初中科學(xué)疑難研訓(xùn)在科學(xué)統(tǒng)一性視野下提升生物學(xué)思想

初中科學(xué)疑難研訓(xùn)在科學(xué)統(tǒng)一性視野下提升生物學(xué)思想第1頁/共96頁黃金大米事件

牛牛文庫文檔分享第2頁/共96頁這個社會不但仇“官”、仇“富”，而且開始仇“專家”了。我們的公眾媒體對于科普很不熱心，但對一些偽科學(xué)甚至反科學(xué)的東西卻喜歡推波助瀾。黃金大米事件的真正問題在于科研的程序與倫理道德：未告知給學(xué)生食用的是“轉(zhuǎn)基因水稻”；未按規(guī)定向國內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)申報。但“無害”何需隱瞞？“轉(zhuǎn)基因”這個高科技名詞已然成了過街老鼠。

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牛牛文庫文檔分享第4頁/共96頁北大教授饒毅稱轉(zhuǎn)基因若在中國死掉將成笑話。2012年10月末，有感于公眾人物郎咸平公然稱廣西大學(xué)生精子數(shù)下降是因為轉(zhuǎn)基因所致的說法，北大生命科學(xué)學(xué)院教授饒毅發(fā)文抨擊，把此言行與清末“扒鐵路”的愚行相提并論，以反諷郎咸平在反對轉(zhuǎn)基因上的“偏執(zhí)”。饒毅認(rèn)為由不懂分子生物學(xué)的外行不斷挑起的轉(zhuǎn)基因論戰(zhàn)，經(jīng)常陷入極端化的情緒表達(dá)，并讓陰謀論、謠言論等盛囂塵上，這導(dǎo)致無法進(jìn)行理性討論。

牛牛文庫文檔分享第5頁/共96頁許多擔(dān)心吃了轉(zhuǎn)基因食品會改變自己身體的基因

牛牛文庫文檔分享第6頁/共96頁10年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎——“試管嬰兒”到1978年7月25日首個“試管嬰兒”誕生，愛德華茲研究了二十多年。但是英國政府一直不愿提供資助，幸好有幾個美國私人基金會提供了經(jīng)費。當(dāng)時這個研究項目稱得上最有爭議的研究項目，從一開始就備受指責(zé)。不僅政府官員、民意代表反對，神學(xué)家、倫理學(xué)家反對，甚至連某些醫(yī)生、生物學(xué)家都反對。但是這些批評難以抵擋不育夫婦因為此項技術(shù)得以享有為人父母的幸福。長期的追蹤研究也證明當(dāng)初對該技術(shù)安全性的擔(dān)憂是多余的，“試管嬰兒”與其他嬰兒一樣健康。現(xiàn)在體外授精成了治療不育癥的常規(guī)技術(shù)，世界各地已誕生了400萬名“試管嬰兒”，反對的聲音逐漸平息。

牛牛文庫文檔分享第7頁/共96頁干細(xì)胞的研究生物醫(yī)學(xué)界基本上都支持這方面的研究，反對的阻力主要來自神學(xué)界、倫理學(xué)界和政界。胚胎干細(xì)胞是從早期胚胎分離出來的，然后胚胎會被銷毀。反對者因此認(rèn)為這是在“殺嬰”。初步的研究表明，干細(xì)胞的確能分化成幾乎所有組成人體的各種細(xì)胞，有望用它來修復(fù)那些被疾病和創(chuàng)傷所破壞的各種各樣的細(xì)胞和組織。所以生物及醫(yī)學(xué)家們普遍認(rèn)為胚胎干細(xì)胞的研究前景無限。但是象人工流產(chǎn)一樣，干細(xì)胞研究在美國成了一個“全國辯論和飯桌上討論的主題”。辯論的中心是：胚胎是否算人？從什么時候開始算人？

