序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇生物科學定義范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

篇(1)

2009年7月，倫敦大學學院藝術史系現當代藝術首席講師弗朗西斯 史翠斯（Frances Stracey）在“自然評論”雜志（Nature Reviews）“科學與社會”專欄（Science and Society）發表“生物藝術：美學背后的合理性”一文（Bio-art：the ethics behind the aesthetics），描述了生物藝術在西方的起源：

“1936年，愛德華 史泰欽（Edward Steichen）在紐約MoMA美術館展出了一組非常奇怪卻異常美麗的飛燕草花朵。這些花朵并非來自于自然界，而是史泰欽一系列化學實驗的產物：他把飛燕草花的花種泡在配了植物鹽基的化學液體中，植物鹽基中所含的毒素可以誘發花種多倍繁殖，使被浸泡的花種產生變異。值得注意的是，在這個具有藝術傾向的化學實驗中，那些難看的，發育遲緩的，帶病菌的不合格花朵沒有在這個展覽中展出，這顯露了物種天然選擇定律在生物藝術中要扮演的角色。”

這段記錄傳達給我們兩個信息：一，早在二十世紀初就有藝術家嘗試將生物科學發展為新媒介進行藝術創作；二，物種天然選擇定律將成為未來生物藝術研究的主要依據。

2000年卡茨的熒光兔“Alba”誕生了，這是第一個有生命的藝術品。在法國的一所大學生物實驗室的幫助下，卡茨的熒光兔子得以完成。

雖然科技曾間接或直接地推動了藝術史的發展，但新科技與新藝術從來沒有像今天這樣如此緊密地結合在一起（新媒體藝術、納米藝術等）。在生物藝術實施過程中，如果沒有科技成果?c科學家的參與，幾乎不可能誕生有生命的作品。委托生產與合作已成為生物藝術的必然方式。

然而，生物藝術如同科學實驗，必須是可行的，有科學技術支撐的。因此，生物藝術被分為生物藝術設計和生物藝術兩大類。由于大多數作品受各種客觀條件的限制，所以只能在這個階段以概念和視覺圖像的形式顯示。

地球上適者生存是自然法則。人類干預或基因重組是未來生物進化的必要嗎？如果上帝（自然）創造的所有生物形態被稱為“第一大自然”，那么人類在實驗室創造的生物形態就可以稱為“第二大自然”。“第二自然”生物圈能否與“第一性”兼容？人能代替上帝嗎？上帝在未來扮演什么角色？新生物的倫理和文化又該建立？這些都動搖了現有的文化倫理秩序。人工生態能否成為未來自然生態的補充？人工進化能恢復和增強自然生態系統中弱化的基因以適應未來氣候和環境的變化嗎？對于人類來說，對不同氣候和生態環境的優化、淘汰和適應是生物群落自我調節的幾千年，但它只是加快了步伐。在這個展廳里，一本被賦予生物學藝術的《圣經》的硬拷貝，指出了我們在未來社會面臨的嚴肅主題。

這也是生物藝術與其他藝術不同的重要標志。生物藝術總是伴隨著技術、倫理和文化。生物藝術既是一種藝術，又是一種新的文化生態及倫理關系。

當一群沒有父母和上帝的人不是在實驗室出生的時候，第一個影響就是倫理。“第二天性”的誕生伴隨著整個秩序和價值觀的變遷。后神時代的圣經不會由一個人創造。它是文化體系的更新和觀念、法律和相應社會關系的適應和生存方式的確立。“生物技術的唯一目的是為人類的健康和長壽服務，”李山寫道。生物藝術與人類的健康長壽無關。它涉及整個生命世界和所有生物物種。生物藝術不僅為我們提供了一種理解藝術的新途徑，也考驗著人類的思維和人類的態度。

在維基百科中，生物藝術被定義為“一種以活體物質為媒介的藝術實踐，作品創作于實驗室和/或藝術家工作室中。以生物科技為創作工具，如基因工程，組織培養和克隆。”此定義最終修訂于2010年9月27日。

這個定義存在幾個問題。從前面介紹的案例來看，在傳統的藝術家工作室中完成這種知識結構，操作過程，人員和設備配備都異常復雜的實踐，是幾乎不可能的事情。另外，藝術領域也沒有足夠的資金來支持這種項目的正常進行。并且，這個定義中并未包含納米科技。

篇(2)

[關鍵詞]科學素養生物科學素養生物學課程中學生物教學

生物學隸屬于自然科學。生物學課程是一門科學課程，這是生物學課程的基本性質之一。科學是一個內容豐富的知識體系，其中就包括人類認識自然界的一些特殊途徑和方法。正由于有了這些對生命世界準確地提出問題及獲取較為可靠答案的方法，如觀察、量化、求證和思考等，人類對自身和環境的認知才能日益深入、全面和可靠。這些方法反映出自然科學與其他領域認知模式的不同，也體現了科學最基本的特征和本質。生物學課程作為一門科學課程，不僅要傳播科學的事實和概念，更要體現科學是一個探究的過程。生物學教育的宗旨應該是培養全體學生的生物科學素養。這一宗旨的確立，將使我國生物學課程產生一些重大變化。理解這一新的課程理念，也將有助于生物老師們的教學改革和實踐。

一、關于科學素養的認知

我國基礎教育的任務是培養未來的合格公民。在當今科技產品比比皆是、科學問題在我們的生活中無處不在的時代，未來的公民中有一部分人將會成為科學知識或科技產品的創造者或生產者，而幾乎所有的人都將是科技產品的消費者。他們在個人生活和社會生活中，要去面對各種各樣與科學相關的問題，并做出決策。這些都要求生活在當今和未來社會中的公民具有一定的科學素養。

