化和细化为如下教学目标：

知识目标：简述豌豆作为遗传实验材料的特点；简述孟德尔一对和两对相对性状的豌豆杂交实验过程；简述孟德尔的科学假设及演绎推理，演绎结果的验证过程及结论的获得过程；阐明分离定律和自由组合定律的基本要点；运用分离定律和自由组合定律解释一些遗传现象。

能力目标：模仿母本去雄、套袋隔离和人工辅助授粉等杂交操作过程；学会用概率学知识分析实验结果及对未知结果进行预测；学会用假说-演绎法进行生物学问题的研究；能够运用测交原理设计实验验证显性个体的基因组成；学会用规范的遗传图解对遗传现象进行合理的解释；学会用孟德尔定律解决遗传育种和医学实践中的一些问题；学会利用孟德尔定律设计遗传学实验方案。

情感态度价值观目标：通过孟德尔等科学家的生平事迹，认同科学家严谨、创新、质疑等科学品质；感悟孟德尔成功的原因及杰出的贡献；体验实验材料选择、数据分析对生物学研究的重要意义。

在上述目标中，教学重点应放在以下几个方面：孟德尔实验现象的分析、假说的提出、假说的演绎、假说的验证及结论的获得；学会用孟德尔定律解决遗传育种和医学实践中的一些问题，设计遗传学实验方案。

4位教师对知识目标的设计和重点目标的确认基本相同，但对能力目标和情感态度价值观目标的设计则表现出明显的差异。同时，有3位教师对教学目标的表述存在明显缺陷，包括3个维度的区分、目标层次的把握和行为动词的使用都有不足。

（四）孟德尔遗传定律话题的前概念及学习困难

学生已具有的基础：日常积累的有关生物性状和性状分离现象等生活经验，初中生物所学有关分离规律等初步的遗传学知识，高中生物所学有关细胞结构和细胞分裂等细胞学知识。

学生学习难点主要包括：孟德尔实验现象的分析、假说的提出和演绎、假说的验证及结论的推导；用概率学知识分析实验结果及对未知结果进行预测；用假说-演绎法进行生物学问题的研究。

下面是关于学习中存在的常见问题及其教学建议：

一是概念繁杂导致难以准确把握，进而影响对遗传定律的理解和应用。

概念多，且是第一次接触，容易混淆。建议将这些概念的学习放在孟德尔实验过程的学习中进行，同时注意进行比较，通过对比帮助学生理清概念之间的区别与联系。

二是不善于用概率的思想指导实验分析和问题解决。

孟德尔定律是统计学的定律，是概率的定律。因而概率思想必须渗透到教学中，帮助学生用概率的思想去理解和应用孟德尔定律。抛硬币及其相关概率的计算是学习的必要基础，同时应注意反复渗透和讲练结合，要不断地在实验分析和问题解决的过程中强化概率思想。

三是遗传学知识的综合应用能力欠佳，常常影响对新情境问题的解决。

对于缺乏遗传学背景知识的学生来讲，遗传学始终是比较抽象的内容，遗传学知识的应用始终是教学中的难点。分析和解释某些遗传学现象是孟德尔定律学习的拓展和延伸，认识和解决问题的基础就在于孟德尔定律的教学。一方面，教师应注意带领学生沿着科学家思维的轨迹来分析和思考问题；另一方面，学生缺少遗传育种方面的感性经验，教学可以逐步由简单到复杂渗透遗传学实验设计和遗传育种方面的应用。

四是思维训练的缺失，导致对“假设-演绎法”的理解和应用难以深入。

学生不善于运用“假设-演绎”的思想来演绎孟德尔实验的研究过程和指导实验的设计。为解释植物杂交试验现象，孟德尔提出了一系列天才般的假说。而这些假说又很好地解释了3∶l和9∶3∶3∶1的实验结果。测交后代的表现型及其比例真实地反映出子一代产生的配子种类及其比例，根据子一代的配子型必然地可以推导其遗传组成，揭示这个奥秘对演绎推理的论证过程起到画龙点睛的作用。孟德尔的这一系列假说现在已被科学实验证明是完全正确的。