牛牛文庫文檔分享第8頁/共96頁人造生命

牛牛文庫文檔分享第9頁/共96頁一個很有意思的對照是：轉(zhuǎn)基因技術(shù)與干細(xì)胞研究在歐洲和美國的不同境遇。一項與生命有關(guān)的新技術(shù)難免會產(chǎn)生爭議，而且技術(shù)越是尖端，越是難以被外行理解，產(chǎn)生的爭議就可能越大，限制也會越厲害。所以在新版課程標(biāo)準(zhǔn)第二部分《課程目標(biāo)》中增加了“了解有關(guān)正確運用科學(xué)技術(shù)的倫理問題”，顯得與時俱進(jìn)。

牛牛文庫文檔分享第10頁/共96頁二、由學(xué)業(yè)評價結(jié)果看學(xué)生的生物學(xué)素養(yǎng)11年第27題：植物的光合作用和呼吸作用強(qiáng)度可以用單位時間內(nèi)吸收或釋放二氧化碳的量來表示。如圖表示某植物在恒溫30℃時，處于不同光照強(qiáng)度下在單位時間內(nèi)對二氧化碳的吸收或釋放量。（2）環(huán)境溫度對植物的光合作用和呼吸作用都會產(chǎn)生影響，原因是溫度會影響活細(xì)胞中的▲。

牛牛文庫文檔分享第11頁/共96頁預(yù)測0.65，實測0.30這個問題如果放在生物學(xué)的視野下，真的是非?；A(chǔ)、簡單的試題，對這個問題的難度評價，教師的專業(yè)不同看法完全不同。

生物體內(nèi)各種復(fù)雜的生命活動都是以在各種酶的催化下進(jìn)行的復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的，這是生物學(xué)的基本原理之一。新課標(biāo)將生物部分的主題2生物的新陳代謝改為生物體內(nèi)的物質(zhì)與能量變化。這其實也說明生物科學(xué)與物質(zhì)科學(xué)的統(tǒng)一性。

牛牛文庫文檔分享第12頁/共96頁12年第30題：學(xué)習(xí)了種子萌發(fā)的條件后，小明突然想到了一個問題：吃西瓜時為什么沒看到過有萌發(fā)的種子，而扔在地上的西瓜種子卻會很快萌發(fā)呢？于是小明與學(xué)習(xí)小組的同學(xué)一起進(jìn)行了分析，大家首先根據(jù)書本知識，提出了以下假設(shè)：假設(shè)一：種子在西瓜內(nèi)缺乏萌發(fā)所需的溫度；假設(shè)二：種子在西瓜內(nèi)缺乏萌發(fā)所需的水分；假設(shè)三：種子在西瓜內(nèi)缺乏萌發(fā)所需的空氣。經(jīng)過理性的思考和討論，大家認(rèn)為上述假設(shè)中有兩個難以成立。你認(rèn)為假設(shè)▲不成立（寫出一個即可），理由是▲。

牛牛文庫文檔分享第13頁/共96頁通過查閱相關(guān)資料，他們發(fā)現(xiàn)許多植物的種子成熟后都有休眠現(xiàn)象，即種子在適宜的條件下仍不能萌發(fā)，這是植物重要的適應(yīng)特性之一。而導(dǎo)致種子休眠的原因很多，西瓜內(nèi)種子不能萌發(fā)是由于果實中存在抑制物質(zhì)。------本題起點很高，但落點很輕，設(shè)置問題時可謂輕拿輕放。題目背后更加上位的原理是自然選擇的結(jié)果——即進(jìn)化與適應(yīng)，包括形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)化的唯一目標(biāo)適應(yīng)環(huán)境，使種群更好、更多地延續(xù)下去。任何生物都無法擺脫自然選擇的魔手，這是生物學(xué)的又一基本原理。