(一)科學素養概念的提出

20世紀60年代以前，中學科學教育并不強調“科學素養”。隨著60年代的理科課程改革的浪潮，人們才提出了科學素養理念。70年代初期，在一些教育發達國家的中學自然科學課程中就提出了科學素養的理念，并把培養學生的科學素養作為課程的基本任務。80年代以后，這一課程理念已經被科學教育家和大多數理科教師所認同，成為當今理科課程發展的一個共同趨勢。對科學素養的解釋，因時代而有所不同，并且隨著時代的發展而發生認識上的變化。即便是在同一個時代，不同的機構、組織或不同的專家對科學素養的解釋也不完全相同。因此，目前尚沒有一個嚴格的、統一的定義。國內現在多數人認可的解釋是：科學素養是指了解進行個人決策、參與公民和文化事務、從事經濟生產所需要的科學概念和科學過程。科學素養最基本的含義是指學生能夠合理地將所學到的科學知識運用到社會及個人生活中。由此可見，科學素養包括了兩個不同的方面：一方面是對科學知識、態度情感、價值觀及科學技能的掌握情況；另一方面是在已有基礎上提高自己科學素養的能力。還有一些人認為，科學素養是指一個人對自然科學領域中核心的基礎內容的掌握情況，自然科學的核心基礎應該包括：①學生理解基本科學現象、規律，以及科學原理是如何用于技術領域之中的；②學生以在學校的學習為基礎，形成終身學習的基本能力和習慣；③學生能夠理解或解釋發生在身邊的科學現象；④學生能夠形成正確的態度、情感、價值觀和科學的世界觀，并以此來指導自己的行為；⑤學生應掌握一系列的相關技能，包括操作技能、科學探究一般技能、比較、判斷、分析和推理等思維技能，以及創造性和批判性的思維方式。

不同的學生在學習自然科學時會表現出不同的天賦和特點，有些學生在學習理科時能表現出很強的數理邏輯優勢，有些則會在理科的學習中遇到困難。現代科學教育強調面向所有學生，旨在培養所有未來公民科學素養。因此，對不同的學生來說，科學素養應該有不同的要求。但不論要求的差異如何，科學教育都要使這些學生在原有的基礎上得到發展，達到一個最基本的要求。一個具有科學素養的中學畢業生不一定要以科學或工程技術為職業，然而每個公民必須具備科學素養，才能使他們在面對日常生活中的科學現象、事件和觀點時，能夠運用科學的原理和方法去做出判斷或決策。

(二)具有科學素養的人

嚴格地定義科學素養會有一些困難，因此一些專家和科學教育組織回避去直接定義科學素養，而是用對具備科學素養的人進行描述，間接地解釋這一理念。如具備科學素養的人應該：①具有良好的科學態度和科學情感，包括探索自然的好奇心和求知欲、科學的價值觀念、對科學學習的正確態度；②掌握了科學的基本概念和原理；③具有基本的科學探究能力，及對事物的觀察能力，思考問題的能力，創造性地解決問題的能力，具有批判性思維的能力及在團隊中的合作能力等。

科學素養理念的提出，為中學自然科學課程指出了新的方向和任務。理解這一理念，將有助于生物學教育工作者更好地去制定和實施中學生物學課程方案。

二、關于生物科學素養的認知

“科學素養”是20世紀90年代以后許多國家的教育家在課程改革中的共同聲音。它已成為我國新一輪理科課程改革的基本目標。在理科課程分科設課的國家、地區或學校提高學生“科學素養”的目的是由各分科課程——生物學、物理學、化學等來共同完成的。中學生物學課程要擔負著培養學生科學素養的重要任務。

(一)生物學素養概念的提出

1993年，美國BSCS(生物學課程研究所)出版了名為“發展生物學素養”的生物學課程指南，對生物學素養作了詳盡的論述，并把它作為生物學課程的基本目的。BSCS認為，一個具有生物學素養的學生需要對科學的本質和特點有起碼的理解。學生對科學知識特點的認知和理解，對科學的價值以及科學探究的過程和方法的理解和掌握，是生物學素養的基本要點。BSCS還具體地描述了一個有生物學素養的人應能表現出的具體特點：他應能理解生物學的基本原理和重要的生物學概念；了解人類對生物圈的影響；領悟科學探究的過程，知道歷史上生物學概念的發展。他應該對科學探究、生物的多樣性與文化的多樣性等問題具有正確的態度，對生物學和技術對社會的影響、生物學對個人的重要作用有正確的態度和價值觀。他應該能夠對自然界的現象提出不同的問題，具備創造性的思維；知道如何正確地利用科學技術；能夠在與生物學相關的問題上做出個人或社會決策；能夠應用知識來解決現實社會中的實際問題。

我國是在2001年教育部頒布的《全日制義務教育生物課程標準(實驗稿)》中將生物科學素養的概念正式引入中學生物學課程的，并將它作為初中生物課程的主要目的。《全日制義務教育生物課程標準(實驗稿)》中指出：“義務教育階段的生物課程是國家統一規定的，以提高學生生物科學素養為主要目的的必修課程，是科學教育的重要領域之一。”《全日制義務教育生物課程標準(實驗稿)》還將“提高生物科學素養”作為課程的基本理念加以論述。將提高生物學素養作為課程的主要目的和基本課程理念，標志著我國生物課程有了重大變化，這有助于將我國生物學教育提高到一個新的高度。

(二)生物課程標準中的生物科學素養

2001年頒布的《全日制義務教育生物課程標準(實驗稿)》對于生物科學素養的解釋是：“生物科學素養是指參加社會生活、經濟活動、生產實踐和個人決策所需的生物科學概念和科學探究能力，包括理解科學、技術與社會的相互關系，理解科學的本質以及形成科學的態度和價值觀。”