五是对孟德尔定律的理解深度不够，面对某些遗传特例时常常不知所措。

高考中越来越重视利用一些遗传特例来考察对基因分离定律和自由组合定律的理解。这些遗传特例往往会产生一些经典孟德尔比例的变形比例，如3∶1变形为2∶1，9∶3∶3∶1变形为9∶6∶1等。教师可以利用复习课对此进行说明和例析。

4位教师对学生学习困难的相同认识集中在前两项，后面三项则表现出明显的个性化差异，不同教师的看法不尽相同。

（五）孟德尔遗传定律话题的基本教学策略

上面针对学生的学习困难呈示了相应的教学策略，下面是一些关于本话题的整体教学策略：

一是采用问题导学，通过引导学生质疑和推理来组织本话题的教学。

二是遵循“学习实践创新”的基本思路，注意适当介绍孟德尔发现遗传规律的过程，让学生领悟到孟德尔的成功离不开坚实的知识基础、持之以恒的实验探索和勇于创新的科学精神。

三是要重视实验的演绎推理，用科学方法教育来统领教学的全过程，渗透“发现问题提出假设验证假设 总结规律”的科学思维方法。

四是采用“原型模型原型”的思路组织模拟实验的教学，并将模拟实验与孟德尔的豌豆杂交实验结合起来以突破教学难点。

4位教师对上述整体教学策略有相同或相似的看法，但具体操作和实施细节上又明显地呈现出各自的教学特色和偏好（限于篇幅，不一一列举）。

四、小结

PCK内涵分析不失为一种有效的教研活动方式，既为传统的教学研究注入了新的元素，也为教师专业发展找到了新的增长点，更为打造高效课堂提供了重要的支撑力。

本研究认为，专家教师的话题PCK内涵十分丰富，且具有个性化特点。一方面，这些教师对孟德尔遗传定律话题教育价值的理解、对教材内容及其前后联系的把握、对教学任务的界定和教学目标的设计，具有诸多相似的看法，表现出较为明显的趋同性。另一方面，这些教师对学生学习困难的把握、对教学策略的运用，又具有个性化的特点，表现出一定的差异性。总体而言，研究显示，这些专家教师均具备良好的学科基础、经验积累和教学智慧，能够较好地将本话题的生物学知识与教学原理结合起来，在一定程度上实现了学科内容的教学化和心理化。

同时，这些专家教师的话题PCK也存在一些不足，主要是对有关三维教学目标设计的把握不够准确和到位，在将生物学知识转化为学生容易理解的知识方面还有进一步提升的空间。

需要说明的是，本研究是一个新的尝试，仍有待于进一步深化。建议继续对中学生物教师的PCK进行系统和持续的观察和研究，比如通过面对面访谈了解生物教师PCK的个体性差异，通过问卷调查对专家教师与新手教师的PCK特质进行对比分析，通过文献分析和课堂观察对优秀教师的PCK进行提炼和总结，或者通过教师校本行动研究对某些重要话题进行PCK内涵分析。

参考文献

经典遗传学关于基因的概念范文第3篇

关键词：生物科学史科学素养措施

随着我国新课程改革如火如荼的进行，在日常教学中如何提高学生科学素质，加强学生的科学素养成为了教育界非常关注的问题，如何科学的利用科学史教育是其中很重要的一环。各个学科都有各自光辉的发展历程，生物科学作为理科科学教育中的重要一环，也不例外，虽然生物科学历史并不长，但在塑造具有良好科学素养的人才方面有着得天独厚的条件和优势，那就是启发和想象、改革和开创、综合和总结的广泛应用。

1.关于科学素养

有科学素养还包括一些特定门类的能力。具体来说包括六个方面：（1）有科学素养就意味着一个人对日常所见所历的各种事物能够提出、能够发现、能够回答因好奇心而引发出来的一些问题。（2）有科学素养就意味着一个人已有能力描述、解释，甚至预言一些自然现象。（3）有科学素养就意味着一个人能读懂通俗报刊刊载的科学文章，能参与就有关结论是否有充分根据的问题所作的社交谈话。（4）有科学素养就意味着一个人能识别国家和地方决定所赖以为基础的科学问题，并且能提出有科学技术根据的见解来。（5）有科学素养的公民应能根据信息源和产生此信息所用的方法来评估科学信息的可靠程度。（6）有科学素养还意味着有能力提出和评价有论据的论点，并且能恰如其分地运用从这些论点得出的结论。