牛牛文庫文檔分享第14頁/共96頁13年第2題．裸藻是一類兼具動物和植物特點的單細(xì)胞生物，之所以把它稱為“裸藻”，原因是與其它的藻類細(xì)胞相比，它的細(xì)胞沒有A．細(xì)胞壁 B．細(xì)胞膜C．細(xì)胞質(zhì) D．細(xì)胞核

牛牛文庫文檔分享第15頁/共96頁如何真正實現(xiàn)課程目標(biāo)（二）科學(xué)知識與技能中的1.逐步加深對下列自然科學(xué)中統(tǒng)一的概念與原理的理解：物質(zhì)、運動與相互作用，能量，信息，系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)與功能，演化，平衡，守恒。你的頭腦中這些概念和原理在理、化、生、地各知識體系間是否得到了統(tǒng)一，在教學(xué)中你有否不斷地去讓學(xué)生理解和感悟這些統(tǒng)一的概念和原理的意識？科學(xué)這門課程的最大特色在于體現(xiàn)自然是統(tǒng)一的，如果這一條目標(biāo)沒有達(dá)到，科學(xué)綜合課程有何價值？基本的物質(zhì)、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復(fù)雜程度不同。

牛牛文庫文檔分享第16頁/共96頁左半部分是計算機(jī)的回路，右半部分是大腦的神經(jīng)細(xì)胞——神經(jīng)元回路示意圖。

牛牛文庫文檔分享第17頁/共96頁三、思想方法上提高對生物學(xué)的認(rèn)識

要領(lǐng)會結(jié)構(gòu)與功能統(tǒng)一、生物與環(huán)境統(tǒng)一、生命的演化、人與自然和諧發(fā)展等觀念與原理。明確生命系統(tǒng)在本質(zhì)上是一個復(fù)雜的開放的物質(zhì)系統(tǒng)，遵循物質(zhì)世界的一般規(guī)律。但要認(rèn)識到生命有它的復(fù)雜性和多樣性。然更要明確生物是物，是物必然有理，這理就是物質(zhì)世界的基本原理和規(guī)律。生命科學(xué)課程內(nèi)容在課標(biāo)中的變化：主題2生物的新陳代謝改成了生物體內(nèi)物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)換。

牛牛文庫文檔分享第18頁/共96頁1．生命是什么？非生物生物

牛牛文庫文檔分享第19頁/共96頁自我維持：一是生物能夠根據(jù)基因信息留下自己的后代（自我復(fù)制和進(jìn)化），二是能夠吸收營養(yǎng)物質(zhì)維持自身的活動（代謝）。

牛牛文庫文檔分享第20頁/共96頁從20世紀(jì)50年代到80年代，生物學(xué)家和哲學(xué)家?guī)缀醮蠖急芏徽勥@個問題。生物學(xué)家往往感到這個問題太“哲學(xué)”，因而把它當(dāng)作是一個哲學(xué)問題，而不是一個科學(xué)問題。而哲學(xué)家們可能感到這個問題“太科學(xué)”，因此把它主要當(dāng)作一個科學(xué)問題，而不是一個哲學(xué)問題。人們之所以很少談?wù)撋谋举|(zhì)或定義問題，一個重要的原因是這個問題太難回答。之所以難以定義生命，主要有以下幾個原因：

牛牛文庫文檔分享第21頁/共96頁首先，我們每個人都有著關(guān)于生命的常識經(jīng)驗，而定義生命往往要包含所有的生命現(xiàn)象，其中包括大量常人不熟悉的生命和處于極限狀態(tài)下的生命。這樣定義出的生命概念可能和常識觀念相差甚遠(yuǎn)，甚至完全相反。

其次，不同學(xué)科的人在定義生命時，往往從本學(xué)科出發(fā)，把生命的某一方面加以強(qiáng)調(diào)，把某一方面作為生命的本質(zhì)。不同學(xué)科的視角的不同也使人們感到生命難有統(tǒng)一的概念。