課程標準提出“提高學生科學素養”的理念，是期望學生通過生物課的學習能夠在以下四個領域得到發展：

1.科學態度和科學的世界觀

科學態度是人基于對科學知識的正確理解和對科學發展的認識而形成科學的信念和科學習慣。科學態度包括：①好奇心。生物學教師的任務就是培養學生對科學現象產生好奇，并將這種好奇心轉變成對科學和對學習科學的積極態度。②誠實。在生物學教育中，培養學生誠實的品質就要求學生要真實地報告和記錄在實驗中觀察到的東西，而不是他想象中應該是的東西，也不是他認為老師想要的東西。③合作。團體成員之間的合作意識是科學精神的重要組成部分。④創造力。創造力一般分為兩種：一種是特殊才能的創造力，主要是指科學家、發明家和藝術家等杰出人物的創造力；另一種是自我實現的創造力，它指的是對人類社會和其他人來講未必是新的東西，但對自己來說是初次進行的、新的、前所未有的認識或創造。培養中學生的創造力主要是要求學生能夠進行獨立思考的創造性學習。因此，中學生的創造力主要是自我實現的創造力。

科學的世界觀是指科學家對科學有一些基本的信念和態度，主要包括：①科學認為世界是能夠被認知的，世間的萬事萬物都是以恒定的模式發生和發展，只要通過認真系統的研究都可以被認知。②科學知識是不斷變化的，知識的變化是不可避免的。有些新的發現會對已有的理論構成挑戰，從而要不斷地對這些理論進行檢驗和修改。③科學雖然處于不斷變化中，但這種變化只是處于緩慢的修正之中，絕大部分科學知識是非常穩定的，所以科學知識的主體具有連續性和穩定性。④科學不能為一切問題提供全部答案。人類面臨的很多問題，是由政治、經濟、文化和環境共同決定的，科學只是其中的因素之一。

此外還有愛國主義教育，包括積極培養熱愛大自然，珍愛生命，愛家鄉、愛祖國的情感，正確理解人與自然和諧發展的意義，從而增強振興祖國和改變祖國面貌的使命感與責任感。

2.科學探究方法與技能

科學探究不是僅僅屬于科學家的方法和技能，它也是學生學習科學的有效方式之一。學校的科學探究活動通常是指學生們用以獲取知識、領悟科學的思想觀念、領悟科學家們研究自然界所用的方法而進行的各種活動。學生們應該掌握科學探究的一般技能，包括：提出問題、做出假設、制定計劃、收集證據、得出結論、表達和交流的科學探究能力。學生進行探究的真正意圖，不僅在于掌握生物學知識本身，而更重要的是要讓學生學會科學探究的一般方法，讓他們親身體會科學家是如何困惑于問題、如何假設問題的“答案”、考慮從哪些途徑去解決問題，并以此漸漸地養成探究的態度和方法。

科學思維的方法，包括形式邏輯思維、辯證邏輯思維、批判性思維和發散性思維等思維方式和思維習慣。科學的思維習慣不是科學家所特有的，是每個人可以掌握、應該掌握的技能。

3.科學、技術與社會(STS)

生物學課程對學生進行STS的教育，目的在于突出科學、技術、社會之間的關系。學生要了解什么是科學，什么是技術，以及科學和技術的聯系。解決技術問題需要科學知識，而一項新的技術的產生又使科學家有可能用新的方法來擴展他們的研究。科學、技術與社會是緊密相連的。社會可以影響科學和技術的發展，科學和技術又會影響社會。通常技術對社會的影響比科學對社會的影響更為直接。

學生在生物學課程的學習過程中，通過參與和解決現實世界中具體問題，來獲取科學與技術的知識，形成正確的態度、價值觀和社會責任感。這樣，在日常生活中，他們就知道如何把所學的知識、方法與實踐相結合，如何對科技引起的新的問題進行思考和判斷。

4.生物學知識和操作技能

這是生物學教育中我們熟知的一個領域。生物學知識包括基本的生物學概念、原理和規律。操作技能包括正確使用顯微鏡等生物學實驗中的常用工具和儀器，基本的實驗操作技能。讓學生掌握一定的生物學知識和操作技能也是生物課程所規定的基本任務之一。學生在義務教育初中階段應獲得有關生物體的結構層次、生命活動、生物與環境、生物進化以及生物技術等生物學基本事實、基本原理和規律，對生物學的整體畫面有一個大致的了解。

生物課程標準提出關于科學素養的理念，是強調在生物學教學中注重學生在知識、科學探究、態度情感、價值觀以及對科學、技術和社會的認識等四個領域的全面發展。

(三)生物科學素養的不同水平

培養學生的生物科學素養是我國中學生物學課程的總目標。這一目標指明了生物教師和學生的努力方向。教師的任務是使所有的學生在這個指定的方向上有盡可能大的進步。學生在剛剛進入中學生物學課堂時，他們每個人的起點不盡相同。按照澳大利亞生物教育家DavidMorgan博士的觀點，學生開始這門課的時候，他們一般不是零起點；而當學生結束這門課程的學習時，他們大多數人也不會達到課程目標的100%。但他們所有的人都應在自己原有的起點上前進了許多。

美國生物學課程研究所(BSCS)也認為，生物學素養的高低是一個連續變化的過程，每個學生都處于這種連續變化的不同位置上，不同的位置反映了他們對生物學理解的程度。該研究所還將這種連續的生物學素養分為4個水平，分別是膚淺的生物學素養、功能化的生物學素養、結構化的生物學素養和多維的生物學素養。了解了生物學素養的特點，有助于生物學教師在教學中選擇適當的教學策略，并實現課程的目的——培養學生的生物學素養。

1.膚淺的生物學素養

學生在日常生活中能夠認出哪些是生物學的術語和概念，并能夠將這些術語與自然界中的現象相對應。但他們仍然有錯誤概念，對生物學概念的理解也很不準確。

2.功能化的生物學素養

學生能夠使用正確的生物學詞匯，對術語的定義表述也很準確。但大都是基于記憶。

3.結構化的生物學素養

學生應能夠理解生物學的概念體系，理解科學探究過程的知識和技能，能夠用他們自己的話來解釋概念。學生能將所學的知識與他們個人生活實際相聯系，對于生物學的學習充滿興趣；他們從學習或實踐的經歷中構建了概念的意義和對概念的理解。

4.多維的生物學素養

學生理解生物學素養在諸多自然學科中的地位，知道生物學的發展史和生物學的本質、特點，理解生物學與社會之間的相互作用。學生能夠意識到自己在知識或技能方面的不足，自己主動去獲取更多的知識或技能；能夠將學科知識應用于解決問題或尋找答案的行動之中。

我們對所有的學生進行科學教育，其核心目標就是培養學生的科學素養。生物科學素養是科學素養的基本組成之一。從培養科學素養的視角來看中學生物教學，中學生物學教師的任務就是將學生的生物科學素養從較低的水平提高到較高的水平。

參考文獻：

[1]劉恩山，汪忠.《普通高中生物課程標準(實驗)解讀》[M]．南京：江蘇教育出版社，2004.