如何加强和改善生物科学史的教育，如何让同学领会到科学家的精神和科学的方法，如何把科学史教育与其它知识的学习紧密联系起来，这是我们目前面临的首要问题。

2.1生物科学史概念的界定：

生物科学史是指生物科学（即生命科学）发生和发展的具体过程，以及这个过程的实质及其内在的发展规律。但是在中学阶段，我们对生物科学史的学习不是对整个生物科学的发展历程进行研究，我们关注的仅仅是在这个过程中与我们的学习内容密切相关的一些重要的、典型的、具有经典意义的一些实验探索和从中所能得到的结论，以及这些实验和所得结论之间所存在的因果关系，同时启发和体会科学探索的精神，侧重与教学实践相结合。

2.2科学史教育的内涵：

美国著名的科学史家萨顿说过：“一部科学史，在很大程度上就是一部工具史，这些工具，无论有形或无形，由一系列人物创造出来，以解决他们遇到的某些问题。每种工具和方法都是人类智慧的结晶。”揣摩科学前辈探究的过程，实质上是学习科学方法，领悟探究本质的过程。对科学方法的学习，对探究本质的理解，为教学中探究活动的开展提供了科学理论的指导和依据，反过来，探究活动为实践科学方法提供切实的锻炼机会，巩固科学方法的学习，两者互相促进，体现了理论与实践相结合的模式，正是科学素养的体现，对提高学生科学素质有重要意义。

2.3日常教学中加强科学史教育的具体策略

2.3.1利用生物学家的生平和事迹，对学生进行科学精神和价值观的教育。

从人文角度分析，科学史中蕴涵着丰富的精神养料。在教材中写进科学家的姓名和事迹，不仅是对科学家的一种尊重和褒扬，更是对青年学生的一种教育。这种教育主要是科学家人格力量、科学态度、工作精神和人生观、价值观对学生启发与感召。例如科学家敢于怀疑的科学精神、求真的科学精神和创新的科学精神。学生首先要具有一种怀疑精神，它要求人们凡事都要问个为什么，追问它究竟有什么根据，而不是轻信盲从。摩尔根对基因在染色体上这一真理的证实很好的体现了这种精神。开始摩尔根对当时已经被接受的孟德尔遗传定律是持怀疑态度的，但是他通过自己的研究，以大量的实验为证据，不仅验证了孟德尔遗传定律的正确性，更揭示出基因与染色体的关系，不仅如此，摩尔根进一步研究，还揭示出遗传学第三定律基因的连锁和交换定律，成为遗传学史上里程碑式人物。

2.3.2再现知识的发生过程，变结论式教学为过程式教学。

中学生物学知识是前人科学研究的成果，通过科学史中对一些经典实验和逻辑分析的再现，可以让学生体验生物学知识的形成过程，从中学习科学家的思维方法和理解生物学概念、原理的来龙去脉。这样的教学既传授了知识，更培养了学生的科学思维，变被动的学习科学史知识为主动的探索科学史知识，而我们要努力创造条件，选择一些比较简单的科学发现过程，引导同学们尝试着重走发现之路，让同学们直面前辈科学家的探索和困惑、希望和挑战、成功和失败，建立科学史教育的新模式。

2.2.3体会科学成就的取得，引导学生进行科学探究。

提高生物科学素养的教学途径多种多样，但探究性学习是最好的教学策略、方式之一。探究式教学作为一种现代教学模式，它是模拟科学家面对疑难情境，搜集和加工所需要的资料，最后解决问题的过程。每一个知识点的产生过程，就是一个探究的过程。生命科学史就是前人探究生物学知识的科学过程史。从科学的本质出发，倡导探究性学习正符合科学本身的特点，通过科学史研究，学生很容易体会出科学探究的重要性。

2.3.4利用科学史“故事性”，培养学生的学习兴趣。

教材中出现的大量材料，有的可以作为新课的引入，有的可以激发学生的学习兴趣，还有的可以提高学生学科知识的理解，教师在教学中要运用合适的方法引导学生仔细阅读、启发学生积极思考，自主发现问题，从而激发学生的求知欲和内驱力。例如色盲症的发现、孟德尔生平介绍、斯帕兰扎尼实验等故事性强的材料都很适合作的课程引入；基因与染色体关系探究过程等史实可以用以激发学生的学习兴趣。

