初中科学疑难研训在科学统一性视野下提升生物学思想

初中科学疑难研训在科学统一性视野下提升生物学思想第1页/共96页黄金大米事件

牛牛文库文档分享第2页/共96页这个社会不但仇“官”、仇“富”，而且开始仇“专家”了。我们的公众媒体对于科普很不热心，但对一些伪科学甚至反科学的东西却喜欢推波助澜。黄金大米事件的真正问题在于科研的程序与伦理道德：未告知给学生食用的是“转基因水稻”；未按规定向国内相关机构申报。但“无害”何需隐瞒？“转基因”这个高科技名词已然成了过街老鼠。

牛牛文库文档分享第3页/共96页

牛牛文库文档分享第4页/共96页北大教授饶毅称转基因若在中国死掉将成笑话。2012年10月末，有感于公众人物郎咸平公然称广西大学生精子数下降是因为转基因所致的说法，北大生命科学学院教授饶毅发文抨击，把此言行与清末“扒铁路”的愚行相提并论，以反讽郎咸平在反对转基因上的“偏执”。饶毅认为由不懂分子生物学的外行不断挑起的转基因论战，经常陷入极端化的情绪表达，并让阴谋论、谣言论等盛嚣尘上，这导致无法进行理性讨论。

牛牛文库文档分享第5页/共96页许多担心吃了转基因食品会改变自己身体的基因

牛牛文库文档分享第6页/共96页10年诺贝尔生理学或医学奖——“试管婴儿”到1978年7月25日首个“试管婴儿”诞生，爱德华兹研究了二十多年。但是英国政府一直不愿提供资助，幸好有几个美国私人基金会提供了经费。当时这个研究项目称得上最有争议的研究项目，从一开始就备受指责。不仅政府官员、民意代表反对，神学家、伦理学家反对，甚至连某些医生、生物学家都反对。但是这些批评难以抵挡不育夫妇因为此项技术得以享有为人父母的幸福。长期的追踪研究也证明当初对该技术安全性的担忧是多余的，“试管婴儿”与其他婴儿一样健康。现在体外授精成了治疗不育症的常规技术，世界各地已诞生了400万名“试管婴儿”，反对的声音逐渐平息。

牛牛文库文档分享第7页/共96页干细胞的研究生物医学界基本上都支持这方面的研究，反对的阻力主要来自神学界、伦理学界和政界。胚胎干细胞是从早期胚胎分离出来的，然后胚胎会被销毁。反对者因此认为这是在“杀婴”。初步的研究表明，干细胞的确能分化成几乎所有组成人体的各种细胞，有望用它来修复那些被疾病和创伤所破坏的各种各样的细胞和组织。所以生物及医学家们普遍认为胚胎干细胞的研究前景无限。但是象人工流产一样，干细胞研究在美国成了一个“全国辩论和饭桌上讨论的主题”。辩论的中心是：胚胎是否算人？从什么时候开始算人？

牛牛文库文档分享第8页/共96页人造生命

牛牛文库文档分享第9页/共96页一个很有意思的对照是：转基因技术与干细胞研究在欧洲和美国的不同境遇。一项与生命有关的新技术难免会产生争议，而且技术越是尖端，越是难以被外行理解，产生的争议就可能越大，限制也会越厉害。所以在新版课程标准第二部分《课程目标》中增加了“了解有关正确运用科学技术的伦理问题”，显得与时俱进。

牛牛文库文档分享第10页/共96页二、由学业评价结果看学生的生物学素养11年第27题：植物的光合作用和呼吸作用强度可以用单位时间内吸收或释放二氧化碳的量来表示。如图表示某植物在恒温30℃时，处于不同光照强度下在单位时间内对二氧化碳的吸收或释放量。（2）环境温度对植物的光合作用和呼吸作用都会产生影响，原因是温度会影响活细胞中的▲。

牛牛文库文档分享第11页/共96页预测0.65，实测0.30这个问题如果放在生物学的视野下，真的是非常基础、简单的试题，对这个问题的难度评价，教师的专业不同看法完全不同。

生物体内各种复杂的生命活动都是以在各种酶的催化下进行的复杂的化学反应为基础的，这是生物学的基本原理之一。新课标将生物部分的主题2生物的新陈代谢改为生物体内的物质与能量变化。这其实也说明生物科学与物质科学的统一性。

