張鳳秋 李濤

摘要：眾所周知，物理學(xué)理論和技術(shù)手段的進(jìn)步將極大地促進(jìn)生命科學(xué)的發(fā)展，但只有將兩者融合滲透，才能互惠互利。我校物理學(xué)專(zhuān)業(yè)中開(kāi)設(shè)這門(mén)課程的目的是使學(xué)生了解生命科學(xué)發(fā)展的全貌和新動(dòng)態(tài)，以及生命科學(xué)與物理學(xué)科間交叉融合的必然趨勢(shì)，爭(zhēng)取對(duì)學(xué)生跨學(xué)科的創(chuàng)新思維起到一定的啟迪作用。

關(guān)鍵詞：生命科學(xué)導(dǎo)論;物理學(xué)專(zhuān)業(yè);交叉融合

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2019）52-0138-02

100多年來(lái)，多學(xué)科、多理論間的交叉滲透極大地推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)進(jìn)步。周光召指出學(xué)科交叉是創(chuàng)新思想的源泉，路甬祥也曾撰文提出學(xué)科交叉點(diǎn)往往是科學(xué)新的生長(zhǎng)點(diǎn)、新的科學(xué)前沿，也最有可能產(chǎn)生重大的科學(xué)突破，使科學(xué)發(fā)生革命性的變化[1]?？v觀近代科學(xué)史，新理論、新發(fā)明的產(chǎn)生，新的工程技術(shù)的出現(xiàn)，經(jīng)常是在學(xué)科的邊緣或交叉點(diǎn)上。例如發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的4位科學(xué)家中，沃森為生物學(xué)專(zhuān)業(yè)、克里克和威爾金斯為物理學(xué)專(zhuān)業(yè)、富蘭克林為化學(xué)專(zhuān)業(yè)，他們具有不同的知識(shí)背景，為雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)做出了各自的貢獻(xiàn)。隨著生命科學(xué)的深入研究，涉及的對(duì)象越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)于物理學(xué)者而言，需要學(xué)習(xí)一定的生物學(xué)知識(shí)，這將利于將物理學(xué)與生命科學(xué)進(jìn)行交叉融合。在這種背景下，我校在物理學(xué)專(zhuān)業(yè)中開(kāi)設(shè)了生命科學(xué)導(dǎo)論公選課，著眼于學(xué)科交叉，突破了學(xué)生的專(zhuān)業(yè)束縛，樹(shù)立了學(xué)科間相互融合的理念，目的是培養(yǎng)具有廣闊專(zhuān)業(yè)知識(shí)背景的復(fù)合型創(chuàng)新人才[2，3]。

一、教學(xué)內(nèi)容

20世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)空前發(fā)展，前50年是物理學(xué)，而后50年是生命科學(xué)，這兩門(mén)學(xué)科互相影響、互相促進(jìn)[4]。實(shí)際上，恰恰是因?yàn)槲锢韺W(xué)的飛速發(fā)展，才有了生命科學(xué)的輝煌。教學(xué)內(nèi)容不僅要講述生命科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，而且可以從物理學(xué)和生命科學(xué)的交叉關(guān)系中展開(kāi)，這樣不但能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且能夠讓物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生結(jié)合自身的專(zhuān)業(yè)背景去思考生命科學(xué)中亟待解決的挑戰(zhàn)性問(wèn)題，以培養(yǎng)一批在跨學(xué)科領(lǐng)域大有作為的年輕人才。艾倫所著的《20世紀(jì)的生命科學(xué)》一書(shū)，介紹分子生物學(xué)“最初的原動(dòng)力”來(lái)自一些頭腦清醒的物理學(xué)家，如玻爾、薛定諤以及德?tīng)柌紖慰说?，要尋找難以捉摸的“生命奧秘”的浪漫性舉動(dòng)。教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生應(yīng)該了解正是因?yàn)樵缜皞ゴ蟮奈锢韺W(xué)家對(duì)生命科學(xué)研究充滿興趣，孜孜不倦地追求，才使得物理學(xué)中形形色色的理論向生命科學(xué)中進(jìn)行廣泛滲透，才使得一些新的交叉學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生。教師在講解生命科學(xué)的前沿學(xué)科時(shí)，可以適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合物理學(xué)中的某些理論啟發(fā)學(xué)生了解生命系統(tǒng)。