3.小结

科学素养也可简约地概括为一个人的爱科学、学科学、做科学和用科学的水平。用科学应是最高的境界。教师利用科学史教育，提高高中生科学素养和科学素质，使学生具有科学精神、树立科学的态度、掌握科学的方法，学会发现问题、探究问题，今后才能有望在生物科学的领域中更好地发挥自己的才能，成为国家的栋梁之材。

参考文献

[1]《我对“提高生物科学素养”的理解》.朱正威

经典遗传学关于基因的概念范文第4篇

第一种类型是关于生物在元素、化合物、细胞器、细胞、组织、器官、个体、种群、群落、生态系等不同水平的形态、结构、生理、过程示意图，主要形式有实物图、模式图、示意图、系谱图等。解答这类试题时要求能辨认出图中所反应的形态、结构和过程，正确理解图示反应的生理过程和变化规律，并能联想和运用与图示信息相关的生物学概念和原理来分析、思考，用科学的语言表述出正确答案。下面通过例题来进一步了解。

例1 下图能够表示下列那种生理过程(）

A.吞噬细胞吞噬抗原

B.效应T细胞分泌干扰素

C.肾小管细胞分泌K+

D.转基因的大肠杆菌细胞分泌胰岛素

本题是一道兼具实物图、模式图、示意图特点的细胞亚显微结构部分图形，题干简洁。题支侧重于物质跨膜运输方式和原核生物及真核生物细胞亚显微结构异同的考查。A、C干扰项容易排除，D严重干扰项可以通过内质网这个图示信息排除，证明这不是转基因的大肠杆菌细胞分泌胰岛素，B项是正确答案，干扰素是分泌蛋白。参考答案B。

例2某农科所为研究不同植物的光合作用效率与环境因素的关系，在可人工控制的大棚内种植了玉米和大豆。下图表示在光照强度为7000LX、室温为18℃的条件下，两种植物叶片的光合作用强度与CO2的关系。请回答：

（1）曲线A、B都说明了光合作用强度与CO2的关系是___________________。

（2） 大豆中固定CO2的物质是是___________________，其相应的场所在叶肉细胞的是___________________。

（3） 当CO2浓度达到a点以后，若要提高光合作用效率，可采取的措施有是___________________（至少回答两点）。

（4） 为了研究C元素在植物体内的转移途径，可采取的实验手段是是___________________。

（5）把两种植物叶片的横切片放在显微镜下观察，图乙所示的叶片应当是是___________________（填植物名称）的叶片。

本题是一道植物代谢综合考查试题。以实物图为基础，并且有坐标曲线图形。需要学生在实践与理论、原理与方法、定性与定量之间能够找到一个平衡点通过科学描述才能完成，只有认真观察实物图，依据维管束外形分清甲是C3植物大豆，乙是C4植物玉米，领会坐标中曲线A、B的生物学含义。那就是曲线A、B在一定范围内，随着CO2的浓度增加，光合作用强度也增大，达到a点时饱和即光合作用强度最大。C3植物和C4植物固定CO2的物质分别是C3和C3、C5。均属于光合作用暗反应，反应场所是叶绿体基质。能够对某种元素跟踪研究的是放射性同位素标记法。这样问题就解决了。

参考答案：

（1） 在一定范围内，随着CO2的浓度增加，光合作用强度也增大，但达到一定程度时，光合作用强度便不再随CO2浓度的增加而继续增大

（2） C5化合物 叶绿体基质

（3） 增加光照强度；适当提高温度

（4） 同位素标记法

（5） 玉米

第二种类型是表示生物学实验的过程、从实验中获得的数据和结果，或者是某生物现象、过程和规律的图形和图表，其表现形式有数据表格、坐标曲线、柱形直方图、流程图等。解这类题时首先要能够读懂图形、图表中提供的信息，再应用相关的生物知识或原理做进一步的分析、判断和推理。还是通过例题来了解。

例1 马铃薯的薯块是变态的茎。为了探究“马铃薯块茎的呼吸作用”， 将马铃薯块茎在空气中储藏一周，然后在纯氮中储藏一周，最后又置于空气中储藏。在实验过程中测定了CO2的释放量，下图显示了实验结果。在第三周中多产生和释放的CO2可能来源于（）

