金慧怡

(上海宋慶齡學(xué)校 上海 201703)

基因工程是生命科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和前沿，是現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)和現(xiàn)代化農(nóng)牧業(yè)等學(xué)科的核心內(nèi)容。在疾病的分析和防治，優(yōu)秀苗種培育等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，能產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。我國(guó)的基因工程研究，發(fā)展較英美等發(fā)達(dá)國(guó)家尚有一定的差距。普及并深化基因工程的教育和基礎(chǔ)研究對(duì)培育我國(guó)在該領(lǐng)域的人才，提升我國(guó)在相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用水平至關(guān)重要。

現(xiàn)就自己在上海國(guó)內(nèi)高中以及國(guó)際高中的授課經(jīng)驗(yàn)，將美國(guó)普倫蒂斯·霍爾(Prentice Hall)出版社出版的高中課本《Biology》2002版和上海上科版高中《生命科學(xué)》教材中關(guān)于“基因工程”的章節(jié)做了詳細(xì)的比較，以獲取提高基因工程基礎(chǔ)教育和研究水平的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。

1 啟示

1.1 要注重技術(shù)原理的介紹

中美教材中都對(duì)基因工程的基本步驟做了闡述，即目的基因的獲得，目的基因與載體的重組，重組DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞和篩選含目的基因的受體細(xì)胞。但是美國(guó)的教材中還具體介紹了基因工程中的幾個(gè)重要而又常用的技術(shù)，即DNA凝膠電泳技術(shù)，DNA測(cè)序技術(shù)以及PCR擴(kuò)增技術(shù)。以PCR擴(kuò)增技術(shù)為例，普倫蒂斯·霍爾出版社出版的《Biology》2002版中不僅指出了PCR技術(shù)的用途是在于擴(kuò)增DNA片段并且還將其中的原理和DNA變性，退火，延伸這三大基本步驟圖文并茂，深入淺出地介紹給了學(xué)生。而國(guó)內(nèi)教材中對(duì)于DNA凝膠電泳和測(cè)序技術(shù)是完全的空白，對(duì)于PCR擴(kuò)增技術(shù)也只是在相關(guān)章節(jié)“生物多樣性及其價(jià)值”中提到“檢測(cè)種內(nèi)、種群間遺傳多樣性的最簡(jiǎn)便的方法是聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)”。試想這樣沒(méi)頭沒(méi)尾的一句話如何能讓學(xué)生理解何為PCR呢？

PCR技術(shù)自1985年作為一項(xiàng)專利登上生物學(xué)舞臺(tái)以來(lái)，對(duì)整個(gè)生命科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了深刻的影響，而DNA凝膠電泳技術(shù)和測(cè)序技術(shù)做為PCR技術(shù)的后續(xù)配套技術(shù)也已經(jīng)非常的成熟。這些對(duì)于基因工程而言最基本的操作技術(shù)未能出現(xiàn)在21世紀(jì)的國(guó)內(nèi)生物學(xué)課本中，著實(shí)讓人覺(jué)得遺憾。

對(duì)于基因工程的應(yīng)用方面中美的教材中都介紹了微生物基因工程，植物基因工程和動(dòng)物基因工程的目的，以及這幾方面的成功案例。但是國(guó)內(nèi)上科版《生命科學(xué)》教材第二冊(cè)中對(duì)微生物和植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的具體操作過(guò)程只字未提，而對(duì)于動(dòng)物基因工程，國(guó)內(nèi)教材中也只有這樣一句話：“動(dòng)物基因工程通常以動(dòng)物的受精卵作為受體細(xì)胞，用顯微注射的方法將目的基因?qū)雱?dòng)物的受精卵中，再使受精卵發(fā)育成個(gè)體而獲得轉(zhuǎn)基因動(dòng)物?！?，然后舉了“巨型小鼠”的例子來(lái)重復(fù)加以說(shuō)明便一筆帶過(guò)了。對(duì)于目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞后如何整合到受體細(xì)胞的染色體上，從而穩(wěn)定存在于受體細(xì)胞中進(jìn)行基因表達(dá)這一關(guān)鍵性問(wèn)題都未有提及。

然而，美國(guó)普倫蒂斯·霍爾出版社出版的《Biology》2002版書中對(duì)這些內(nèi)容都有比較完整的介紹。 以動(dòng)物基因工程為例，美國(guó)教材中介紹了目前在真核細(xì)胞中應(yīng)用非常廣泛的同源重組技術(shù)。指出了攜帶目的基因的外源DNA重組片段需要含有標(biāo)記基因，而且兩端的序列要與受體細(xì)胞基因組中的序列相似或相近，一旦攜帶目的基因的外源DNA重組片段進(jìn)入受體細(xì)胞的細(xì)胞核之后，在酶的作用下目的基因可以將位于同源序列之間的受體基因替換下來(lái)，從而將目的基因插入到受體細(xì)胞的染色體中。