[2]汪忠，劉恩山.《全日制義務教育生物課程標準(實驗稿)解讀》[M]．北京：北京師范大學出版社，2002.

[3]余自強，鄭春和等.《生物課程標準研修》[M]．北京：高等教育出版社，2004.

[4]劉恩山.《中學生物學教學論》[M]．北京：高等教育出版社，2003.

[5](美)國家研究理事會.《國家科學教育標準》[M]．北京：科學技術文獻出版社，1999.

[6](美)生物學課程研究所(BSCS).《生物科學》[M]．北京：北京出版社，1999.

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關鍵詞：數據管理；數據挖掘；本體

中圖分類號：TP391文獻標識碼：A文章編號：16727800（2012）007010403

作者簡介：聞中慧（1988-），女，湖北荊州人, 武漢大學信息管理學院碩士研究生，研究方向為數據挖掘與人工智能。

0引言

摩爾定律見證了過去40多年來計算機技術的發展：芯片的處理速度越來越快，集成電路的體積越來越小、性價比越來越高。以硬盤為例，機械硬盤存儲單位兆的成本不斷下降，而性能更好的固態硬盤正在進入民用市場。計算機的硬件成本越來越低，而硬件的性能越來越好。存儲每兆信息所需要的成本越來越低。這為大規模的數據存儲打下了物質基礎。

計算機技術的普及大大提升了數據采集、存儲和操作能力。數據庫與DBMS順應了大規模的數據管理而產生。從20世紀60年代早期簡單的數據收集到建立數據庫，到20世紀70年代數據庫管理系統的發展，到后來各種新型數據庫，到數據倉庫與數據挖掘的發展，數據庫發展的內在驅動因素正是出于人們對快速增長的數據利用的需求。身處于大量數據之中，卻依然感到缺乏信息，數據挖掘的產生正是為了滿足從數據中挖掘信息的需求。數據挖掘這些年來被廣泛應用和研究，比如在生物科學、化學、天文和商業領域等等，這些領域的共同特點都是面臨大量數據處理。

數據挖掘也面臨者許多問題：處于復雜的數據環境中，需要支持多種數據源類型；挖掘算法的選擇容易受使用者個人知識背景影響；產生規則過多；規則難以理解，需要領域知識背景等等。而本體的引入，從各個方面改進了數據挖掘面臨的問題。

1理論背景

1.1數據挖掘的定義和KDD過程

數據挖掘是“從資料中提取出隱含的過去未知的有價值的潛在信息”（1992年提出），也被認為是“從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機的數據中, 提取隱含在其中的、人們事先不知道的、但又是潛在有用的信息和知識的過程”（2001年提出），后者是被廣泛引用的數據挖掘定義。數據挖掘定義的變化伴隨著數據挖掘方法的研究深入而變化， 在商務智能領域，數據挖掘被定義為是對商業數據庫中的大量業務數據進行抽取、轉換、分析和其它模型化處理，從中提取輔助商業決策的關鍵性數據。盡管數據挖掘的定義在變化，但其總體目標仍然是從現有的數據中挖掘未知的信息，轉化和提取為可理解的信息和知，識以便進一步使用。

數據挖掘常常與數據庫中的知識發現（Knowledge Discovery in Database，簡稱KDD）一起出現，兩者被認為是同一概念。而文獻\[2\]中，數據挖掘被認為是KDD的關鍵步驟。Frayyad 將KDD的過程分為以下幾個步驟：

(1)數據選擇。從數據庫中選擇與業務相關的目標數據。在大型數據庫中，遍歷所有數據是不現實且不明智的。

(2)數據預處理。根據需要去除噪聲。收集必要的信息用以建模和對噪聲進行說明，根據決策需要決定需要丟棄的數據，根據時間需要等等因素選擇數據。

(3)數據轉化。轉換數據為數據挖掘工具所需的格式。這一步可以使得結果更加理想化。具體工作根據目標任務選擇數據屬性，對高維數據進行降維處理等等。

(4)數據挖掘。根據任務目的選擇數據挖掘算法，包括決定參數與選擇合適的模型。經過這一階段，將從數據中挖掘出模式。數據挖掘能提供的模式包括特征描述、關聯分析、分類、聚類、離散值分析、演變分析等。

(5)解釋模型并評價。對模式進行解釋，并評價挖掘效果，根據評價決定是否進行迭代挖掘。

實際研究中，數據挖掘的步驟也與上述相差不遠。步驟（1)-（4)在數據挖掘中也被認為是數據挖掘的準備工作，因此在本文中將數據挖掘與KDD視為同一概念。

1.2本體

本體是從哲學領域引入人工智能的一個概念，1991年由Neches等人最早給出Ontology定義，他們將Ontology定義為“給出構成相關領域詞匯的基本術語和關系，以及利用這些術語和關系構成的規定這些詞匯外延的規則的定義”。Neches認為：“本體定義了組成主題領域的詞匯表的基本術語及其關系，以及結合這些術語和關系來定義詞匯表外延的規則。”隨著研究的深入，很多學者對本體給出了不同的定義。其中最著名并被引用得最為廣泛的定義是由Gruber提出的“本體是概念化的明確的規范說明”，本體定義的發展最重要的是對本體中概念化(conceptualization)定義的提出，“概念化作為知識形式化表達的基礎，是所關心領域中的對象、概念和其它實體，以及它們之間的關系”。本體的定義有概念化、明確、形式化、共享4層含義。作為知識組織的一種形式，本體是一種對知識的概念化的組織說明，是對已存在的概念和概念之間的關系的客觀描述。明確意味著這些概念以及概念使用中的限制具有明確的定義，通過概念模型的表達，減少對概念和邏輯關系的誤解。本體使得計算機能夠理解和處理信息的語義。共享是指本體表示的知識是公認的知識，能被人認可。本體可被表示為概念、屬性、關系三元組。與數據挖掘類似的是，本體的活躍領域也包括信息科學、生物、化學等。特別是在生物科學領域，基因本體的建立使得該方面的研究十分活躍，取得了豐富的研究成果。