A.丙酮酸

B.乳酸

C. 纤维素

D. 乙醇

这是一道关于呼吸作用类型的探究性能力测试题。生物的新陈代谢是由物质代谢和能量代谢组成的，植物的呼吸作用分为有氧呼吸和无氧呼吸，无氧呼吸分为酒精和乳酸两条途径，绝大多数植物无氧呼吸产生酒精，而马铃薯正好是在纯氮中进行无氧呼吸产生乳酸的一种植物。曲线信息是随着时间的延长，马铃薯呼吸类型更替，释放的CO2产生波动。参考答案是B。

例2 水稻是我国重要的农作物之一，其中巨胚稻因胚的增大而胚重增加，具有独特的经济价值。巨胚与正常胚是一对相对性状，由一对等位基因A、a控制，为研究巨胚的遗传特性，科学家用经典遗传学的研究方法获得了以下数据：

根据实验数据分析

（1） 上述一对相对性状中，巨胚为是___________________性状。

（2） 现有两种观点：第一种观点认为母本为胚发育提供营养而决定胚的性状；第二种观点认为胚的基因型决定胚的性状。你同意哪种观点？请结合上述实验，用遗传图解说明。

观点：是___________________

遗传图解：

（3） 如果水稻的绿米与白米、胚重与胚轻分别为两对相对性状，控制这两对相对性状的基因位于两对同源染色体上。现有纯合白米、胚重的巨胚稻与绿米、胚轻的正常胚稻。想要获得绿米、胚重的新品种，最好用是___________________育种方法。

（4）水稻在光合作用光反应阶段除了能产生O2外，还能合成是___________________用于暗反应。与玉米相比，若用14CO是___________2供给水稻和玉米生长，光合作用开始后，在玉米体内最先检测到14C出现在（C3、C4）物质中；在水稻体内最先检测到14C出现在___________（C3、C4）物质中。

这是一道以生物遗传和代谢为背景的综合练习题，解答试题的主要信息就在这个数据表里。甲、乙、丙、丁四个杂交组合亲本都是纯种，这是非数字信息，F1观测粒数、F1平均胚重(mg)、F1平均粒重(mg)全部是数字信息。有粒重胚轻和粒轻胚重的相互关系。通过甲和丙与丁的对比就会知道正常胚和巨胚的显隐关系，同时要能够提取出来丙和丁正好符合遗传学中互为正交和反交的这个生物学概念。遗传图谱的识别和书写是近几年高考试题的一个亮点。要加强研究和学习，积极有效的引入课堂，使每一位学生都学会识别遗传图谱，学会科学规范书写遗传图谱。试题中的“还能合成___________用于暗反应。”其实侧重于考查学生思维的严密性，只有同时书写ATP NADPH才能得分，这也充分体现了课改新理念。在书写遗传图谱时，关于亲本（父本、母本）、基因型、表现型、正交、反交、杂交符号、F1的基因型和表现型等对考生的基础知识和思维的条理性提出了更高的要求。

参考答案：

（1） 隐性

（2） 同意第二种 （胚的基因型决定胚的性状）

遗传图解：

正交反交

P AA×aaP aa×AA

正常胚 巨胚巨胚 正常胚

F1 Aa正常胚 F1

Aa正常胚

（3） 杂交

经典遗传学关于基因的概念范文第5篇

［关键词］西方科学；科学创新；文化因素

科学的生命力在于创新。科学创新推动了科学的进步和发展。纵观科学发展史，每一次重大的科学创新都导致了科学理论体系和结构的重新建构，使科学前所未有地迅速发展。而科学又转变为一种改变世界面貌的强大的物质力量，推动了经济乃至整个社会的变革和进步。

什么是科学创新？科学创新是人们在科学活动中的一种精神劳动。它体现在科学研究人员的创新思想、创新精神、创新能力等方面，也包括科学活动中的整个环境，即创新的氛围。科学创新的成果是知识、概念、原理、假说和理论等。这些都与文化有着密切的关系。

从文化的深层次层面，也即文化的狭义方面理解，文化是一种精神活动，它由人们的思维方式，信仰信念，价值取向等思想观念因素组成。这些因素是文化的核心，是文化“进化”的“基因” ［1］。