牛牛文库文档分享第12页/共96页12年第30题：学习了种子萌发的条件后，小明突然想到了一个问题：吃西瓜时为什么没看到过有萌发的种子，而扔在地上的西瓜种子却会很快萌发呢？于是小明与学习小组的同学一起进行了分析，大家首先根据书本知识，提出了以下假设：假设一：种子在西瓜内缺乏萌发所需的温度；假设二：种子在西瓜内缺乏萌发所需的水分；假设三：种子在西瓜内缺乏萌发所需的空气。经过理性的思考和讨论，大家认为上述假设中有两个难以成立。你认为假设▲不成立（写出一个即可），理由是▲。

牛牛文库文档分享第13页/共96页通过查阅相关资料，他们发现许多植物的种子成熟后都有休眠现象，即种子在适宜的条件下仍不能萌发，这是植物重要的适应特性之一。而导致种子休眠的原因很多，西瓜内种子不能萌发是由于果实中存在抑制物质。------本题起点很高，但落点很轻，设置问题时可谓轻拿轻放。题目背后更加上位的原理是自然选择的结果——即进化与适应，包括形态、结构和功能，进化的唯一目标适应环境，使种群更好、更多地延续下去。任何生物都无法摆脱自然选择的魔手，这是生物学的又一基本原理。

牛牛文库文档分享第14页/共96页13年第2题．裸藻是一类兼具动物和植物特点的单细胞生物，之所以把它称为“裸藻”，原因是与其它的藻类细胞相比，它的细胞没有A．细胞壁 B．细胞膜C．细胞质 D．细胞核

牛牛文库文档分享第15页/共96页如何真正实现课程目标（二）科学知识与技能中的1.逐步加深对下列自然科学中统一的概念与原理的理解：物质、运动与相互作用，能量，信息，系统、结构与功能，演化，平衡，守恒。你的头脑中这些概念和原理在理、化、生、地各知识体系间是否得到了统一，在教学中你有否不断地去让学生理解和感悟这些统一的概念和原理的意识？科学这门课程的最大特色在于体现自然是统一的，如果这一条目标没有达到，科学综合课程有何价值？基本的物质、能量、信息原理是一致，特殊性恐怕只是在于其存在尺度不同或复杂程度不同。

牛牛文库文档分享第16页/共96页左半部分是计算机的回路，右半部分是大脑的神经细胞——神经元回路示意图。

牛牛文库文档分享第17页/共96页三、思想方法上提高对生物学的认识

要领会结构与功能统一、生物与环境统一、生命的演化、人与自然和谐发展等观念与原理。明确生命系统在本质上是一个复杂的开放的物质系统，遵循物质世界的一般规律。但要认识到生命有它的复杂性和多样性。然更要明确生物是物，是物必然有理，这理就是物质世界的基本原理和规律。生命科学课程内容在课标中的变化：主题2生物的新陈代谢改成了生物体内物质和能量的转换。

牛牛文库文档分享第18页/共96页1．生命是什么？非生物生物

牛牛文库文档分享第19页/共96页自我维持：一是生物能够根据基因信息留下自己的后代（自我复制和进化），二是能够吸收营养物质维持自身的活动（代谢）。

牛牛文库文档分享第20页/共96页从20世纪50年代到80年代，生物学家和哲学家几乎大都避而不谈这个问题。生物学家往往感到这个问题太“哲学”，因而把它当作是一个哲学问题，而不是一个科学问题。而哲学家们可能感到这个问题“太科学”，因此把它主要当作一个科学问题，而不是一个哲学问题。人们之所以很少谈论生命的本质或定义问题，一个重要的原因是这个问题太难回答。之所以难以定义生命，主要有以下几个原因：

牛牛文库文档分享第21页/共96页首先，我们每个人都有着关于生命的常识经验，而定义生命往往要包含所有的生命现象，其中包括大量常人不熟悉的生命和处于极限状态下的生命。这样定义出的生命概念可能和常识观念相差甚远，甚至完全相反。

其次，不同学科的人在定义生命时，往往从本学科出发，把生命的某一方面加以强调，把某一方面作为生命的本质。不同学科的视角的不同也使人们感到生命难有统一的概念。

第三，生命现象与非生命现象存在着连续性，它们之间并没有一条截然分明的界限。

牛牛文库文档分享第22页/共96页生命的七大特征：1.严整的结构

2.新陈代谢

3.生长发育

4.应激性5.遗传变异6.繁殖

7.适应并影响环境但都有一定的局限性

牛牛文库文档分享第23页/共96页2．动物、植物及生物分类直观的区别很明显：能不能动。理性的区别似乎也是明确的：营养方式，自养的是植物，异样的是动物。但都不是绝对的。