筆者認(rèn)為美國(guó)教材之所以如此注重對(duì)技術(shù)原理的闡釋，是為了讓學(xué)生不僅能知其然，還能知其所以然。這對(duì)于提高學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和運(yùn)用是很有幫助的。

1.2 要注重體驗(yàn)式學(xué)習(xí)

國(guó)內(nèi)上科版的教材中，除了正文內(nèi)容，還有如“廣角鏡”和“發(fā)現(xiàn)之路”這樣的板塊作為拓展材料，鼓勵(lì)學(xué)生自己閱讀和學(xué)習(xí)，擴(kuò)大知識(shí)面。但是筆者發(fā)現(xiàn)，這些拓展內(nèi)容往往關(guān)注的是知識(shí)的補(bǔ)充和灌輸，并不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和幫助學(xué)生鞏固所學(xué)的知識(shí)。而普倫蒂斯·霍爾出版社出版的《Biology》2002版中的拓展部分往往強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生活動(dòng)即課堂實(shí)踐，倡導(dǎo)的是一種以學(xué)生為主體的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)。

比如中美教材中都介紹了基因工程的基本操作，上科版教材在正文之后安排的拓展內(nèi)容為告訴學(xué)生什么是質(zhì)粒以及如何篩選含目的基因的受體細(xì)胞，屬于課本知識(shí)的補(bǔ)充。而普倫蒂斯·霍爾出版社出版的教材拓展內(nèi)容則是要求學(xué)生完成如圖2所示的課堂實(shí)踐活動(dòng)。

圖1 美國(guó)課本中的課堂實(shí)踐活動(dòng)

在這個(gè)活動(dòng)中學(xué)生需要在3種不同顏色的長(zhǎng)條形彩紙上各隨機(jī)寫出1個(gè)含有50個(gè)堿基對(duì)的DNA序列，共寫出3個(gè)。每個(gè)序列中分別含有EcoRI、BamI和HaeIII的酶切位點(diǎn)，然后用剪刀根據(jù)不同的酶切位點(diǎn)所在的位置將彩紙剪開，最后根據(jù)堿基配對(duì)原理，將三種顏色的彩色紙條用透明膠帶黏在一起，形成一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的“重組DNA分子”。這樣的活動(dòng)將抽象的概念轉(zhuǎn)化為了形象的物件，讓學(xué)生在自己動(dòng)手動(dòng)腦的實(shí)踐過(guò)程中了解和體驗(yàn)了基因工程中酶切和重組的操作，在潛移默化中培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力。

因此，筆者認(rèn)為美國(guó)教材中這樣的拓展內(nèi)容很好地體現(xiàn)了“體驗(yàn)式教學(xué)”的精神，能使生物課變得有新意，有活力。它能很好的加強(qiáng)學(xué)生的感知，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且取材簡(jiǎn)單，方便可行，值得推廣。

1.3 要注重探究性的思考

基因治療是基因工程應(yīng)用的又一重要領(lǐng)域和前沿課題，中美教材中都對(duì)基因治療的概念做了簡(jiǎn)要的介紹，并且兩本教材中都有基因治療的成功案例。但是國(guó)內(nèi)教材將這一部分內(nèi)容放在了“發(fā)現(xiàn)之路”中，屬于拓展性的閱讀內(nèi)容；而在美國(guó)教材中這部分內(nèi)容則是完完全全擺放在課文的正文之中，屬于必修內(nèi)容。不僅如此，美國(guó)教材中在概要的向?qū)W生介紹了這些基本內(nèi)容之后還引導(dǎo)鼓勵(lì)學(xué)生去思考由生物技術(shù)發(fā)展所帶來(lái)的社會(huì)和倫理問(wèn)題。如普倫蒂斯·霍爾出版社出版的《Biology》2002版中就提到說(shuō)：人類能戰(zhàn)勝血友病或其它的遺傳疾病是多么不可思議的事。但是，如果生物學(xué)家能通過(guò)改變?nèi)祟惣?xì)胞來(lái)治療疾病，那么他們是否也可以通過(guò)這種方法使人長(zhǎng)得更高，或使人的眼睛顏色，頭發(fā)質(zhì)地，性別，血型，長(zhǎng)相得以改變呢？如果我們有機(jī)會(huì)改造我們的身體，那人類這一種群會(huì)發(fā)生什么事情，將會(huì)產(chǎn)生什么后果？

科技發(fā)展所引起的這些問(wèn)題必將很快引發(fā)社會(huì)問(wèn)題。生物學(xué)研究的目的是使人類更好的理解生命的本質(zhì)。但是生物學(xué)家越了解生命，他們就越有能力去改變它。隨著科技力量的不斷發(fā)展，我們將不得不思考如何合理的使用科技。我們的社會(huì)需要建立一套完善的倫理共識(shí)，明確對(duì)于人類基因什么能做什么不能做?？茖W(xué)家本身無(wú)法對(duì)這些問(wèn)題作出決定，整個(gè)社會(huì)需要承擔(dān)解決這些問(wèn)題的責(zé)任。因此筆者認(rèn)為引導(dǎo)學(xué)生自己在分析、討論的基礎(chǔ)上形成對(duì)問(wèn)題的看法和觀點(diǎn)是十分有必要的。