第三，生命現(xiàn)象與非生命現(xiàn)象存在著連續(xù)性，它們之間并沒有一條截然分明的界限。

牛牛文庫文檔分享第22頁/共96頁生命的七大特征：1.嚴(yán)整的結(jié)構(gòu)

2.新陳代謝

3.生長發(fā)育

4.應(yīng)激性5.遺傳變異6.繁殖

7.適應(yīng)并影響環(huán)境但都有一定的局限性

牛牛文庫文檔分享第23頁/共96頁2．動物、植物及生物分類直觀的區(qū)別很明顯：能不能動。理性的區(qū)別似乎也是明確的：營養(yǎng)方式，自養(yǎng)的是植物，異樣的是動物。但都不是絕對的。

牛牛文庫文檔分享第24頁/共96頁在生物學(xué)中，通常給出的定義或判斷總會留有一定的余地。這就是生物的復(fù)雜性和多樣化的表現(xiàn)。生物的分類是隨著人們對生物的認(rèn)識而不斷發(fā)展的。

兩界分類系統(tǒng)

：植物界和動物界。

三界分類系統(tǒng)：19世紀(jì)60年代，另立一個由低等生物所組成的第三界，取名為原生生物界，包括細(xì)菌、藻類和原生動物。

牛牛文庫文檔分享第25頁/共96頁四界分類系統(tǒng)：1959年魏泰克提出了另立1個真菌界。五界分類系統(tǒng)：增加原核生物界。五界系統(tǒng)按復(fù)雜性增加的三個層次排列生命：原核的單細(xì)胞（原核生物界）；真核的單細(xì)胞（原生生物界）；真核的多細(xì)胞（植物界、真菌界和動物界）。

牛牛文庫文檔分享第26頁/共96頁六界分類系統(tǒng)：加上沒有細(xì)胞的病毒。地球上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的生物約有200萬種，而實際存在的估計在1000萬種以上。這么多的生物不加分類根本就無從研究，而要使每一種生物都有一個專有的分類位置，就需要多達(dá)七級的分類系統(tǒng)：界、門、綱、目、科、屬、種。

牛牛文庫文檔分享第27頁/共96頁三、生物多樣性

牛牛文庫文檔分享第28頁/共96頁1.遺傳多樣性：同一物種的族群間或個體間遺傳性狀多樣化的程度。遺傳多樣性愈高，愈能適應(yīng)環(huán)境變化，生存機(jī)會愈大。

2.物種多樣性：不同物種對環(huán)境的需求因外形、生長方式、生殖方式等而異。物種多樣性越大，物種間的交互作用愈復(fù)雜，生態(tài)系就愈容易維持平衡。

3.生態(tài)系統(tǒng)多樣性：一個地區(qū)可提供生物棲息的環(huán)境變異狀況。棲息地類型愈多樣，生態(tài)系統(tǒng)多樣性愈高。

牛牛文庫文檔分享第29頁/共96頁遺傳多樣性

牛牛文庫文檔分享第30頁/共96頁遺傳多樣性

牛牛文庫文檔分享第31頁/共96頁最大的狗——大丹最小的狗——吉娃娃

牛牛文庫文檔分享第32頁/共96頁物種多樣性

牛牛文庫文檔分享第33頁/共96頁生態(tài)系統(tǒng)多樣性

牛牛文庫文檔分享第34頁/共96頁生物多樣性的危機(jī)棲息地破壞資源過度利用單一種栽培污染

牛牛文庫文檔分享第35頁/共96頁棲息地破壞道路造成棲息地分割

牛牛文庫文檔分享第36頁/共96頁資源過度利用

牛牛文庫文檔分享第37頁/共96頁資源過度利用

牛牛文庫文檔分享第38頁/共96頁

一只小狐貍說：我有件美麗的衣裳，我一輩子只有這么一件衣裳，是媽媽生我的時候送我的，而你們?nèi)说囊聶灰褲M。我的衣裳是我的毛皮，失去毛皮我只有血肉一團(tuán)。你的衣服可以一天三換，我衣服脫下，就命喪九泉