授課中，教師要傳遞生命科學(xué)各個(gè)方向間不能過(guò)于割裂的思想，必須具有系統(tǒng)論的觀點(diǎn)。目前的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域系統(tǒng)生物學(xué)不同于以往僅僅關(guān)心個(gè)別基因和蛋白質(zhì)，而在于研究細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)和基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、生物系統(tǒng)組成之間相互關(guān)系的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)功能，它是以系統(tǒng)論和實(shí)驗(yàn)、計(jì)算方法整合研究為特征的學(xué)科?！癗ature”、“Science”發(fā)表的系統(tǒng)生物學(xué)、合成生物學(xué)專(zhuān)刊預(yù)示系統(tǒng)生物學(xué)開(kāi)始了迅速發(fā)展。

此外，老師應(yīng)該教授學(xué)生以動(dòng)態(tài)發(fā)展的目光來(lái)看待科學(xué)研究，目前無(wú)法理解和接受的內(nèi)容，并不代表是錯(cuò)誤的;目前看來(lái)是可笑至極的研究結(jié)果，不代表將來(lái)是不被認(rèn)可的。例如，拉馬克本在植物學(xué)和動(dòng)物學(xué)上均具有很深的造詣，但一切榮譽(yù)都在提出用盡廢退和獲得性遺傳的觀點(diǎn)時(shí)化為烏有，臨終時(shí)又病又盲，身無(wú)分文，孑然一身，被大批認(rèn)為物種不變的人嘲弄。他是進(jìn)化論的倡導(dǎo)者和先驅(qū)，然而他的思想不僅被同時(shí)代的人所忽視和反對(duì)，還被后來(lái)人誤讀。不過(guò)，伴隨微觀科學(xué)和技術(shù)手段的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的研究表明，后天的性狀可以不改變基因密碼而遺傳給后代，繼而逐漸興起表觀遺傳學(xué)，這又在提醒人們應(yīng)該重新審視拉馬克的進(jìn)化理論。

課堂中穿插講述的生命科學(xué)案例，有助于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，將更好地推動(dòng)生命科學(xué)和物理學(xué)間的專(zhuān)業(yè)滲透，有利于培養(yǎng)具有交叉學(xué)科內(nèi)涵的新型人才。

二、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣的方法

作為公選課，很多學(xué)生沖著學(xué)分而來(lái)，沒(méi)有意識(shí)到生命科學(xué)導(dǎo)論對(duì)于綜合素質(zhì)培養(yǎng)的重要性，因此教師應(yīng)該適當(dāng)采取一些措施，激發(fā)學(xué)生的興趣。

1.提出生命科學(xué)的挑戰(zhàn)性問(wèn)題。由133位科學(xué)家共同努力，歷時(shí)兩年完成的《21世紀(jì)100個(gè)交叉科學(xué)難題》一書(shū)，強(qiáng)調(diào)了各門(mén)類(lèi)科學(xué)和學(xué)科之間的大跨度、多方式的廣泛交叉。教師課堂上可以適時(shí)提出生命科學(xué)的一些亟待解決的交叉性問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的興趣。例如還有多少行星存在生命？回答這些問(wèn)題，需要天文學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、氣候?qū)W、海洋學(xué)、生物學(xué)、進(jìn)化論等知識(shí)。難題的提出，不僅可以激發(fā)學(xué)生們的探索興趣，而且可以讓他們了解當(dāng)今世界科學(xué)發(fā)展的態(tài)勢(shì)。

2.諾貝爾獎(jiǎng)的激勵(lì)。一些科學(xué)家能夠?qū)⑸钪械呐既话l(fā)現(xiàn)與自己的實(shí)驗(yàn)相聯(lián)系，解決了困擾已久的難題，例如英國(guó)科學(xué)家馬丁不留神將咖啡灑在濾紙上，看著濾紙上深淺不一的顏色變化，馬丁將其聯(lián)系到自己的研究工作中，設(shè)計(jì)出一種分離氨基酸的技術(shù)——分配色譜法。此法操作簡(jiǎn)便、試樣用量少，是生物化學(xué)和分子生物學(xué)的基本研究方法。教師可以適當(dāng)?shù)靥嵝褜W(xué)生要注意觀察生活細(xì)節(jié)，培養(yǎng)自己的創(chuàng)新性思維。