众所周知，文化有强烈的民族性，不同的民族有不同的文化。“科学是一种文化过程” ［2］，“作为一种文化现象，科学同其他文化一样，也表现出强烈的民族性”［3］。不同民族或国家有着不同的文化，有着不同的科学。“西方科学几乎是唯一存留到今天的科学形态，取得了深刻影响人类社会生活的卓越成就，并展现了发展的远景”［3］。为什么只有西方科学能够如此呢? 这无疑是由于西方科学携带了西方文化的全套基因，并在这种文化基因的“遗传”下生存竞争，在创新中持续发展。

西方科学的发展实际上是科学创新的过程。表现在科学家身上是他们具有强烈的创新意识和创新精神，表现在西方国家则是他们有着良好的创新氛围，而这些都与文化息息相关。一年一度的诺贝尔科学奖就是一个最好的证明，至今获奖的科学家已经有几百位了，他们当中大多数是西方科学家。华裔科学家只有杨振宁等六人获得［4］，而他们都不是在中国本土成长的或成就科学事业的，中国本土至今未曾有一人获得。这说明，每个做出重大科学创新的科学家都受到西方文化的熏陶，思想观念上打上了西方文化的烙印。

西方科学是在西方文化的滋润下发展起来的，并造就了西方国家的国富民强。本文试图以西方传统文化为切入点，探讨科学创新中的西方文化因素，分析这些文化因素在科学创新中所起的作用，以及我国传统文化对科学创新的影响。

一、热衷于探索自然界的奥秘是科学创新的初衷和源泉

西方科学和西方文化都起源于古希腊的自然哲学，这种哲学同时也是科学。古希腊自然哲学是西方科学的萌芽，古希腊的哲学家几乎全是自然哲学家。

古希腊哲学家热衷于探索自然界的奥秘。他们探索自然界主要集中在三个方面。第一，探索自然界的本原是什么。第二，探索常见的自然现象。第三，热衷于几何学研究。如亚里士多德研究小鸡发育，准备了21只鸡蛋，每天打破一个鸡蛋，详细记录小鸡坯胎的发育过程。又比如阿里斯塔克对太阳、月亮和地球三个星球进行深入的研究，得出《太阳和月亮的大小与距离》。再比如欧几里得由5个公设、5个公理、23个定义，推导出467个命题，得出欧氏几何定理。

古希腊哲学家思考自然问题到了痴迷的境界。关于这一点，泰勒思掉进土坑的传说很能说明问题。泰勒思成天思考天体问题，连走路也在思考。一天掉进土坑里，被一名色雷斯妇女看见。这位妇人笑他说：你眼前的路都看不清，还去研究天上的事情［5］63。

古希腊人热衷于探索自然界的奥秘使西方科学得以诞生，成为科学创新的初衷和源泉。与之相反的是，中国古代哲学属于道德哲学，儒家文化占主导地位，古代哲人对研究自然界兴趣不大，因为他们认为“天道渊微，非人力所能窥测”［6］， 而更多关注和研究人与人之间的关系，因此无科学创新的初衷和源泉。

二、为了求知和摆脱愚昧是科学创新的本意和目的所在

古希腊人思考自然，研究自然，他们把这看做是人类最有意义，最有价值的学术活动。这是由他们的价值取向决定的。正如亚里士多德所说：“他们探索哲理只是为摆脱愚蠢，显然，他们是为了求知而从事学术，并无任何实用目的”。在他看来，“求知是人类的本性”

［7］。古希腊人的这种仅仅为了“求知”，为了“摆脱愚蠢”而从事自由学术研究，并不赋予其任何实用目的的价值取向为整个西方文化所继承。

在探索自然的目的这一点上，古代东方各民族与古希腊人是有显著区别的。比如古代埃及有比较发达的几何学，但埃及人之所以重视这门学科，是因为丈量土地的需要。又比如古代中国人的天文学发达，但中国的天文学主要是为王朝政治服务的，同占星术密不可分。

在科学史上，法拉第花了11年时间研究磁生电的方法，并最终得到磁感应原理。他绝没有想到他的这一原理会成为未来改变整个世界面貌的电气技术的基础；麦克斯韦也绝不是为了今天的无线电通讯技术才把法拉第的电磁学理论抽象化、数学化，并预言电磁波存在的；普朗克也绝不是为了今天的量子计算机、激光技术和超导技术才提出量子假说的；孟德尔、韦斯曼、摩尔根更不是为了今天的转基因技术才去研究生物的遗传现象的。事实上，西方科学的几乎所有重大成果的获得都与实用目的无关。当然，其中许多成果后来都变成了技术，有了实用价值，但那只是科学的“副产品”。