牛牛文庫文檔分享第39頁/共96頁單一種栽培

牛牛文庫文檔分享第40頁/共96頁野生種稻栽培種稻遺傳多樣性降低

牛牛文庫文檔分享第41頁/共96頁污染

牛牛文庫文檔分享第42頁/共96頁4．細(xì)胞

細(xì)胞正如其名稱中的“細(xì)”所暗示的，都非常微小。在這大小不足1/100毫米的細(xì)胞內(nèi)，卻蘊(yùn)藏著各種復(fù)雜得令人難以置信的生命奧秘。一個細(xì)胞，無論其結(jié)構(gòu)還是功能，再先進(jìn)的電腦都無法比擬。一切生命都可以歸結(jié)為細(xì)胞所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)的整合結(jié)果，一個細(xì)胞的大小不過1/100毫米左右，然而卻是一個龐大的化學(xué)系統(tǒng)，正是這一個個細(xì)胞在開動著它們的化學(xué)系統(tǒng)，才會有不息的生命活動。

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牛牛文庫文檔分享第44頁/共96頁細(xì)胞具有多樣性

牛牛文庫文檔分享第45頁/共96頁細(xì)胞具有不同的形態(tài)結(jié)構(gòu)是因為生物體內(nèi)的細(xì)胞所處的位置不同，功能不同，是細(xì)胞分化的結(jié)果。紅細(xì)胞呈兩面凹的圓餅狀，這有利于與氧氣充分接觸，起到運輸氧氣的作用。洋蔥表皮細(xì)胞呈長方體形狀，排列緊密，有利于起到保護(hù)作用。

牛牛文庫文檔分享第46頁/共96頁真核細(xì)胞

牛牛文庫文檔分享第47頁/共96頁原核細(xì)胞

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牛牛文庫文檔分享第49頁/共96頁細(xì)胞學(xué)說的要點：細(xì)胞是一個有機(jī)體。一切動植物都由細(xì)胞發(fā)育而來，并由細(xì)胞和細(xì)胞產(chǎn)物所構(gòu)成。細(xì)胞是一個相對獨立的單位，既有它自己的生命，又對與其他細(xì)胞共同組成的整體的生命起作用。新細(xì)胞可以從老細(xì)胞中產(chǎn)生。細(xì)胞學(xué)說提示了細(xì)胞的統(tǒng)一性和生物體結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性，使人們認(rèn)識到各種生物之間存在共同的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

牛牛文庫文檔分享第50頁/共96頁細(xì)胞的膜結(jié)構(gòu)

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牛牛文庫文檔分享第54頁/共96頁間期前期

牛牛文庫文檔分享第55頁/共96頁中期后期

牛牛文庫文檔分享第56頁/共96頁末期

牛牛文庫文檔分享第57頁/共96頁

牛牛文庫文檔分享第58頁/共96頁5．遺傳與變異1953年，沃森和克里克發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋的結(jié)構(gòu)，開啟了分子生物學(xué)時代，使遺傳的研究深入到分子層次，“生命之謎”被打開。之后分子遺傳學(xué)、分子免疫學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等新學(xué)科如雨后春筍般出現(xiàn)，一個又一個生命的奧秘從分子角度得到了更清晰的闡明。由此也更明確了生命盡管復(fù)雜多樣且充滿了奧秘，但其背后都是由物質(zhì)所決定的。

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牛牛文庫文檔分享第63頁/共96頁基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄

牛牛文庫文檔分享第64頁/共96頁翻譯

牛牛文庫文檔分享第65頁/共96頁

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牛牛文庫文檔分享第67頁/共96頁人體細(xì)胞的染色體組型