篇(4)

關鍵詞：科學素養；資料分析；生物

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2013）18-0144-02

近幾十年來，新的生物技術給農業、食品工業及醫藥業注入了生機，對教育和教學，尤其是生物教學提出了更高的要求。新課程教材也對應地作了全面的修改，新增了“資料分析”、“資料搜集與分析”、“科學前沿”、“科學史話”、“科學?技術?社會”等素材。筆者決定，利用“資料分析”中文字、圖片、數據資料、表格等多樣形式，結合學生的認知發展情況，嘗試從“科學思維”、“科學態度”、“知識應用” 和“科學、技術與社會”這四個維度來培養學生的生物科學素養。

一、轉變學習方式，訓練科學思維

有效使用“資料分析”可激勵學生親自參與豐富、生動的思維活動過程，從而改變單一、被動接受式的學習方式，讓學生主動探索和發現知識，真正建構科學的素質教育課堂；以“師生互動、生生互動、自主探究、合作交流”等教學方式來激發學生的求知欲，提高學習的主動性。

在必修1“關于酶本質的探索”中，教師可以利用資料分析所提供的素材，利用“師生互動、合作交流”的形式探究酶的本質，從而對學生進行想象、比較、綜合、推理和假說―演繹等多方面的科學思維訓練。例如，由酒為什么變酸這個生產實踐問題，引入酶本質的探究。在這個過程中，科學家表現出多種思維方法，如李比希在應用推理的直覺思維，提出發酵是由酵母菌死后的產物引起的；畢希納通過調查研究，提出“發酵是由酵母菌的整個細胞還是酵母菌細胞中的某些物質在起作用？”的問題，從而設計實驗進行探究；薩姆納則應用刀豆種子作為實驗材料，證明了酶是蛋白質，繼而科學家們從其他生物體內也發現和證明了胃蛋白酶、胰蛋白酶等是蛋白質，應用歸納推理的方法總結出：酶是蛋白質。接著，科學家切赫和奧特曼通過大膽質疑，發現少數RNA也是酶，從而發展了酶的定義。

二、展現科學史料，培養科學態度

科學態度是人們對科學知識的正確理解和對科學發展的認識。生物新教材“資料分析”大多展現許多生物科學史上研究的事例和方法，不僅記載著生物科學知識的形成過程，而且蘊含著科學家的創造思維和科學方法的軌跡。在教學中，教師要注重發揮生物學史例的教育作用，利用科學史的“故事性”，培養學生的學習興趣；利用生物學家的生平和事跡，對學生進行科學精神和價值觀的教育；通過對一些經典實驗和探究過程的再現，讓學生體驗生物學知識的形成過程，從中學習科學家的思維方法。

必修模塊1“細胞學說建立的過程”的資料分析，通過展示科學家們探究細胞的整個歷程的科學史料，讓學生在分析和討論的基礎上領悟到：科學發現是很多科學家共同參與、共同努力的結果。其中，顯微鏡的發明和使用，使得德國的植物學家施萊登和動物學家施旺能在細胞水平上研究生物體的結構，并發現了生物體結構的統一性的重大結論――細胞學說，讓學生體會科學發現離不開技術的支持。讓學生在閱讀的同時還能感悟到科學家實事求是的科學態度和勇于創新、善于合作、無私奉獻的科學精神。

三、理解科學知識，強化應用意識

生物中的科學知識在日常生活中用途非常廣泛，強化理論聯系實際，加強知識的應用性也是提高學生生物科學素養的重要途徑。教師教學要根據生物學科的特點，有效結合教材內容，以“資料分析”板塊為載體，聯系身邊的生活實例，將其滲透于課堂教學中，使學生能夠有意識地將所學的科學知識運用到社會及個人生活中，這樣不僅有利于學生理解科學概念的內涵，而且有助于其提高自身實際應用能力。

生產、生活實踐中的生物學問題很多，如資料分析“分析細胞呼吸原理的應用”和“評述植物生長調節劑的應用”等，通過教材展示的有關圖文，采取了引導學生分析和交流的方式，說明這些事例中所應用的細胞呼吸原理和如何正確選擇植物生長調節劑，并將其用于生產實踐中。再讓學生聯想其他事例，進行討論和交流，從而認識到細胞呼吸原理和植物生長調節劑的作用在日常生活和工農業生產中應用的廣泛性。

四、緊密聯系生活，滲透STS教育

STS指的是科學（Science）、技術（Technology）、社會（Society）。從20世紀中期開始，西方一些國家率先開始STS教育，后來到20世紀80年代，STS教育已經成為了世界的潮流。STS教育強調的是科學、技術與社會三者的關系及科學技術在社會生產、生活和人類發展中的應用。教學中可通過教材中“資料分析”提供的各種生物與環境和生活相關的素材、資料，以提高學生學習科學知識的興趣。同時，讓學生關注和參加與生物科學相關的社會問題討論，是培養其科學素養的又一途徑。

例如，“艾滋病死因和免疫系統受損的關系”、“器官移植所面臨的問題”、“轉基因生物與轉基因食品的安全性’’、“健康的生活方式與防癌"、“我國人口增長的情況”、“生物與環境的協調與平衡"等資料，緊密聯系學生身邊的熱點新聞、醫療健康、個人生活、當地資源環境保護等話題，既能增加學生對生物學的學習興趣，又有利于引導學生深入探討生物科學、技術和社會三者之間復雜的互動關系，從而逐步地培養科學的價值觀。