对此，科学史家丹皮尔有过一段发人深省的话：“不幸，科学主要是为了发展经济的观念，传播到许多别的国家，科学研究的自由又遭到了危险。科学主要是追求纯粹知识的自由研究活动。如果实际利益随之而来，那是副产品，纵然它们是由于政府资助而获得的发现。如果自由的、纯粹的科学遭到忽略，应用科学迟早也会枯萎而死的。”［8］

三、注重探寻自然现象背后的原因使科学创新的源泉永不枯竭

西方科学的本质在于它是对自然现象背后原因的猜测或揭示［9］，而这正是古希腊理智的一个鲜明特征，并作为西方文化的一个主要传统沿传至今。

看一看古希腊自然哲学家的思想，我们可以深刻地体会到这一文化因素的内涵。赫拉克利特认为，“自然界喜欢躲藏起来”［10］26。留基伯首先提出“没有什么事情无缘无故而发生，一切事情的发生都有原因和必然性”［10］133。德谟克利特宁肯找到一个因果的说明，也不愿获得一个波斯王位。亚里士多德更把认识自然现象背后的原因看做是哲学探索的基本任务。他明确指出：“认识是我们研究的目标；人们在掌握一样东西的为什么(即根本原因)之前，是不会认为自己认识了它的”［10］58。“智慧就是有关某些原理与原因的知识”［7］。所以，“我们必须求取原因的知识，因为我们只能在认明一事物的基本原因后，才能说知道了这事物。”［7］古希腊人的这种注重探寻自然现象背后的原因以统一地解释某类现象的传统，经过文艺复兴后又进一步得到了发扬光大，并不断推动科学的进步。

大自然的无限，从宏观世界的广垠宇宙，到微观世界的原子、质子；从生物界的人、动物到遗传基因、染色体，这些自然现象背后的原因成为科学创新素材的宝库，是科学创新源源不断的河流。正是西方人这种热衷于探索自然现象背后原因，才使得新的科学理论层出不穷，科学创新的源泉永不枯竭。

值得比较的是，中国没有这种文化因素，所以中国传统科学不具备探索自然现象背后原因的本质。中国传统科学偏重于对自然现象的忠实描述和经验总结。纵观中国科学史，人们不难发现，中国传统科学的经典著作，诸如《墨经》、《徐霞客游记》、《齐民要术》、《农政全书》、《伤寒杂病论》、《梦溪笔谈》等，几乎无一不是对自然现象的描述或经验总结，而对这些自然现象为什么会产生，这些经验是如何获得的，则从不加以深入探讨［11］。

四、具有强烈的怀疑和批判精神使得科学创新永无止境

科学的发展需要创新，而创新需要怀疑和批判。没有怀疑和批判，就意味着科学生命的终结。西方科学之所以能持续向前发展，不断出现旧理论的淘汰和新理论的诞生，一个根本原因就是西方文化中渗透着强烈的怀疑和批判精神。

西方文化中的怀疑和批判精神起源于公元前3世纪皮浪的怀疑主义。怀疑主义作为一种哲学流派在古希腊罗马时期持续了500多年时间，对古希腊罗马时期人们的思想产生了不可忽视的影响。皮浪认为，“没有一件事情可以固定下来当作教训，因此我们对任何一个命题都可以说出相反的命题来。”皮浪及其之后的怀疑主义思想不仅代表了希腊罗马时期的一种哲学思潮，同时也反映了这一时期学术界的实际情况。

当时的学术界确实几乎不存在任何权威，每一位哲学家除了相信自己外，不相信其他任何人，包括自己的老师。亚里士多德的“吾爱吾师，吾更爱真理”的名言不仅是他自己离开老师，独立门户的充分理由，也是后来所有学生在学术上与老师分道扬镳的理由。

从科学史也可以看出，怀疑和批判精神是推动科学进步的决定因素。试想，如果哥白尼对“地心说”深信不疑，他会创立“日心说”吗？如果达尔文对物种不变论深信不疑，他会创立生物进化论吗？如果爱因斯坦对绝对时空观深信不疑，他会创立相对论吗？所以说，科学上的怀疑、批判精神与创造精神是一对孪生兄弟；没有怀疑和批判就没有创造；没有创造，也不需要怀疑和批判。