牛牛文库文档分享第24页/共96页在生物学中，通常给出的定义或判断总会留有一定的余地。这就是生物的复杂性和多样化的表现。生物的分类是随着人们对生物的认识而不断发展的。

两界分类系统

：植物界和动物界。

三界分类系统：19世纪60年代，另立一个由低等生物所组成的第三界，取名为原生生物界，包括细菌、藻类和原生动物。

牛牛文库文档分享第25页/共96页四界分类系统：1959年魏泰克提出了另立1个真菌界。五界分类系统：增加原核生物界。五界系统按复杂性增加的三个层次排列生命：原核的单细胞（原核生物界）；真核的单细胞（原生生物界）；真核的多细胞（植物界、真菌界和动物界）。

牛牛文库文档分享第26页/共96页六界分类系统：加上没有细胞的病毒。地球上已经发现的生物约有200万种，而实际存在的估计在1000万种以上。这么多的生物不加分类根本就无从研究，而要使每一种生物都有一个专有的分类位置，就需要多达七级的分类系统：界、门、纲、目、科、属、种。

牛牛文库文档分享第27页/共96页三、生物多样性

牛牛文库文档分享第28页/共96页1.遗传多样性：同一物种的族群间或个体间遗传性状多样化的程度。遗传多样性愈高，愈能适应环境变化，生存机会愈大。

2.物种多样性：不同物种对环境的需求因外形、生长方式、生殖方式等而异。物种多样性越大，物种间的交互作用愈复杂，生态系就愈容易維持平衡。

3.生态系统多样性：一个地区可提供生物栖息的环境变异状况。栖息地类型愈多样，生态系统多样性愈高。

牛牛文库文档分享第29页/共96页遗传多样性

牛牛文库文档分享第30页/共96页遗传多样性

牛牛文库文档分享第31页/共96页最大的狗——大丹最小的狗——吉娃娃

牛牛文库文档分享第32页/共96页物种多样性

牛牛文库文档分享第33页/共96页生态系统多样性

牛牛文库文档分享第34页/共96页生物多样性的危机栖息地破坏资源过度利用单一种栽培污染

牛牛文库文档分享第35页/共96页栖息地破坏道路造成栖息地分割

牛牛文库文档分享第36页/共96页资源过度利用

牛牛文库文档分享第37页/共96页资源过度利用

牛牛文库文档分享第38页/共96页

一只小狐狸说：我有件美丽的衣裳，我一辈子只有这么一件衣裳，是妈妈生我的时候送我的，而你们人的衣橱已满。我的衣裳是我的毛皮，失去毛皮我只有血肉一团。你的衣服可以一天三换，我衣服脱下，就命丧九泉

牛牛文库文档分享第39页/共96页单一种栽培

牛牛文库文档分享第40页/共96页野生种稻栽培种稻遗传多样性降低

牛牛文库文档分享第41页/共96页污染

牛牛文库文档分享第42页/共96页4．细胞

细胞正如其名称中的“细”所暗示的，都非常微小。在这大小不足1/100毫米的细胞内，却蕴藏着各种复杂得令人难以置信的生命奥秘。一个细胞，无论其结构还是功能，再先进的电脑都无法比拟。一切生命都可以归结为细胞所进行的化学反应的整合结果，一个细胞的大小不过1/100毫米左右，然而却是一个庞大的化学系统，正是这一个个细胞在开动着它们的化学系统，才会有不息的生命活动。

牛牛文库文档分享第43页/共96页

牛牛文库文档分享第44页/共96页细胞具有多样性

牛牛文库文档分享第45页/共96页细胞具有不同的形态结构是因为生物体内的细胞所处的位置不同，功能不同，是细胞分化的结果。红细胞呈两面凹的圆饼状，这有利于与氧气充分接触，起到运输氧气的作用。洋葱表皮细胞呈长方体形状，排列紧密，有利于起到保护作用。

牛牛文库文档分享第46页/共96页真核细胞

牛牛文库文档分享第47页/共96页原核细胞

牛牛文库文档分享第48页/共96页

牛牛文库文档分享第49页/共96页细胞学说的要点：细胞是一个有机体。一切动植物都由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所构成。细胞是一个相对独立的单位，既有它自己的生命，又对与其他细胞共同组成的整体的生命起作用。新细胞可以从老细胞中产生。细胞学说提示了细胞的统一性和生物体结构的统一性，使人们认识到各种生物之间存在共同的结构基础。