參考文獻：

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[關鍵詞] 新課程 生物科學史 科學素養 教學實踐

科學史是研究科學發展的歷史，作為一種教育資源，由于其獨特的視角和范例價值，受到越來越多的教育工作者的重視。而生物科學史又由于它研究內容的特殊性，即人類認識生命世界、認識自身的發展過程，其本身的價值已遠遠超出“促進學生理論學習”的價值范圍。它已經成為生物課程的一個重要組成部分。

《課程標準》指出：“要注重生物科學史的學習……使學生沿著科學家探索生物世界的道路，理解科學的本質和科學方法，學習科學家獻身科學的精神……提高學生的科學素養。”并在具體的內容標準中對生長素的發現、孟德爾的研究方法、細胞學說的建立等內容作了規定。在新課程的教學實踐過程中，筆者在科學史教學方面突破現行教材，做了一些嘗試，并有所感悟，與大家共勉。

用科學史，學習科學家的實驗設計思想，培養學生的實驗設計能力

實驗設計是一項比較復雜的工作，根據加涅等對知識的分類，實驗設計屬于程序性知識①，科學家的范例作用是不可忽視的。在這類知識的教學中，學生初次接觸，設計得不太全面是正常的，教師不要太急于求成，將要求降低，力求突破一點。

例如，在“光和作用發現”一節的教學中，將簡單的科學史敘述拓展為討論課，讓學生通過體驗科學家的工作方法和過程，體會探索的艱辛與快樂，學習科學家的實驗設計思想，培養學生的實驗設計能力。在介紹普里斯特利小鼠-鐘罩實驗時，增加問題：許多人重復了他的實驗，有人成功了，有人卻沒有成功，這是為什么？要求學生通過觀察分析解答，從而指出實驗條件—光的重要作用。在介紹薩克斯葉片遮光—碘熏蒸檢驗實驗時，提出問題：薩克斯為什么要把葉片先放在黑暗條件下處理幾個小時，不這樣做會有什么影響？引導學生體會條件控制在實驗設計中的重要作用。在此基礎上，進一步利用恩格爾曼水綿實驗來引導學生分析：①為什么選用水綿作為實驗材料？②為什么把水綿裝片黑暗密封處理？③為什么先用一束極細的光線照射，再完全暴露在光下？不這樣做行不行？④恩格爾曼的實驗設計對你有什么啟發？這樣一步一步引導學生逐步發現材料、條件控制、對照實驗和檢驗手段在實驗設計中的重要作用。引導學生學會從高出看問題，學方法而不僅僅是學結論。

而在介紹魯賓和卡門的實驗—同位素標記法，發現光和作用產生的氧氣全部來自于水時，先不引入實驗過程，而是提出問題，讓學生作出假設和設計，再與教材的實驗對比，從而體驗了探索的過程，體會了探索的樂趣。

適時引入科學史，有取有舍

例如在“生物膜的流動鑲嵌模型”一節的教學中教材上有關生物科學時的資料很少，只有一個大致的框架，中間的跨度很大，學生難以形成一個完整的認識。在磷脂分子在“空氣—水”界面的鋪展問題上，我先通過講解磷脂分子的結構，在讓學生自己畫出磷脂分子的排布情況，再嘗試畫出磷脂雙層的排布情況，并就幾種可能的情況進行討論，從而得出磷脂雙分子層必然是“腳對腳”的排列方式。這種“史實的再現”方式能夠使學生有效構建膜的結構模型。而在“暗—亮—暗”模型的建構過程中，我增加了我在教學中增加了有關電鏡的工作原理的介紹，讓學生明確的“三明治”模型的含義。這樣學生沿著科學家的發現歷程認識膜的結構，逐步搭建知識框架結構，并在此過程中能對科學家的結論的合理性做出自己的判斷。

但是，科學史的引入也要注意取舍。我們不是重復史實，課堂教學也不需要重復科學史上做過的每件事情，而是要抓住主線，排除干擾。如光和作用發現史有很多比較著名的實驗：希爾反應，紫硫細菌利用硫化氫作原料進行光合作用等。但是對于教學主線來講，是個干擾，教學中就應該舍棄。

科學家生平—激勵與熏陶

科學的發展史也是科學家們不計個人名利，為科學和真理奉獻一生的奮斗史。科學家成長過程與當時的社會環境、科研條件、個人努力創新都是分不開的。如“遺傳的基本規律”一節，教材著重歸納總結了孟德爾生平。孟德爾的成功，不僅是他積極進取、勇于創新、大膽實踐的結果，同時也是與他所處的社會環境是分不開的：他所在的大學有如多普勒、艾廷豪森、昂格爾等諸多名師名家，他所在的修道院的良好的學術氛圍等。

而在進化論部分教學中，達爾文的理論成功與實踐失敗，對學生也是一種啟迪。從而讓學生不僅要學習科學家嚴謹、求實、不舍的探究精神，還要認識到個人理論發展的局限性以及個人發展與社會環境的關系。

另外，沃森和克里克的偉大合作等又體現著“科學無國界”的公理，科學家的協作精神是全人類的寶貴精神財富。

總之，科學史教學重在展現科學史實的內在價值，是學生學習科學的途徑之一。它對于學生理解相關理論知識，建構知識框架體系，以及科學態度、情感價值觀的培訓作用是其他方面教學所不可替代的。高中學生有一定的知識基礎，會在科學史學習中有自己的理解和感悟。這對他們的科學素養的形成，乃至將來的人生規劃都有重要的啟發意義。