2 討論與小結(jié)

通過(guò)以上的論述可以發(fā)現(xiàn)上科版的教材對(duì)“基因工程”只是做了科普性的知識(shí)介紹，而普倫蒂斯·霍爾出版社出版的教材則更加強(qiáng)調(diào)知識(shí)的深度、學(xué)生的體驗(yàn)以及思維的廣度。

筆者認(rèn)為造成中美教材關(guān)于這部分內(nèi)容差異的根本原因首先是國(guó)內(nèi)的生物教學(xué)在高中階段對(duì)基因工程這部分知識(shí)內(nèi)容的教學(xué)重視不夠?；蚬こ蹋鳛楝F(xiàn)代生物技術(shù)的核心，早在20世紀(jì)末就進(jìn)入了美國(guó)的高中課堂。而在我國(guó)即使是上海這樣的國(guó)際化的大都市也是直到2008年二期課改之后才將“基因工程與轉(zhuǎn)基因生物”作為一小節(jié)編入上科版高中《生命科學(xué)》第二冊(cè)中。而且其中所占篇幅不過(guò)10頁(yè)，教學(xué)所用時(shí)間不過(guò)兩課時(shí)；而在美國(guó)普倫蒂斯·霍爾出版社出版的《Biology》2002版中 “Genetic Engineering”要占據(jù)整整一個(gè)章節(jié)共22頁(yè)的篇幅，花費(fèi)10到12課時(shí)教授。這其中的差異顯而易見。

其次教育理念上的不同也是造成這種差異的另一個(gè)原因。 根據(jù)STS教育理論，國(guó)內(nèi)的課程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是從科學(xué)-技術(shù)-社會(huì)，這三方面來(lái)體現(xiàn)的。美國(guó)高中生物教學(xué)大綱中關(guān)于基因工程這部分的學(xué)習(xí)要求也體現(xiàn)了這三方面的目標(biāo)。

表1 美國(guó)高中生物教學(xué)大綱中三維目標(biāo)的體現(xiàn)

然而，通過(guò)筆者上述對(duì)中美教材的內(nèi)容比較，我們可以看到國(guó)內(nèi)教材的內(nèi)容更多注重的還是知識(shí)的傳授和灌輸，屬于課程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中的“科學(xué)”，對(duì)于“技術(shù)”和“社會(huì)”這兩方面內(nèi)容涉及的還不夠。而美國(guó)教材則比較全面不僅重視原理的介紹，還關(guān)注學(xué)生的體驗(yàn)，注重引導(dǎo)學(xué)生從具體事物出發(fā)，在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上推演出更多和更深入的見解。因此相比于國(guó)內(nèi)的學(xué)校教育，美國(guó)的教育則更能培養(yǎng)出具有獨(dú)立思想和探究精神的實(shí)干人才而非只有理論概念的“高材生”。

當(dāng)然，筆者也認(rèn)為現(xiàn)階段在國(guó)內(nèi)完全照搬美國(guó)教材也是不現(xiàn)實(shí)的。因?yàn)橹袊?guó)作為發(fā)展中國(guó)家在教育資源和教育投入上還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能和美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在美國(guó)高中的生物實(shí)驗(yàn)室里PCR擴(kuò)增儀或是凝膠電泳儀都并不罕見，但是國(guó)內(nèi)的高中生物實(shí)驗(yàn)室里基本都不可能配備這樣昂貴的儀器。而且美國(guó)高中經(jīng)常會(huì)有與大學(xué)或研究機(jī)構(gòu)的合作機(jī)會(huì)從而可以讓有能力的學(xué)生在高中階段就參與到他們所感興趣的科研項(xiàng)目中，而這在國(guó)內(nèi)也并不多見。其次，高考這一制度在短時(shí)期內(nèi)還不可能被取消，因此這“一考定終身”的現(xiàn)實(shí)就迫使了教育者們不得不將關(guān)注的重點(diǎn)放在“科學(xué)”這一目標(biāo)之上。

總之，雖然美國(guó)教材有其明顯的優(yōu)勢(shì)值得國(guó)內(nèi)教育者們借鑒，可以用來(lái)取長(zhǎng)補(bǔ)短、拓寬教學(xué)思路，但國(guó)內(nèi)教材也是符合目前中國(guó)國(guó)情的，有自己的優(yōu)點(diǎn)和長(zhǎng)處。我們只是期待，未來(lái)隨著國(guó)家的發(fā)展、教育改革的深入、高考制度的改進(jìn)，“科學(xué)-技術(shù)-社會(huì)”這三維目標(biāo)能在國(guó)內(nèi)教材中有更全面和詳實(shí)的體現(xiàn)，能為切實(shí)提高我國(guó)基因工程基礎(chǔ)教育和研究的水平作出貢獻(xiàn)。