牛牛文庫文檔分享第68頁/共96頁6．物質(zhì)與能量的轉(zhuǎn)化

牛牛文庫文檔分享第69頁/共96頁人類多虧有了光合作用才能得以生存。光合作用是地球上最偉大的化學(xué)反應(yīng)，每年地球上通過光合作用合成的有機(jī)物約為2200億噸，相當(dāng)于人類每年所需能耗的10倍。

人類面臨的糧食、能源、資源和生態(tài)等問題都和光合作用密切相關(guān)。長期以來，光合作用機(jī)制的研究一直是自然科學(xué)的前沿，更是生命科學(xué)研究的核心和焦點之一。

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牛牛文庫文檔分享第73頁/共96頁細(xì)胞呼吸(有氧呼吸)

C6H12O6+6O2→丙酮酸→6CO2+6H2O+36ATP

（無氧呼吸）

乳酸發(fā)酵酒精發(fā)酵

丙酮酸丙酮酸

↓↓

乳酸乙醛+CO2

↓

乙醇

牛牛文庫文檔分享第74頁/共96頁呼吸作用同樣神奇，性質(zhì)如此穩(wěn)定的有機(jī)物在常溫、常壓以及微米尺度的細(xì)胞的線粒體內(nèi)氧化分解，且分解時能量的轉(zhuǎn)化效率達(dá)40%左右，而現(xiàn)在最先進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)化效率還只有25%左右

牛牛文庫文檔分享第75頁/共96頁生物體不能直接利用來自營養(yǎng)物質(zhì)中的能量，而是以ATP（三磷酸腺苷）分子為能量之源，線粒體是細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生ATP的主要細(xì)胞器,即把有機(jī)物中的穩(wěn)定化學(xué)能轉(zhuǎn)化為ATP中活躍的化學(xué)也能，過程及其復(fù)雜，但其機(jī)制猶如水力發(fā)電，這就是1981年化學(xué)家保羅·博耶提出的“ATP合酶旋轉(zhuǎn)生成ATP”的旋轉(zhuǎn)理論，由此獲得諾貝爾化學(xué)獎。

牛牛文庫文檔分享第76頁/共96頁

牛牛文庫文檔分享第77頁/共96頁7.生命的起源和演化生命從哪里來？有史以來，這個問題一直困擾著人類。揭示生命起源之謎是當(dāng)今自然科學(xué)永恒的前沿課題之一。

數(shù)百年來科學(xué)家都在試圖判斷，生命體有沒有可能從無機(jī)物中自發(fā)產(chǎn)生。到了19世紀(jì)，巴斯德似乎終于提供了明確的答案：不可能。

牛牛文庫文檔分享第78頁/共96頁但米勒對巴斯德關(guān)于“自然發(fā)生”不可能的明確判斷表示懷疑：巴斯德如果不是等待4天，而是等上數(shù)十億年，就如當(dāng)初地球等待生命的起源那樣，結(jié)果會怎樣呢？如果不是在現(xiàn)代氮氣、氧氣共同存在的條件下，而是在原始大氣的情況又會怎樣呢？米勒的實驗沒有創(chuàng)造生物體，但是他的這一實驗似乎正朝著這個方向邁進(jìn)，這就是生命起源的化學(xué)進(jìn)化。化學(xué)進(jìn)化說就是：生命起源于非生命物質(zhì)，由無機(jī)小分子合成有機(jī)小分子，有機(jī)小分子到有機(jī)大分子，有機(jī)大分子到多分子體系，最后出現(xiàn)原始界膜。

牛牛文庫文檔分享第79頁/共96頁自然界合成DNA和蛋白質(zhì)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產(chǎn)生出來，后來才來到地球上。”

宇宙胚種說

關(guān)于生命，我們對它了解越多，就越能感受到它的復(fù)雜和巧妙。至今這個問題仍然沒有答案，甚至可以說這是人類難以回答的終極之謎。而“我們是怎么來的？”這個問題顯然對人們來說充滿了好奇。生命為什么選擇水？比熱大、極性、張力大等。

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