參考文獻：

①皮連生，教學設計—心理學的理論與技術，知識的定義及其分類。P27-.28。北京：高等教育出版社，2000

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關鍵詞 科學史經典實驗課堂探究 光合作用

中圖分類號G633.91

文獻標識碼B

生物科學史本身就是一部科學探究的歷史，生物科學的所有概念、原理和事實，無一不來源于客觀的實踐，來源于科學家科學研究的成果。這些生物科學史中不僅僅記載著生命科學知識的形成過程，還蘊含著科學家的創造性思維方式和科學的研究方法，體現著科學家的科學態度和科學精神，是培養學生生物科學素養的生動教材。學生在學習科學知識之路上，以自己的思考和方式，踐行科學家們的實踐之路，體驗為科學真理而奮斗的艱辛歷程，無疑有著極為重要的意義。

基于上述的教學理念，本課從教學目標要求和學生需求兩個方面出發，組織學生分組參與了與光合作用相關的若干個經典實驗的課堂探究教學。在教學時空上，教師充分利用學校現有的設施，采取課內和課外相結合的原則，讓學生直接參與對課本知識的形成和驗證的實驗和實踐活動，在過程中體驗和感悟生命現象和生命的奧秘。

1 教學目標

1.1 知識目標

（1）說出光合作用發現過程。

（2）說出光合作用概念。

1.2 能力目標

（1）通過再現科學史，培養實驗設計與科學探究能力。

（2）科學分析實驗資料，準確獲取信息，培養分析得出結論的能力。

1.3 情感、態度與價值觀目標

（1）體驗科學方法與科學態度。

（2）感受科學知識發現過程的艱辛和漫長。2課前準備（圖1）3課堂教學

3.1 導入新課

教師：介紹亞里士多德關于植物體增重（生長）的觀點：植物增重部分完全來自土壤。設問：大家認為植物的生長源自什么呢？下面有請學習小組1介紹與此相關的“赫爾蒙特的柳樹實驗”。

學生：介紹“赫爾蒙特的柳樹實驗”。

教師：該實驗說明亞里士多德的觀點正確嗎？你認為是什么原因？

學生：不對，應該來自水和空氣。

教師：運用初中所學知識分析，你認為植物利用水和空氣進行了哪項生理活動呢？ 學生：光合作用。 教師：好，我們今天就要重走科學家之路，共同探討什么是光合作用。

3.2 課堂探究活動 （1）探究普里斯特利實驗（圖2）。 （4）實驗設計：魯賓和卡門探究實驗。 提出問題：光合作用產生的氧是來自于水還是二氧化碳？ 做出假設：光合作用產生的氧是來自于水。 實驗材料：試管、小球藻懸液、H2O、cO2、H2O和C18O2。

實驗設計：引導學生根據實驗原理、運用所給材

3.3 師生歸納總結

（1）光合作用的基本概念。上述實驗證明：光合作用的原料是水和二氧化碳，產物是有機物和氧氣，條件是光照，場所是葉綠體。所以教師可以給光合作用作如下定義：光合作用是綠色植物通過葉綠體，利用光能，把水和二氧化碳合成有機物并釋放氧氣的過程。

（2）科學家的實驗方法。教師引導學生歸納總結科學家的實驗方法。學生通過再現科學史經典實驗，發現了科學探究的一般方法“發現問題作出假設設計實驗進行實驗結論交流”。

（3）科學家的科學態度和精神。教師引導學生歸納成功的科學家共有的科學態度與科學精神。如有學生總結的實事求是的科學態度，持之以恒、勇攀高峰的科學精神。

4 反思與認識

教材中存在著豐富的科學史資料，教師可以將其作為課堂中探究性學習活動的良好素材，若能整理和運用好，就會激發學生的學習興趣，提高教學效率，更好地實現教育目標。當然學生獨立完成設題、實驗、歸納總結所需的能力之欠缺，令人憂慮。學生對細微現象的捕捉、相關信息的獲取、實驗操作上的規范等諸多方面存在著普遍性的不足，這在一個側面上也反映了我國當代學生總體素質上的欠缺，同時使教師認識到當今深入開展“素質教育”的迫切性和艱巨程度。

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關鍵詞：系統論；生物學；課堂教學

中圖分類號：G4文獻標識碼：A文章編號：1671-1297（2008）08-045-02

一 、系統論概述

系統論是20世紀40年代與控制論，信息論同時誕生的一門新興科學，而實際上，系統思想源遠流長。系統一詞來源于古希臘語，是由部分構成整體的意思。作為一門科學的理論，人們公認是奧地利生物學家貝塔朗菲首創，它研究各種系統的共同特點和本質，采用邏輯和數學的方法綜合考察整體和它的各個部分的屬性、功能，并在變動中調節整體和部分的類型，選取各個部分的最佳結合方式借以達到整體上的最佳目標。

系統論認為，世界上一切事物、現象和過程幾乎都是有機整體，且又都自成系統、互為系統；每個系統都是在與環境發生物質、能量、信息的交換中變化發展，并能保持動態的穩定，系統內部及系統之間保持一種有序狀態。

系統論的基本思想方法，就是把所研究的對象當作一個系統，分析系統的結構和功能，研究系統、要素、環境三者相互關系和變動的規律性。世界上任何事物都可以看成是一個系統，系統是普遍存在的。大至茫茫的宇宙，小至微觀的原子，都是系統，整個世界就是系統的集合。

幾十年來，人們從各種角度上研究系統，對系統下的定義不下幾十種，錢學森先生給出了一個能描述各個系統共同特征的一般系統定義：系統是由相互作用和相互依賴的若干組成部分結合而成的具有特定功能的有機整體。這個定義中包括了系統、要素、結構、功能四個方面的含義，表明了要素與要素、要素與系統、系統與環境三個方面的關系。

系統論的出現，使人類的思維方式發生了深刻的變化。從前研究問題，一般是把事物分解成若干部分，抽象出最簡單的因素來，然后再以部分的性質去說明復雜的事物，這是幾百年來在特定范圍內行之有效，人們最熟悉的思維方法，但是它不能如實說明事物的整體性，不能反映事物之間的聯系和相互作用，只適應認識較為簡單的事物卻不適合于復雜問題的研究，而系統分析的方法卻能高屋建瓴，綜觀全局，別開生面地為現代復雜問題的解決提供了有效的思維方式。