生物學(xué)與化學(xué)的交叉研究成果可以獲得諾貝爾獎(jiǎng)，生物學(xué)與物理學(xué)交叉的研究成果同樣也獲得了多項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)。例如2003年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，授予核磁共振成像技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)代表著醫(yī)療診斷和研究的革命性突破。教師在講解諾貝爾獎(jiǎng)的典型案例時(shí)，要讓學(xué)生能夠切身感受到物理學(xué)與生命科學(xué)相互融合的重要作用，以及學(xué)科交叉所帶來(lái)的輻射性效應(yīng)。例如自從倫琴1901年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)以來(lái)，X射線的應(yīng)用橫跨了諾貝爾3大獎(jiǎng)（15獎(jiǎng)項(xiàng)、17人次），說(shuō)明物理學(xué)的進(jìn)步在交叉科學(xué)研究中的重要地位。

3.滲透生命科學(xué)史。以科學(xué)史為背景進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)講解，使課程變得通俗易懂。實(shí)際上生命科學(xué)史中有很多曲折離奇的故事，本人的經(jīng)驗(yàn)是一旦講述這些科學(xué)史，學(xué)生更容易記住知識(shí)點(diǎn)。比如哈維發(fā)現(xiàn)血液循環(huán)和心臟功能;道爾頓送母親襪子，意外發(fā)現(xiàn)色盲癥;林奈開(kāi)創(chuàng)界、門(mén)、綱、目、科、屬、種的物種分類(lèi)法;班廷發(fā)現(xiàn)胰島素，為糖尿病患者帶來(lái)生存機(jī)會(huì);巴斯德創(chuàng)立微生物基本研究方法;愛(ài)德華·詹納發(fā)現(xiàn)牛痘膿泡液治療天花;這些事例將深深激發(fā)學(xué)生探究生命科學(xué)的欲望。

除了上述科學(xué)家的離奇故事，教師還應(yīng)該引入科學(xué)史上的勵(lì)志故事，鼓勵(lì)學(xué)生們向先輩學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)科學(xué)家貴在堅(jiān)持的品質(zhì)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的探究精神。教師要通過(guò)科學(xué)家的背景故事，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家勤奮嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，不斷堅(jiān)持、百折不撓、積極進(jìn)取的精神，幫助學(xué)生樹(shù)立正確的人生觀和價(jià)值觀。

三、問(wèn)題及解決辦法

生命科學(xué)導(dǎo)論課程涉及的內(nèi)容多，但課時(shí)少，難以滿足學(xué)生渴望知識(shí)的需要;然而又有部分學(xué)生存在為拿學(xué)分而選課的思想，遲到、早退、曠課現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生。為解決這些問(wèn)題，本人在實(shí)踐中采取了如下辦法：首先，在生命科學(xué)導(dǎo)論的教學(xué)中，精選教學(xué)內(nèi)容，要選擇適合于物理學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的教學(xué)內(nèi)容;另外，要少講概念，多講案例及研究熱點(diǎn)，兼顧通俗性、科普性和趣味性，增加生命科學(xué)史的講解，積極地與學(xué)生進(jìn)行溝通交流，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;還要盡量拓展學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和自主學(xué)習(xí)能力，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，給學(xué)生留思考題，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)并提出解決問(wèn)題的措施。實(shí)施上述辦法的目標(biāo)是用興趣引導(dǎo)學(xué)生，要讓學(xué)生參與其中，喜歡上課，并能夠真正有所收獲。

四、結(jié)語(yǔ)

毋庸置疑，物理學(xué)與生命科學(xué)的聯(lián)姻，必將是未來(lái)科學(xué)發(fā)展的大趨勢(shì)，要將它們相互滲透，才能在彼此交叉中互利互惠?，F(xiàn)階段，生命科學(xué)導(dǎo)論公選課需要教師在明確教學(xué)目標(biāo)的前提下，開(kāi)展交叉學(xué)科的教學(xué)實(shí)踐，使教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)系統(tǒng)性、交叉性、前沿性，以開(kāi)闊學(xué)生的思路。本人在最近兩年的教學(xué)中，逐漸總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，采用文章中所述的教學(xué)及管理方法，取得了良好的教學(xué)效果。選課學(xué)生數(shù)逐年遞增，學(xué)生能夠積極探討問(wèn)題，每年都有多名物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生要求進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室參與科研工作，能夠獨(dú)立認(rèn)真地撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并在老師的指導(dǎo)下開(kāi)展生物物理的科研工作。希望通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，能夠迸發(fā)出新的知識(shí)生長(zhǎng)點(diǎn)和研究方向，培養(yǎng)出能夠深入了解生命現(xiàn)象、獨(dú)立解決問(wèn)題、具有創(chuàng)新型思維的寬口徑人才。

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