牛牛文库文档分享第50页/共96页细胞的膜结构

牛牛文库文档分享第51页/共96页

牛牛文库文档分享第52页/共96页

牛牛文库文档分享第53页/共96页

牛牛文库文档分享第54页/共96页间期前期

牛牛文库文档分享第55页/共96页中期后期

牛牛文库文档分享第56页/共96页末期

牛牛文库文档分享第57页/共96页

牛牛文库文档分享第58页/共96页5．遗传与变异1953年，沃森和克里克发现了DNA双螺旋的结构，开启了分子生物学时代，使遗传的研究深入到分子层次，“生命之谜”被打开。之后分子遗传学、分子免疫学、细胞生物学等新学科如雨后春笋般出现，一个又一个生命的奥秘从分子角度得到了更清晰的阐明。由此也更明确了生命尽管复杂多样且充满了奥秘，但其背后都是由物质所决定的。

牛牛文库文档分享第59页/共96页

牛牛文库文档分享第60页/共96页

牛牛文库文档分享第61页/共96页

牛牛文库文档分享第62页/共96页

牛牛文库文档分享第63页/共96页基因表达转录

牛牛文库文档分享第64页/共96页翻译

牛牛文库文档分享第65页/共96页

牛牛文库文档分享第66页/共96页

牛牛文库文档分享第67页/共96页人体细胞的染色体组型

牛牛文库文档分享第68页/共96页6．物质与能量的转化

牛牛文库文档分享第69页/共96页人类多亏有了光合作用才能得以生存。光合作用是地球上最伟大的化学反应，每年地球上通过光合作用合成的有机物约为2200亿吨，相当于人类每年所需能耗的10倍。

人类面临的粮食、能源、资源和生态等问题都和光合作用密切相关。长期以来，光合作用机制的研究一直是自然科学的前沿，更是生命科学研究的核心和焦点之一。

牛牛文库文档分享第70页/共96页

牛牛文库文档分享第71页/共96页

牛牛文库文档分享第72页/共96页

牛牛文库文档分享第73页/共96页細胞呼吸(有氧呼吸)

C6H12O6+6O2→丙酮酸→6CO2+6H2O+36ATP

（无氧呼吸）

乳酸发酵酒精发酵

丙酮酸丙酮酸

↓↓

乳酸乙醛+CO2

↓

乙醇

牛牛文库文档分享第74页/共96页呼吸作用同样神奇，性质如此稳定的有机物在常温、常压以及微米尺度的细胞的线粒体内氧化分解，且分解时能量的转化效率达40%左右，而现在最先进的内燃机的转化效率还只有25%左右

牛牛文库文档分享第75页/共96页生物体不能直接利用来自营养物质中的能量，而是以ATP（三磷酸腺苷）分子为能量之源，线粒体是细胞内产生ATP的主要细胞器,即把有机物中的稳定化学能转化为ATP中活跃的化学也能，过程及其复杂，但其机制犹如水力发电，这就是1981年化学家保罗·博耶提出的“ATP合酶旋转生成ATP”的旋转理论，由此获得诺贝尔化学奖。

牛牛文库文档分享第76页/共96页

牛牛文库文档分享第77页/共96页7.生命的起源和演化生命从哪里来？有史以来，这个问题一直困扰着人类。揭示生命起源之谜是当今自然科学永恒的前沿课题之一。

数百年来科学家都在试图判断，生命体有没有可能从无机物中自发产生。到了19世纪，巴斯德似乎终于提供了明确的答案：不可能。

牛牛文库文档分享第78页/共96页但米勒对巴斯德关于“自然发生”不可能的明确判断表示怀疑：巴斯德如果不是等待4天，而是等上数十亿年，就如当初地球等待生命的起源那样，结果会怎样呢？如果不是在现代氮气、氧气共同存在的条件下，而是在原始大气的情况又会怎样呢？米勒的实验没有创造生物体，但是他的这一实验似乎正朝着这个方向迈进，这就是生命起源的化学进化。化学进化说就是：生命起源于非生命物质，由无机小分子合成有机小分子，有机小分子到有机大分子，有机大分子到多分子体系，最后出现原始界膜。

牛牛文库文档分享第79页/共96页自然界合成DNA和蛋白质的概率太低，因此，“生命很可能是在地球之外宇宙的其他地方产生出来，后来才来到地球上。”

宇宙胚种说

关于生命，我们对它了解越多，就越能感受到它的复杂和巧妙。至今这个问题仍然没有答案，甚至可以说这是人类难以回答的终极之谜。而“我们是怎么来的？”这个问题显然对人们来说充满了好奇。生命为什么选择水？比热大、极性、张力大等。

牛牛文库文档分享第80页