勇敢地怀疑和批判，大胆地标新立异、自创理论，循着这条创新的路走下去，才有可能攀登上科学的一座又一座高峰。西方文化中的这种怀疑和批判精神在中国传统文化中是非常缺乏的。中国传统文化是儒家文化，崇尚的是中庸之道，打击的是标新立异。诸如“人怕出名猪怕壮”，“枪打出头鸟”等俗语人人皆知。这与西方文化的怀疑和批判精神形成鲜明对比。西方人认为科学是“可错的”，中国认为真理神圣不可侵犯；西方人尊重自己的老师，但“吾爱吾师，吾更爱真理”，中国学生极力维护自己老师的学说，不敢越雷池一步。

五、重视个人自由和人与人之间的平等是形成科学创新良好氛围的前提

西方的民主传统是自古就有的［5］235。经过声势浩大的文艺复兴运动的洗礼后，西方文化中又增添了所谓的自由、人权、民主、平等的思想，在这种思想基础上建构起的社会政治体制从制度上保证了学术的自由和繁荣，从而大大地推动了科学的进步。

谁也不能否认，近代以来自由、人权、民主、平等思想已经逐渐成为西方人的一种根深蒂固的观念，成了西方文化的一块不可动摇的基石。无论是英国资产阶级革命、法国启蒙运动、法国大革命，还是美国独立革命、南北战争都直接与这些思想密切相关。不言而喻，西方文化中的这种尊重人的自由权利，强调人与人之间的相互平等的思想极大地促进了学术研究的自由化、多样化和不同学术观点之间的平等争鸣。这种自由化、多元化和平等争鸣的风气对科学的“进化”(发展)而言，无疑起了一种“优胜劣汰，适者生存”的作用。

实际上，不同学术观点之间的争鸣非常类似于生物的生存竞争。按照达尔文的进化论和孟德尔、摩尔根遗传学［12］［13］可知，生物在进化过程中必须进行生存斗争（竞争）。包括同一种群内部的斗争，不同种群之间的斗争以及生物与自然界无机环境之间的斗争。生物种群通过生存竞争，自然选择，适者生存。在生物进化过程中，多样性（即生物个体之间存在差异）是必备条件。如果生物的多样性遭到破坏，生物进化就会停滞不前，最终会被淘汰。同样道理，如果某一学科只允许或规定一种理论存在，那么这种理论也肯定不会得到发展，其结果当然就是该学科的停滞不前。可见，个人自由和人与人之间的平等是形成科学创新良好氛围的前提。

总之，科学创新与文化是密切相关的。科学家的创新思想、创新意识、创新精神、创新能力，即他们的创新素质，总会打上文化的烙印。人的创新素质不是一句口号、一个大力提倡就能培养起来的，非要经过文化的洗礼和熏陶。西方文化对西方科学的影响是积极的、深远的，对西方科学的发展起了非常关键的作用。

［参考文献］

［1］ 钱兆华.西方科学的文化基因初探［J］.自然辩证法研究.2003，(8):53－58.

［2］ 李克特.科学是一种文化过程［M］.上海:三联书店出版社，1989:1.

［3］ 周昌忠.西方科学的文化精神［M］. 上海:上海人民出版社，1995:9.

［4］ 钱兆华.怀疑和批判精神:推动科学进步的关键因素［J］.江苏大学学报(社会科学版)，2002，(3):17－22.

［5］ 启良.西方文化概论［M］.广州:花城出版社，2000.

［6］ 阮元.畴人传（卷46）［M］.北京:中华书局出版社，1991.

［7］ 亚里士多德.形而上学［M］.北京:商务印书馆，1959:5.

［8］ 丹皮尔.科学史［M］.北京:商务印书馆，1975:634.

［9］ 钱兆华.科学究竟是什么?［J］.科学技术与辩证法，1998，(8):35－38.

［10］ 北京大学哲学系外国哲学史教研室.西方哲学原著选读［M］.北京:商务印书馆，1981.

［11］ 钱兆华，马红霞.中西方科学的差异及其启示［J］.科学·经济·社会，2003，(2):62－66.