系統論反映了現代科學發展的趨勢，系統觀念滲透到了每個領域，不僅為現代社會中的政治、軍事、經濟、科學、文化等方面的問題提供了方法論的基礎，在教育領域也得到廣泛的應用。

二 、從系統論的觀點生物學課堂教學

（一）生命是一個系統

關于生命的本質，生物學界長期存在活力論和還原論之爭，直到在20世紀30年代后，科學界才對生命的本質提出了新的認識，就是機體系統論。1952年，系統論創始人貝塔朗菲出版了英文版的《生命問題――現代生物學思想評價》，提出了機體系統論的基本原理，認為生物有機體是一個獨特的組織系統，其個別部分和個別事件受整體的制約，遵循系統規律，生命有機體結構產生于連續流動的過程，具有調整和適應能力；生命有機體是一個具有自主活動能力的系統。可見，生命本身就是自然創造的一個精美的系統。在認識生命現象，探索生命活動規律的生物學教學中，利用系統概念、系統思想和系統方法來理解生物學知識，重新整合原有的生物科學知識體系，是“生物學革命”的內容之一，國際上稱為“利用系統方法進行生物學革命”。

（二）生物學課堂教學的系統性

生物學課堂是學生獲得生命科學知識，形成科學的理智與科學的倫理，明確科學與人文，社會和技術相互聯系的重要場所。根據系統論的觀點，它強調人們在研究事物時不能只是孤立地研究單一部分和過程，必須研究各部分的相互作用，應把事物作為一個整體或要素群來考慮。在上世紀90年代初就有學者曾提出課堂教學是一個多因素構成的系統，它是由教師、學生、教材、教學目標要求、教學信息流、教學手段等多種要素生成。根據系統的理論，在我們的生物課堂教學過程中，其實存在兩大要素，即課堂教學活動的人和環境，課堂教學系統是在一定時空內教師、學生和教學環境相互影響、相互作用的具有信息傳遞功能的有機統一體。

因此，要提高生物學教學水平，進而提高學生的生物科學素養，我們必須關注我們的生物課堂教學，從根本上說也就是要關注課堂教學中的人和環境。

1、在生物課堂教學系統中，人的要素包括教師和學生。二者之間有著復雜的聯系，如果他們之間的功能關系都能發揮到最好，那么在同樣的外部條件下，該系統的功能將會發揮得最好。因此，需要考慮到這個系統的結構和功能關系兩個方面。

(1)結構方面：主要表現在教師與學生的比例，教學環境與學生的需求等是否平衡。在實踐中，因種種原因，我國很多學校的師生比例是不協調的，班額過大，常因缺少教學硬件設備，缺少實驗場所而不能滿足學生的需求等造成了生物課堂教學系統結構的不平衡，從而影響了生物課的教學效果。

(2)功能方面：系統內的人與環境或系統內的人與環境和外部環境的關系失調，就會導致教學的效率低下。如果教師在利用環境進行教學時，只重視知識的傳授，忽視學生能力的培養，忽視學生情感、態度、價值觀的培養，在這樣的系統中便只能產生出存儲知識的機器而不是真正高素質的人才。另一方面，外部給教師創造的條件不夠，如工資待遇，競爭機制，尊重程度等同樣會影響教師課堂教學的質量。

2、課堂教學環境。在特定的課堂中，以教學活動為中心并對課堂教學產生影響的所有元素都可稱為課堂教學環境。對于生物課堂教學來說，它包括了教學空間、教學目標、教學內容、生物學的教學特點及教學手段、方法及氛圍等，是一個有很強開放性的課堂教學的系統。因此在生物教學實踐中，相關人員應努力使這個子系統的結構完善，從而使它的功能能在一定的時空和空間里得到最有效的發揮。

（1）從結構來看，與其它學科教學相比較，生命科學的教學空間更加寬廣，教師在實踐中應注意充分拓展，以使學生對生命現象和生命活動規律認識領域更為廣闊，視野更加開闊。可以走出教室，走出校門，走進自然與社會。在新課標中，生物學的教學目標、教學內容在知識、能力、情感態度與價值觀三個維度上都有系統而具體的要求。因此，新課程改革給生物學教育工作者提供了一個結構合理的環境，在這樣的條件下，我們有充分的理由相信良好的教學手段、教學方法及教學氛圍都能更好地服務于生物學課堂教學。

（2）從功能來看，教學環境是為環境中的人服務的。課堂教學環境是為參與教學活動的人服務的，教學活動中的人又能動地改變著這個環境。所以，作為教師就應充分認識到，在生物學教學過程中，應以學生的發展為本，選擇適合學生特點的教學環境元素進行教學，以培養學生的生物科學素養，為學生終生的學習和發展打下基礎，為學生步入社會，擇業和確定進一步學習的專業方向提供幫助。

任何系統都離不開環境，生物學課堂教學作為一個人工系統，不僅要系統內部各要素有合理的結構和正確的關聯，同時它也要求和諧健康的外在環境的有力支持，如學校、家庭、社區以至于整個社會，在精神與物質上提供一個能使它處于良好的平衡狀態的大環境，使這個系統能產生最大的效益。雖然在現實中由于種種原因，我們的生物學課堂教學系統很難達到平衡狀態，但教育工作者的任務就是不斷地追求以努力使這個系統不斷地接近理想狀態。

綜上所述，不僅生命本身是大自然創造的一個復雜而精美的系統，認識生命現象、探索生命活動規律的生物學課堂教學也是一個有著自身結構與功能的人工系統，我們用系統論的觀點去正確地認識這個系統，重視教師、學生和教學環境及它們之間的相互作用的問題，使生物學課堂教學這個系統中的各個要素之間的功能關系發揮到最好，從而使這個系統的功能發揮到最好，最終實現全面提高學生的生物科學素養的目的。

參考文獻

[1]劉恩山.中學生物學教學論[M].北京：高等教育出版社，2003.